CN215071662U - 并网单母线交流型微电网 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种并网单母线交流型微电网，包括：并网端，其包括顺序串联的变压器、并网点、主开关以及接口开关；微电网端，包括单母线，以及并联设置于所述单母线上的同步发电机、DER模组、负载以及储能单元；所述储能单元与所述单母线之间进一步串联双向变流器；所述双向变流器包括逆变器、电容器、第一电感、负载、第二电感、第一通讯开关以及第二通讯开关。

Description

并网单母线交流型微电网

技术领域

本实用新型涉及一种微电网结构，尤其涉及并网单母线交流型微电网。

背景技术

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。

然而，现有的微电网结构较为单一，不能根据实际需要进行扩展。

实用新型内容

本实用新型提供了一种并网单母线交流型微电网，可以有效解决上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种并网单母线交流型微电网，包括：

并网端，其包括顺序串联的变压器、并网点、主开关以及接口开关；

微电网端，包括单母线，以及并联设置于所述单母线上的同步发电机、DER模组、负载以及储能单元；所述储能单元与所述单母线之间进一步串联双向变流器；所述双向变流器包括逆变器、电容器、第一电感、负载、第二电感、第一通讯开关以及第二通讯开关。

作为进一步改进的，所述微电网进一步包括多个断路器，分别设置于所述同步发电机、所述DER模组、所述负载以及所述储能单元的线路上。

本实用新型的有益效果是：通过在所述微电网端进一步设置微电网扩展端，且所述微电网扩展端包括顺序串联的并网点、主开关以及接口开关，所述接口开关用于接次电网端；从而方便所述微电网端的进一步扩展。另外，通过在所述储能单元端设置双向变流器，从而可以实现负载的不间断供电。最后，通过双向变流器的输入电压的调节，还可以实现能量在多个双向变流器之间的可控流动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的并网单母线交流型微电网的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的并网单母线交流型微电网中储能单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1所示，本实用新型实施例提供一种并网单母线交流型微电网，包括：

并网端，其包括顺序串联的变压器11、并网点12、主开关13以及接口开关14；

微电网端，包括单母线21，以及并联设置于所述单母线21上的同步发电机16、DER模组17、负载19以及储能单元20；所述储能单元20与所述单母线21之间进一步串联双向变流器22；所述双向变流器22包括逆变器221、电容器222、第一电感223、负载19、第二电感226、第一通讯开关225以及第二通讯开关227。其中，所述DER模组17(Distributed EnergyResource)包含光伏和/或风电等分布式能源。

具体的，所述逆变器221的输入端顺序连接所述第一电感223、第二电感226、第二通讯开关227以及母线21；所述逆变器221的输出端串接所述负载19；所述第一通讯开关225一端连接负载，另一端连接于所述第一电感223以及所述第二电感226之间；所述电容器222的一端连接于所述第一电感223以及所述第二电感226之间，另一端连接所述逆变器221的输出端。所述电容器222以及所述第一电感223用于对输出的交流输出滤波。另外，通过第一通讯开关225以及第二通讯开关227可以实现功率的可控流动。

作为进一步改进的，所述并网单母线交流型微电网进一步包括多个断路器18，分别设置于所述同步发电机16、所述DER模组17、所述负载19以及所述储能单元20的线路上。作为进一步改进的，所述微电网端进一步包括重要负载23，其通过断路器18并联于所述单母线21上。当并网单母线交流型微电网电量不足时，优先切断其他负载19的供电，保证所述重要负载23的电力供应。

