CN214176923U - 一种多模式储能的微电网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模式储能的微电网系统，涉及新能源发电技术领域，该系统的第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路并联至微电网的一次母线上；第一支路为第一光伏组件、光伏逆变器和第一可控开关依次串联的支路；第二支路为第二光伏组件、光储一体机和第二控开关依次串联的支路；第三支路为能量型电池、光储一体机和第二可控开关依次串联的支路；第四支路为功率型电池、储能变流器和第三可控开关依次串联的支路。本实用新型能够减少谐波影响，达到稳定可靠运行的目的。

Description

一种多模式储能的微电网系统

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，特别是涉及一种多模式储能的微电网系统。

背景技术

随着新能源的快速发展，微电网系统应运而生，微电网系统是能源互联网的核心架构，是未来能源转型发展的重要支撑，特别是在环境保护和能源结构调整的双重压力下，含清洁能源的微电网技术获得了广泛的研究和应用。

微电网系统是在分布式光伏、风力发电系统、储能系统、各类负荷等电气单元的基础上而构建的一套系统。光伏组件受环境因素影响较大，故储能设备是维持系统功率平衡的必不可少的组件，它作为微电网系统中的关键环节，能够对太阳能、风能等具有间歇性的可再生能源进行存储，同时储能设备的接入为光伏发电系统在离网与并网模式间的灵活切换运行提供可能。

随着非线性负荷等用电设备越来越多，微电网系统相应的也存在了功率因数较低、谐波污染严重等缺陷，使微电网系统内的电能利用效率降低、电气设备过热、电气元件使用寿命缩短。而且由于光伏电场输出功率会在一定程度上改变原有电力系统潮流分布、线路输送功率及整个系统的惯量，从而对微电网系统的电压稳定产生了影响。

储能技术很大程度上解决新能源发电的波动性和随机性问题，有效提高间歇性微源的可预测性、确定性和经济性。此外，储能技术能调频调压，改善系统有功、无功平衡水平，提高微电网系统稳定运行能力。在风光发电渗透率较高的电力系统中，当电力系统出现频率变化及电压变化，且要求风光储集群对电力系统稳定性和电能质量的实时性较强时，必须根据电力系统的实时状态，充分考虑风光储集群的调节能力，才能保证电力系统的可靠运行。

传统的光伏储能发电系统主要由多个变流器构成，多变流器并联后不可避免受到谐波影响，给交流并联系统带来诸多不利，且微电网孤岛运行时变流器、逆变器无法支撑微电网电压、频率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多模式储能的微电网系统，能够减少谐波影响，达到稳定可靠运行的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种多模式储能的微电网系统，包括分布式发电电源、分布式混合储能单元、分布式逆变储能单元以及分布式可控开关；

第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路并联至微电网的一次母线上；

其中，所述分布式发电电源包括第一光伏组件和第二光伏组件，所述分布式混合储能包括功率型电池和能量型电池；所述分布式逆变储能单元包括光伏逆变器、光储一体机和储能变流器；所述分布式可控开关包括第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；所述第一支路为所述第一光伏组件、所述光伏逆变器和所述第一可控开关依次串联的支路；所述第二支路为所述第二光伏组件、所述光储一体机和所述第二控开关依次串联的支路；所述第三支路为所述能量型电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路；所述第四支路为所述功率型电池、所述储能变流器和所述第三可控开关依次串联的支路。

可选的，所述微电网系统还包括第五支路；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述微电网的一次母线上；所述分布式发电电源还包括风机，所述分布式逆变储能单元还包括风机控制柜；所述分布式可控开关还包括第四可控开关；所示第五支路为所述风机、所述风机控制柜和所述第四可控开关依次串联的支路。

可选的，所述微电网系统还包括变压器；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述变压器的一端，所述变压器的另一端连接在所述微电网的一次母线上。

可选的，所述微电网系统还包括并网点快速开关；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述并网点快速开关的一端，所述并网点快速开关的另一端与所述变压器的一端连接。

可选的，所述微电网系统还包括控制单元；所述控制单元，分别与所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关连接，用于控制所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关的开启和关闭。

可选的，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路和所述第四支路的个数为一个或者多个，且所述第二支路的个数和所述第三支路的个数相同。

可选的，所述能量型电池包括铅炭电池和/或磷酸铁锂电池；所述第三支路为所述铅炭电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路，和/或所述第三支路为所述磷酸铁锂电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路。

