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一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統

編輯部 | 2017/6/15 14:41:33

一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統
        北極星輸配電網今日為您帶來一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統;申請人:新智能源系統控制有限責任公司;發明人:石大鵬 李華印 李新新 王玉亮 堯軍 陳燦章 賀萬普。
 
      摘要
        本發明提供了一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統,涉及微電網控制技術領域,可調整微電網系統中微電源可供應的電能與負荷所需電能的平衡關系。該微電網系統包括微電網供用能模塊、微電網中央控制模塊和末端數據采集及控制模塊;微電網供用能模塊用于實現微電源向負荷的供電;微電網中央控制模塊用于對微電源可供應的電能和負荷所需的電能進行實時預測,在微電網系統處于離網狀態時,進入孤島運行模式,并不斷調整孤島范圍,確定需要投入的負荷和需要切除的負荷,并下發相應的指令;末端數據采集及控制模塊用于在微電網中央控制模塊所下發的指令的控制下,對負荷進行投入或切除。上述微電網系統用于在離網狀態時獨立向負荷供電。
        背景技術
         微電網系統是一種將分布式發電系統、儲能以及末端負荷相結合的智能可控小型 電網系統,并且是可以實現自我控制、保護和管理的自治系統。微電網系統主要包括用于供 應電能的微電源和用于消耗電能的負荷。相對于外部電網,微電網系統有并網和離網兩種 運行模式:當外部電網正常供電時,微電網系統中的微電源作為輔助電源并入,與外部電網 共同為負荷輸送電能;當外部電網發生故障時,微電網與外部電網斷開連接,形成孤島,獨立向負荷輸送電能。
但是,微電網系統在離網模式下運行時,普遍存在如下問題:現有的微電網系統僅 能根據負荷重要性對孤島范圍進行一次劃分,因此在后續供電過程中,現有的微電網系統 并不能對微電網系統中微電源可供應的電能與負荷所需的電能的關系進行調整,使二者達 到平衡。例如,當微電源可供應的電能小于負荷所需的電能,即微電網系統已經不足以向現 有的負荷供電時,就會降低微電網系統運行的安全可靠性;或者,當微電源可供應的電能大 于負荷所需的電能,即微電網系統可向更多的負荷供電時,降低了能源的利用率,在一定程 度上造成能源的浪費。
       發明內容
       本發明提供了一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統,可快速調整微 電網系統中微電源可供應的電能與負荷所需的電能之間的平衡關系,提高微電網系統運行 的安全可靠性,并提高能源的利用率。
為達到上述目的,本發明采用如下技術方案:
        本發明提供了一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統,所述微電網系 統包括至少一個區塊及與各區塊相連的微電網中央控制模塊,所述區塊包括相連的微電網 供用能模塊和末端數據采集及控制模塊;其中,所述微電網供用能模塊包括微電源單元和 負荷單元,所述微電源單元包括至少一個微電源,所述負荷單元包括至少一個負荷,所述微 電源單元用于向所述負荷單元供應電能;在所述微電網系統處于并網狀態時,所述微電網 供用能模塊與外部電網相連,在所述微電網系統處于離網狀態時,所述微電網供用能模塊 與外部電網斷開;所述微電網中央控制模塊用于對所述微電源單元可供應的電能以及所述 負荷單元所需的電能進行實時預測,在所述微電網系統處于離網狀態時,進入孤島運行模 式,根據實時預測的預測數據及所述微電網系統的供用能平衡滯環裕量不斷調整孤島范圍,然后根據所調整的孤島范圍及所述負荷單元中各負荷的重要性確定需要投入的負荷和 需要切除的負荷,并下發相應的指令;所述末端數據采集及控制模塊用于在所述微電網中 央控制模塊所下發指令的控制下,對所述負荷單元中的負荷進行相應的投入或切除,使所述微電源單元可供應的電能與所述負荷單元所需的電能保持平衡。
