CN109428324A - 高速公路链式微电网系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于能量利用技术领域，公开了一种高速公路链式微电网系统，包括至少两个微电网单元，所述微电网单元包括直流母线、微网能量管理模块、直流发电模块、直流储能模块、直流充电桩和用电设备；所述能量管理单元用于实现能量管理与系统保护；所述直流充电桩用于给电动车进行直流快速充电；所述用电设备包括直流LED路灯、广告牌和摄像头等交通用电设施；所述微电网单元相邻设于高速公路上，相邻的所述微电网单元的直流母线之间通过可控连接装置连接，使微电网单元即可独立运行又可组成链式微电网系统互联互济。本发明使用分布式新能源，实现电能自给自足；微电网单元分布均匀，有效解决夜间照明、电动汽车充电续航以及各种交通设施用电问题。

Description

高速公路链式微电网系统

技术领域

本发明属于能量利用技术领域，尤其涉及一种高速公路链式微电网系统。

背景技术

随着社会和经济发展，以高速公路为代表的公共路网对电力供应提出新的要求。首先，高速公路当前的主要用电负荷是路灯，受制于电费预算限制，或因地域偏僻建设困难等因素，大部分里程的高速公路没有配备路灯，存在巨大的安全隐患。其次，暴发式增长的电动汽车在行驶中需要快速和大容量充电需求，对传统电网的建设和运维提出巨大挑战。此外，交通监管设备、通讯设备、广告牌等设备设施在高速公路上用量大，分布广，现有电网建设方案也很难满足这种需求。依赖自备独立的太阳能发电装置会造成资源浪费、维护困难等问题。

因此，传统的技术方案存在现有电网存在难以满足高速公路用电需求，且造成资源浪费和维护困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速公路链式微电网系统，旨在解决传统技术方案中存在的现有电网难以满足高速公路用电需求，且造成资源浪费和维护困难的问题。

一种高速公路链式微电网系统，包括至少两个微电网单元；每个所述微电网单元包括直流母线，以及连接至所述直流母线上的微网能量管理模块、直流发电模块、直流储能模块、直流充电桩和用电设备；所述微网能量管理模块用于控制所述微电网单元的发电、储电、配电和用电环节；所述直流发电模块产生电能并将所述电能送入所述直流母线，用于给所述微网能量管理模块、所述直流储能模块、所述直流充电桩和所述用电设备供电；所述直流储能模块用于储存所述直流发电模块产生的电能；所述直流充电桩上设置有与电动车配套的充电接口，用于给所述电动车进行直流充电；所述微电网单元相邻设于所述高速公路上，相邻的所述微电网单元的所述直流母线之间通过可控连接装置连接。

进一步地，还包括保护模块，所述保护模块用于检测所述微电网单元是否存在短路和/或漏电情况，当检测到所述短路和/或漏电情况时，所述保护模块通过控制所述可控连接装置来切断相邻的所述微电网单元间的连接。

进一步地，所述微网能量管理模块还包括通信模块，所述通信模块用于建立所述直流充电桩与移动终端和/或云端之间的无线通信。

进一步地，所述直流充电桩上设置有人机交互面板，所述人机交互面板用于充电时间设置、充电速度设置和充电支付。

进一步地，所述用电设备包括直流LED路灯、电子广告牌和交通监管设备中的一种或多种。

进一步地，所述微电网单元还包括传感器模块，所述传感器模块用于检测日照和车流量情况，并根据所述日照和车流量情况调节所述直流LED路灯的亮度。

进一步地，所述直流发电模块包括光伏发电设备和/或风力发电设备。

进一步地，所述直流储能模块包括储能电池。

进一步地，所述可控连接装置包括固态直流继电器、机械式直流继电器或混合式直流继电器。

进一步地，所述微电网单元还包括交直流互通装置，所述交直流互通装置连接所述直流母线和交流电网，用于给连接至所述交流电网的交流负载供电。

本发明充分利用太阳能、风能和锂电池等清洁安全的新能源发电装置和储能装置，结合直流LED路灯、电动汽车等新能源负荷，构成“高速公路链式微电网”系统，本发明相对于现有技术的有益效果是：

