CN103280844B - 一种交直流混合多级微电网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交直流混合多级微电网系统。本发明包括交流主微电网系统、交流子微电网系统、直流微电网系统和微电网控制系统；所述交流主微电网系统包括交流主微电网Ⅰ段母线、交流主微电网Ⅱ段母线、并网点开关PCC1、补偿装置、超级电容储能装置、主储能电池、光伏电池组、第一至第二变流装置、逆变装置和第一至第七可控开关；所述交流子微电网系统包括交流子微电网母线、并网点开关PCC3-PCC4、第一至第二户用型系统。本发明结构灵活、模块化结构，可以构成多种系统结构及各级系统的并离网切换的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种交直流混合多级微电网系统。
背景技术
分布式发电作为可再生能源的一种重要利用形式，在世界范围内得到了快速发展。与依靠远距离输配电的传统集中式发电相比，分布式发电在一定程度上适应了分散的电力需求与资源分布，同时与集中式大电网互为备用，使供电可靠性也得以改善；并且基于清洁能源的分布式发电技术具有污染少、可靠性及能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点。然而，分布式发电大规模接入大电网对传统电力系统的运行和管理带来了新的问题：一方面，分布式发电相对于大电网来说是一个不可控源，因此大电网往往采取限制、隔离的方式来处置分布式发电，以期减小对大电网的冲击；另一方面，目前大电网配电系统所具有的无源辐射状运行结构以及能量流动的单向、单路径特征，使得分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即分布式发电的发电量必须小于安装地点的用户负荷，导致分布式发电能力在结构上就受到极大限制。
微电网是包含多种分布式电源及其邻近负荷的一种局部发用电电网组织形式，它的出现很好地解决了分布式发电接入问题，同时可保证重要负荷在大电网停电后的持续供电的要求，成为今后分布式发电接入大电网的一种发展趋势。
微电网内包括大量的电力电子装置，在运行时会给微电网带来较多的电流谐波。微电网对电网的补充作用尚未充分体现，微电网与大电网的削峰填谷、互为备用等作用尚无有效的控制手段作为支撑。同时，目前投入使用的微电网系统大多为集中式应用，应用不灵活、不易模块化管理。而分散式微电网的系统特征显著、功能多样，但目前相关实用性研究较少，待研究内容丰富。
发明内容
本发明针对以上问题而提出一种结构灵活的交直流混合多级微电网系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种交直流混合多级微电网系统，其特征在于它包括交流主微电网系统、交流子微电网系统、直流微电网系统和微电网控制系统；
所述交流主微电网系统包括交流主微电网Ⅰ段母线、交流主微电网Ⅱ段母线、并网点开关PCC1、补偿装置、超级电容储能装置、主储能电池、光伏电池组、第一至第二变流装置、逆变装置和第一至第七可控开关；所述补偿装置包括有源电力滤波器APF和无功补偿装置SVG；所述交流主微电网Ⅰ段母线经并网点开关PCC1接交流400V配电网母线；所述有源电力滤波器APF和无功补偿装置SVG分别经第二可控开关和第三可控开关接交流主微电网Ⅰ段母线；所述超级电容储能装置依次经第一变流装置、第四可控开关接交流主微电网Ⅰ段母线；大型动力负荷作为一级负荷接交流主微电网Ⅰ段母线；所述主储能电池装置依次经第二变流装置、第五可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；所述光伏电池组依次经逆变装置、第六可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；第一交流负荷作为交流主微电网的其他负载经第七可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；交流主微电网Ⅰ段母线与交流主微电网Ⅱ段母线通过第一可控开关连接；
