專利名稱：一種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
—種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置組合而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。微電網(wǎng)既可以通過配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運行，也可以獨立地為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電力需求，有效的保障了負(fù)載的用電安全。
隨著風(fēng)電、太陽能、天然氣等可再生能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和超大規(guī)模電力系統(tǒng)弊端的日益凸現(xiàn)，微電網(wǎng)系統(tǒng)日漸成為滿足負(fù)荷增長需求、減少環(huán)境污染、提高能源綜合利用效率和供電可靠性的一種有效途徑。近幾年，微電網(wǎng)得到了較快的發(fā)展，但同時也面臨著很多問題。現(xiàn)有微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大多如圖1所示，微網(wǎng)中的分布式電源、儲能裝置和負(fù)載都直接與交流母線相連，并入主電網(wǎng)。在現(xiàn)有的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，分布式電源直接與主電網(wǎng)連接，因此，分布式電源輸出電壓的波動會直接沖擊主電網(wǎng)，帶來諧波或局部電流，使主電網(wǎng)輸電質(zhì)量下降，運行穩(wěn)定性也下降。另外，從大規(guī)模電力系統(tǒng)的角度來分析，現(xiàn)有微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中分布式電源是不可控的發(fā)電單元，主電網(wǎng)無法有效地控制它的開通與關(guān)斷。大量的分布式電源直接與主電網(wǎng)相連會進(jìn)一步增大主電網(wǎng)控制的難度，因此有必要減少與主電網(wǎng)相連的分布式電源的數(shù)量。
公開號為CN102638055A的中國專利提出一種小型微網(wǎng)系統(tǒng)模型設(shè)計，其模擬了多分布式電源并行運行組成微電網(wǎng)的實物模型，涉及微網(wǎng)的簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制器，提供了模擬風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、光伏發(fā)電等分布式發(fā)電方式中的任何兩種方式并行運行的小型微網(wǎng)實驗?zāi)Ｐ?，且給出了兩個獨立分布式電源同時供電無通信的控制系統(tǒng)，為微網(wǎng)中分布式電源的控制做出了貢獻(xiàn)；但是該技術(shù)仍采用現(xiàn)有的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分布式電源的波動仍會影響主電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，造成輸電質(zhì)量下降。
公開號為CN102074953A的中國專利提出一種供電與實驗兩用的微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其在微網(wǎng)電源與常規(guī)負(fù)荷之間的母線上設(shè)有一常規(guī)模式開關(guān)，在微網(wǎng)電源與模擬負(fù)荷之間的母線上設(shè)有一實驗?zāi)Ｊ介_關(guān) ，在與常規(guī)負(fù)荷相連接的母線上通過微網(wǎng)并網(wǎng)開關(guān)與外部電網(wǎng)相連接，通過常規(guī)模式開關(guān)和實驗?zāi)Ｊ介_關(guān)實現(xiàn)實驗用微網(wǎng)系統(tǒng)與供電用微網(wǎng)系統(tǒng)的切換功能，滿足了實驗及供電兩方面的需要；但是該結(jié)構(gòu)中，分布式電源仍與主電網(wǎng)直接相連，仍然沒能解決分布式電源輸出電壓波動影響主電網(wǎng)穩(wěn)定和輸電質(zhì)量的問題。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過使分布式電源與主電網(wǎng)隔離，有效減小擾動對微電網(wǎng)的影響，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
—種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括:與主電網(wǎng)連接的交流母線；所述的交流母線上接有多個發(fā)電單元和多個負(fù)載單元；
所述的發(fā)電單元包括:
分布式電源，用于將一次能源轉(zhuǎn)換成初級交流電能；
微網(wǎng)變流器，用于將所述的初級交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；
能量存儲器，用于存儲所述的直流電能；
并網(wǎng)變流器，用于將能量存儲器存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)交流電能，并將所述的并網(wǎng)交流電能注入交流母線；
