本發(fā)明涉及一種基于離并網(wǎng)自動切換的多能源的微電網(wǎng)能量管理方法。

背景技術(shù)：

清潔能源的輸出功率具有間歇性和隨機性的特點，特別是工作地點是海島，要應對極端惡劣的環(huán)境，而且負載消耗也是時刻變化，嚴重影響微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時針對海島這種孤網(wǎng)系統(tǒng)，當清潔能源輸出功率大于負載功率時，多余的電能無法回饋到電網(wǎng)，造成了資源的浪費；當遇到微電網(wǎng)母線的突然波動時，無法進行及時的調(diào)節(jié)，會對負載造成傷害，同時產(chǎn)生危險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種含多種清潔能源為主，以儲能單元與柴油機發(fā)電系統(tǒng)為輔的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種用于多能源的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，包括潔凈能源發(fā)電系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、負荷系統(tǒng)及微電網(wǎng)母線，潔凈能源發(fā)電系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)通過各自的開關(guān)接入微電網(wǎng)母線，負荷系統(tǒng)也通過開關(guān)接入微電網(wǎng)母線，微電網(wǎng)母線與潔凈能源發(fā)電系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)之間的各開關(guān)分別與各自的微源控制器相連，負荷系統(tǒng)與微電網(wǎng)母線之間的開關(guān)與負荷控制器相連，各微源控制器及負荷控制器與微電網(wǎng)中央控制器相連，微電網(wǎng)中央控制器則連接配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)；

所述管理系統(tǒng)還包括監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括分布于潔凈能源發(fā)電系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、負荷系統(tǒng)的各個用于實時采集數(shù)據(jù)的智能監(jiān)控終端，智能監(jiān)控終端通過通信網(wǎng)絡與配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)通信。

優(yōu)選地，所述潔凈能源發(fā)電系統(tǒng)采用風力發(fā)電系統(tǒng)及光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)采用柴油發(fā)電系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述風力發(fā)電系統(tǒng)包括風力發(fā)電機組，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏發(fā)電陣列，風力發(fā)電機組及光伏發(fā)電陣列的輸出分別連接各自的DC-DC電路，兩路DC-DC電路的輸出及所述儲能系統(tǒng)的輸出連接PCS逆變器的輸入。

優(yōu)選地，當所述微電網(wǎng)母線上的電壓在正常的一定范圍內(nèi)波動，且所述儲能系統(tǒng)也處在充滿狀態(tài)，所述風力發(fā)電系統(tǒng)和所述光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出負載用電單元達到自然穩(wěn)定平衡；

當所述微電網(wǎng)母線上的電壓偏高，由與所述儲能系統(tǒng)相連的微源控制器對所述儲能系統(tǒng)進行充電存儲能量，若所述微電網(wǎng)母線上的電壓降低或者電壓升高趨勢延緩，如果儲能系統(tǒng)已經(jīng)充滿或者儲能系統(tǒng)管理為延長電池使用壽命而減少充電次數(shù)策略啟動，電壓仍然升高到一定值，則所述配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)所述監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的風光條件情況，經(jīng)由微電網(wǎng)中央控制器、微源控制器或負荷控制器、開關(guān)投切發(fā)電設備和用戶負載用電單元設備，投切策略是投入交流負荷優(yōu)先于減少機組發(fā)電；

當所述微電網(wǎng)母線上的電壓偏低，由與所述儲能系統(tǒng)相連的微源控制器通過PCS逆變器放電釋放能量，如果所述儲能系統(tǒng)已經(jīng)放到極限值或者電池管理為延長電池使用壽命減少放電次數(shù)策略啟動，電壓仍然偏低到一定值，配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)決定切除交流負荷或者增加DC/DC側(cè)機組發(fā)電，或增加柴油機組切入，或PCS逆變器并網(wǎng)發(fā)電機運行，策略是增加機組發(fā)電，優(yōu)先于切除交流負荷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點在于：

監(jiān)測系統(tǒng)的實時電氣量采集裝置獲取的實時電氣量，先傳輸給相應的控制系統(tǒng)，再通過控制系統(tǒng)經(jīng)通信總線傳輸給調(diào)度系統(tǒng)，實時電氣量包括電壓、電流、功率、儲能荷電狀態(tài)等。配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)向能量控制系統(tǒng)發(fā)送調(diào)節(jié)指令。經(jīng)過決策后對各個發(fā)電系統(tǒng)輸出功率進行調(diào)節(jié)同時負載進行切換。