所述交流子微电网系统包括交流子微电网母线、并网点开关PCC3-PCC4、第一至第二户用型系统；所述交流子微电网母线经并网点开关PCC3接交流主微电网Ⅱ段母线；所述第一户用型系统包括第一逆变充电一体机、第二光伏电池、第二储能电池、第三至第四DC/DC升压装置和第十二可控开关；所述第一逆变充电一体机的电源端经第十二可控开关接交流子微电网母线，第二交流负荷作为第一户用型系统的负载接第一逆变充电一体机的交流侧；所述第二光伏电池经第三DC/DC升压装置接第一逆变充电一体机直流侧的相应输入端；所述第二储能电池经第四DC/DC升压装置接第一逆变充电一体机直流侧的相应输入端；所述第二户用型系统与第一户用型系统结构相同，第二户用型系统包括第二逆变充电一体机、第三光伏电池、第三储能电池、第五至第六DC/DC升压装置和第十三可控开关；所述第二户用型系统与第一户用型系统通过并网点开关PCC4相连；
所述直流微电网系统包括直流微电网母线、并网点开关PCC2、第一光伏电池、第一储能电池装置、模拟风力发电机、第三变流装置、第一至第二DC/DC升压装置和第八至第十一可控开关；所述直流微电网母线依次经第三变流装置、并网点开关PCC2接交流主微电网Ⅰ段母线；所述第一光伏电池依次经第一DC/DC升压装置、第八可控开关接直流微电网母线；所述第一储能电池装置依次经第二DC/DC升压装置、第九可控开关接直流微电网母线；所述模拟风力发电机经第十可控开关接直流微电网母线；第一直流负荷作为直流微电网系统的负载经第十一可控开关接直流微电网母线；
所述微电网控制系统的相应输出端分别接第一可控开关至第十三可控开关的控制端，微电网控制系统的相应检测端分别接并网点开关PCC1-PCC4的输出端，所述第一变流装置至第三变流装置、第一DC/DC升压装置至第六DC/DC升压装置的相应输出端分别与微电网控制系统的相应输入端相连接。
本发明的有益效果为：
本发明的系统结构灵活、模块化结构，多类型电源、负荷接入微电网提供研究、实验平台，可以根据试验需要构成直流微电网、交流主微电网、交流子微电网、交直流混合微网等多种系统结构及各级系统的并离网切换的研究。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
具体实施方式
由附图所示的实施例可知，本实施例包括交流主微电网系统、交流子微电网系统、直流微电网系统和微电网控制系统；
所述交流主微电网系统包括交流主微电网Ⅰ段母线、交流主微电网Ⅱ段母线、并网点开关PCC1、补偿装置、超级电容储能装置、主储能电池、光伏电池组、第一至第二变流装置、逆变装置和第一至第七可控开关；所述补偿装置包括有源电力滤波器APF和无功补偿装置SVG；所述交流主微电网Ⅰ段母线经并网点开关PCC1接交流400V配电网母线；所述有源电力滤波器APF和无功补偿装置SVG分别经第二可控开关和第三可控开关接交流主微电网Ⅰ段母线；所述超级电容储能装置依次经第一变流装置、第四可控开关接交流主微电网Ⅰ段母线；大型动力负荷作为一级负荷接交流主微电网Ⅰ段母线；所述主储能电池装置依次经第二变流装置、第五可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；所述光伏电池组依次经逆变装置、第六可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；第一交流负荷作为交流主微电网的其他负载经第七可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；交流主微电网Ⅰ段母线与交流主微电网Ⅱ段母线通过第一可控开关连接；
