一种用于多能源的微电网能量管理系统的制作方法

本发明涉及一种基于离并网自动切换的多能源的微电网能量管理方法。

背景技术：

清洁能源的输出功率具有间歇性和随机性的特点，特别是工作地点是海岛，要应对极端恶劣的环境，而且负载消耗也是时刻变化，严重影响微电网系统的稳定运行。同时针对海岛这种孤网系统，当清洁能源输出功率大于负载功率时，多余的电能无法回馈到电网，造成了资源的浪费；当遇到微电网母线的突然波动时，无法进行及时的调节，会对负载造成伤害，同时产生危险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种含多种清洁能源为主，以储能单元与柴油机发电系统为辅的微电网能量管理系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于多能源的微电网能量管理系统，其特征在于，包括洁净能源发电系统、可再生能源发电系统、储能系统、负荷系统及微电网母线，洁净能源发电系统、可再生能源发电系统及储能系统通过各自的开关接入微电网母线，负荷系统也通过开关接入微电网母线，微电网母线与洁净能源发电系统、可再生能源发电系统及储能系统之间的各开关分别与各自的微源控制器相连，负荷系统与微电网母线之间的开关与负荷控制器相连，各微源控制器及负荷控制器与微电网中央控制器相连，微电网中央控制器则连接配电网调度系统；

所述管理系统还包括监测系统，监测系统包括分布于洁净能源发电系统、可再生能源发电系统、储能系统、负荷系统的各个用于实时采集数据的智能监控终端，智能监控终端通过通信网络与配电网调度系统建立数据通信。

优选地，所述洁净能源发电系统采用风力发电系统及光伏发电系统，所述可再生能源发电系统采用柴油发电系统。

优选地，所述风力发电系统包括风力发电机组，所述光伏发电系统包括光伏发电阵列，风力发电机组及光伏发电阵列的输出分别连接各自的DC-DC电路，两路DC-DC电路的输出及所述储能系统的输出连接PCS逆变器的输入。

优选地，当所述微电网母线上的电压在正常的一定范围内波动，且所述储能系统也处在充满状态，所述风力发电系统和所述光伏发电系统输出负载用电单元达到自然稳定平衡；

当所述微电网母线上的电压偏高，由与所述储能系统相连的微源控制器对所述储能系统进行充电存储能量，若所述微电网母线上的电压降低或者电压升高趋势延缓，如果储能系统已经充满或者储能系统管理为延长电池使用寿命而减少充电次数策略启动，电压仍然升高到一定值，则所述配电网调度系统根据所述监测系统监测到的风光条件情况，经由微电网中央控制器、微源控制器或负荷控制器、开关投切发电设备和用户负载用电单元设备，投切策略是投入交流负荷优先于减少机组发电；

当所述微电网母线上的电压偏低，由与所述储能系统相连的微源控制器通过PCS逆变器放电释放能量，如果所述储能系统已经放到极限值或者电池管理为延长电池使用寿命减少放电次数策略启动，电压仍然偏低到一定值，配电网调度系统决定切除交流负荷或者增加DC/DC侧机组发电，或增加柴油机组切入，或PCS逆变器并网发电机运行，策略是增加机组发电，优先于切除交流负荷。

与现有技术相比，本发明的技术特点在于：

监测系统的实时电气量采集装置获取的实时电气量，先传输给相应的控制系统，再通过控制系统经通信总线传输给调度系统，实时电气量包括电压、电流、功率、储能荷电状态等。配电网调度系统向能量控制系统发送调节指令。经过决策后对各个发电系统输出功率进行调节同时负载进行切换。

当风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷的调节作用不能满足微电网内部功率平衡，引起其电压或频率异常时，需进行电压稳定控制或频率稳定控制。

清洁能源输出方面，通过PCS系统，有效分配风力发电系统与光伏发电系统之间的输出功率，保证清洁能源的最有效利用。

附图说明

图1为本发明的微电网能量管理系统方案图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明提供的一种用于多能源的微电网能量管理系统包括微电网母线、微电网一次系统和微电网二次系统组成。

微电网一次系统由风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、负荷和直流母线组成。各系统通过切换开关与直流母线相连。

风力发电系统包括风力发电机、风机控制器，以及风能DC/DC控制柜。风力发电机与风机控制柜相连，风机控制器风能DC/DC控制柜相连，风能DC/DC控制柜通过PCS控制柜接入微电网母线。

光伏发电系统包括光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏DC/DC控制柜，光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏DC/DC控制柜相连，光伏DC/DC控制柜通过PCS控制柜接入微电网母线。

柴油发电系统及储能系统也与微电网母线相连，储能系统通过PCS控制柜接入微电网母线。储能系统为复合储能系统，包括两种以上的储能系统。

各系统并不直接接入微电网母线，而是通过输入配电设备接入。输入(输出)配电设备包括变压器、配电线路、断路器、开关和刀闸。

微电网二次系统包括控制系统、监测系统和通讯系统。

通讯系统包括通信端口、通信网络组成，所述通信网络包括通信总线。

通过监测系统对发电单元的输出功率与负荷所需功率进行对比，来对柴油发电机输出功率进行调整对蓄电池组进行充放电控制来满足负荷所需功率，同时抑制直流母线电压波动。本发明的监测系统包括测量和控制所述元件所需的各种传感器和智能监控终端。各个智能监控终端通过通信网络连接控制系统中的配电网调度系统。在本实施例中，监测系统可以包括电流互感器、电压互感器、功率计等实时电气量采集装置。

