微网分布式新能源储能系统的制作方法
【专利摘要】微网分布式新能源储能系统，由四个部分组成：分布式新能源发电系统、分布式储能平台、负荷节能系统、能源管理系统。本发明基于分布式储能平台为能量缓冲核心平台，合理协调分布式发电、分布式储能、用电负荷、传统电力四者之间的关系，实现分布式发电最大化、分布式储能寿命最优化、用电负荷最节约化、传统电力最小化，大幅降低用电侧电能的消耗；将不成熟、不稳定大规模储能电站转化为成熟、稳定分布在城市若干区域或楼宇的微网分布式新能源储能系统，迅速缓解用电压力，节能减排，降低投入成本，满足单用户用电安全需求。
【专利说明】微网分布式新能源储能系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要应用于城市楼宇、园区、社区等建筑上的微网分布式新能源储能系统。
【背景技术】
[0002]城市经济发展引发了一系列的社会问题，如人口增长、能源危机、环境污染、自然灾害等，其中城市用电短问题缺尤为严重。
[0003]城市用电问题具体表现在以下方面:城市用电紧张，大规模的停电和缺电，碳排放的居高不下；计划用电与发电不匹配，用电负荷时段不均匀，造成供需矛盾和资源浪费；新能源的应用比例低，例如风能、太阳能的入网比例低，而电网消纳更低，新能源的浪费严重。
[0004]当前的解决方案主要有四个:
一是建设火电站:投资大、能耗高、不可持续发展，造成新的污染和社会问题；一座1000MW火力发电站，建设成本约为35亿元，日耗水量约为10万吨；2010年全国火电厂共消耗约6000万吨标准煤。
[0005]二是建设抽水蓄能电站:对水资源及地势地形有很高要求；生态破坏:大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的负面影响；降水季节变化大的地区，少雨季节发电量少甚至停止发电；基础建设投资大，一次投入几十亿元以上，甚至需筑坝移民；建设周期长。
[0006]三是城市间电力调配:治标不治本，反而加剧用电矛盾，例如:2011年前三季度，广东用电紧张、贵州遭遇严重干旱和电煤短缺火电出力受限，云南省支持广东用电需求。前三季度云南送广东电量265亿千瓦时，同比增长17% ;送广东最大电力达875万千瓦，同比增长14.7%。
[0007]四是在发电端建设大规模集中式新能源储能电站:解决新能源入网的问题，国家目前耗巨资进行示范性工程建设与研究，前景不明朗，该方法仍然高度依赖传统电网的输配电设施。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能源利用率高，投入成本低的微网分布式新能源储能系统。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
微网分布式新能源储能系统，由四个部分组成:分布式新能源发电系统、分布式储能平台、负荷节能系统、能源管理系统；
所述分布式新能源发电系统包括分布式电源、直流配电柜和光伏逆变器，所述分布式电源选用分布式太阳能光伏发电电源；分布式电源与直流配电柜相连，直流配电柜通过开关与光伏逆变器相连；
所述分布式电源包括有分布式太阳能发电电源、分布式风力发电电源和分布式燃气发电电源等。
[0010]所述分布式储能平台包括电池储能系统、双向储能逆变器；电池储能系统通过开关与双向储能逆变器相连，分布式新能源发电系统的直流配电柜通过开关与电池储能系统相连。
[0011 ] 所述负荷节能系统包括馈能装置和动力负荷(如电梯等)，所述动力负荷通过开关与馈能装置相连，馈能装置通过开关与分布式储能平台的电池储能系统相连；负荷节能系统还包括非重要负荷(空调等)、重要负荷(如应急照明灯等)。
[0012]所述能源管理系统包括市电监测模块、新能源监测模块、BMS监测模块、阶梯电价数据库和负荷监测模块，市电监测模块、新能源监测模块、BMS监测模块、阶梯电价数据库和负荷监测模块均与工作模式决策模块相连；新能源监测模块与分布式新能源发电系统相连，BMS监测模块与分布式储能平台相连，负荷监测模块与负荷节能系统相连。