所述交流子微电网系统包括交流子微电网母线、并网点开关PCC3-PCC4、第一至第二户用型系统；所述交流子微电网母线经并网点开关PCC3接交流主微电网Ⅱ段母线；所述第一户用型系统包括第一逆变充电一体机、第二光伏电池、第二储能电池、第三至第四DC/DC升压装置和第十二可控开关；所述第一逆变充电一体机的电源端经第十二可控开关接交流子微电网母线，第二交流负荷作为第一户用型系统的负载接第一逆变充电一体机的交流侧；所述第二光伏电池经第三DC/DC升压装置接第一逆变充电一体机直流侧的相应输入端；所述第二储能电池经第四DC/DC升压装置接第一逆变充电一体机直流侧的相应输入端；所述第二户用型系统与第一户用型系统结构相同，第二户用型系统包括第二逆变充电一体机、第三光伏电池、第三储能电池、第五至第六DC/DC升压装置和第十三可控开关；所述第二户用型系统与第一户用型系统通过并网点开关PCC4相连；
所述直流微电网系统包括直流微电网母线、并网点开关PCC2、第一光伏电池、第一储能电池装置、模拟风力发电机、第三变流装置、第一至第二DC/DC升压装置和第八至第十一可控开关；所述直流微电网母线依次经第三变流装置、并网点开关PCC2接交流主微电网Ⅰ段母线；所述第一光伏电池依次经第一DC/DC升压装置、第八可控开关接直流微电网母线；所述第一储能电池装置依次经第二DC/DC升压装置、第九可控开关接直流微电网母线；所述模拟风力发电机经第十可控开关接直流微电网母线；第一直流负荷作为直流微电网系统的负载经第十一可控开关接直流微电网母线；
所述微电网控制系统的相应输出端分别接第一可控开关至第十三可控开关的控制端，微电网控制系统的相应检测端分别接并网点开关PCC1-PCC4的输出端，所述第一变流装置至第三变流装置、第一DC/DC升压装置至第六DC/DC升压装置的相应输出端分别与微电网控制系统的相应输入端相连接。
所述直流微电网系统还包括DC/DC变压装置、直流微电网子母线和第十四可控开关；所述直流微电网子母线经DC/DC变压装置接直流微电网母线，第二直流负荷作为负载经第十四可控开关接直流微电网子母线；所述第十四可控开关的控制端接所述微电网控制系统的相应输出端。
所述微电网控制系统为型号的NMC1000分布式发电/储能及微电网运行控制系统。
当微电网控制系统检测到配电网（大电网）出现故障或出于实验的目的主动给予微电网孤岛运行指令时，并网点开关PCC1断开，微电网进入孤岛运行模式。微电网内电源由交流主微电网系统中的光伏电池组发电，并以通过电流源并网形式提供，主储能电池运行在电压源模式下，提供交流主微电网电压及频率的支持。同时，利用超级电容储能装置响应速度快的特点，平抑交流主微电网在启动大型动力负荷时所发生的电压波动。补偿装置APF、SVG，用来消除交流主微电网内的无功和谐波电流。大型动力负荷和第一交流负荷消耗的功率由交流主微电网中光伏电池和主储能电池装置提供，当所消耗功率小于光伏电池和主储能电池装置产生的功率时，可以限制其所产生功率，维持交流主微电网内电压、频率的稳定。
当微电网控制系统检测到配电网（大电网）恢复正常，可以并网运行时，并网点开关PCC1合闸，控制交流主微电网与配电系统（大电网）并网运行。此时，交流主微电网内所有逆变装置均以电流源形式并网运行，光伏电池组通过MPPT跟踪算法输出最大功率。为了减少主储能电池的损耗，增加主储能电池的使用时间，主储能电池保持充满电状态，在一周或更长时间内，放电一次。交流主微电网与配电网（大电网）之间功率可以自由流通，交流主微电网内电压、频率由配电网（大电网）支撑。
当交流子微电网检测到交流主微电网发生故障或微电网控制系统发出相应指令时，并网点开关PCC3断开，交流子微电网对交流主微电网离网运行。本实施例中交流子微电网由两个相同模块组成。光伏电池经过DC/DC升压装置升压后与储能电池装置接逆变充电一体机形成直流母线，逆变充电一体机处于逆变模式工作状态下，以电压源形式运行，支撑交流子微电网内电压、频率的稳定运行，经逆变充电一体机逆变后带子交流负荷运行。
当交流子微电网检测到交流主微电网恢复正常时，微电网控制系统发出相应控制指令，并网点开关PCC3合闸，交流子微电网与交流主微电网并网运行。逆变充电一体机以充电模式运行，以电流源形式并网。前级储能电池吸收功率，优先使用光伏电池所发出的功率。当储能电池充电完成后，为了减少损耗，增加储能电池使用的寿命，储能电池脱离交流子微电网系统。交流子微电网与交流主微电网之间功率可自由流通。
