CN210350790U - 耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构 - Google Patents

耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构 Download PDF

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Abstract

本方案提供耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，正常工况下，I段母线主供、II段母线热备，白日：I段母线上的间歇性电源、可控性电源和储能***对用电负载进行供电；夜日：储能***对用电负载进行供电。以储能电池***作为主供电源，维持微电网恒压恒频，保证***的稳定性、可靠性；分布式电源以光伏、风力发电为主，燃气发电为辅，保证***的灵活性、可扩展性。消防工况下，II段母线主供、I段母线热备，转换开关电器切换至闭合，储能***对消防线路供电，其中，当储能***无法对消防线路供电，应急备用电源的电源开关闭合，应急备用电源对消防线路供电。应急电源在满足二级负荷、消防泵启动要求的同时，保证***的安全。

Description

耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构
技术领域
本实用新型属于微电网领域，尤其涉及一种耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构。
背景技术
现有技术中，微电网结构形式相对简单，电源类型少，仅有类似风电与蓄电池耦合，光电与蓄电池耦合的有限种类电源类型耦合的孤网微电网。
但当前电能资源紧缺，如何能够进一步耦合可再生能源、压差发电等电源形式，从而实现多种电源类型协同工作，成为亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种耦合压差发电的多能互补的智能微网***结构，结合多种发电方式，解决了现有技术中微电网结构形式简单，无法实现多种电源类型协同工作的问题。
为实现上述技术目的，本申请技术方案包括：I段母线、II段母线、转换开关电器、间歇性电源、可控性电源、储能***、应急备用电源、能量管理***和消防线路；I段母线通过开关与间歇性电源、可控性电源、智能***的电力输出端以及用电负载的电力接收端连接，I段母线还与消防线路的一端通过一节点连接，I段母线与所述II段母线间设有一开关；II段母线通过开关与所述储能***、应急备用电源和能量管理***的电力输出端连接，II段母线与消防线路的另一端通过另一节点连接；正常工况下，I段母线主供、II段母线热备，具体的，白日时段，I段母线上的所述间歇性电源、可控性电源和储能***对用电负载进行供电，夜日时段，储能***对用电负载进行供电；消防工况下，II段母线主供、I段母线热备，转换开关电器切换至闭合，储能***对消防线路供电，其中，当储能***无法对消防线路供电，应急备用电源的电源开关闭合，应急备用电源对消防线路供电。
作为上述技术方案的优选，较佳的，I段母线和所述II段母线上各设有一动态无功补偿电路。
作为上述技术方案的优选，较佳的，储能***一端与所述II段母线通过一节点连接，另一端与所述I段母线通过二节点连接。
作为上述技术方案的优选，较佳的，间歇性电源包括，光伏发电电源、风力发电电源。
作为上述技术方案的优选，较佳的，可控性电源包括燃气发电机I和燃气发电机II。
作为上述技术方案的优选，较佳的，储能***包括第一储能电池，第二储能电池，第一储能电池经第一储能变流器与I段母线连接，第二储能电池经第二储能变流器与I段母线连接，第二储能电池经第三储能变流器与所述II段母线连接。
作为上述技术方案的优选，较佳的，所述消防线路的消防泵房负荷(备)通过所述节点与所述I段母线连接。
作为上述技术方案的优选，较佳的，所述消防线路的消防泵房负荷(主)通过所述节点与所述II段母线连接。
作为上述技术方案的优选，较佳的，所述消防线路上还至少设有消防水泵(主)、消防水泵(备)和消防水泵。
作为上述技术方案的优选，较佳的，用电负载，所述用电负载通过负荷开关组与所述I段母线连接。
本实用新型技术方案提供了一种耦合压差发电的多能互补的智能微网***结构，正常工况下，I段母线主供、II段母线热备，白日时段，I段母线上的间歇性电源、可控性电源和储能***对用电负载进行供电，夜日时段，储能***对用电负载进行供电；消防工况下，II段母线主供、I段母线热备，转换开关电器切换至闭合，储能***对消防线路供电，其中，当储能***无法对消防线路供电，应急备用电源的电源开关闭合，应急备用电源对消防线路供电。
本实用新型的优点是：以储能电池***作为主供电源，维持微电网恒压恒频，保证***的稳定性、可靠性；分布式电源以光伏、风力、发电为主，燃气及压差发电为辅，保证***的灵活性、可扩展性；应急电源在满足二级负荷、消防泵启动要求的同时，保证***的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一直耦合压差发电的多能互补的智能微电网***结构图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例提供的结构示意图，如图1所示，包括：I段母线、II段母线、间歇性电源1、可控性电源2、储能***3、应急备用电源4、能量管理***5、转换开关电器ATS和消防线路，具体的：
