CN107453392B - 一种分布式能源电网系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
一种分布式能源电网系统示意图，包括至少一个燃气轮机机组，光伏发电机组PV，风能机组WG，储能系统ESS，该分布式能源电网系统还包括全局控制器(2)、微网控制器(3)。全局控制器(2)负责检测全网的参数以及预测全网负荷，包括大型机组以及微网的调度和监测。微网控制器(3)主要用于监测微网的各能源状态、微网负荷以及对微网负荷进行预测等。微网控制器(3)与全局控制器(2)保持通讯，并且微网控制器(3)之间也可以保持通信。一方面微网控制器(3)可以从全局控制器(2)得到接入和断开指令，另一方面微网控制器(3)可以在判断是否可以接入或断开的情况下控制微网到主网的接入和断开，并同时可以通过通信的方式通知主网的全局控制器(2)以及其它的微网控制器(3)，以使电网能最大程度保持稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网技术，特别是分布式能源电网系统。
背景技术
分布式能源系统微型电网技术,是当代电力系统新技术之一，是电力系统应用的最新科技成果之一它是将现代能源转换技术、电网技术、电力电子技术和自动控制技术相结合，发展起来的。能源的使用形式、使用强度、质量和可靠性的要求、使用地可能提供的能源资源、能源种类和形式以及环保的要求、可能的、环保的和有效率的能源转换及使用科技都促使分布式能源和系统及与之相应的分布式电源和负荷构成的微型电网得以迅速发展。
在现代供能系统中，模块化的整体能源系统Integral Energy System(IES)技术是最新的、大幅度提高能源使用效率、环境友好使用能源的先进科技，它在建筑物综合用能、军事及岛屿和农场特殊用能、可再生分布式能源开发以及新能源和低碳能源开发使用中起着关键作用。IES的电气设备及其互联网络---微型电网，虽然不是IES最昂贵的部分，但是它是IES成功的至关重要的部分，是技术要求高、设计最复杂、变化最多的部分。
整体能源系统IES有多种用途,电气设备供电、电力驱动、制冷、供热、供热水及照明以及商业和公共建筑物室内空气送风和除湿等。在IES系统中,若使用内燃机(IC)、燃气轮机或燃料电池来发电,可以使用吸收式制冷机、干燥剂除湿器或热回收装置来产生蒸汽或热水,回收余热用于制冷、供热、建筑物内的湿度控制,这样将显著提高能源的利用效率,最高可达85％。与传统供能系统相比,可以节省40％或更多的能量。有的文选将这些系统定义为建筑物冷热电联供系统,有三种缩写:CHP(Cooling,Heatingand Power forBuildings)、CCHP(Combined Cooling Heating and Power)及BCHP(Buildings Cooling,Heating and Power)。为提高整体能源系统IES的供能可靠性,所有的子系统都并列运行。可再生能源———水能、风能、太阳能、地热和生物质能等的使用,形成的DG分布式发电电源,大大丰富了IES的供能能源,促进了IES技术的更新和发展。
分布式发电的特点,一是安全、高效、经济、环保,是供电安全防护和应急处理的理想设施；二是投资少、回收快,这也是它们在市场环境下发展较快的一个主要原因。
根据不同的能源形式有着不同的接网形式，例如：太阳能由于其容量范围较小，因此采用D/A变换的形式，而对于风能，其容量范围通常在几百瓦到几兆瓦，一般采用异步电机的形式，而地热、生物质能、热电联产、燃气轮机等大型容量能源通常采用同步电机的形式接入，对于微型燃气轮机从几十千瓦到几兆瓦一般采用A/A变换或同步电机的形式。
