CN104280624A - 多功能智能型微电网应用平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源接入电网领域,特别涉及一种多功能智能型微电网应用平台。该应用平台其包括微电网A和微电网B;所述微电网A为交流母线***,其包括LM1、LM2、LM3和LM4四段母线,在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗;所述微电网B为直流母线***,其包括LM5、LM6和LM7三段母线。本发明提供的平台含有多种分布式电源与储能***,满足不同研究机构的研究目的需求。
Description
技术领域
本发明涉及新能源接入电网领域,特别涉及一种多功能智能型微电网应用平台。
背景技术
随着国民经济的不断发展,电力需求的迅速增长,传统电网模式存在的成本高、运行维护难度大等弊端日益突出。为了更好地适应用户越来越高的用电安全和可靠性要求,以及多样化供电需求,近几年分布式发电模式越来越受到重视。
由于风能和太阳能所具有的随机性,现有电网无法满足大规模风能和太阳能发电接入的要求,这已成为我国可再生能源分布式发电大规模发展的主要障碍。
为了更好地利用分布式发电的优势、解决分布式发电对电网的冲击和负面影响,美国电气可靠性技术解决方案联合会(CERTS)提出了一种充分利用分布式能源的微电网技术,并建立微电网实验平台进行研究。
在欧洲已经初步形成微电网的运行、控制、保护以及通信等基本理论,其主要集中在微电网控制策略和微电网规划、多网协调管理、运行优化等领域,并建立了微电网测试平台。
在日本建立了多个***性示范工程,在微电网的网架拓扑结构、微电网集成控制、热电冷联供的综合利用方面开展了一系列的研究工作。
虽然国内建立了很多微电网实验室和示范工程,但总体上停留在微电网的某一方面研究,尚未有一种综合性、智能型的微电网应用平台,既能满足微电网关键设备研发(满足发电企业及高校),又能满足微电网接入电网技术研究(满足电网公司等电网研究机构),同时又能满足实际示范工程设计方法研究的综合性微电网平台(满足实际示范工程需求)。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何提供一种设计合理、能够同时满足关键设备研发与测试、电网接入技术研究、微电网实际示范工程设计研究的多功能智能型微电网应用平台。
(二)技术方案
为解决上述问题,本发明提供了一种多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,包括微电网A和微电网B;所述微电网A为交流母线***,其包括LM1、LM2、LM3和LM4四段母线,在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗;所述微电网B为直流母线***,其包括LM5、LM6和LM7三段母线。
优选地,所述LM1母线挂有光伏发电单元和模拟负载;所述LM2母线挂有风电发电单元和模拟负载;所述LM3母线挂有风力发现模拟电源、柴油发电机模拟器和模拟负载;所述LM4母线挂有其它分布式单元接口和模拟负载。
优选地,所述微电网A通过开关K1与外电网相连。
优选地,所述LM5母线挂有直流负载、锂电池储能单元、超级电容以及双向DC/DC单元;所述LM6母线挂有双向DC/DC、超级电容以及力电缆模拟阻抗,以及直流微电网其它平台接口;所述LM7母线挂有锂电池储能单元、双向DC/DC以及力电缆模拟阻抗。
优选地,所述LM5母线通过双向储能变流器接入交流母线***,所述交流母线***通过开关KK1和开关KK2与所述微电网A相连。
优选地,所述开关KK1和开关KK2为微电网联络开关;当所述开关KK1断开、所述开关KK2闭合时,所述微电网A与所述微电网B并联运行,组成两个微电网***;当所述开关KK1闭合、所述开关KK2断开时,所述微电网A与所述微电网B联合成一个微电网运行,所述联合的微电网通过所述开关K1与外电网相连。
优选地,所述平台还包括微电网控制单元、微电网能量监控、保护装置以及调度控制器。
优选地,所述平台为开放式平台,提供即插即用接口。
(三)有益效果
根据本发明提供的多功能智能型微电网应用平台,其具有以下优点:
1)本发明提供的平台含有多种分布式电源与储能***,满足不同研究机构的研究目的需求;
2)本发明提供的平台,可以作为测试和研发平台,可以作为微电网接入大电网控制策略与安全、可靠性研究与验证平台,也可以作为微电网实际示范工程设计、验证平台;
3)本发明提出了微电网内部运行模式灵活,通过组合柜,可以方便的改变微电网拓扑结构,可以实现测试平台与功能性验证平台快速转换,以及多微电网并联运行及联合组成大的微电网运行模式;
4)本发明提供的平台在不同模式下,微电网实现了多种控制策略的研究,如在并网模式下,微电网***均处于功率平衡状态,可以平抑波动、时移、改善电能质量、并网与孤岛运行模式转换等,在孤岛情况下,可以自由选择储能***或者柴油发电机器作为微电网内部电压、频率的参考,其它新能源如何接入等;
5)本发明提供的平台为开放式平台,提供即插即用接口,通过便捷的***接入方式,可以方便、安全的接入不同的电气设备和检测设备,组成所需要的检测平台或功能验证平台,只要在中央控制器进行配置即可完成,实验、检测过程、数据处理自动化;
