一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量平衡的微電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量平衡的微電網(wǎng)系統(tǒng) 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量平衡的微電網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)（Micro-Grid)也譯為微網(wǎng)，是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負(fù)荷、儲(chǔ) 能裝置和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與 外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。
[0003] 以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的微電網(wǎng)作為超高壓、遠(yuǎn)距離、大電網(wǎng)供電模式的補(bǔ)充，代 表著電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向。風(fēng)能和太陽能資源是清潔的可再生能源，但存在著隨機(jī)性和 波動(dòng)性的問題，給電網(wǎng)帶來一系列的影響。功率的波動(dòng)性程度直接影響電網(wǎng)原有的潮流分 布，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的滲透率處于較高水平時(shí)，波動(dòng)性和隨機(jī)性會(huì)給電網(wǎng)的原有運(yùn) 行方式帶來巨大的沖擊。為了減少這種沖擊，可以在風(fēng)電機(jī)組和光伏電站聯(lián)合發(fā)電的系統(tǒng) 中配置大規(guī)模儲(chǔ)能裝置聯(lián)合運(yùn)行。
[0004] 儲(chǔ)能技術(shù)對微電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)有重要作用，其應(yīng)用在很大程度上解決新能源發(fā)電的波 動(dòng)性和隨機(jī)性問題，有效提高間歇性微源的可預(yù)測性、確定性和經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)的方法是采用 單一的蓄電池儲(chǔ)能元件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率的平抑，但是由于頻繁的充放電對蓄電池組壽命的 影響以及單一儲(chǔ)能元件往往不能滿足系統(tǒng)功率快速自動(dòng)平衡的需要。
[0005] 此外，現(xiàn)配置大規(guī)模儲(chǔ)能裝置價(jià)格比較昂貴，因此，有必要綜合考慮輸電工程成 本，儲(chǔ)能裝置成本，輸電收益，儲(chǔ)能裝置收益，建立以綜合效益最大化為目標(biāo)，給定輸電線路 輸電能力時(shí)的儲(chǔ)能裝置優(yōu)化配置的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量平衡的微電網(wǎng)系統(tǒng)，該微電網(wǎng)系統(tǒng)可預(yù)測微電網(wǎng) 中的發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率和微電網(wǎng)中的負(fù)載變化，可追蹤和預(yù)測微電網(wǎng)和大電網(wǎng)連接點(diǎn)功 率，能制定和實(shí)施最適宜的控制策略，保障微電網(wǎng)在并網(wǎng)時(shí)按照大電網(wǎng)的需求快速且平穩(wěn) 提供有功功率和無功功率，并可提升儲(chǔ)能裝置的安全性和使用壽命。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量平衡的微電網(wǎng)系統(tǒng)，該微電 網(wǎng)系統(tǒng)包括：風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能裝置、用于將微電網(wǎng)與大電網(wǎng)連接和隔離 的AC/DC雙向換流模塊一、直流母線、用于連接風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備和直流母線的 AC/DC雙向換流模塊二、微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載和監(jiān)控裝置；
[0008] 該儲(chǔ)能裝置包括蓄電池模塊、超級(jí)電容器和與上述直流母線連接的雙向DC/DC變 換器；
[0009] 該監(jiān)控裝置包括：
[0010] 風(fēng)力發(fā)電發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的 發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測；
[0011] 光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏發(fā)電設(shè)備，并對光伏發(fā)電設(shè)備的發(fā)電 功率進(jìn)行預(yù)測；
[0012] 儲(chǔ)能裝置監(jiān)控模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池模塊的SOC、超級(jí)電容器的電容電壓值和 DC/DC雙向變換器；
[0013] 大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從大電網(wǎng)調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào) 度信息；
[0014] 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制微電網(wǎng)連接或隔離大電網(wǎng)；
[0015]負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能電站內(nèi)的負(fù)載；
[0016] 中控模塊，用于確定微電網(wǎng)的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控裝置中的各模塊發(fā)出指令， 以執(zhí)行該運(yùn)行策略；
[0017]總線模塊，用于該監(jiān)控裝置的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)。