I段母线通过开关组6与间歇性电源1、可控性电源2储能***3以及用电负载7连接。间歇性电源1包括，压差发电电源11、光伏发电电源12、风力发电电源13。可控性电源2包括燃气发电机I和燃气发电机II。I段母线还设有一动态无功补偿电路，用于降低I段母线因输送无功功率(由如发电机、变压器等电力负荷产生)造成的电能损耗。
储能***3一端与II段母线通过节点A连接，另一端与I段母线通过节点B连接。
储能***3包括：第一储能电池ESS-1(Energy Storage System，储能设备)，第二储能电池ESS-2，第一储能电池经储能变流器1与所述I段母线连接于节点B1，第二储能电池经储能变流器2与I段母线连接于节点B2，第二储能电池还经储能变流器3与II段母线连接于节点A。
I段母线还与消防线路的一端通过节点C连接，消防线路的消防泵房负荷(备)通过节点C与所述I段母线连接。用电负载7通过负荷开关组8与I段母线连接。
I段母线与所述II段母线间设有一开关D；
II段母线通过开关D与储能***3、应急备用电源4、能量管理***5连接，II段母线与消防线路的一端通过节点E连接；消防线路的消防泵房负荷(主)通过节点E与所述II段母线连接。II段母线上设有另一动态无功补偿电路，用于降低II段母线因输送无功功率(由如发电机、变压器等电力负荷产生)造成的电能损耗。消防线路上还至少设有消防水泵(主)、消防水泵(备)和消防水泵。
正常工况下，所述I段母线主供、II段母线热备，具体的，白日时段，所述I段母线上的所述间歇性电源1、所述可控性电源2和所述储能***3对用电负载7进行供电，夜日时段，所述储能***3对用电负载7进行供电；
消防工况下，II段母线主供、I段母线热备，转换开关电器ATS切换至闭合，储能***3对消防线路供电，其中，当储能***3无法对消防线路供电，应急备用电源4的电源开关闭合，应急备用电源4对所述消防线路供电。
现用具体实施场景对本实用新型进行说明：
在正常工况下：Ⅰ段母线主供、Ⅱ段母线热备。主要由储能***3对I段母线提供电压支撑，两组电池ESS-1、ESS-2互为备用，轮流启动。
白天，各间歇性电源1，包括但不限于：压差发电电源11、光伏发电电源12、风力发电电源13各自与I段母线相连的电源开关切换至闭合状态，协同储能***3对用电负载7供电。进一步的，可控性电源2中燃气发电机I和/或燃气发电机II对I段母线上的用电负载7供电。通常情况下用电负载7的负载开关组处于连通状态。
具体的，储能***3包括，第一储能电池ESS-1、储能变流器PCS1、第二储能电池ESS-2、储能变流器PCS2和储能变流器PCS3。在第一储能电池ESS-1(500kWh)经储能变流器PCS1支撑上述电网时，其电池容量通常为20％-80％SOC(State of Charge,电池荷电状态)，第二储能电池ESS-2(1000kWh)经储能变流器PCS2支撑上述电网时，其电池容量通常为60％-90％SOC。当储能电池ESS-1和ESS-2由于支撑上述电网而其电池容量下降且储能***3电量低于500kWh时，由于储能***3需要长期预留不少于500kWh的电量，可控性电源2中的燃气发电机I和/或燃气发电机II向其充电，使得下班前燃气发电机为第一储能电池ESS-1、ESS-2充电至90％SOC。发电机启动运行功率的判断：根据用电负载7的负荷、间歇性电源1、可控性电源2和储能***3的电量输出的预测判断下班之前需要发电机的发电量，平均到剩余每小时，若功率大于等于发电机功率则启动发电机。并实时根据实际的负荷和分布式电源出力来实时调整发电机功率。其中，发电机启动的依据：下班之前给储能***3中的储能电池ESS-1和ESS-2充电到80％,并保证尽可能一天只启动一次。其中，燃气发电机启动条件：储能电池ESS-1和ESS-2低于20％SOC，或用电负载7的负荷超过设定值。燃气发电机停机条件：储能电池ESS-1和ESS-2的电量达到90％SOC，且负荷低于设定值。当两组燃气发电机互为冗余，且当用电负载7的负荷超过设定值时(设定值待定)，全部启动。进一步的，燃气发电机的高温烟气采用板式换热器进行余热回收利用，并入锅炉***，进而减少锅炉房燃料消耗。
进一步的，间歇性电源1通常都是满功率发电，优先级最高。当储能***3充电至80％后，若间歇性电源1的功率依然大于用电负载7的负荷，则同比例减小光伏发电电源12和风力发电电源13的电力输出量，压差发电电源11的电力输出量保持不变。
夜晚，第一储能电池经储能变流器PCS1，ESS-2经储能变流器PCS2为I段母线供电，其中第二储能电池为主，第一储能电池为辅。
进一步的，正常工况下，每天，能量管理***5的EMS(energy management system)根据前日用电负载7的负荷、间歇式电源、可控性电源2和储能***3的前日工况预测制定最优日前计划。在当日实际运行时，根据储能的实际状况和间歇式电源的有效输出电量结合日前最优计划来控制压差发电电源11、光伏发电电源12、风力发电电源13和可控性电源2的输出电量，以及控制与上述电源相连的投切器件的投切动作。其中，能量管理***5的控制信号输出端，分别与：储能电池ESS-1、ESS-2、储能变流器1、2、3、柴油发电机、燃气发电机I、燃气发电机II、风力发电电源13、光伏发电电源12、压差发电电源11和两个动态无功补偿电路的控制信号接收端通过光缆连接。