6)本发明提供的平台设置多层监控***和能量管理***,具有较好的开放性、安全性、集成性、维护性、可扩展性等,通过开放通讯协议与点表,用户可以在此平台上实现二次开发,可以实现不同算法的研究与验证;
7)本发明提供的平台保护装置能够快速响应***中的故障,做出响应的保护动作,保护***的安全运行,同时微电网中央控制器会配合***做出故障排错的逻辑控制。
附图说明
图1是本发明提供的多功能智能型微电网应用平台结构示意图;
图2是本发明提供的平台的并网运行方式的逻辑控制流程图;
图3是本发明提供的平台的孤岛运行方式的逻辑控制流程图;
图4是本发明提供的平台的检测运行方式的逻辑控制流程图;
图5是本发明提供的平台监控与能量管理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1所示,根据本发明提供的一个实施例,
其中,微电网A为交流母线***,其包括LM1、LM2、LM3、LM4四段母线,在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗,可以模拟1.5km电网线路,微电网A通过开关K1与外电网相连。
LM1母线挂有光伏发电单元和模拟负载,在本实施例中,光伏发电单元包括2套50kW光伏阵列,模拟负载可以是30kW+30kVar+30kVar。
LM2母线挂有风电发电单元和模拟负载,在本实施例中,风电发电单元包括4台5kW风力发电机,模拟负载可以是30kW+30kVar+30kVar。
LM3母线挂有风力发现模拟电源、柴油发电机模拟器和模拟负载,在本实施例中,风力发现模拟电源可以是30kW,柴油发电机模拟器可以是15kW,模拟负载可以是30kW+30kVar+30kVar。
LM4母线挂有其它分布式单元接口和模拟负载。
微电网B为直流母线***,其包括LM5、LM6、LM7三段母线。
母线LM5挂有直流负载、锂电池储能单元、超级电容以及双向DC/DC单元,LM5直流母线通过双向储能变流器接入交流母线***,同时这段交流母线***与微电网A通过开关KK1和开关KK2相连,从而与外电网相连在本实施例中,直流负载可以是2套20kW,锂电池储能单元可以是2套200kWh,超级电容可以是10kW,双向储能变流器可以是2台50kW。
LM6母线挂有双向DC/DC、超级电容、电力电缆模拟阻抗以及直流微电网其它平台接口,在本实施例中,超级电容可以是10kW,电力电缆模拟阻抗可以模拟500m电力电缆距离。
LM7母线挂有锂电池储能单元、双向DC/DC以及电力电缆模拟阻抗,在本实施例中,电力电缆模拟阻抗可以模拟1km电力电缆距离。
KK1和KK2为微电网联络开关,当平台KK1断开,闭合KK2,微电网A与微电网B并联运行,组成两个微电网***;当平台KK1闭合,KK2断开,微电网A与微电网B联合运行,联合成一个大的微电网运行,该大的微电网通过开关K1与外电网相连。
微电网A和微电网B并联运行时,平台模拟成两套微电网***,两个电网接入点,可以模拟分布式发电和分布式储能,通过分布式储能补偿分布式发电单元,用于平衡电网功率。
在本实施例中,微电网B中储能***为超级电容与锂电池储能,在***并网运行模式下,超级电容与锂电池互补实现微电网A中新能源波动平抑功能,或平抑电网波动等。
微电网A和微电网B联合运行时,平台模拟成一套大型微电网***,一个接入电网入点,可以形成一套可控的主动配电网,提供一套主动配电网研究平台。
在本实施例中,微电网B中储能***为超级电容与锂电池储能,在***孤岛运行模式下,超级电容提供短时间供电,随后启动锂电池双向变流器或柴油发电机提供微电网***内部的电压和频率参考。
微电网A与微电网B在***组合控制柜的逻辑控制下,可以显示由微电网应用平台转变为关键设备检测平台,如闭合开关K1和开关K2,断开其它断路器,形成光伏逆变器检测平台,检测平台由光伏逆变器、可编程模拟器负载,以及检测设备组成,可以按照国家标准检测项目对光伏并网逆变器进行检测,同样,闭合不同的断路器,断开不同断路器,即可组合成储能双向变流器检测平台、多能互补检测平台、储能***检测平台等。
当不进行任何测试与试验时,***按照最经济性运行模式并网发电。
图2示出了微电网平台的孤岛运行方式的逻辑控制流程图。
图3示出了微电网平台的检测运行方式的逻辑控制流程图。
如图4所示,根据本实施例,平台的能量监控与能量管理结构由过程层、间隔层、站控层组成,监控***的建设为开放性、安全性、可维护性、可扩展,接收更高层能量调度管理指令。
根据本发明提出的微电网平台,其具备新能源发电***关键设备应用与检测,可在该平台上完成关键设备的研究与检测,重点用于检验电力电子产品并入电网后,对配电网的影响,以及多台电力电子并联对配电网的影响,包括电网用电质量与安全,以及不同种类的用电负荷对电力电子产品的影响,用于微电网关键设备入网检测。
根据本发明提出的微电网平台,其配备了电网模拟***,可以模拟微电网接入配电网后对配电网的影响,研究新能源大规模并网后对电网电压稳定、功角稳定、频率稳定及电能质量等运行指标的影响等等,同时,多微电网联网,可模拟未来主动配电网的运行、管理与控制的环境,提供了主动配电网研究的平台,同时为实际微电网示范工程设计提供了研究依据。