在微电网的结构中，储能单元20是整个微电网可以保持平稳、持续运行的重要单元。因此，需要对所述储能单元20的性能进行实时监控。

作为进一步改进的，所述储能单元20包括多个储能电池组，且每一储能电池组包括：电池模块200、管理模块201、温度传感器202、负温度系数热敏电阻203、内存204、通讯模块205。所述负温度系数热敏电阻203串联于所述温度传感器202以及所述管理模块201之间，且所述负温度系数热敏电阻203以及所述温度传感器202均贴合设置于所述电池模块200的表面。所述通讯模块205设置于所述管理模块201的输出端。所述负温度系数热敏电阻203在高于所述电池模块200的工作温度时，处于低阻导通状态，使得所述管理模块201处于获取所述电池模块200的过温工作次数并记录过温工作次数更新存储于所述内存204中；所述通讯模块205用于将存储于所述内存204中的过温工作次数以及原始记录于所述内存204中的电池模块200的出厂信息发送给外部处理端30。进一步的，所述管理模块201进一步用于获取所述电池模块200的充电次数并记录充电次数更新存储于所述内存204中。

所述负温度系数热敏电阻203可以选择高于所述电池模块200的工作温度55℃时，处于低阻导通状态，即，电阻值低于10欧姆的材料。所述外部处理端30用于获取每一储能电池组的过温工作次数、以及充电次数；并根据该储能电池组的出厂信息，判断所述储能电池组的使用寿命。优选的，所述外部处理端30用于每间隔单位时间获取每一储能电池组的过温工作次数、以及充电次数；并根据该储能电池组的出厂信息，判断所述储能电池组的使用寿命。所述间隔单位时间为15～30天。另外，如果在单位时间内，该储能电池组的过温工作次数超过设定值时，进行预警并及时更换。另外，所述外部处理端进一步用于根据所述储能电池组的充电次数以及出厂信息获取所述储能电池组的容量衰减变化，并根据其容量衰减情况，获取该储能电池组的优选充电方案。其中，所述容量衰减情况可以根据该储能电池组的标准测试数据获得。具体的，可以根据电池厂商测试其标准电池的充放电数据的衰减容量进行推定。例如，储能电池组的标准电池充电次数，如下：充放电100次其容量衰减到95％；300次衰减到90％；600次衰减到85％；1000次衰减到80％。

所述优选充电方案为：

S1，使用大电流进行快速充电到所述储能电池组实际容量的95％；

S2，使用微小的脉冲电流缓慢对所述储能电池组实际剩余容量的5％进行补充充电。

定义该储能电池组的初始容量为C，容量衰减为0.95C、0.9C、0.85C以及0.8C等。具体的，对于初始的储能电池组，可使用大电流进行快速充电到95％左右，然后使用微小的脉冲电流进行补充充电。换言之，如果容量衰减到0.95C，先使用大电流进行快速充电到0.95*0.95C，然后用微小的脉冲电流充电0.05*0.95C。

对于并网型微电网，需根据不同的作用，配置储能容量：

1作用一：满足正常供电要求，赚取峰谷差储能配置：

新能源微电网并网运行时，除了新能源发电外，还可从主网获取能量。储能系统依据峰谷电价差按照白天放电、晚上充电的方式运行；微电网根据光伏、风电发电的最大功率和波动情况，选择满足运行条件的储能类型。

同样，对于电池储能系统，系统的运行功率应在允许的充放电倍率范围内，超过允许的SOC范围时，禁止储能电池运行。

夜晚情况

储能电池夜间充电，电量首先来自风机，然后由主网补足剩下的充电电量。当储能电池的SOC达到SOC_max时，停止充电。储能电池的充电电量为:

E_ES,ch＝max[E_L,N-(E_WG+E_G)]

式中：E_ES,ch、E_L,N、E_WG定义微电网储能配置；E_G为电网提供的电量可以为0或正值。

白天情况

白天6:00-18:00运行时，光伏和风力发电供给负载，不足的部分优先由储能电池提供。当储能电池的SOC到达SOC_min时，停止放电。储能电池的放电电量为：

E_ES,dis＝max[E_L,D-(E_WG+E_PV+E_G)]

式中：E_ES,dis、E_L,D、E_WG、E_PV、E_G定义同上。

另外，根据《推进并网型微电网建设试行办法》，独立运行时能保障重要负荷连续供电不低于2小时，可见储能系统的配置还需要考虑极端情况下保证新能源微电网系统给重要负荷持续供电不低于2小时。