分布式能源电网系统的能源特点决定了其对电网的影响多变，往往在负荷切换或接网瞬时对电网产生的影响也大小不同且接入与断网的切换频率较高，因此，为了减小此种影响，本发明发明了一种新式的分布式能源电网系统，能够有效抑制或减小对电网的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的技术不足，同时提供一种分布式能源电网系统，该分布式能源电网系统包括至少一个燃气轮机机组，以及一个或多个光伏发电机组PV、风能机组WG、储能系统ESS或它们的组合，该分布式能源电网系统还包括全局控制器、微网控制器，其中的至少一个燃气轮机机组是微网必备的机组，光伏发电机组PV、风能机组WG、储能系统ESS是微网的可选设备；其中
全局控制器负责检测全网的参数以及监测和预测全网负荷，包括对电网大型机组以及微网的调度和监测；
微网控制器主要用于监测微网的各能源状态、监测和预测微网负荷；
微网控制器与全局控制器保持通讯，并且微网控制器之间也保持通信。
优选地，微网控制器根据全局控制器的指令控制微网的接入或断开。
优选地，微网控制器根据微网需求控制微网与主网的接入或断开。
优选地，微网控制器已经收到接入信号的情况下，微网控制器会针对全局主网估算需求负荷，进而再次估算微网负荷，在微网能源能满足微网负荷，而又不会超过全局需求负荷的情况下，接入电网并通知同级微网，同级微网可以针对接入微网的能量输出做好接网准备，以防止已接入微网断开时对主网造成冲击。
优选地，微网控制器没有收到全局控制器的接入信号，并且微网满足持续的能量输出，微网控制器进一步判断是否是用电高峰期，如果是用电高峰期则估算需求负荷以及微网负荷，在不会过载的情况接入主网并通知全局控制器和并行微网控制器。
优选地，微网控制器收到断开信号的情况下，判断全网负荷是否在下降并给出预测，如果全网负荷在下降，则微网控制器通知全局控制器，并判断微网负荷，断开微网。
优选地，微网控制器未收到来自全局控制器的断开信号，则微网控制器通知全局控制器和并行微网控制器，判断自身微网负荷，断开微网。
本发明还公开一种分布式能源电网管理方法，该分布式能源电网系统还包括全局控制器、微网控制器，全局控制器负责检测全网的参数以及监测和预测全网负荷，包括对电网大型机组以及微网的调度和监测；
微网控制器主要用于监测微网的各能源状态、监测和预测微网负荷；
微网控制器与全局控制器保持通讯，并且微网控制器之间也保持通信；
微网控制器根据全局控制器的指令或根据自身微网的需求控制微网的接入或断开。
优选地，全局控制器对微网控制器发出对应微网的接入指令，在微网有接入能力的情况下，微网控制器针对全局主网估算需求负荷，进而再次估算微网负荷，在微网能源能满足微网负荷，而又不会超过全局需求负荷的情况下，接入主网并通知同级微网控制器，同级微网针对接入微网的能量输出做好接网准备。
优选地，如果微网控制器没有收到全局控制器的接入信号，并且微网满足接入条件，微网控制器进一步判断是否是用电高峰期，如果是用电高峰期则估算需求负荷以及微网负荷，在不会过载的情况接入主网并通知全局控制器和并行微网控制器。
优选地，微网控制器判断是否收到断开信号，如果收到断开信号，则判断全网负荷是否在下降并给出预测，如果全网负荷在下降，那么表示微网断开的情况下，不会对主网造成冲击，则微网控制器通知全局控制器，并判断微网负荷，断开微网。
优选地，如果微网控制器未收到来自全局控制器的断开信号，并且微网需要断开，则微网控制器通知全局控制器和并行微网控制器，判断自身微网负荷，断开微网，并行微网能在收到断开微网的断开信号的情况下第一时间接入主网替换断开微网的负荷供给。
为了更好说明本发明的构思和方案，下面结合附图进行详细说明。
附图简要说明
图1是分布式能源电网系统示意图；
图2分布式能源电网系统的微网接入方法框图；
图3为分布式能源电网系统的微网断开方法框图。
其中：
图1中：1-分布式能源电网系统；2-全局控制；3-控制器；PV-光伏发电；WG-风能；ESS-储能系统。
图2中：下接入主网并通知全局控制器27；是否收到接入信号21；估算需求负荷22；估算微网负荷23；接入电网并通知同级微网控制器24；判断是否是用电高峰期25；估算需求负荷及微网负荷26；接入主网并通知全局控制器和并行微网控制器27。