        利用本發明所提供的微電網系統,通過對微電網系統中微電源可供應的電能以及負荷所需的電能進行實時預測,可判斷出二者之間的關系,當二者處于非平衡態時,通過調整孤島范圍,對負荷進行投入或切除,從而使微電源可供應的電能與負荷所需的電能的關 系快速恢復平衡。例如,當微電源可供應的電能小于負荷所需的電能時,即微電網系統已經 不足以向現有的負荷供電,這時根據負荷的重要性,對原有的負荷中一部分重要性較低的 負荷進行切除,縮小孤島范圍,使微電源可供應的電能與切除后的負荷所需的電能達到平衡,從而提高了微電網系統運行的安全可靠性;
         當微電源可供應的電能大于負荷所需的電 能時,即微電網系統可以向更多的負荷供電,根據負荷的重要性,在現有的負荷的基礎上重 新投入一部分未供電的重要性較高的負荷,擴大孤島范圍,使微電源可供應的電能與投入 后的負荷所需的電能達到平衡,從而提高了微電網系統運行的安全可靠性;當微電源可供應的電能大于負荷所需的電 能時,即微電網系統可以向更多的負荷供電,根據負荷的重要性,在現有的負荷的基礎上重 新投入一部分未供電的重要性較高的負荷,擴大孤島范圍,使微電源可供應的電能與投入 后的負荷所需的電能達到平衡,從而使微電網系統盡可能向更多的負荷供電,提高能源的 利用率。因此,通過采用本發明提供的微電網系統,可快速調整微電網系統中微電源可供應的電能與負荷所需的電能之間的平衡,提高微電網系統運行的安全可靠性,并提高能源的利用率。
        技術基本描述:
        1 .一種實現微電源供電與負荷用電平衡的微電網系統,其特征在于,所述微電網系統 包括至少一個區塊及與各區塊相連的微電網中央控制模塊,所述區塊包括相連的微電網供 用能模塊和末端數據采集及控制模塊;其中, 所述微電網供用能模塊包括微電源單元和負荷單元,所述微電源單元包括至少一個微 電源,所述負荷單元包括至少一個負荷,所述微電源單元用于向所述負荷單元供應電能;在 所述微電網系統處于并網狀態時,所述微電網供用能模塊與外部電網相連,在所述微電網 系統處于離網狀態時,所述微電網供用能模塊與外部電網斷開; 所述微電網中央控制模塊用于對所述微電源單元可供應的電能以及所述負荷單元所 需的電能進行實時預測,在所述微電網系統處于離網狀態時,進入孤島運行模式,根據實時 預測的預測數據及所述微電網系統的供用能平衡滯環裕量不斷調整孤島范圍,然后根據所 調整的孤島范圍及所述負荷單元中各負荷的重要性確定需要投入的負荷和需要切除的負 荷,并下發相應的指令; 所述末端數據采集及控制模塊用于在所述微電網中央控制模塊所下發指令的控制下, 對所述負荷單元中的負荷進行相應的投入或切除,使所述微電源單元可供應的電能與所述 負荷單元所需的電能保持平衡。
       2.根據權利要求1所述的微電網系統,其特征在于,所述微電網中央控制模塊包括: 微電源預測單元,所述微電源預測單元用于對所述微電源單元可供應的電能進行實時 預測;負荷預測單元,所述負荷預測單元用于對所述負荷單元所需的電能進行實時預測; 與所述微電源預測單元和所述負荷預測單元相連的數據庫,所述數據庫用于向所述微 電源預測單元和所述負荷預測單元提供進行實時預測所需要的數據,且所述數據庫中預先 存儲有所述微電網系統的供用能平衡滯環裕量數據;
與所述微電源預測單元、所述負荷預測單元和所述數據庫相連的微電網中央控制器, 在所述微電網系統處于離網狀態時,所述微電網中央控制器進入孤島運行模式,從所述微 電源預測單元和所述負荷預測單元中獲取實時預測的預測數據,并從所述數據庫中獲取所 述供用能平衡滯環裕量數據,根據實時預測的預測數據及所述微電網系統的供用能平衡滯 環裕量不斷調整孤島范圍,然后根據所調整的孤島范圍及所述負荷單元中各負荷的重要性確定所述負荷單元中的需要投入的負荷和需要切除的負荷,并下發相應的指令。
        3.根據權利要求2所述的微電網系統,其特征在于,所述微電源單元包括光伏發電微電 源、風力發電微電源、發電機微電源和儲能微電源中的至少一種微電源。
         4.根據權利要求3所述的微電網系統,其特征在于,所述微電源單元包括光伏發電微電 源、風力發電微電源和發電機微電源中的至少一種微電源;所述微電源預測單元包括光伏 發電預測子單元、風力發電預測子單元和發電機發電預測子單元中的至少一種預測子單 元,所述微電源預測單元所包括的預測子單元的種類與所述微電源單元所包括的微電源的 種類相同。