E_ES,min≥max∣2×P_LZ∣

式中：E_ES,min为极端情况下保证新能源微电网中重要负荷持续供电2小时以上时储能系统容量；P_LZ为新能源微电网中重要负荷。

2作用二：平缓新能源出力波动，保障电网交换点功率稳定

根据《国家能源局关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》国能新能〔2015〕265号文，微电网与公共配电网并网，应符合分布式发电接入电力系统的相关技术规定。

新能源微电网在并网运行状态下，由于光伏、风力发电等可再生新能源，其出力的随机性和波动性将导致微电网系统功率的波动，最终反映到联络线功率的波动，若通过燃气发电等主力电源进行平抑，不仅响应速度相对较慢，而且将影响燃气发电机组运行的经济性。而通过配置储能来平抑可再生能源出力波动，使联络线功率波动处于规定要求范围内，不仅响应速度快，有效提升微电网电能质量，同时还能确保燃气发电机组的运行经济性。

规划阶段，以平抑联络线功率波动为目标配置储能，需要大量的风光资源和负荷预测数据样本，考虑到配置的可操作性和普适性，本文采用如下储能容量计算方法：

P_CC,1(i)＝P_L,max(i)-P_KK,p(i)-P_PV,min(i)-P_WG,min(i)

P_CC,2(i)＝P_L,min(i)-P_KK,V(i)-P_PV,max(i)-P_WG,max(i)

P_CC(i)＝max{|P_CC,1(i)|,|P_CC,2(i)|}

式中：i(i＝1，2，3，…，12)表示微电网规划水平年各月份的典型日；P_L,max(i)和P_L,min(i)分别为第i个月典型日的最大负荷和最小负荷，其值根据对应月份的综合日负荷特性预测确定；P_KK,p(i)和P_KK,V(i)分别为第i个月典型日负荷高峰和低谷时可控电源(燃气发电、柴发等)的出力值，由对应月份可控电源的典型运行方式确定；P_PV,min(i)、P_WG,min(i)和P_PV,max(i)、P_WG,max(i)为第i个月典型日可再生资源发电(光伏、风电等)的最大出力和最小出力预测值，由历史典型年对应月份的风光资源确定；P_CC,1(i)和P_CC,2(i)分别为第i个月典型日(负荷高峰+可再生能源低谷)和(负荷低谷+可再生能源高峰)时联络线的交换功率；P_CC(i)则为第i个月典型日PCC点的最大交换功率。若P_Ref(i)为满足并网要求的PCC点协议交换功率，则储能的功率P_ES(i)为：

P_ES(i)＝P_Ref(i)-P_CC(i)

选取储能充放电功率P_ES(i)的绝对值最大值作为储能额定功率：

P_ES＝max{|P_ES(i)|}

以1d为周期计算储能容量E_Es(i)，设其最大值和最小值分别为E_Es(max)和E_Es(min)。为了确保储能的充放电寿命，还需考虑储能的荷电状态SOC，若其最大值和最小值分别为SOC_max和SOC_min，则储能的额定容量计算如下:

E_Es＝(E_Es(max)-E_Es(min))/(SOC_max-SOC_min)

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种并网单母线交流型微电网，其特征在于，包括：

并网端，其包括顺序串联的变压器(11)、并网点(12)、主开关(13)以及接口开关(14)；

微电网端，包括单母线(21)，以及并联设置于所述单母线(21)上的同步发电机(16)、DER模组(17)、负载(19)以及储能单元(20)；所述储能单元(20)与所述单母线(21)之间进一步串联双向变流器(22)；所述双向变流器(22)包括逆变器(221)、电容器(222)、第一电感(223)、负载(19)、第二电感(226)、第一通讯开关(225)以及第二通讯开关(227)。

2.根据权利要求1所述的并网单母线交流型微电网，其特征在于，进一步包括多个断路器(18)，分别设置于所述同步发电机(16)、所述DER模组(17)、所述负载(19)以及所述储能单元(20)的线路上。

3.根据权利要求1所述的并网单母线交流型微电网，其特征在于，所述微电网端进一步包括重要负载(23)，其通过断路器(18)并联于所述单母线(21)上。

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