当直流微电网检测到交流主微电网发生故障或微电网控制系统发出相应指令时，并网点开关PCC2断开，直流微电网与交流主微电网离网运行。第三变流装置停止运行，第一储能电池和光伏电池经过升压装置升压后与直流主微网母线并网运行，风机同时并网运行。直流负载所消耗功率均由直流主微网母线承担。
当直流微电网检测到交流主微电网恢复正常时，微电网控制系统发出相应控制指令，并网点开关PCC2合闸，直流微电网与交流主微电网并网运行。为了减少损耗，增加储能电池使用寿命，可以使储能电池停止工作，第三变流装置开始运行。当直流微电网内直流负载所消耗功率超过直流微电网所产生功率时，第三变流装置在整流模式下运行，直流微电网所需功率由交流主微电网提供。当直流微电网内直流负载所消耗功率小于直流微电网所产生功率时，第三变流装置在逆变没事下运行，以电流源形式与交流主微电网并网运行。
如下为本实施例不同的组网运行方式：
（1）当并网点开关PCC1、第一可控开关、并网点开关PCC2、并网点开关PCC3均闭合时，交流主微电网系统、交流子微电网系统和直流微电网系统均与配电网（大电网）并网运行；
（2）当并网点开关PCC1断开，第一可控开关、并网点开关PCC2、并网点开关PCC3均闭合时，构成交流主微电网系统、交流子微电网系统和直流微电网系统的微电网试验系统；
（3）当并网点开关PCC1、第一可控开关、并网点开关PCC3均闭合时，并网点开关PCC2断开时，交流主微电网系统、交流子微电网系统与配电网（大电网）并网运行，直流微电网系统离网运行；
（4）当并网点开关PCC1、并网点开关PCC2、并网点开关PCC3闭合，第一可控开关断开时，交流主微电网系统、交流子微电网系统对配电网（大电网）离网运行，直流微电网系统对配电网（大电网）并网运行；
（5）并网点开关PCC1、并网点开关PCC2、第一可控开关闭合，并网点开关PCC3断开时，交流主微电网系统、直流微电网系统对配电网（大电网）并网运行，交流子微电网系统对配电网（大电网）离网运行；
（6）并网点开关PCC3、第一可控开关闭合，并网点开关PCC1、并网点开关PCC2断开时，交流子微电网系统和交流主微电网系统并网运行并对对电网（大电网）离网运行，直流微电网系统孤岛运行；
（7）并网点开关PCC1、第一可控开关闭合，并网点开关PCC2、并网点开关PCC3断开时，交流主微电网系统对配电网（大电网）并网运行，交流子微电网系统、直流微电网系统均孤岛运行；
（8）并网点开关PCC2、第一可控开关闭合，并网点开关PCC1、并网点开关PCC3断开时，交流主微电网系统与直流微电网系统并网运行并对对电网（大电网）离网运行，交流子微电网系统孤岛运行；
（9）第一可控开关闭合，并网点开关PCC1、并网点开关PCC2、并网点开关PCC3断开时，交流主微电网系统对配电网（大电网）离网运行，交流子微电网系统对交流主微电网系统离网运行，直流微电网系统对交流主微电网系统离网运行。
Claims (3)
1.一种交直流混合多级微电网系统，其特征在于它包括交流主微电网系统、交流子微电网系统、直流微电网系统和微电网控制系统；
所述交流主微电网系统包括交流主微电网Ⅰ段母线、交流主微电网Ⅱ段母线、并网点开关PCC1、补偿装置、超级电容储能装置、主储能电池、光伏电池组、第一至第二变流装置、逆变装置和第一至第七可控开关；所述补偿装置包括有源电力滤波器APF和无功补偿装置SVG；所述交流主微电网Ⅰ段母线经并网点开关PCC1接交流400V配电网母线；所述有源电力滤波器APF和无功补偿装置SVG分别经第二可控开关和第三可控开关接交流主微电网Ⅰ段母线；所述超级电容储能装置依次经第一变流装置、第四可控开关接交流主微电网Ⅰ段母线；大型动力负荷作为一级负荷接交流主微电网Ⅰ段母线；所述主储能电池装置依次经第二变流装置、第五可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；所述光伏电池组依次经逆变装置、第六可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；第一交流负荷作为交流主微电网的其他负载经第七可控开关接交流主微电网Ⅱ段母线；交流主微电网Ⅰ段母线与交流主微电网Ⅱ段母线通过第一可控开关连接；