1.实现能源自给自足，不受制于电费预算的限制，无需铺设远距离高压输配电线路和变压器。

2.微电网单元分布均匀，有效解决夜间照明、电动汽车充电续航以及各种交通设施用电问题。

3.微电网单元即可独立运行又可组成链式微电网系统，实现不同微电网单元之间的互联互济，不会造成资源的浪费，且当发生电路故障时，不会造成整个链式微电网系统的崩溃，供电可靠性高，节省建设和维护成本。

4.采用新能源直流发电装置和储能装置，无逆变器，提高能源利用效率和用电可靠性。

5.能源清洁安全零排放。

附图说明

图1为本发明实施例一种高速公路链式微电网系统的结构图。

图2为本发明实施例微电网单元的结构图。

图3为本发明实施例微电网单元之间的连接方式及保护模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明的较佳实施例中一种高速公路链式微电网系统，包括至少两个微电网单元100(或称纳网)，微电网单元100相邻设于高速公路上，相邻的微电网单元100的直流母线10之间通过可控连接装置20连接。

每个微电网单元100包括直流母线10，以及连接至直流母线10上的微网能量管理模块17、直流发电模块11、直流储能模块12、直流充电桩13和用电设备14。

直流发电模块11产生的电能送入直流母线10，用于给微网能量管理模块17、直流储能模块12、直流充电桩13和用电设备14供电；直流储能模块12用于储存直流发电模块11产生的电能；直流充电桩13上设置有与电动车配套的充电接口，用于给电动车进行直流快速充电，微网能量管理模块17包括通信模块(未图示)，通信模块用于建立微电网单元100内各模块之间的通信、微电网单元100之间的通信以及微电网单元100与移动终端和/或云端之间的通信；用电设备14设置在高速公路现场。

微网能量管理模块17通过记录、统计和分析系统的电力运行数据，管理调度微电网单元100的发电、储电、配电和用电状态，两个相邻微电网单元100中的微网能量管理模块17可以相互通信，构成无中心化的链式微网能量管理系统，实现无中心化的链式微网的能量管理，实现云端大数据功能以及移动终端的互动能力，使得系统的运行达到最佳状态，实现较好的经济效益。

本发明集发电、储电、配电、用电为一体，采用直流母线主动配电，实现智能用电、按需用电和协同用电。

请参阅图2，本发明的较佳实施例中微电网单元100包括直流母线10、直流发电模块11、直流储能模块12、直流充电桩13、用电设备14、直流并网模块15、人机交互面板16和交直流互通装置18。其中，直流发电模块11包括光伏发电设备111和/或风力发电设备112；人机交互面板16设置于直流充电桩13上；用电设备14包括直流LED路灯141和/或电子广告牌142。

直流储能模块12、直流充电桩13和用电设备14连接至直流母线10；直流发电模块11通过直流并网模块15连接至直流母线10；交直流互通装置18分别连接直流母线10和交流电网；交流电网上连接有交流负载。

当高速公路周围存在交流电网时，可以将直流发电模块11产生的电能及直流储能模块12中储存的电能通过交直流互通装置18输送到高速公路周围的交流电网，用于给交流负载供电，其中，直流发电模块11产生的电能及直流储能模块12中储存的电能可以通过交直流互通装置18给高速公路附近的居民区供电，也可以给设于高速公路上的交流负载，或高速公路服务区和休息区等场所的交流负载供电。

光伏发电设备111包括太阳能板(未图示)及光电转换装置(未图示)。光伏发电设备111是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能的系统，主要利用太阳能板发电。风力发电设备112是将风能转化为电能的发电系统。光伏发电设备111和风力发电设备112根据高速公路现场情况合理安装。本发明充分利用太阳能和风能等清洁安全的新能源作为直流发电模块11，利用可再生能源发出的直流电，实现能源自助供给。

直流发电模块11连接至直流母线上，直流发电模块11产生的电能通过直流母线用于给各模块和各设备供电，无需经过逆变器，使用电气器件少，电路简单，可靠性高，提高了电路的工作效率。