图3中：是否收到断开信号31；判断全网负荷是否在下降并给出预测32；通知全局控制器33；判断微网负荷34；断开微网35；通知全局控制器和并行微网控制器36；判断自身微网负荷37；断开微网38。
具体实施方式
图1为一种分布式能源电网系统示意图，包括至少一个燃气轮机机组，光伏发电机组PV，风能机组WG，储能系统ESS，该分布式能源电网系统还包括全局控制器2、微网控制器3。
其中的至少一个燃气轮机机组是微网必备的机组，由于其启动快，不受自然条件限制，因此是容易起动和适于微网调控的机组单元。而，光伏发电机组PV、风能机组WG、储能系统ESS都有其周期性和一定程度上受制于自然条件。
全局控制器2负责检测全网的参数以及预测全网负荷，包括大型机组以及微网的调度和监测。微网控制器3主要用于监测微网的各能源状态、微网负荷以及对微网负荷进行预测等。
微网控制器3与全局控制器2保持通讯，并且微网控制器3之间也可以保持通信。
一方面微网控制器3可以从全局控制器2得到接入和断开指令，另一方面微网控制器3可以在判断是否可以接入或断开的情况下控制微网到主网的接入和断开，并同时可以通过通信的方式通知主网的全局控制器2以及其它的微网控制器3，以使电网能最大程度保持稳定。
微网中包含各种形式的能源，可以分为间歇性分布式能源和非间歇性分布式能源，其中燃气轮机机组是非间歇性分布式能源，其主要用于在间歇性分布式能源的间歇期间调节微网负荷。光伏发电机组PV和风能机组WG主要受光照和风力的影响，而储能系统ESS可以在波谷阶段从主网汲取电能，也可以在微网能量过剩的情况下存储微网发电电能，是微网从主网接入或断开时用于缓冲微网负荷的主要能源部分。
图2为分布式能源电网系统的微网接入方法框图，微网控制器3会接收全局控制器2的指令，在微网有接入能力的情况下，例如有富裕的能量持续输出，则微网控制器3会判断全局控制器2是否发出微网接入指令即判断是否收到接入信号21，如果已经收到接入信号，则微网控制器3会针对全局主网估算需求负荷22，进而再次估算微网负荷，在微网能源能满足微网负荷，而又不会超过全局需求负荷的情况下，接入电网并通知同级微网控制器24，同级微网可以针对接入微网的能量输出做好接网准备，以防止已接入微网断开时对主网造成冲击。
如果微网控制器3没有收到全局控制器2的接入信号则，微网控制器3进一步判断是否是用电高峰期25，如果是用电高峰期则估算需求负荷以及微网负荷26，在不会过载的情况接入主网并通知全局控制器和并行微网控制器27。
图3为分布式能源电网系统的微网断开方法框图，首先微网控制器3判断是否收到断开信号31，如果收到断开信号，则判断全网负荷是否在下降并给出预测32，如果全网负荷在下降，那么表示微网断开的情况下，不会对主网造成冲击，则微网控制器3通知全局控制器2，并判断微网负荷34，断开微网35。
如果微网控制器3未收到来自全局控制器2的断开信号31，则微网控制器3通知全局控制器和并行微网控制器36，判断自身微网负荷37，断开微网38。在这种情况下，避免了主网负荷不便或负荷需求上升的情况下，断开微网从而造成主网供电不足的情况下，并行微网能在收到断开微网的断开信号的情况下第一时间做好接入主网准备，替换断开微网的负荷供给。从而实现电网的平稳运行。
本发明的分布式能源电网系统能最大程度避免对主网的冲击和影响，从而实现很好的分布式能源管理，避免因微网的接入或断开对发电厂带来的调控压力，有利于节约能源和改善环境。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应包涵在本发明的保护范围之内。除非以其他方式明确陈述，否则公开的每个特征仅是一般系列的等效或类似特征的一个示例。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种分布式能源电网系统，其特征在于：该分布式能源电网系统(1)包括至少一个燃气轮机机组，以及一个或多个光伏发电机组PV、风能机组WG、储能系统ESS或它们的组合，该分布式能源电网系统还包括全局控制器(2)、微网控制器(3)，其中的至少一个燃气轮机机组是微网必备的机组，光伏发电机组PV、风能机组WG、储能系统ESS是微网的可选设备；其中