[0013]市电监测模块，主要用于要监测市电的电压、电流、功率、功率因素等电能质量相关信息。新能源监测模块，主要监测新能源如太阳能阵列电压、电流、温度、气象数据等信息。BMS监测模块，主要监测分布式储能平台的电压、电流、温度、SOC (带电状态)、SOH (健康状态)等信息。阶梯电价数据库，存储当前的阶梯电价数据。负荷监测模块，主要监测负荷用电的电压、电流、功率等参数。
[0014]分布式新能源发电系统的光伏逆变器、分布式储能平台的双向储能逆变器分别通过不同的开关与交流配电柜相连，交流配电柜外接市电，交流配电柜通过开关与负荷节能系统的动力负荷相连，同时，交流配电柜也通过不同的开关分别与非重要负荷(空调等)、重要负荷(如应急照明灯等)相连。
[0015]所述工作模式决策模块决定的工作模式有:市电消峰填谷模式、新能源并网发电模式、平滑工作模式、新能源移峰模式、离网自治模式和能量回收模式。
[0016]定义某时刻间隙性新能源发电功率为P1，在此以太阳能光伏阵列发电为例来进行说明；定义同一时刻负荷节能系统中的负荷用电功率为P2 ;定义光伏逆变器额定功率为P3。
[0017]市电消峰填谷模式下需满足的条件:(1)依据阶梯电价数据库得知当前时段是谷电阶段或峰电阶段；(2)依据BMS监测模块得知分布式储能平台正常工作，即满足谷电充电或峰电放电条件，无过压、过温、绝缘降低等异常；(3)由市电监测模块得知市电正常。
[0018]新能源并网发电模式下需满足的条件:(1)新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2小于0.2 ; (2)电价为高峰时段电价；(3)市电正常；(4)新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05。
[0019]平滑工作模式下需满足的条件:(I)新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2大于
0.2 ；(2)电价为高峰时段电价；(3)市电正常；(4)新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05。
[0020]新能源移峰模式下需满足的条件:(1)电价为非高峰时段电价或新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3小于0.05 ; (2)市电正常。
[0021]离网自治模式下需满足的条件:市电不正常。
[0022]能量回收模式下需满足的条件:动力负荷(如电梯等)制动时反馈能量，动力负荷制动过程中反馈的能量转换存储至分布式储能平台中。[0023]某一时刻系统的实际运行状态也可以是两种以上模式的耦合。
[0024]微网分布式新能源储能系统是以集成3S (BMS+PCS+EMS)技术为核心，由分布式新能源发电系统、分布式储能平台、负荷节能系统、能源管理系统汇集而成的小型发、配、储、输、送的电力系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。
[0025]微网分布式新能源储能系统对用户侧进行柔性用电调度和管控，有效节约、智慧运行(即可以不需要人工的干预，依靠能量管理系统的运行控制算法，维持整个系统的安全、可靠、经济自动运行)。在保证电能质量的前提下，大幅降低用电侧电能的消耗，节约能源，保障城市用电安全与可持续发展，实现人类智慧城市的梦想。