單元控制器，用于為微網(wǎng)變流器和并網(wǎng)變流器提供PWM控制信號，并控制能量存儲器充電或放電以及控制分布式電源的電能輸出。
所述的負(fù)載單元包括負(fù)載和負(fù)載開關(guān)，所述的負(fù)載通過負(fù)載開關(guān)與交流母線連接。
優(yōu)選的，所述的并網(wǎng)變流器通過并網(wǎng)開關(guān)與交流母線連接；可使微網(wǎng)處于并網(wǎng)運行、獨立運行和從交流母線斷開三種不同的工作狀態(tài)。
優(yōu)選地，還包括有微網(wǎng)控制器，所述的微網(wǎng)控制器用于監(jiān)測發(fā)電單元或負(fù)載單元的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)控制并網(wǎng)開關(guān)或負(fù)載開關(guān)通斷；可實現(xiàn)微網(wǎng)的智能化管理。
所述的主電網(wǎng)依次通過變壓器和主開關(guān)與交流母線連接。
所述的分布式電源為風(fēng)力發(fā)電機、燃?xì)獍l(fā)電機、太陽能發(fā)電機、地?zé)崮馨l(fā)電機或潮汐能發(fā)電機等新能源發(fā)電設(shè)備。
所述的能量存儲器采用蓄電池、超級電容或飛輪儲能裝置等儲能設(shè)備。
所述的微網(wǎng)變流器或并網(wǎng)變流器采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個橋臂均由若干個功率開關(guān)器件串聯(lián)組成。
所述的單元控制器采用DSP。所述的微網(wǎng)控制器采用PLC。
本發(fā)明提出的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對已有的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了修正，將儲能裝置作為能量轉(zhuǎn)換的樞紐。在電能的產(chǎn)生和存儲過程中，分布式電源發(fā)電系統(tǒng)利用不同類型的一次能源產(chǎn)生三相交流電能并輸出，通過相應(yīng)的微網(wǎng)變流器將分布式電源所發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電能，充入儲能裝置中，在此過程中實現(xiàn)電能的產(chǎn)生與儲存。在電能的輸出過程中，儲能裝置輸出直流電能，并網(wǎng)變流器將儲能裝置所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)變成三相交流電能，輸出到交流母線，交流母線通過主開關(guān)和負(fù)載開關(guān)分別與主電網(wǎng)和負(fù)載相連。
微網(wǎng)控制器監(jiān)測和控制各微網(wǎng)發(fā)電單元和負(fù)載單元的運行狀態(tài)，根據(jù)主電網(wǎng)和負(fù)載的功率需求，控制各個微網(wǎng)發(fā)電單元并網(wǎng)開關(guān)的開通與關(guān)斷。單元控制器負(fù)責(zé)監(jiān)測和控制發(fā)電單元中分布式電源、儲能裝置和并網(wǎng)變流器的運行狀態(tài)，根據(jù)儲能裝置和分布式電源的運行情況，控制電能的產(chǎn)生、存儲和輸出。通過主開關(guān)、負(fù)載開關(guān)和并網(wǎng)開關(guān)的配合，微電網(wǎng)可接入交流母線與主電網(wǎng)并網(wǎng)運行，共同向負(fù)載供電，處于并網(wǎng)輸電狀態(tài)；可從接入交流母線但與主電網(wǎng)斷開，獨立運行，單獨向負(fù)載供電，處于獨立輸電狀態(tài)；也可斷開并網(wǎng)開關(guān)，不向交流母線輸出電能。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
(I)本發(fā)明所述的基于儲能裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將儲能裝置作為微電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，將不同分布式電源所發(fā)電能先存入儲能裝置中，再通過儲能裝置集中向交流母線輸出，減少了并入主電網(wǎng)的分布式電源的數(shù)量，并有效地消除了現(xiàn)有微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中分布式電源輸出電壓波動對主電網(wǎng)造成的沖擊。
(2)本發(fā)明所述的儲能裝置將分布式發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電能進(jìn)行集中存儲，可將分布式電源發(fā)出的某些達(dá)不到并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的電能先進(jìn)行收集存儲，滿足并網(wǎng)條件時再輸出，提高了能源利用的效率。
(3)本發(fā)明所述的微網(wǎng)控制器可以根據(jù)不同的負(fù)載功率要求智能調(diào)節(jié)各個微網(wǎng)發(fā)電單元的工作狀態(tài)，控制電能的存儲和輸出，便于智能化管理，提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)地可控性。