直流储能模块12包括储能电池等新型清洁储能设备，优选地，直流储能模块12包括储能锂电池。当发电不足时，直流发电模块11产生的电能优先给直流LED路灯141供电，其次用于直流充电桩13和其他用电设备，当发电量较大时，多余的电能储存于直流储能模块12中，当直流储能模块12被充满电时，直流储能模块12中的电能可以通过交直流互通装置18输送给交流电网，用于给交流负载供电。直流储能模块12作为能源后备，在直流发电装置11的发电量不足或直流发电装置11故障时，实现快速切换不间断供电，确保了供电的高可靠性。

直流充电桩13为纯直流充电，对电动车进行直流快速充电，充电效率高，充电电压稳定，且充电时间短。

用电设备14还包括但不限于交通监管设备(未图示)和通讯设备(未图示)等高速公路上的设备设施，交通监管设备中包括电子指示牌(未图示)、车辆检测模块(未图示)和电子摄像头(未图示)等。车辆检测模块通过通信模块与移动终端或云端通信，车辆检测模块用于提示路况和检测车速。用电设备14既能使用直流发电模块11输出的电能进行供电，也可以使用直流储能模块12储存的电能进行供电。

微电网单元100还包括传感器模块(未图示)，传感器模块用于检测日照和车流量情况，并根据日照和车流量情况调节直流LED路灯的亮度。

传感器模块可以设置在直流LED路灯141上，也可以依情况设置在其他位置，所述传感器模块用于检测日照情况和车流量情况，并根据日照情况和车流量情况调节直流LED路灯141的亮度，当日照充足时，直流LED路灯141不工作，当日照强度低于一定值时，直流LED路灯141开始工作，并根据日照强度改变直流LED路灯141的亮度值，直流LED路灯141开始工作后，当车流量增大时，直流LED路灯141的亮度也会随着车流量的增大而增大，实现智能调光、智能照明。

直流LED路灯141为高效LED照明灯，全面覆盖整个高速公路，而不限于收费站和路口，直流LED路灯141由直流发电模块11或直流储能模块12输送给直流母线10的直流电供电。利用直流电对直流LED路灯141进行供电，由于供电直流电压的值可以改变，因此可以通过调节电压值的方式来实现对直流LED路灯141亮度的调节，供电电压的值与直流LED路灯141的亮度值成一定的函数关系，优选地，供电电压的值与直流LED路灯141的亮度值成正比例关系，直流LED路灯141的亮度可以自动控制，不需要人为切换。利用直流电对直流LED路灯141供电相对于利用交流电供电具有电路简单，可靠性高的优点，当需要对直流LED路灯141的亮度进行调节时，不需要额外的控制线路，可靠性高，若使用交流电供电，由于供电电压是波动的，则无法利用调节供电电压值的方式来实现对直流LED路灯141的亮度调节。

通信模块为直流电力载波高速通信产品，直流电力载波高速通讯产品，结合zigbee和wifi等无线通讯方式，实现全局监控、高效管理、协同调度，主动配电，实现微电网系统的智能化和物联化。

由于本发明使用的是直流供电，因此可以采用直流电力载波高速通信产品，通讯速率快，当使用交流供电时，由于交流噪声较大，则不适合高速通讯环境。

通信模块实现充电网络和用户之间的信息交互，实现用户远程监视和管理；并可建立直流充电桩13与移动终端和/或云端之间的无线通信，实时查询直流充电桩13的运行状态，为用户寻找空闲的直流充电桩13并对直流充电桩13实现精准定位；为用户提供APP充电预约、手机身份认证、网络支付或刷卡消费等自助服务；可监控新能源车辆充电电压、充电电流、充电时间、充电电量、充电次数和充电费用等全过程信息；并可远程停止充电，确保充电运营安全；借助大数据方法进行能效分析和能源管理，具备预测和优化调度能力。

人机交互面板16具有信息显示、按键操作和通讯功能，用户通过人机交互面板16实现充电时间设置、充电速度设置和充电支付，充电时间的设置和充电速度设置可以通过人机交互面板16上的按键选择来完成，充电支付方式包括现金支付和电子支付，用户也可以扫描人机交互面板16上显示的二维码进行充电时间设置、充电速度设置和充电支付，人机交互面板16也可显示承接的广告业务。