[0026]微网分布式新能源储能系统，首先从能源的供给方式上，除了有传统电网提供能源电能，还充分利用和考虑建筑本身的条件因地制宜的建设分布式电源，除了分布式光伏发电之外，还可考虑分布式风力发电，有条件的地区还可以建设分布式燃气发电等等，因此摆脱了对电网的单一依赖，供电方式的多样性必将有利于减轻电网的负担，同时提高供电的保障。其次是从能量的转换方式上，主要是基于电力电子技术的高效率转换技术，实现多能量、多方式的交流直流相互转换、输送、调配，在一个相对近距离的范围内，完成对能量的高效转换和配送，这与传统集中式发电、多级高压差的转换、长距离超长距离的输送相比，投资少、效率高、安全可靠。三是从能量的储存平衡上，通过分布式储能平台，高效调配供电和用电之间的矛盾，实现能量的供需平衡，有效解决了分布式发电的间隙性、不稳定性、低可靠性、低安全性的缺陷。四是从能量的利用方式上，大量采用和耦合各项高效用能技术和产品，从使用端综合合理使用、节约、回收能量。由于分布式储能平台具备能量的存储和释放功能，大大拓展了用能端调控的余地，同时用能端能量的回收也可以方便实现。五是从能量的管理方式上，能源管理系统采用基于智能传感技术的检测传感网络、基于信息技术的信息传输网络、基于智能控制技术的精确控制网络，实施对整个微网分布式新能源储能系统覆盖区域的能量监测、能量预测、能量分析、能量优化、能量决策、能量控制。合理协调分布式发电、分布式储能、用电负荷、传统电力四者之间的关系，追求分布式发电最大化、分布式储能寿命最优化、用电负荷最节约化、传统电力最小化，实现“1+1”大于2的效果。
[0027]微网分布式新能源储能系统的建设规模上，可以从局部到整体，从单栋的建筑，到由多栋建筑构成的小区，由多个小区构成的园区，由多个园区构成的工业区，由若干工业区构成城区，由各个功能不同的城区构成城市。建设的功能可以是政府办公楼、学校、医院、商业楼宇、居民住宅等。通过一个集中的微网分布式新能源储能系统的能源管理系统，实施对各建筑上的单体微网分布式新能源储能系统之间的协调和管控，达成建筑间能量调配的目的，让能量的流动在更大区域内得以实现，从而使得能源的利用更加集约化，价值最大化更加凸显。
[0028]通过在城市建筑的各个角落建设微网分布式新能源储能系统，当规模达到一定的程度，即可以形成城市的微电网，对国家的传统大电网形成有力支撑，保障城市的用电安全。在表现的具体形式上，由小到大，首先是电物业和智慧楼宇，通过单栋或若干楼宇的微网分布式新能源储能系统建设来实现；其次是智慧社区，通过一个区域内的包含数量众多的微网分布式新能源储能系统来实现，有一个基于社区的集中微网分布式新能源储能系统的能源管理系统对各单体微网分布式新能源储能系统之间的协调和管控；第三是智慧城市，在城市建筑的各个角落建设大量的微网分布式新能源储能系统，通过城市级的集中微网分布式新能源储能系统的能源管理系统对各单体微网分布式新能源储能系统之间的协调和管控；最后是电库云，当微网分布式新能源储能系统进一步扩展到一个地区或国家的范畴，其数量和规模上升到一个全新的级别，微网分布式新能源储能系统就会成为对整个地区或国家所面临能源问题的关键和最重要解决方案，由分布式发电、分布式储能、能源互联网为主要特征的“第三次工业革命”也就真正得以实现。
[0029]本发明基于分布式储能平台为能量缓冲核心平台，合理协调分布式发电、分布式储能、用电负荷、传统电力四者之间的关系，实现分布式发电最大化、分布式储能寿命最优化、用电负荷最节约化、传统电力最小化，大幅降低用电侧电能的消耗；将不成熟、不稳定大规模储能电站转化为成熟、稳定分布在城市若干区域或楼宇的微网分布式新能源储能系统，迅速缓解用电压力，节能减排，降低投入成本，满足单用户用电安全需求。
[0030]与现有技术相比，本发明所提供的微网分布式新能源储能系统，具有以下特点和优点:
第一、有利于新能源的平滑接入和稳定使用。高穿透率下的分布式新能源发电，由于新能源的间隙性和不稳定性，造成电能质量的不稳定及可能对负载产生冲击，分布式新能源储能系统的存在，通过对新能源发电进行实时的能量平衡调节，可以很好的解决这个问题。
