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一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统

编辑部 | 2017/6/15 14:41:33

一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统
        北极星输配电网今日为您带来一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统;申请人:新智能源系统控制有限责任公司;发明人:石大鹏 李华印 李新新 王玉亮 尧军 陈灿章 贺万普。
 
      摘要
        本发明提供了一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统,涉及微电网控制技术领域,可调整微电网系统中微电源可供应的电能与负荷所需电能的平衡关系。该微电网系统包括微电网供用能模块、微电网中央控制模块和末端数据采集及控制模块;微电网供用能模块用于实现微电源向负荷的供电;微电网中央控制模块用于对微电源可供应的电能和负荷所需的电能进行实时预测,在微电网系统处于离网状态时,进入孤岛运行模式,并不断调整孤岛范围,确定需要投入的负荷和需要切除的负荷,并下发相应的指令;末端数据采集及控制模块用于在微电网中央控制模块所下发的指令的控制下,对负荷进行投入或切除。上述微电网系统用于在离网状态时独立向负荷供电。
        背景技术
         微电网系统是一种将分布式发电系统、储能以及末端负荷相结合的智能可控小型 电网系统,并且是可以实现自我控制、保护和管理的自治系统。微电网系统主要包括用于供 应电能的微电源和用于消耗电能的负荷。相对于外部电网,微电网系统有并网和离网两种 运行模式:当外部电网正常供电时,微电网系统中的微电源作为辅助电源并入,与外部电网 共同为负荷输送电能;当外部电网发生故障时,微电网与外部电网断开连接,形成孤岛,独立向负荷输送电能。
但是,微电网系统在离网模式下运行时,普遍存在如下问题:现有的微电网系统仅 能根据负荷重要性对孤岛范围进行一次划分,因此在后续供电过程中,现有的微电网系统 并不能对微电网系统中微电源可供应的电能与负荷所需的电能的关系进行调整,使二者达 到平衡。例如,当微电源可供应的电能小于负荷所需的电能,即微电网系统已经不足以向现 有的负荷供电时,就会降低微电网系统运行的安全可靠性;或者,当微电源可供应的电能大 于负荷所需的电能,即微电网系统可向更多的负荷供电时,降低了能源的利用率,在一定程 度上造成能源的浪费。
       发明内容
       本发明提供了一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统,可快速调整微 电网系统中微电源可供应的电能与负荷所需的电能之间的平衡关系,提高微电网系统运行 的安全可靠性,并提高能源的利用率。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
        本发明提供了一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统,所述微电网系 统包括至少一个区块及与各区块相连的微电网中央控制模块,所述区块包括相连的微电网 供用能模块和末端数据采集及控制模块;其中,所述微电网供用能模块包括微电源单元和 负荷单元,所述微电源单元包括至少一个微电源,所述负荷单元包括至少一个负荷,所述微 电源单元用于向所述负荷单元供应电能;在所述微电网系统处于并网状态时,所述微电网 供用能模块与外部电网相连,在所述微电网系统处于离网状态时,所述微电网供用能模块 与外部电网断开;所述微电网中央控制模块用于对所述微电源单元可供应的电能以及所述 负荷单元所需的电能进行实时预测,在所述微电网系统处于离网状态时,进入孤岛运行模 式,根据实时预测的预测数据及所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量不断调整孤岛范围,然后根据所调整的孤岛范围及所述负荷单元中各负荷的重要性确定需要投入的负荷和 需要切除的负荷,并下发相应的指令;所述末端数据采集及控制模块用于在所述微电网中 央控制模块所下发指令的控制下,对所述负荷单元中的负荷进行相应的投入或切除,使所述微电源单元可供应的电能与所述负荷单元所需的电能保持平衡。