所述交流子微电网系统包括交流子微电网母线、并网点开关PCC3-PCC4、第一至第二户用型系统；所述交流子微电网母线经并网点开关PCC3接交流主微电网Ⅱ段母线；所述第一户用型系统包括第一逆变充电一体机、第二光伏电池、第二储能电池、第三至第四DC/DC升压装置和第十二可控开关；所述第一逆变充电一体机的电源端经第十二可控开关接交流子微电网母线，第二交流负荷作为第一户用型系统的负载接第一逆变充电一体机的交流侧；所述第二光伏电池经第三DC/DC升压装置接第一逆变充电一体机直流侧的相应输入端；所述第二储能电池经第四DC/DC升压装置接第一逆变充电一体机直流侧的相应输入端；所述第二户用型系统与第一户用型系统结构相同，第二户用型系统包括第二逆变充电一体机、第三光伏电池、第三储能电池、第五至第六DC/DC升压装置和第十三可控开关；所述第二户用型系统与第一户用型系统通过并网点开关PCC4相连；
所述直流微电网系统包括直流微电网母线、并网点开关PCC2、第一光伏电池、第一储能电池装置、模拟风力发电机、第三变流装置、第一至第二DC/DC升压装置和第八至第十一可控开关；所述直流微电网母线依次经第三变流装置、并网点开关PCC2接交流主微电网Ⅰ段母线；所述第一光伏电池依次经第一DC/DC升压装置、第八可控开关接直流微电网母线；所述第一储能电池装置依次经第二DC/DC升压装置、第九可控开关接直流微电网母线；所述模拟风力发电机经第十可控开关接直流微电网母线；第一直流负荷作为直流微电网系统的负载经第十一可控开关接直流微电网母线；
所述微电网控制系统的相应输出端分别接第一可控开关至第十三可控开关的控制端，微电网控制系统的相应检测端分别接并网点开关PCC1-PCC4的输出端，所述第一变流装置至第三变流装置、第一DC/DC升压装置至第六DC/DC升压装置的相应输出端分别与微电网控制系统的相应输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混合多级微电网系统，其特征在于所述直流微电网系统还包括DC/DC变压装置、直流微电网子母线和第十四可控开关；所述直流微电网子母线经DC/DC变压装置接直流微电网母线，第二直流负荷作为负载经第十四可控开关接直流微电网子母线；所述第十四可控开关的控制端接所述微电网控制系统的相应输出端。
3.根据权利要求2所述的一种交直流混合多级微电网系统，其特征在于所述微电网控制系统为型号的NMC1000分布式发电/储能及微电网运行控制系统。
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2013
- 2013-05-14 CN CN201310176402.2A patent/CN103280844B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102664415A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-09-12 | 湖北省电力公司电力试验研究院 | 基于终端用户的分级微电网组网系统 |
| CN103078325A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-05-01 | 河北省电力公司电力科学研究院 | 一种交直流混合微电网系统及其控制方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 交直流混合微网关键技术研究;殷晓刚等;《高压电器》;20120930;第48卷(第9期);全文 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103280844A (zh) | 2013-09-04 |
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