[0031]第二、有利于新能源的高效利用。传统的集中式的新能源发电站，往往高度依赖现有的输配电网络，来解决发电站与用户之间的长距离输送电力的问题，一方面需要国家对现有的输配电网络进行投资改造升级以满足输送新能源电力的要求，增加了大量投资；其次，长距离输送过程中产生较大比例的输电损耗，浪费了宝贵的新能源；三是具有间歇性和随机性特点的大规模新能源电站，对传统电网的安全稳定运行和协调管理带来很大的挑战。分布式的新能源发电，就地利用现有建筑的所有条件，建设中小型新能源电站，就地收集新能源，不需要占用宝贵的土地资源；同时，就地接入现有建筑中，就地使用，不需要铺设长距离的输配电设施，降低了投资，也减少了电力的线路损耗。
[0032]第三、有利于新能源的经济利用。微网分布式新能源储能系统基于分布式的储能公共平台，实施能源的必要调节和缓冲，可以很好的对新能源电力进行存储和调节，首先，使新能源发电可以进行需求响应，完全满足负荷用电的需求；其次，根据市场电价情况，将低价时段新能源的电力转移至高价时段使用，提高新能源电力的经济利用价值；三是可以实现新能源的应急使用功能，大电网停电情况下，整个微网分布式新能源储能系统可以实现孤网运行，孤网运行时，新能源发电仍然能够正常进行，与分布式储能系统共同为负荷提供应急电力。而传统的新能源发电站，完全是即发即用，不能进行需求响应，也不能进行经济调节，一旦大电网停电，新能源发电站也必须停止运行，不能起到应急供电的作用。
[0033]第四、有利于负荷综合节能。微网分布式新能源储能系统可以很好的采用现有的一些成熟的节能技术和产品，并将其有机耦合在整个的系统当中，如照明节能、空调节能、电梯节能等等；首先，从用能端就实现能源的合理高效节约使用；其次，通过分布式新能源发电预测、分布式储能平台能量缓冲调节、负荷用电预测，合理调节分布式发电、分布式储能、用电、市电四者之间的关系，达到综合节能和经济优化的目的。
[0034]第五、有利于能源的综合回收和利用。微网分布式新能源储能系统基于分布式储能公共平台，实施能量的储存释放起缓冲功能，首先，在动力负荷(如电梯)启动或需求高功率支撑的阶段，分布式储能平台释放能量，提供短时的功率支撑，降低对电网的高功率需求；其次，在动力负荷制动阶段，分布式储能平台回收能量，降低负荷制定能量的损失。
[0035]第六、有利于负荷用电的需求响应。传统的电力供需模式，采用集中式的大规模发电，长距离输电，分散式的用电，用电和发电往往不平衡，刚性的大电网显得较为脆弱。从负荷用电的角度，完全依赖大电网提供的市电，当发生自然灾害、发电或输电或配电故障、供需失衡等情况，负荷用电尤其是重要负荷(如应急照明灯等)的用电没有保障。采用柴油机或UPS或EPS等后备的方式来解决应急保障问题，首先是应急能力有限，其次是沉默成本大。微网分布式新能源储能系统，就地分布式发电、分布式储能、负荷节能、能源管理为一体，首先完全实现负荷用电的需求响应，可利用新能源、可对市电进行谷电峰用、可节能管控；其次大电网停电情况下，整个系统转为孤网独立运行模式，在分布式储能公共平台的能源调配和缓冲作用下，在能源管理系统的综合管理下，分布式新能源发电仍然稳定运行，对重要负荷(如应急照明灯等)提供电力，应急能力强，应急时间长。因此，无论在并网还是在孤网情况下，系统都能够实现负荷用电的需求响应。
[0036]第七、有利于基于用户端就近实施能源的综合协调和管理。通过能量管理系统对整个微网分布式新能源储能系统实施全面的管理，可对能耗终端进行数据采集及柔性智能控制，并可进行多路径、多层次、多模式管控，实现无人值守和故障报警功能，合理调配发电、储能、用电、市电四者之间的关系。实现分布式发电量最大化、分布式储能最优化、负荷用电量最节约化、传统电量使用最小化，实现“1+1”大于2的效果。传统的能源供需模式，则由于用电端的多样性，发电端距离用电端太远，难以实施有效的整体精细管理，往往重视了发电端和用电端的安全管理，但是对能源的高效利用和合理节约使用上显得很欠缺。在用电端，传统的节能技术和设备，受制于供电端的唯一性，缺乏基于供电端和用电端的能量缓冲平台和综合的能量管理系统，因此其节能的效果和潜力往往有限。