[0018] 優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能裝置由蓄電池模塊和超級(jí)電容組成混合儲(chǔ)能，將蓄電池模塊分 成獨(dú)立控制的兩個(gè)蓄電池分組，每一組蓄電池分組均包括一個(gè)以上蓄電池，將兩組蓄電池 分組分別稱為第一蓄電池組和第二蓄電池組；超級(jí)電容、第一蓄電池組和第二蓄電池組分 別通過雙向DC/DC變換器連接在上述直流母線上，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容、第一蓄電池組和第二蓄 電池組的雙向控制。
[0019] 優(yōu)選的，將第一蓄電池組作為充電蓄電池組，將第二蓄電池組作為放電蓄電池組， 充電蓄電池組中的蓄電池處于充電狀態(tài)或充電完成狀態(tài)，放電蓄電池組中的蓄電池處于放 電狀態(tài)或等待放電狀態(tài)；當(dāng)放電蓄電池組中的部分或全部蓄電池的荷電狀態(tài)到達(dá)荷電狀態(tài) 下限時(shí)，調(diào)節(jié)該部分或全部蓄電池到充電蓄電池組，同時(shí)將充電蓄電池組中達(dá)到荷電狀態(tài) 上限的部分或全部蓄電池調(diào)節(jié)到放電蓄電池組，重新分配充電蓄電池組和放電蓄電池組， 形成新的第一蓄電池組和第二蓄電池組；在放電蓄電池組中，優(yōu)先驅(qū)動(dòng)荷電量最小的若干 蓄電池或放電蓄電池組整體以額定功率輸出的方式調(diào)節(jié)超級(jí)電容電壓在額定工作范圍以 內(nèi)；在充電蓄電池組中，優(yōu)先驅(qū)動(dòng)荷電量最大的若干蓄電池或充電蓄電池組整體進(jìn)入放電 蓄電池組。
[0020] 優(yōu)選的，光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊至少包括光伏發(fā)電設(shè)備電壓、電流檢測設(shè)備、光強(qiáng) 及溫度檢測設(shè)備。
[0021] 優(yōu)選的，所述光伏發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)。
[0022] 優(yōu)選的，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊至少包括風(fēng)力發(fā)電設(shè)備電壓、電流及頻率檢 測設(shè)備，風(fēng)速檢測設(shè)備。
[0023] 優(yōu)選的，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)。
[0024] 優(yōu)選的，蓄電池模塊采用鋰電池作為電能存儲(chǔ)的基礎(chǔ)單元。
[0025] 本發(fā)明的微電網(wǎng)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和光伏發(fā)電設(shè)備 的輸出功率變化情況；（2)準(zhǔn)確預(yù)測微電網(wǎng)與大電網(wǎng)連接點(diǎn)的功率變化和微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)載 的功率變化；(3)通過將蓄電池和超級(jí)電容優(yōu)勢互補(bǔ)組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)來增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的 功率調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)速度，同時(shí)將蓄電池模塊分成充電組和放電組，有效的提高了蓄電池 組的壽命；(4)控制策略兼顧配大電網(wǎng)調(diào)度要求和儲(chǔ)能裝置運(yùn)行情況，可同時(shí)為大電網(wǎng)提 供有功功率和無功功率，滿足大電網(wǎng)的調(diào)度需求和微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)載需求的同時(shí)，可有效抑 制微電網(wǎng)的功率波動(dòng)，兼顧了供電可靠性，保障微電網(wǎng)的安全性，延長了微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的使 用壽命。
【附圖說明】
[0026] 圖1示出了本發(fā)明的一種可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量平衡的微電網(wǎng)系統(tǒng)及其監(jiān)控裝置的框 圖；
[0027] 圖2示出了本發(fā)明的微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行及監(jiān)控方法。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 圖1是示出了本發(fā)明的一種具有可平抑功率波動(dòng)的儲(chǔ)能裝置的微電網(wǎng)10,該微電 網(wǎng)10包括：光伏發(fā)電設(shè)備12、儲(chǔ)能裝置13、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備14、用于將微電網(wǎng)10與大電網(wǎng)20 連接和隔離的AC/DC雙向換流模塊一 16、直流母線、用于連接光伏發(fā)電設(shè)備12和直流母線 的AC/DC雙向換流模塊二15、負(fù)載17以及監(jiān)控裝置11。
[0029] 參見圖1，該儲(chǔ)能裝置13包括蓄電池模塊131、超級(jí)電容器132與上述直流母線連 接的雙向DC/DC變換器133和134,其中雙向DC/DC變化器133連接蓄電池模塊131和直 流母線，雙向DC/DC變化器134連接超級(jí)電容器和直流母線，所述雙向DC/DC變換器133和 134均可以包括多個(gè)多個(gè)DC/DC變換模塊。
[0030] 優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能裝置13由蓄電池模塊131和超級(jí)電容組132成混合儲(chǔ)能，將蓄 電池模塊131分成獨(dú)立控制的兩個(gè)蓄電池分組（未示出），每一組蓄電池分組均包括一個(gè)以 上蓄電池，將兩組蓄電池分組分別稱為第一蓄電池組和第二蓄電池組；超級(jí)電容132、第一 蓄電池組和第二蓄電池組分別通過雙向DC/DC變換器連接在上述直流母線上，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電 容、第一蓄電池組和第二蓄電池組的雙向控制。
[0031] 優(yōu)選的，將第一蓄電池組作為充電蓄電池組，將第二蓄電池組作為放電蓄電池組， 充電蓄電池組中的蓄電池處于充電狀態(tài)或充電完成狀態(tài)，放電蓄電池組中的蓄電