可选的，所述功率型电池为超级电容。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供的多模式储能的微电网系统采用光伏、储能、变流一体化设计，减少多变流器并联后微电网系统的谐波影响，达到运行稳定，性能可靠的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一多模式储能的微电网系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例二多模式储能的微电网系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二光储一体化机的原理框图；

图4为本实用新型实施例二光伏组件接入微电网的过程示意图；

图5为本实用新型实施例三多模式储能的微电网系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种多模式储能的微电网系统，能够减少谐波影响，达到稳定可靠运行的目的。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种多模式储能的微电网系统，包括分布式发电电源、分布式混合储能单元、分布式逆变储能单元以及分布式可控开关。

第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路并联至微电网的一次母线上。

所述分布式发电电源包括第一光伏组件和第二光伏组件，所述分布式混合储能包括功率型电池和能量型电池；所述分布式逆变储能单元包括光伏逆变器、光储一体机和储能变流器；所述分布式可控开关包括第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；所述第一支路为所述第一光伏组件、所述光伏逆变器和所述第一可控开关依次串联的支路；所述第二支路为所述第二光伏组件、所述光储一体机和所述第二控开关依次串联的支路；所述第三支路为所述能量型电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路；所述第四支路为所述功率型电池、所述储能变流器和所述第三可控开关依次串联的支路。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述微电网系统还包括第五支路；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述微电网的一次母线上；所述分布式发电电源还包括风机，所述分布式逆变储能单元还包括风机控制柜；所述分布式可控开关还包括第四可控开关；所示第五支路为所述风机、所述风机控制柜和所述第四可控开关依次串联的支路。根据需求第五支路的个数设为一个或者多个。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的还包括变压器；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述变压器的一端，所述变压器的另一端连接在所述微电网的一次母线上。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述微电网系统还包括并网点快速开关；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述并网点快速开关的一端，所述并网点快速开关的另一端与所述变压器的一端连接。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述微电网系统还包括控制单元；所述控制单元，分别与所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关连接，用于控制所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关的开启和关闭。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路和所述第四支路的个数为一个或者多个，且所述第二支路的个数和所述第三支路的个数相同。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述能量型电池包括铅炭电池和/或磷酸铁锂电池；所述第三支路为所述铅炭电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路，和/或所述第三支路为所述磷酸铁锂电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路，即本实施例至少有一个所述光储一体机分别与所述第二光伏组件和所述磷酸铁锂电池连接，或者至少有一个所述光储一体机分别与所述第二光伏组件和所述铅炭电池连接，并当光储一体机的个数为两个时，其中一个所述光储一体机分别与所述第二光伏组件和所述铅炭电池连接，另一个所述光储一体机分别与所述第二光伏组件和所述磷酸铁锂电池连接。此处，所述第二光伏组件的个数与光储一体机的个数是相同的。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述功率型电池为超级电容。

作为优选的具体实施方式，本实施例提供的所述光伏组件的个数大于光储一体机的个数。

本实施例提供的多模式储能的微电网系统采用光伏、储能、变流一体化设计，减少多变流器并联后微电网系统的谐波影响，达到运行稳定，性能可靠的目的，此外，混合储能的电池性能各不一样，优势互补，能量型电池提供电压支撑，功率型电池提供功率波动支撑。

实施例二

如图2所示，本实施例提供的多模式储能的微电网系统，包括分布式发电电源，例如m组光伏组件、一组风机等，它们通过分布式逆变储能单元并联至微电网的一次母线，具体为分布式发电电源通过分布式逆变储能单元和可控开关与微电网的一次母线连接。其中，微电网系统还包括控制单元，该控制单元是根据微电网并离网运行策略控制可控开关的开启与关闭。

图2中的10kV/380V是变压器，AC380V是低压交流母线，L1-L5代表微电网电源侧分支线路，L1-1、L1-2、L1-3代表市电供电线路，L2-1、L2-2、L2-3代表微电网供电线路，S1-S3代表双电源断路器，K1-K5代表可控开关。

线路1、线路2的工作流程：线路1和线路2为市电电源，互为备用。微电网系统未投用情况下，双电源断路器S1-S3分别与市电供电线路L1-1、L1-2、L1-3连接，由市电给用电负荷供电；微电网系统投用情况下，双电源断路器S1-S3自动切换至与微电网供电线路L2-1、L2-2、L2-3连接，由微电网系统给负荷供电，并根据微电网并离网运行策略维持微电网系统正常稳定运行。

分布式逆变储能单元包括n个光储一体机、一个风机控制柜、一个光伏逆变器以及一个储能变流器(Power Control System，PCS)，光储一体机、风机控制柜、光伏逆变器以及储能变流器在连接至微电网的一次母线之前，均先连接一个可控开关，用于进行并离网控制。