在消防工况下，Ⅱ段母线主供、Ⅰ段母线热备。储能***3中的储能电池ESS-2经储能变流器PCS3对Ⅱ段母线供电，电池ESS-2为消防水泵供电，柴油发电机冷备，此时，PCS1和PCS2与I段母线连接的开关断开，PCS3与II段母线连接的开关闭合，柴油发电机与II段母线的开关闭合。消防线路上消防泵房负荷(主)与II段母线间的开关闭合，转换开关电器ATS闭合，消防泵房负荷(备)与I段母线的开关闭合，从而实现对用电负载7的供电。
进一步的，在消防工况下，当电池***故障，或电池电量不满足消防水泵启动和运行要求时，应急备用电源4的柴油发电机启动为用电负载7、消防水泵、消防泵房负荷(主)、消防泵房负荷(备)、消防稳压泵等负荷供电。
本实用新型技术方案提供了一种耦合压差发电的多能互补的智能微网***结构，正常工况下，I段母线主供、II段母线热备，白日时段，I段母线上的间歇性电源1、可控性电源2和储能***3对用电负载7进行供电，夜日时段，储能***3对用电负载7进行供电；消防工况下，II段母线主供、I段母线热备，转换开关电器切换至闭合，储能***3对消防线路供电，其中，当储能***3无法对消防线路供电，应急备用电源4的电源开关闭合，应急备用电源4对消防线路供电。
本实用新型的优点是：以储能电池***作为主供电源，维持微电网恒压恒频，保证***的稳定性、可靠性；分布式电源以光伏、风力发电为主，燃气、压差发电为辅，保证***的灵活性、可扩展性；应急电源在满足二级负荷、消防泵启动要求的同时，保证***的安全。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，它包括：I段母线、II段母线、转换开关电器、间歇性电源、可控性电源、储能***、应急备用电源、能量管理***和消防线路，
所述I段母线通过开关与所述间歇性电源、所述可控性电源、所述储能***的电力输出端以及用电负载的电力接收端连接，所述I段母线还与所述消防线路的一端通过一节点连接，所述I段母线与所述II段母线间设有一开关；
所述II段母线通过开关与所述储能***、所述应急备用电源和所述能量管理***的电力输出端连接，所述II段母线与所述消防线路的另一端通过另一节点连接；
正常工况下，所述I段母线主供、II段母线热备，具体的，白日时段，所述I段母线上的所述间歇性电源、所述可控性电源和所述储能***对用电负载进行供电，夜日时段，所述储能***对用电负载进行供电；
消防工况下，所述II段母线主供、I段母线热备，所述转换开关电器切换至闭合，所述储能***对所述消防线路供电，其中，当所述储能***无法对所述消防线路供电，所述应急备用电源的电源开关闭合，所述应急备用电源对所述消防线路供电。
2.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，包括：所述I段母线和所述II段母线上各设有一动态无功补偿电路。
3.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，包括：所述储能***的两电力输出端一端与所述II段母线通过一节点连接，另一电力输出端与所述I段母线通过另一节点连接。
4.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，所述间歇性电源包括，光伏发电电源、风力发电电源。
5.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，所述可控性电源包括燃气发电机I和燃气发电机II。
6.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，所述储能***包括第一储能电池，第二储能电池，所述第一储能电池经第一储能变流器与所述I段母线连接，所述第二储能电池经第二储能变流器与所述I段母线连接，所述第二储能电池经第三储能变流器与所述II段母线连接。
7.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，所述消防线路的备消防泵房负荷通过所述节点与所述I段母线连接。
8.根据权利要求1所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，所述消防线路的主消防泵房负荷通过所述节点与所述II段母线连接。
9.根据权利要求7或8所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，所述消防线路上还至少设有主消防水泵、备消防水泵和消防水泵。
10.根据权利要求1-8任一项所述的耦合风电、光电、发电机的多能互补的智能微电网结构，其特征在于，还包括：用电负载，所述用电负载的电力输入端通过负荷开关组与所述I段母线的干路连接。
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