全局控制器(2)负责检测全网的参数以及监测和预测全网负荷，包括对电网大型机组以及微网的调度和监测；
微网控制器(3)主要用于监测微网的各能源状态、监测和预测微网负荷；
微网控制器(3)与全局控制器(2)保持通讯，并且微网控制器(3)之间也保持通信； 微网控制器(3)根据全局控制器(2)的指令或微网需求控制微网的接入或断开；
微网控制器(3)已经收到接入信号的情况下，微网控制器(3)会针对全局主网估算需求负荷，进而再次估算微网负荷，在微网能源能满足微网负荷，而又不会超过全局需求负荷的情况下，接入电网并通知同级微网，同级微网可以针对接入微网的能量输出做好接网准备，以防止已接入微网断开时对主网造成冲击；
微网控制器(3)没有收到全局控制器(2)的接入信号，并且微网满足持续的能量输出，微网控制器(3)进一步判断是否是用电高峰期，如果是用电高峰期则估算需求负荷以及微网负荷，在不会过载的情况接入主网并通知全局控制器和并行微网控制器；
微网控制器(3)收到断开信号的情况下，判断全网负荷是否在下降并给出预测，如果全网负荷在下降，则微网控制器(3)通知全局控制器(2)，并判断微网负荷，断开微网；
微网控制器(3)未收到来自全局控制器(2)的断开信号，则微网控制器(3)通知全局控制器(2)和并行微网控制器，判断自身微网负荷，断开微网；
避免了主网负荷不便或负荷需求上升的情况下，断开微网从而造成主网供电不足的情况，并行微网能在收到断开微网的断开信号的情况下第一时间做好接入主网准备，替换断开微网的负荷供给，从而实现电网的平稳运行。
2.一种针对权利要求1所述的一种分布式能源电网系统的分布式能源电网管理方法，其特征在于：该分布式能源电网系统还包括全局控制器(2)、微网控制器(3)，全局控制器(2)负责检测全网的参数以及监测和预测全网负荷，包括对电网大型机组以及微网的调度和监测；
微网控制器(3)主要用于监测微网的各能源状态、监测和预测微网负荷；
微网控制器(3)与全局控制器(2)保持通讯，并且微网控制器(3)之间也保持通信；
微网控制器(3)根据全局控制器(2)的指令或根据自身微网的需求控制微网的接入或断开。
3.根据权利要求2所述的分布式能源电网管理方法，其特征在于：全局控制器(2)对微网控制器(3)发出对应微网的接入指令，在微网有接入能力的情况下，微网控制器针对全局主网估算需求负荷(22)，进而再次估算微网负荷(23)，在微网能源能满足微网负荷，而又不会超过全局需求负荷的情况下，接入主网并通知同级微网控制器(24)，同级微网针对接入微网的能量输出做好接网准备；
如果微网控制器(3)没有收到全局控制器(2)的接入信号，并且微网满足接入条件，微网控制器(3)进一步判断是否是用电高峰期(25)，如果是用电高峰期则估算需求负荷以及微网负荷(26)，在不会过载的情况接入主网并通知全局控制器和并行微网控制器(27)。
4.根据权利要求2所述的分布式能源电网管理方法，其特征在于：微网控制器(3)判断是否收到断开信号(31)，如果收到断开信号，则判断全网负荷是否在下降并给出预测(32)，如果全网负荷在下降，那么表示微网断开的情况下，不会对主网造成冲击，则微网控制器(3)通知全局控制器(2)，并判断微网负荷(34)，断开微网(35)；
如果微网控制器(3)未收到来自全局控制器的断开信号(31)，并且微网需要断开，则微网控制器(3)通知全局控制器和并行微网控制器(36)，判断自身微网负荷(37)，断开微网(38)，并行微网能在收到断开微网的断开信号的情况下第一时间接入主网替换断开微网的负荷供给。
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Granted publication date: 20201113 Termination date: 20210706 |
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