當風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和負荷的調(diào)節(jié)作用不能滿足微電網(wǎng)內(nèi)部功率平衡，引起其電壓或頻率異常時，需進行電壓穩(wěn)定控制或頻率穩(wěn)定控制。

清潔能源輸出方面，通過PCS系統(tǒng)，有效分配風力發(fā)電系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的輸出功率，保證清潔能源的最有效利用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)方案圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

本發(fā)明提供的一種用于多能源的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括微電網(wǎng)母線、微電網(wǎng)一次系統(tǒng)和微電網(wǎng)二次系統(tǒng)組成。

微電網(wǎng)一次系統(tǒng)由風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、負荷和直流母線組成。各系統(tǒng)通過切換開關(guān)與直流母線相連。

風力發(fā)電系統(tǒng)包括風力發(fā)電機、風機控制器，以及風能DC/DC控制柜。風力發(fā)電機與風機控制柜相連，風機控制器風能DC/DC控制柜相連，風能DC/DC控制柜通過PCS控制柜接入微電網(wǎng)母線。

光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏DC/DC控制柜，光伏電池板與光伏直流配電箱相連，光伏直流配電箱與光伏DC/DC控制柜相連，光伏DC/DC控制柜通過PCS控制柜接入微電網(wǎng)母線。

柴油發(fā)電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)也與微電網(wǎng)母線相連，儲能系統(tǒng)通過PCS控制柜接入微電網(wǎng)母線。儲能系統(tǒng)為復合儲能系統(tǒng)，包括兩種以上的儲能系統(tǒng)。

各系統(tǒng)并不直接接入微電網(wǎng)母線，而是通過輸入配電設備接入。輸入(輸出)配電設備包括變壓器、配電線路、斷路器、開關(guān)和刀閘。

微電網(wǎng)二次系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。

通訊系統(tǒng)包括通信端口、通信網(wǎng)絡組成，所述通信網(wǎng)絡包括通信總線。

通過監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)電單元的輸出功率與負荷所需功率進行對比，來對柴油發(fā)電機輸出功率進行調(diào)整對蓄電池組進行充放電控制來滿足負荷所需功率，同時抑制直流母線電壓波動。本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)包括測量和控制所述元件所需的各種傳感器和智能監(jiān)控終端。各個智能監(jiān)控終端通過通信網(wǎng)絡連接控制系統(tǒng)中的配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。在本實施例中，監(jiān)測系統(tǒng)可以包括電流互感器、電壓互感器、功率計等實時電氣量采集裝置。

控制系統(tǒng)分成三層，分別為上層、中間層和底層。上層為配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，中間層為微電網(wǎng)中央控制器，底層為底層控制器，包括微源控制器和負荷控制器。

風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、各種儲能系統(tǒng)和負荷均通過輸入配電設備及輸出配電設備中的開關(guān)與所述微電網(wǎng)母線相連。微源控制器與所述風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、各種儲能系統(tǒng)一一對應相連，各微源控制器還與同其對應的系統(tǒng)與微電網(wǎng)母線之間的連接開關(guān)相連，用于控制各系統(tǒng)地接入、切除。負荷控制器與負荷相連，還與該負荷與微電網(wǎng)母線之間的連接開關(guān)相連，用于控制負荷地接入、切除。

本實施例中的負荷包括島上生活負載與生產(chǎn)負載，通過負載柜及輸出配電設置與微電網(wǎng)母線相連。

本發(fā)明在直流母排上的儲能側(cè)設置了蓄電池組(儲能系統(tǒng))，在發(fā)電側(cè)均由光伏和風機的DC/DC轉(zhuǎn)換充電單元，在用電側(cè)設備的PCS雙向儲能逆變器充放電單元，直流母線電壓由DC/DC轉(zhuǎn)換充電單元和PCS雙向儲能逆變器充放電單元綜合控制，響應速度快，實現(xiàn)能量自動平衡，能有效地穩(wěn)定直流母線電壓。

從電力平衡上分析，有三種：

1)發(fā)電用電平衡：

反應到直流母線上表現(xiàn)出，電壓在正常的一定范圍內(nèi)(死區(qū))波動，這種情況，蓄電池組也處在充滿狀態(tài)，光伏風機發(fā)電設備的DC/DC和PCS系統(tǒng)輸出負載用電單元達到自然穩(wěn)定平衡。