圖1為傳統(tǒng)微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2為本發(fā)明微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案及其相關(guān)工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖2所示，一種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括:與主電網(wǎng)連接的交流母線、微網(wǎng)控制器以及接在交流母線上的多個發(fā)電單元和多個負(fù)載單元。
主電網(wǎng)依次通過變壓器和主開關(guān)與交流母線連接，其通過電壓器作電壓等級變換后向交流母線輸送電能。
發(fā)電單元包括分布式電源、微網(wǎng)變流器、能量存儲器、并網(wǎng)變流器、單元控制器和并網(wǎng)開關(guān)；其中:
分布式電源用于將一次能源轉(zhuǎn)換成初級交流電能；本實施方式中，分布式電源為風(fēng)力發(fā)電機，其將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。
微網(wǎng)變流器與分布式電源相連，其用于將初級交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；本實施方式中，微網(wǎng)變流器采用整流器，其結(jié)構(gòu)采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個橋臂均由若干個功率開關(guān)器件串聯(lián)組成。
能量存儲器與微網(wǎng)變流器相連，其用于存儲微網(wǎng)變流器輸出的直流電能；本實施方式中，能量存儲器采用蓄電池。
并網(wǎng)變流器與能量存儲器和并網(wǎng)開關(guān)相連，其用于將能量存儲器存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)交流電能并控制輸出電流的波形與相位，進(jìn)而通過并網(wǎng)開關(guān)將并網(wǎng)交流電能注入交流母線；本實施方式中，微網(wǎng)變流器采用逆變器，其結(jié)構(gòu)采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個橋臂均由若干個功率開關(guān)器件串聯(lián)組成。
單元控制器與分布式電源、微網(wǎng)變流器、能量存儲器和并網(wǎng)變流器相連，用于為微網(wǎng)變流器和并網(wǎng)變流器中的功率開關(guān)器件提供PWM控制信號，并控制能量存儲器充電或放電以及控制分布式電源的電能輸出；本實施方式中，單元控制器采用DSP。
負(fù)載單元包括負(fù)載和負(fù)載開關(guān)，負(fù)載通過負(fù)載開關(guān)與交流母線連接。
微網(wǎng)控制器與主開關(guān)、并網(wǎng)開關(guān)和負(fù)載開關(guān)相連，其監(jiān)測發(fā)電單元或負(fù)載單元的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)控制主開關(guān)、并網(wǎng)開關(guān)或負(fù)載開關(guān)通斷；本實施方式中，微網(wǎng)控制器采用PLC。
主開關(guān)、并網(wǎng)開關(guān)和負(fù)載開關(guān)均采用三相交流接觸器。
本實施方式中，微網(wǎng)控制器監(jiān)測和控制各微網(wǎng)發(fā)電單元和負(fù)載單元的運行狀態(tài)，根據(jù)主電網(wǎng)和負(fù)載的功率需求，控制各個微網(wǎng)發(fā)電單元并網(wǎng)開關(guān)的開通與關(guān)斷。單元控制器負(fù)責(zé)監(jiān)測和控制發(fā)電單元中分布式電源、儲能裝置和并網(wǎng)變流器的運行狀態(tài)，根據(jù)儲能裝置和分布式電源的運行情況，控制電能的產(chǎn)生、存儲和輸出。在電能的產(chǎn)生和存儲過程中，分布式電源發(fā)電系統(tǒng)利用不同的一次能源產(chǎn)生并輸出三相交流電蟹，通過相應(yīng)的微網(wǎng)變流器將分布式電源所發(fā)出的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，充入儲能裝置中，在此過程中實現(xiàn)電能的產(chǎn)生與儲存。在電能的輸出過程中，儲能裝置輸出直流電能，并網(wǎng)變流器將儲能裝置所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)變成三相交流電能，輸出到交流母線，交流母線通過主開關(guān)和負(fù)載開關(guān)分別與主電網(wǎng)和負(fù)載相連。
本實施方式通過主電網(wǎng)開關(guān)和并網(wǎng)開關(guān)的配合，每個微網(wǎng)發(fā)電單元可以有三種狀態(tài):并網(wǎng)輸電、獨立輸電和從交流母線斷開。當(dāng)并網(wǎng)開關(guān)和主電網(wǎng)開關(guān)都閉合時，發(fā)電單元處于并網(wǎng)輸電狀態(tài)，此時，發(fā)電單元與主電網(wǎng)都連接到交流母線，向負(fù)載輸送電能，此狀態(tài)可以應(yīng)用于主電網(wǎng)和發(fā)電單元均正常工作或主電網(wǎng)電力不足時。當(dāng)并網(wǎng)開關(guān)閉合、主電網(wǎng)開關(guān)斷開時，發(fā)電單元處于獨立輸電狀態(tài)，此時，只有微網(wǎng)發(fā)電單元連接到交流母線，向負(fù)載輸送電能，此狀態(tài)可應(yīng)用于主電網(wǎng)出現(xiàn)故障或停電時，由微電網(wǎng)來輸出電能，保證負(fù)載的正常工作。當(dāng)并網(wǎng)開關(guān)斷開時，微網(wǎng)發(fā)電單元處于不輸出電的狀態(tài)，此時，微電網(wǎng)與交流母線斷開，不向外輸出電能，此狀態(tài)可應(yīng)用于微網(wǎng)發(fā)電單元發(fā)生故障或電力不足時，從交流母線斷開，不影響主電網(wǎng)和負(fù)載的正常運行。