[0037]第八、有利于增强客户体验，提高人机互动性，提高人们的节能意识，培养人们正确的用能观。传统的能量供需模式，普通民众参与的程度很低，通常是通过一些宣传资料建立的用能观，难以深入到具体的能量使用的事件过程中来，即便是参与也只是简单的节约用电等行为方式。微网分布式新能源储能系统，是建设在人们生产生活的各式建筑当中，是一个集分布式发电-储能-用能-管理为一体的能量生产使用的系统，通过各种多媒体信息技术等手段，直观的展示整个系统的运行状态，以及人们行为方式对系统能量消耗和经济性的影响，让人们用可以参与到系统的优化运行工作中来，培养正确的用能习惯。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是本发明实施例微网分布式新能源储能系统结构框图；
图2是本发明实施例微网分布式新能源储能系统运行决策框图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图详细说明本发明的实施方法。
[0040]图1是本发明微网分布式新能源储能系统结构框图。微网分布式新能源储能系统由四个部分组成:分布式新能源发电系统、分布式储能平台、负荷节能系统、能源管理系统；
所述分布式新能源发电系统包括分布式电源、直流配电柜和光伏逆变器，所述分布式电源选用分布式太阳能光伏发电电源；分布式电源与直流配电柜相连，直流配电柜通过开关与光伏逆变器相连；
所述分布式电源包括有分布式太阳能发电电源、分布式风力发电电源和分布式燃气发电电源等。
[0041]所述分布式储能平台包括电池储能系统、双向储能逆变器；电池储能系统通过开关K5与双向储能逆变器相连，分布式新能源发电系统的直流配电柜通过开关K3与电池储能系统相连；
所述负荷节能系统包括馈能装置和动力负荷(如电梯等)，所述动力负荷通过开关K7与馈能装置相连，馈能装置通过开关K4与分布式储能平台的电池储能系统相连；负荷节能系统还包括非重要负荷(空调等)、重要负荷(如应急照明灯等)。
[0042]所述能源管理系统包括市电监测模块、新能源监测模块、BMS监测模块、阶梯电价数据库和负荷监测模块，市电监测模块、新能源监测模块、BMS监测模块、阶梯电价数据库和负荷监测模块均与工作模式决策模块相连；新能源监测模块与分布式新能源发电系统相连，BMS监测模块与分布式储能平台相连，负荷监测模块与负荷节能系统相连。
[0043]市电监测模块，主要用于要监测市电的电压、电流、功率、功率因素等电能质量相关信息。新能源监测模块，主要监测新能源如太阳能阵列电压、电流、温度、气象数据等信息。BMS监测模块，主要监测分布式储能平台的电压、电流、温度、SOC (带电状态)、SOH (健康状态)等信息。阶梯电价数据库，存储当前的阶梯电价数据。负荷监测模块，主要监测负荷用电的电压、电流、功率等参数。
[0044]分布式新能源发电系统的光伏逆变器、分布式储能平台的双向储能逆变器分别通过开关K2、开关K6与交流配电柜相连，交流配电柜通过开关KO外接市电，交流配电柜通过开关K8、开关K9与负荷节能系统的动力负荷相连，同时，交流配电柜还通过开关K8、开关K10、开关Kll分别与非重要负荷(空调等)、重要负荷(如应急照明灯等)相连。
[0045]首先，从能源的供给方式上，除了有传统电网提供能源电力，还充分利用和考虑建筑本身的条件，因地制宜的建设分布式电源，除了分布式光伏发电之外，还可考虑分布式风力发电，有条件的地区还可以建设分布式燃气发电等等，因此摆脱了对电网的单一依赖，供电方式的多样性必将有利于减轻电网的负担，同时提高了供电的保障。接近负荷用电端的分布式电源的就地设置，实现能源的就地收集，就地使用，省略了传统电网模式下集中发电，然后经过长距离输送所导致的线路损失和高额输电线路建设投资。分布式燃气发电建设在靠近负荷端，可以方便的设计成冷热电三联供的形式，能源的综合利用效率可以达到80%以上。