根据本发明提出的微电网平台,其为开放式平台,提供即插即用接口,通过便捷的***接入方式,可以方便、安全的接入不同的电气设备和检测设备,组成所需要的检测平台或功能验证平台,只要在中央控制器进行配置即可完成,实验、检测过程、数据处理自动化。
根据本发明提出的微电网平台,其为微电网平台提供完善、开放的能量管理与调度控制***,完善性表现在能量管理软件涉及了微电网核心控制领域的各种功能,能够体现***的完备性;开放性表现在***可以根据要求进行定制升级,通讯协议和通讯点表开放,特别适合高校、科研单位等用户进行二次开发与应用。
根据本发明提出的微电网平台,其提供的关键设备研发与测试描述如下:
1、光伏发电单元设备研发与测试,可实现光伏电池组件发电基础理论及其特性曲线测定、光伏发电***最大功率跟踪控制理论及运行检测、光伏并网发电***的孤岛检测技术、光伏逆变器低电压穿越技术等;
2、风力发电单元设备研发与测试,可实现风力机特性模拟实验、风力发电***并网、脱网连续运行实验、风力发电最大功率点跟踪技术、风力发电中的低电压穿越运行技术、直驱风力发电机励磁控制算法设计等;
3、储能***单元设备研发与测试,可实现储能双向变流器研发与测试、BMS检测、多储能介质研发与测试、可实现多种储能互补实验、各种储能介质的电气特性、应用范围、储能介质与传统电器设备、电力电子产品如何进行匹配等;
4、应用平台提供了多种新能源接口技术,安全、可靠、方便、快捷的进行能源接口扩展。
根据本发明提出的微电网平台,其提供的电网接入技术研究描述如下:
微电网对配电网的影响,主要反映在***稳定性方面,该实验平台可以研究发电***对负载供电的可靠性,即保证电压及电压偏差满足使用要求、频率及频率偏差满足使用要求、***应能承受负荷的投入与切除带来的冲击、应能承受各种非正常方式或故障方式带来的大干扰和小扰动等,主要研究内容可包括微电网不同渗透率情况下,电压频率的优化、微电网稳定计算与分析、提高微电网运行可靠性与稳定性的措施、微电网继电保护及安全自动装置设定等内容。
根据本发明提出的微电网平台,其提供的实际示范工程设计研究描述如下:
利用多功能智能型微电网应用平台可实现微电网设计分析、各新能源发电单元配比分析等,可实现并网与孤岛运行切换、平抑波动、削峰填谷、时移、改善电能质量、孤岛运行等各种功能进行研究。
根据本发明提出的微电网平台,其采用三相五线制接线方式,有效减少杂散电流和外界谐波的干扰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,包括微电网A和微电网B;
所述微电网A为交流母线***,其包括LM1、LM2、LM3和LM4四段母线,在各段母线之间设有电力电缆模拟阻抗;
所述微电网B为直流母线***,其包括LM5、LM6和LM7三段母线。
2.如权利要求1所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,
所述LM1母线挂有光伏发电单元和模拟负载;
所述LM2母线挂有风电发电单元和模拟负载;
所述LM3母线挂有风力发现模拟电源、柴油发电机模拟器和模拟负载;
所述LM4母线挂有其它分布式单元接口和模拟负载。
3.如权利要求1或2所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,所述微电网A通过开关K1与外电网相连。
4.如权利要求1所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,
所述LM5母线挂有直流负载、锂电池储能单元、超级电容以及双向DC/DC单元;
所述LM6母线挂有双向DC/DC、超级电容以及力电缆模拟阻抗,以及直流微电网其它平台接口;
所述LM7母线挂有锂电池储能单元、双向DC/DC以及力电缆模拟阻抗。
5.如权利要求1或2所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,
所述LM5母线通过双向储能变流器接入交流母线***,所述交流母线***通过开关KK1和开关KK2与所述微电网A相连。
6.如权利要求5所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,
所述开关KK1和开关KK2为微电网联络开关;
当所述开关KK1断开、所述开关KK2闭合时,所述微电网A与所述微电网B并联运行,组成两个微电网***;
当所述开关KK1闭合、所述开关KK2断开时,所述微电网A与所述微电网B联合成一个微电网运行,所述联合的微电网通过所述开关K1与外电网相连。
7.如权利要求1、2或4所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,所述平台还包括微电网控制单元、微电网能量监控、保护装置以及调度控制器。
8.如权利要求1、2或4所述的多功能智能型微电网应用平台,其特征在于,所述平台为开放式平台,提供即插即用接口。
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