        利用本发明所提供的微电网系统,通过对微电网系统中微电源可供应的电能以及负荷所需的电能进行实时预测,可判断出二者之间的关系,当二者处于非平衡态时,通过调整孤岛范围,对负荷进行投入或切除,从而使微电源可供应的电能与负荷所需的电能的关 系快速恢复平衡。例如,当微电源可供应的电能小于负荷所需的电能时,即微电网系统已经 不足以向现有的负荷供电,这时根据负荷的重要性,对原有的负荷中一部分重要性较低的 负荷进行切除,缩小孤岛范围,使微电源可供应的电能与切除后的负荷所需的电能达到平衡,从而提高了微电网系统运行的安全可靠性;
         当微电源可供应的电能大于负荷所需的电 能时,即微电网系统可以向更多的负荷供电,根据负荷的重要性,在现有的负荷的基础上重 新投入一部分未供电的重要性较高的负荷,扩大孤岛范围,使微电源可供应的电能与投入 后的负荷所需的电能达到平衡,从而提高了微电网系统运行的安全可靠性;当微电源可供应的电能大于负荷所需的电 能时,即微电网系统可以向更多的负荷供电,根据负荷的重要性,在现有的负荷的基础上重 新投入一部分未供电的重要性较高的负荷,扩大孤岛范围,使微电源可供应的电能与投入 后的负荷所需的电能达到平衡,从而使微电网系统尽可能向更多的负荷供电,提高能源的 利用率。因此,通过采用本发明提供的微电网系统,可快速调整微电网系统中微电源可供应的电能与负荷所需的电能之间的平衡,提高微电网系统运行的安全可靠性,并提高能源的利用率。
        技术基本描述:
        1 .一种实现微电源供电与负荷用电平衡的微电网系统,其特征在于,所述微电网系统 包括至少一个区块及与各区块相连的微电网中央控制模块,所述区块包括相连的微电网供 用能模块和末端数据采集及控制模块;其中, 所述微电网供用能模块包括微电源单元和负荷单元,所述微电源单元包括至少一个微 电源,所述负荷单元包括至少一个负荷,所述微电源单元用于向所述负荷单元供应电能;在 所述微电网系统处于并网状态时,所述微电网供用能模块与外部电网相连,在所述微电网 系统处于离网状态时,所述微电网供用能模块与外部电网断开; 所述微电网中央控制模块用于对所述微电源单元可供应的电能以及所述负荷单元所 需的电能进行实时预测,在所述微电网系统处于离网状态时,进入孤岛运行模式,根据实时 预测的预测数据及所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量不断调整孤岛范围,然后根据所 调整的孤岛范围及所述负荷单元中各负荷的重要性确定需要投入的负荷和需要切除的负 荷,并下发相应的指令; 所述末端数据采集及控制模块用于在所述微电网中央控制模块所下发指令的控制下, 对所述负荷单元中的负荷进行相应的投入或切除,使所述微电源单元可供应的电能与所述 负荷单元所需的电能保持平衡。
       2.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述微电网中央控制模块包括: 微电源预测单元,所述微电源预测单元用于对所述微电源单元可供应的电能进行实时 预测;负荷预测单元,所述负荷预测单元用于对所述负荷单元所需的电能进行实时预测; 与所述微电源预测单元和所述负荷预测单元相连的数据库,所述数据库用于向所述微 电源预测单元和所述负荷预测单元提供进行实时预测所需要的数据,且所述数据库中预先 存储有所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量数据;
与所述微电源预测单元、所述负荷预测单元和所述数据库相连的微电网中央控制器, 在所述微电网系统处于离网状态时,所述微电网中央控制器进入孤岛运行模式,从所述微 电源预测单元和所述负荷预测单元中获取实时预测的预测数据,并从所述数据库中获取所 述供用能平衡滞环裕量数据,根据实时预测的预测数据及所述微电网系统的供用能平衡滞 环裕量不断调整孤岛范围,然后根据所调整的孤岛范围及所述负荷单元中各负荷的重要性确定所述负荷单元中的需要投入的负荷和需要切除的负荷,并下发相应的指令。
        3.根据权利要求2所述的微电网系统,其特征在于,所述微电源单元包括光伏发电微电 源、风力发电微电源、发电机微电源和储能微电源中的至少一种微电源。
         4.根据权利要求3所述的微电网系统,其特征在于,所述微电源单元包括光伏发电微电 源、风力发电微电源和发电机微电源中的至少一种微电源;所述微电源预测单元包括光伏 发电预测子单元、风力发电预测子单元和发电机发电预测子单元中的至少一种预测子单 元,所述微电源预测单元所包括的预测子单元的种类与所述微电源单元所包括的微电源的 种类相同。
        5.根据权利要求4所述的微电网系统,其特征在于,所述微电源单元包括光伏发电微电 源和风力发电微电源中的至少一种微电源;所述微电源预测单元包括光伏发电预测子单元 和风力发电预测子单元中的至少一种预测子单元,所述微电源预测单元所包括的预测子单 元的种类与所述微电源单元所包括的微电源的种类相同;所述微电网中央控制模块还包括与所述数据库相连的天气预报单元,所述天气预报单元用于获取天气数据,并将所获取的 天气数据作为进行实时预测所需要的一类数据传输至所述数据库。