[0046]其次，是从能源的转换方式上，主要是基于电力电子技术的高效率转换技术，实现多能源、多方式的交流直流相互转换、输送、调配，在一个相对近距离的范围内，完成对能源的高效转换和配送(具体通过光伏逆变器、双向储能逆变器、直流配电柜、交流配电柜完成)，这与传统集中式发电、多级低压-中压-高压-超高压的变换、几百公里长距离乃至几千公里超长距离的输送相比，投资少、效率高、安全可靠。
[0047]三是，从能源的储存平衡缓冲上，通过分布式储能平台，有效解决了分布式发电的间隙性、不稳定性、低可靠性、低安全性的缺陷，使得新能源得到了安全稳定可靠接入和应用。同时，由于分布式储能平台具备对新能源发电进行平衡缓冲的能力，可以在不改变和增加能源转换设备的情况下，使得分布式光伏发电可以在低的太阳幅照度情况下仍然能够进行发电，并存储于分布式储能平台中，提高了分布式光伏发电的发电量。分布式储能平台的能量缓冲功能，还可以实现对新能源电能的移峰功能，即根据负荷的需求和传统市电的价格情况，将新能源所发出的电能部分暂时存储在分布式储能平台中，在经济性最好的时期释放给负荷使用，可以达到新能源的经济效益最大化。分布式储能平台，首先可以保障整个系统的平滑运行和模式切换，这是基于储能系统具备一定的能量缓冲功能，因而可以给系统的判断、决策、切换等预留出足够的响应时间，因而可以高效调配供电和用电之间的矛盾，实现能量的供需平衡。也正是基于此，整个系统具备并网运行和孤网运行两种能力，尤其在由于自然灾害等原因导致外部电网发生故障的情况下，整个系统仍然可以独立于外部电网而运行，分布式新能源发电系统一道，共同给重要负荷提供供电的应急保障。其次，分布式储能平台还可以与现有的多种成熟的负荷节能技术进行有机耦合，通过存储能量实现负荷的能量回收，通过释放能量实现负荷的高效用能。传统电网存在计划用电与发电不匹配，用电负荷时段不均匀，造成供需矛盾和资源浪费；分布式储能平台的存在，可以参与削峰填谷的工作，谷电峰用，通过遍布城市各个角落的电库云的协调工作，将有效降低峰谷差，电网的稳定高效运行将更加有保障。分布式储能平台的存在，改变了传统能源从发电端逐级到用户端的单一流向，实现了能源的多向流动。
[0048]四是，从能源的利用方式上，大量采用和耦合各项高效用能技术和产品如光伏逆变器等，从使用端综合合理使用、节约、回收能源。分布式储能平台，利用峰谷电价差结合智能照明控制技术及新型节能灯具，可以有效降低照明的用电成本，综合节能达到45%以上。分布式储能平台，利用峰谷电价差结合其他节能技术(如中央空调智能模糊控制技术)，降低空调的用电成本，综合节能达到30%以上。对功率波动比较频繁的动力设备如电梯，在制动的时候回收能量，在启动的时候提供启动功率，提高用电效率，降低电网尖峰负荷，综合节能率可以达到30%以上。由于分布式储能平台具备能源的存储和释放功能，大大拓展了用能端调控的余地，同时用能端能源的回收也可以方便实现。
[0049]五是，从能源的管理方式上，能源管理系统采用基于智能传感技术的检测传感网络、基于信息技术的信息传输网络、基于智能控制技术的精确控制网络，实施对整个微网分布式新能源储能系统覆盖区域的能源监测、能源预测、能源分析、能源优化、能源决策、能源控制。合理协调分布式发电、分布式储能、用电负荷、传统电力四者之间的关系，追求分布式发电量最大化、分布式储能最优化、负荷用电量最节约化、传统电量使用最小化，实现“1+1”大于2的效果，综合的节能效果可以达到10%以上。同时，通过多媒体展示，将整个系统的运行情况尤其是负荷用能情况以良好的人机界面展示出来，给人以切身的用能节能体验，从而提高用电群体的节能意识，参与实际的节能行动。
[0050]图2是本发明实施例微网分布式新能源储能系统运行决策框图。下面结合图2来说明系统的各种运行状态和模式。
[0051]所述工作模式决策模块决定的工作模式有:市电消峰填谷模式、新能源并网发电模式、平滑工作模式、新能源移峰模式、离网自治模式和能量回收模式。