2)發(fā)電盈余、用電不足

反應到直流母線上表現(xiàn)出，電壓偏高，這種情況，首先是電池管理單元進行充電存儲能量，直流母線電壓會升高或者增加電壓升高趨勢，如果已經(jīng)充滿或者電池管理為延長電池使用壽命而減少充電次數(shù)策略啟動，電壓仍然升高到一定值，則集中監(jiān)控系統(tǒng)控制根據(jù)風光條件情況，集中監(jiān)控控制DC/DC投切發(fā)電設備和用戶負載用電單元設備，策略是投入交流負荷優(yōu)先于減少機組發(fā)電，以保證盡可能多用電。

3)發(fā)電不足、用電過多

反應到直流母線上表現(xiàn)出，電壓偏低，首先是蓄電池組儲存的能量通過PCS放電釋放能量，如果電池已經(jīng)放到極限值或者電池管理為延長電池使用壽命減少放電次數(shù)策略啟動，電壓仍然偏低到一定值，集中監(jiān)控系統(tǒng)決定切除交流負荷或者增加DC/DC側(cè)機組發(fā)電，可能也會增加柴油機組切入，PSC并網(wǎng)發(fā)電機運行，策略是增加DC/DC側(cè)機組發(fā)電，優(yōu)先于切除交流負荷，以保證盡可能多的發(fā)電，減少柴機使用。

發(fā)電控制

電力平衡實際與直流母線電壓穩(wěn)定是相關(guān)聯(lián)的，穩(wěn)定了直流母線電壓，實際也做到了電力平衡。在穩(wěn)定直流母線電壓的基礎上，通過發(fā)電控制和負荷計劃能做到提前規(guī)劃電力平衡，減少電池充放電次數(shù)，提高交流側(cè)輸出電能考核指標，也可有效地提高系統(tǒng)可靠性。根據(jù)發(fā)電控制和用電控制長期運行數(shù)據(jù)積累，可以逐漸實現(xiàn)發(fā)電和用電預測，能自然很好的平衡發(fā)電和用電。

用電控制

本系統(tǒng)設計為純風光自然能源，目的盡量減少柴油機組的使用。一是風光自然發(fā)電相對充盈的狀態(tài)時，可以投入全部要使用的用電負載，或根據(jù)發(fā)電量來投入必要的用電負載，既保證了有電可用，也可使用整個系統(tǒng)更加平衡；二是在風光自然發(fā)電相對稀缺狀態(tài)時，逐漸切除不要的用電負載，以達到系統(tǒng)平衡；三是風光自然發(fā)電稀缺且用電負載無法切除時，只能啟動柴油機組使用PCS系統(tǒng)并網(wǎng)運行給負載供電，以達到整個系統(tǒng)平衡；四是風光自然發(fā)電沒有產(chǎn)出，如必切入部分工作，只能啟動柴油機組給負載供電，如無必要切出除用戶負載，控制系統(tǒng)工作等待風光自然能源發(fā)電，重新啟動系統(tǒng)工作。

安全穩(wěn)定

系統(tǒng)穩(wěn)定是指電站中，因突發(fā)性故障造成機組突然退網(wǎng)或者負載突然退網(wǎng)，極大打破電力平衡可能造成電網(wǎng)失穩(wěn)情況下的穩(wěn)定措施。

1)機組突然退網(wǎng)

假定機組已經(jīng)退網(wǎng)，PCS系統(tǒng)切到儲能蓄電池組短暫維持電網(wǎng)工作，計算要平衡電網(wǎng)需要切除的負載。同時，集中監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)PCS工作狀態(tài)，并通知PCS準備啟動柴油機并網(wǎng)運行給負載供電。

2)負載突然退網(wǎng)

假定負載已經(jīng)退網(wǎng)，減去當前負載消耗功率，集中監(jiān)控系統(tǒng)計算要平衡電網(wǎng)需要退網(wǎng)的機組，并控制其DC/DC轉(zhuǎn)換單元和風力機組停機運行。

其中負載切除由集中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，通過硬接線IO和RS485通訊關(guān)斷交流開關(guān)柜回路；機組退網(wǎng)由集中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，通過硬接線IO和RS485通訊通知機組的關(guān)斷DC/DC裝置的電子開關(guān)，或者風機控制器停機。

系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)清潔能源輸出功率無法滿足負荷功率后，會向柴機控制單元發(fā)出命令，提升柴機輸出功率，來彌補功率差值，同時會繼續(xù)進行比較，當柴機全功率輸出任無法滿足負荷功率時，將通過蓄電池組控制模塊來控制電池放電，彌補功率差值，當發(fā)電單元輸出功率超過負荷功率時，多余電能將用來為蓄電池組充電。