光储一体化机，即光储一体化变流器，集逆变器和储能PCS功能于一体，是电网与光伏发电、电能存储设备之间的纽带，具有充电和电能回馈作用。光储一体化变流器的基本原理框图如图3所示。光储一体化机主要由光伏侧和储能侧的两个DC/DC变换器，负载侧的DC/AC变换器组成。其中，光伏侧DC/DC变换器将光伏组件产生的电压转变为直流母线所需电压；储能侧DC/DC变换器使能量能够双向流动，在并网模式时储能侧DC/DC变换器为蓄电池充电，在离网模式时储能侧DC/DC变换器作为蓄电池向直流母线充电，维持母线电压恒定；DC/AC变换器采用T型三电平拓扑结构，并根据电网工作状态能够分别在并网模式和离网模式下运行。

n组光伏组件在直流侧和储能装置(蓄电池)并接，再通过光储一体机逆变、升压后，经可控开关、变压器接入微电网，实现并网发电，变压器可采用双绕组变压器。其接入微电网过程如图4所示。

光储一体机的数量和容量，根据其需要连接的光伏组件数量和发电量确定。

为了保证在大电网失电的情况下，微电网系统能够继续保证各负载供电的需求，微电网系统还配置有包括铅炭电池、磷酸铁锂电池、超级电容的分布式混合储能单元。分布式混合储能单元同时具有平滑光伏风机发电出力、吸纳光伏富余电能、可参与电网削峰填谷等功能。多组光伏组件和铅炭电池/磷酸铁锂电池并联至光储一体机，然后光储一体机经过可控开关连接至微电网的一次母线，超级电容经储能变流器、可控开关连接至微电网的一次母线；光伏组件通过光伏逆变器、可控开关连接至微电网的一次母线，风机通过风机控制柜、可控开关连接至微电网的一次母线。

微电网内部的分布式发电电源自发自用，当发电功率大于负荷用电功率时，多余部分优先给储能充电，其余电上网；当发电功率小于负荷用电功率时，储能放电以补充功率缺额，如储能不足以补足功率缺额，则从电网取电补充。

在微电网系统中，分布式混合储能单元在正常并网时主要起到平滑分布式发电出力、进行削峰填谷的作用，在紧急情况和一些特定控制条件下，分布式混合储能单元起到备用电源的作用。

微电网离网运行时，分布式混合储能单元作为主电源为微电网系统提供参考频率。为保证微电网离网稳定运行，通过协调分布式电源、负荷、储能之间的分配，实现微电网离网稳定运行，支撑重要负荷可靠运行一定时间。

本实施例提供的微电网系统采用光伏组件、储能变流一体化设计，运行稳定，性能可靠，具有自主能量管理功能，支持智能充放电、支持三相100％不平衡带载运行、并离网运行模式在线无缝切换，具有有功、无功实时可调度和低电压穿越功能(并网运行时)，具有短路支撑和自恢复功能(离网运行时)。此外，混合储能的电池性能各不一样，优势互补，能量型的电池提供电压支撑，功率型的电池提供功率波动支撑。

实施例三

如图5所示，本实施例提供的微电网系统应用于某大学，接入微电网系统的光伏组件主要为1、2、3号教学楼、图文信息综合大楼、学术交流及事务中心、能机学院等六栋楼的屋顶光伏。微电网系统中使用2台光储一体机，容量分别为150kW和100kW，将1、2号教学楼和图文信息综合大楼的屋顶光伏通过光储一体机接入微电网一次母线，其余楼的屋顶光伏通过光伏逆变器接入微电网一次母线。该微电网系统还包括1台风电系统、超级电容，它们通过风机控制柜、储能变流器接入微电网一次母线。

校区光伏容量为478KW，校区重要负荷包括数据中心和数据中心空调，在离网情况下需确保2h的可靠供电，且接入光储一体机的光伏容量为235.2kW，则配置的分布式混合储能单元容量为：250kW×2h的铅炭电池/磷酸铁锂电池，另配置100kW*10s的超级电容储能，以满足急速调功需求。

150kW光储一体机分别与光伏组件和铅炭电池连接，100kW光储一体机分别与光伏组件和磷酸铁锂电池连接。在离网或者主网故障的情况下，优先为数据中心等重要负荷供电。此时150kW光储一体机为交流母线提供参考电压和频率、100kW光储一体机工作在P/Q模式(即输出功率控制模式)，优先保证数据中心的可靠供电。另外通过超级电容快速充放电来应对数据中心空调负荷的短时的功率波动。