權(quán)利要求
1.一種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括與主電網(wǎng)連接的交流母線；所述的交流母線上接有多個發(fā)電單元和多個負(fù)載單元；其特征在于:所述的發(fā)電單元包括: 分布式電源，用于將一次能源轉(zhuǎn)換成初級交流電能； 微網(wǎng)變流器，用于將所述的初級交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能； 能量存儲器，用于存儲所述的直流電能； 并網(wǎng)變流器，用于將能量存儲器存儲的直流電能轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)交流電能，并將所述的并網(wǎng)交流電能注入交流母線； 單元控制器，用于為微網(wǎng)變流器和并網(wǎng)變流器提供PWM控制信號，并控制能量存儲器充電或放電以及控制分布式電源的電能輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的負(fù)載單元包括負(fù)載和負(fù)載開關(guān)，所述的負(fù)載通過負(fù)載開關(guān)與交流母線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的并網(wǎng)變流器通過并網(wǎng)開關(guān)與交流母線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括有微網(wǎng)控制器，所述的微網(wǎng)控制器用于監(jiān)測負(fù)載單元的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)控制負(fù)載開關(guān)通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括有微網(wǎng)控制器，所述的微網(wǎng)控制器用于監(jiān)測發(fā)電單元的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)控制并網(wǎng)開關(guān)通斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的主電網(wǎng)依次通過變壓器和主開關(guān)與交流母線連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的分布式電源為風(fēng)力發(fā)電機、燃?xì)獍l(fā)電機、太陽能發(fā)電機、地?zé)崮馨l(fā)電機或潮汐能發(fā)電機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的能量存儲器采用蓄電池、超級電容或飛輪儲能裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的單元控制器采用DSP。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或 5所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的微網(wǎng)控制器采用PLC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于儲能的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括與主電網(wǎng)連接的交流母線；交流母線上接有多個發(fā)電單元和多個負(fù)載單元；發(fā)電單元包括分布式電源、微網(wǎng)變流器、能量存儲器、并網(wǎng)變流器和單元控制器。本發(fā)明微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將儲能裝置作為微電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，將不同分布式電源所發(fā)電能先存入儲能裝置中，再通過儲能裝置集中向交流母線輸出，減少了并入主電網(wǎng)的分布式電源的數(shù)量，并有效地消除了現(xiàn)有微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中分布式電源輸出電壓波動對主電網(wǎng)造成的沖擊，提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時本發(fā)明可以根據(jù)不同的負(fù)載功率要求智能調(diào)節(jié)各個微網(wǎng)發(fā)電單元的工作狀態(tài)，控制電能的存儲和輸出，便于智能化管理，提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)地可控性。
文檔編號H02J3/28GK103219726SQ20131010801
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者楊家強, 尹溶森 申請人:浙江大學(xué)