控制系统分成三层，分别为上层、中间层和底层。上层为配电网调度系统，中间层为微电网中央控制器，底层为底层控制器，包括微源控制器和负荷控制器。

风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统和负荷均通过输入配电设备及输出配电设备中的开关与所述微电网母线相连。微源控制器与所述风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统一一对应相连，各微源控制器还与同其对应的系统与微电网母线之间的连接开关相连，用于控制各系统地接入、切除。负荷控制器与负荷相连，还与该负荷与微电网母线之间的连接开关相连，用于控制负荷地接入、切除。

本实施例中的负荷包括岛上生活负载与生产负载，通过负载柜及输出配电设置与微电网母线相连。

本发明在直流母排上的储能侧设置了蓄电池组(储能系统)，在发电侧均由光伏和风机的DC/DC转换充电单元，在用电侧设备的PCS双向储能逆变器充放电单元，直流母线电压由DC/DC转换充电单元和PCS双向储能逆变器充放电单元综合控制，响应速度快，实现能量自动平衡，能有效地稳定直流母线电压。

从电力平衡上分析，有三种：

1)发电用电平衡：

反应到直流母线上表现出，电压在正常的一定范围内(死区)波动，这种情况，蓄电池组也处在充满状态，光伏风机发电设备的DC/DC和PCS系统输出负载用电单元达到自然稳定平衡。

2)发电盈余、用电不足

反应到直流母线上表现出，电压偏高，这种情况，首先是电池管理单元进行充电存储能量，直流母线电压会升高或者增加电压升高趋势，如果已经充满或者电池管理为延长电池使用寿命而减少充电次数策略启动，电压仍然升高到一定值，则集中监控系统控制根据风光条件情况，集中监控控制DC/DC投切发电设备和用户负载用电单元设备，策略是投入交流负荷优先于减少机组发电，以保证尽可能多用电。

3)发电不足、用电过多

反应到直流母线上表现出，电压偏低，首先是蓄电池组储存的能量通过PCS放电释放能量，如果电池已经放到极限值或者电池管理为延长电池使用寿命减少放电次数策略启动，电压仍然偏低到一定值，集中监控系统决定切除交流负荷或者增加DC/DC侧机组发电，可能也会增加柴油机组切入，PSC并网发电机运行，策略是增加DC/DC侧机组发电，优先于切除交流负荷，以保证尽可能多的发电，减少柴机使用。

发电控制

电力平衡实际与直流母线电压稳定是相关联的，稳定了直流母线电压，实际也做到了电力平衡。在稳定直流母线电压的基础上，通过发电控制和负荷计划能做到提前规划电力平衡，减少电池充放电次数，提高交流侧输出电能考核指标，也可有效地提高系统可靠性。根据发电控制和用电控制长期运行数据积累，可以逐渐实现发电和用电预测，能自然很好的平衡发电和用电。

用电控制

本系统设计为纯风光自然能源，目的尽量减少柴油机组的使用。一是风光自然发电相对充盈的状态时，可以投入全部要使用的用电负载，或根据发电量来投入必要的用电负载，既保证了有电可用，也可使用整个系统更加平衡；二是在风光自然发电相对稀缺状态时，逐渐切除不要的用电负载，以达到系统平衡；三是风光自然发电稀缺且用电负载无法切除时，只能启动柴油机组使用PCS系统并网运行给负载供电，以达到整个系统平衡；四是风光自然发电没有产出，如必切入部分工作，只能启动柴油机组给负载供电，如无必要切出除用户负载，控制系统工作等待风光自然能源发电，重新启动系统工作。

安全稳定

系统稳定是指电站中，因突发性故障造成机组突然退网或者负载突然退网，极大打破电力平衡可能造成电网失稳情况下的稳定措施。

1)机组突然退网

假定机组已经退网，PCS系统切到储能蓄电池组短暂维持电网工作，计算要平衡电网需要切除的负载。同时，集中监控系统根据PCS工作状态，并通知PCS准备启动柴油机并网运行给负载供电。

2)负载突然退网

假定负载已经退网，减去当前负载消耗功率，集中监控系统计算要平衡电网需要退网的机组，并控制其DC/DC转换单元和风力机组停机运行。

其中负载切除由集中监控系统发出指令，通过硬接线IO和RS485通讯关断交流开关柜回路；机组退网由集中监控系统发出指令，通过硬接线IO和RS485通讯通知机组的关断DC/DC装置的电子开关，或者风机控制器停机。

系统发现清洁能源输出功率无法满足负荷功率后，会向柴机控制单元发出命令，提升柴机输出功率，来弥补功率差值，同时会继续进行比较，当柴机全功率输出任无法满足负荷功率时，将通过蓄电池组控制模块来控制电池放电，弥补功率差值，当发电单元输出功率超过负荷功率时，多余电能将用来为蓄电池组充电。