铅炭电池与磷酸铁锂电池的充放电倍率相差不大，铅炭电池正常放电倍率在0.5C，磷酸铁锂电池充放电倍率在1C左右，因此在混合储能的情况下，铅炭电池的容量与磷酸铁锂电池的容量配置应尽量接近。铅炭电池容量配置为150kW/300kWh，单节电池容量为2V/1000Ah，接入到150kW的光储一体机的电池侧输入端；磷酸铁锂电池容量配置为100kW/200kWh，单体电池容量为3.2V/200Ah，接入到100kW的光储一体机的电池侧输入端，两类电池的输入电压为250V～520V之间。

铅炭电池的放电深度为80％，300kWh的铅炭电池的实际放电容量为240kWh，故多节铅炭电池串联的电压范围在263V～352V之间，额定电压为300V，满足光储一体机储能侧输入电压范围。

磷酸铁锂电池的放电深度为90％，200kWh的磷酸铁锂电池的实际放电容量为180kWh，故多节磷酸铁锂电池通过串并联的电压范围在281V～380V之间，额定电压为332V，满足光储一体机储能侧输入电压范围。

微电网系统还配置多个串联的48V165F的超级电容，超级电容所用的储能变流器单独一个屏柜。

白天光伏所发电能除给用户负荷供电外，多余电能储存到分布式混合储能单元中；晚上适量安排分布式混合储能单元释放一部分电能，以便第二天白天有适当的空间进行再次储能。

本实施例采用光储一体机和混合储能的方案，包括铅炭电池/磷酸铁锂能量型和超级电容功率型的电池。光储一体机中的光伏和储能各自通过DC/DC变换器共直流母线汇集的方式，控制灵活，稳定性高，不仅可以实现光伏的MPPT(最大功率点跟踪)控制，还可以适应不同类型的储能，充分发挥储能的调节范围，优化储能的充放电控制，提高能量的利用率。能量型的电池，主要用于支撑交流母线电压，通过自身的充放电策略可满足微网内缓慢的功率变化，实现微网稳定运行；而功率型的电池则是应对母线上功率快而大的波动，超级电容能够在短时间内释放或吸收比较大的功率来平滑母线上功率波动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种多模式储能的微电网系统，其特征在于，包括分布式发电电源、分布式混合储能单元、分布式逆变储能单元以及分布式可控开关；

第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路并联至微电网的一次母线上；

其中，所述分布式发电电源包括第一光伏组件和第二光伏组件，所述分布式混合储能包括功率型电池和能量型电池；所述分布式逆变储能单元包括光伏逆变器、光储一体机和储能变流器；所述分布式可控开关包括第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；所述第一支路为所述第一光伏组件、所述光伏逆变器和所述第一可控开关依次串联的支路；所述第二支路为所述第二光伏组件、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路；所述第三支路为所述能量型电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路；所述第四支路为所述功率型电池、所述储能变流器和所述第三可控开关依次串联的支路。

2.根据权利要求1所述的一种多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述微电网系统还包括第五支路；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述微电网的一次母线上；所述分布式发电电源还包括风机，所述分布式逆变储能单元还包括风机控制柜；所述分布式可控开关还包括第四可控开关；所示第五支路为所述风机、所述风机控制柜和所述第四可控开关依次串联的支路。

3.根据权利要求2所述的一种多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述微电网系统还包括变压器；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述变压器的一端，所述变压器的另一端连接在所述微电网的一次母线上。

4.根据权利要求3所述的一种多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述微电网系统还包括并网点快速开关；所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路、所述第四支路和所述第五支路并联至所述并网点快速开关的一端，所述并网点快速开关的另一端与所述变压器的一端连接。

5.根据权利要求2所述的一种多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述微电网系统还包括控制单元；所述控制单元，分别与所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关连接，用于控制所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关和所述第四可控开关的开启和关闭。

6.根据权利要求1所述的多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述第一支路、所述第二支路、所述第三支路和所述第四支路的个数为一个或者多个，且所述第二支路的个数和所述第三支路的个数相同。

7.根据权利要求6所述的多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述能量型电池包括铅炭电池和/或磷酸铁锂电池；所述第三支路为所述铅炭电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路，和/或所述第三支路为所述磷酸铁锂电池、所述光储一体机和所述第二可控开关依次串联的支路。

8.根据权利要求1所述的多模式储能的微电网系统，其特征在于，所述功率型电池为超级电容。

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