请参阅图3，每隔一定距离设置一个微电网单元100于高速公路上，优选两公里，相邻两个微电网单元100之间可以通过可控连接装置20连接或断开，可控连接装置20受其连接的两个相邻微电网单元100中的微网能量管理模块17的共同管理和控制，可控连接装置20包括固态直流继电器、机械式直流继电器和/或混合式直流继电器，实现各个微电网单元100独立自主运行与联网协同运行。

由于不同的微电网单元100的供电需求量有差别，有的微电网单元100供电需求量大，有的微电网单元100供电需求量小，不同微电网单元100之间实现联网协同运行，发电量大和/或供电需求量小的微电网单元100可以输送电能给发电量小和/或供电需求量大的微电网单元100，实现微电网单元100中电能的充分利用，不会造成资源的浪费，实现智能供电。当某个微电网单元100出现故障时，用户可以切断可控连接装置20，自行控制该微电网单元100从整个链式微电网系统中脱离，不会发生大规模停电事故，安全可靠性高。本发明采用高速公路链式微电网的网络结构和协同调度策略，实现独立运行和联网运行双重模式，兼顾灵活性和互补性，具有较高的系统可靠性。

可控连接装置20连接有保护模块30，保护模块30用于检测每套微电网单元100是否存在短路和/或漏电情况，当检测到所述短路和/或漏电情况时，保护模块30通过控制可控连接装置20来切断所述微电网系统间的连接。

本发明充分利用清洁安全的新能源发电和储能装置，结合高效LED照明、电动汽车等新能源负荷，建设集发电储电配电用电为一体的高速公路链式微电网系统，实现能源清洁安全零排放，能源自给自足，不受制于电费预算的限制；微电网单元分布均匀，有效解决夜间照明、电动汽车充电续航以及各种交通设施用电问题，提升道路运载效率和安全系数；具有双极母线结构，具有更高的用电稳定性和灵活性；微电网单元即可独立运行又可组成链式微电网系统，实现不同微电网单元之间的互联互济，不会造成资源的浪费，且当发生电路故障时，不会造成整个链式微电网系统的崩溃，节省建设和维护成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速公路链式微电网系统，其特征在于，包括至少两个微电网单元；

每个所述微电网单元包括直流母线，以及连接至所述直流母线上的微网能量管理模块、直流发电模块、直流储能模块、直流充电桩和用电设备；

所述微网能量管理模块用于控制所述微电网单元的发电、储电、配电和用电环节；

所述直流发电模块产生电能并将所述电能送入所述直流母线，用于给所述微网能量管理模块、所述直流储能模块、所述直流充电桩和所述用电设备供电；

所述直流储能模块用于储存所述直流发电模块产生的电能；

所述直流充电桩上设置有与电动车配套的充电接口，用于给所述电动车进行直流充电；

所述微电网单元相邻设于所述高速公路上，相邻的所述微电网单元的所述直流母线之间通过可控连接装置连接。

2.如权利要求1所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，还包括保护模块，所述保护模块用于检测所述微电网单元是否存在短路和/或漏电情况，当检测到所述短路和/或漏电情况时，所述保护模块通过控制所述可控连接装置来切断相邻的所述微电网单元间的连接。

3.如权利要求1任一项所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述微网能量管理模块还包括通信模块，所述通信模块用于建立所述直流充电桩与移动终端和/或云端之间的无线通信。

4.如权利要求1任一项所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述直流充电桩上设置有人机交互面板，所述人机交互面板用于充电时间设置、充电速度设置和充电支付。

5.如权利要求1所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述用电设备包括直流LED路灯、电子广告牌和交通监管设备中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述微电网单元还包括传感器模块，所述传感器模块用于检测日照和车流量情况，并根据所述日照和车流量情况调节所述直流LED路灯的亮度。

7.如权利要求1所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述直流发电模块包括光伏发电设备和/或风力发电设备。

8.如权利要求1所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述直流储能模块包括储能电池。

9.如权利要求1所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述可控连接装置包括固态直流继电器、机械式直流继电器或混合式直流继电器。

10.如权利要求1所述的高速公路链式微电网系统，其特征在于，所述微电网单元还包括交直流互通装置，所述交直流互通装置连接所述直流母线和交流电网，用于给连接至所述交流电网的交流负载供电。