         6.根据权利要求1所述的微电网系统,其特征在于,所述末端数据采集及控制模块包 括: 至少一个微电源控制器,所述至少一个微电源控制器一一对应地与所述微电源单元所 包括的至少一个微电源相连,所述微电源控制器用于控制对应的微电源进行离网/并网工 作模式切换,控制对应的微电源的工作功率,并向所述微电网中央控制模块反馈对应的微 电源的工作状态,所述微电源控制器还用于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令; 至少一个第一负荷控制器,所述至少一个第一负荷控制器一一对应地与所述负荷单元 所包括的至少一个负荷相连,所述第一负荷控制器用于控制对应的负荷投入或切除,还用 于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令; 第二负荷控制器,各微电源控制器和各第一负荷控制器均与所述第二负荷控制器相 连,所述第二负荷控制器用于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令。
         7.根据权利要求6所述的微电网系统,其特征在于,所述末端数据采集及控制模块还包 括: 与所述第二负荷控制器相连的数据采集监测单元,所述数据采集监测单元还和各微电 源控制器及各第一负荷控制器相连,所述数据采集监测单元用于:通过各微电源控制器实 时采集各微电源的实时电气参数,监测各微电源的运行状态;通过各第一负荷控制器实时 采集各负荷的实时电气参数,监测各负荷的运行状态;并将各微电源的电气参数、各负荷的 电气参数、各微电源的运行状态数据和各负荷的运行状态数据传输至所述微电网中央控制 模块。
        8.根据权利要求6所述的微电网系统,其特征在于,所述微电网供用能模块还包括:
至少一个可控微电源开关,所述至少一个可控微电源开关一一对应地与各微电源及其 所对应的微电源控制器相连;
至少一个可控负荷开关,所述至少一个可控负荷开关一一对应地与各负荷及其所对应的负荷控制器相连;
变压器; 用于连接所述变压器的低压端与各可控微电源开关和各可控负荷开关的低压母线;设置于所述低压母线上的可控电压开关,所述可控电压开关与所述第二负荷控制器相 连; 用于连接所述变压器的高压端与外部电网的中压母线;设置于所述中压母线上的并网/离网控制开关。
        9.根据权利要求8所述的微电网系统,其特征在于,所述微电网系统还包括: 设置在各区块以外的第三负荷控制器,所述第三负荷控制器和与所述并网/离网控制 开关相连,所述第三负荷控制器用于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令;
设置在各区块以外的总数据采集监测单元,所述总数据采集监测单元和所述第三负荷 控制器相连,所述总数据采集监测单元用于:从各区块的数据采集监测单元中获取各区块中各微电源的电气参数、各负荷的电气参数、各微电源的运行状态数据和各负荷的运行状 态数据,监测各区块的运行状态;并将各微电源的电气参数、各负荷的电气参数、各微电源的运行状态数据、各负荷的运行状态数据和各区块的运行状态数据传输至所述微电网中央 控制模块。
       10.根据权利要求9所述的微电网系统,其特征在于,所述区块还包括网络管理单元,所述网络管理单元通过用户端通讯总线与所在区块的数据采集监测单元、第二负荷控制器、 各微电源控制器和各第一负荷控制器相连; 所述微电网系统还包括: 设置于各区块以外的总网络管理单元,所述总网络管理单元通过所述用户端通讯总线与所述总数据采集监测单元和所述第三负荷控制器相连; 设置于各区块以外的系统端通讯变换器,所述系统端通讯变换器、所述总网络管理单 元和各区块的网络管理单元通过网络通讯总线串接,且所述系统端通讯变换器还通过网络 通讯总线与所述微电网中央控制模块相连。
       11.根据权利要求10所述的微电网系统,其特征在于,所述网络管理单元包括:
用户端通讯变换器,各区块的网络管理单元的各用户端通讯变换器、所述系统端通讯 变换器和所述总网络管理单元通过网络通讯总线串接;
        通讯管理机,所述通讯管理机通过用户端通讯总线所述用户端通讯变换器相连,且所 述通讯管理机通过用户端通讯总线与所在区块的数据采集监测单元、第二负荷控制器、各 微电源控制器和各第一负荷控制器相连。
 

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