        5.根據權利要求4所述的微電網系統,其特征在于,所述微電源單元包括光伏發電微電 源和風力發電微電源中的至少一種微電源;所述微電源預測單元包括光伏發電預測子單元 和風力發電預測子單元中的至少一種預測子單元,所述微電源預測單元所包括的預測子單 元的種類與所述微電源單元所包括的微電源的種類相同;所述微電網中央控制模塊還包括與所述數據庫相連的天氣預報單元,所述天氣預報單元用于獲取天氣數據,并將所獲取的 天氣數據作為進行實時預測所需要的一類數據傳輸至所述數據庫。
         6.根據權利要求1所述的微電網系統,其特征在于,所述末端數據采集及控制模塊包 括: 至少一個微電源控制器,所述至少一個微電源控制器一一對應地與所述微電源單元所 包括的至少一個微電源相連,所述微電源控制器用于控制對應的微電源進行離網/并網工 作模式切換,控制對應的微電源的工作功率,并向所述微電網中央控制模塊反饋對應的微 電源的工作狀態,所述微電源控制器還用于接收所述微電網中央控制模塊所下發的指令; 至少一個第一負荷控制器,所述至少一個第一負荷控制器一一對應地與所述負荷單元 所包括的至少一個負荷相連,所述第一負荷控制器用于控制對應的負荷投入或切除,還用 于接收所述微電網中央控制模塊所下發的指令; 第二負荷控制器,各微電源控制器和各第一負荷控制器均與所述第二負荷控制器相 連,所述第二負荷控制器用于接收所述微電網中央控制模塊所下發的指令。
         7.根據權利要求6所述的微電網系統,其特征在于,所述末端數據采集及控制模塊還包 括: 與所述第二負荷控制器相連的數據采集監測單元,所述數據采集監測單元還和各微電 源控制器及各第一負荷控制器相連,所述數據采集監測單元用于:通過各微電源控制器實 時采集各微電源的實時電氣參數,監測各微電源的運行狀態;通過各第一負荷控制器實時 采集各負荷的實時電氣參數,監測各負荷的運行狀態;并將各微電源的電氣參數、各負荷的 電氣參數、各微電源的運行狀態數據和各負荷的運行狀態數據傳輸至所述微電網中央控制 模塊。
        8.根據權利要求6所述的微電網系統,其特征在于,所述微電網供用能模塊還包括:
至少一個可控微電源開關,所述至少一個可控微電源開關一一對應地與各微電源及其 所對應的微電源控制器相連;
至少一個可控負荷開關,所述至少一個可控負荷開關一一對應地與各負荷及其所對應的負荷控制器相連;
變壓器; 用于連接所述變壓器的低壓端與各可控微電源開關和各可控負荷開關的低壓母線;設置于所述低壓母線上的可控電壓開關,所述可控電壓開關與所述第二負荷控制器相 連; 用于連接所述變壓器的高壓端與外部電網的中壓母線;設置于所述中壓母線上的并網/離網控制開關。
        9.根據權利要求8所述的微電網系統,其特征在于,所述微電網系統還包括: 設置在各區塊以外的第三負荷控制器,所述第三負荷控制器和與所述并網/離網控制 開關相連,所述第三負荷控制器用于接收所述微電網中央控制模塊所下發的指令;
設置在各區塊以外的總數據采集監測單元,所述總數據采集監測單元和所述第三負荷 控制器相連,所述總數據采集監測單元用于:從各區塊的數據采集監測單元中獲取各區塊中各微電源的電氣參數、各負荷的電氣參數、各微電源的運行狀態數據和各負荷的運行狀 態數據,監測各區塊的運行狀態;并將各微電源的電氣參數、各負荷的電氣參數、各微電源的運行狀態數據、各負荷的運行狀態數據和各區塊的運行狀態數據傳輸至所述微電網中央 控制模塊。
       10.根據權利要求9所述的微電網系統,其特征在于,所述區塊還包括網絡管理單元,所述網絡管理單元通過用戶端通訊總線與所在區塊的數據采集監測單元、第二負荷控制器、 各微電源控制器和各第一負荷控制器相連; 所述微電網系統還包括: 設置于各區塊以外的總網絡管理單元,所述總網絡管理單元通過所述用戶端通訊總線與所述總數據采集監測單元和所述第三負荷控制器相連; 設置于各區塊以外的系統端通訊變換器,所述系統端通訊變換器、所述總網絡管理單 元和各區塊的網絡管理單元通過網絡通訊總線串接,且所述系統端通訊變換器還通過網絡 通訊總線與所述微電網中央控制模塊相連。
       11.根據權利要求10所述的微電網系統,其特征在于,所述網絡管理單元包括:
用戶端通訊變換器,各區塊的網絡管理單元的各用戶端通訊變換器、所述系統端通訊 變換器和所述總網絡管理單元通過網絡通訊總線串接;
        通訊管理機,所述通訊管理機通過用戶端通訊總線所述用戶端通訊變換器相連,且所 述通訊管理機通過用戶端通訊總線與所在區塊的數據采集監測單元、第二負荷控制器、各 微電源控制器和各第一負荷控制器相連。
 

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