[0052]定义某时刻间隙性新能源发电功率为P1，在此以太阳能光伏阵列发电为例来进行说明；定义同一时刻负荷用电功率为P2 ;定义光伏逆变器额定功率为P3。则各种工作模式需满足的条件依次描述如下。[0053]市电监测模块，主用于要监测市电的电压、电流、功率、功率因素等电能质量相关信息。新能源监测模块，主要监测新能源如太阳能阵列电压、电流、温度、气象数据等信息。BMS监测模块，主要监测分布式储能平台的电压、电流、温度、SOC (带电状态)、SOH (健康状态)等信息。阶梯电价数据库，存储当前的阶梯电价数据。负荷监测模块，主要监测负荷用电的电压、电流、功率等参数。
[0054]市电消峰填谷模式:该模式下，有两种工作状态，一种是吸纳谷电对微网分布式新能源储能系统进行充电，一种是释放谷电即让微网分布式新能源储能系统在高峰时段放电。该工作模式下必须满足的条件有:(1)依据阶梯电价数据库得知当前时段是谷电阶段或峰电阶段；(2)依据BMS监测模块得知分布式储能平台正常工作，即满足谷电充电或峰电放电条件，无过压、过温、绝缘降低等异常；(3)由市电监测模块得知市电正常。该模式下开关的状态是:开关K0、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K5、开关K6均处于闭合。该模式下实现谷电峰用，降低了用电成本，也缓解了传统电网调峰的调峰的压力，一举两得。
[0055]新能源并网发电模式:该模式下必须满足的条件有:(1)新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2小于0.2 ; (2)电价为高峰段电价；(3)市电正常；(4)新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05。该模式下开关状态:开关K0、开关K8、开关K9、开关K10、开关KU、开关K1、开关K2闭合，K3断开。该工作模式下具有以下特点:新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05，表明光照条件良好，光伏逆变器能正常启动进行MPPT(最大效率点跟踪)最大效率工作发电；新能源发电功率Pl/负荷用电功率P2小于0.2，表明负荷用电需求大，新能源发电功率占总供给的比例低，不易对负荷用电安全造成不良影响；电价为高峰时段，太阳能所发出的电能得到最大经济价值利用；市电正常，太阳能并网发电的必要条件。
[0056]平滑工作模式:该模式下必须满足的条件有:(1)新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2大于0.2 ;(2)电价为高峰段电价；(3)市电正常；(4)新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05。该模式下开关状态:开关K0、开关K5、开关K6、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K1、开关K2闭合，开关K3断开。该工作模式下具有以下特点:新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05，表明光照条件良好，逆变器能正常启动进行MPPT (最大效率点跟踪)最大效率工作发电；新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2大于0.2，表明负荷用电需求小，太阳能发电功率占总供给的比例高，可能对负荷用电安全造成不良影响，因此需要用储能系统进行功率的平滑；电价为高峰，太阳能所发出的电能得到最大经济价值利用；市电正常，太阳能并网发电的必要条件。
[0057]新能源移峰模式:该模式下必须满足的条件有:(1)电价为非高峰时段电价或新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3小于0.05 ; (2)市电正常。该模式下的开关状态:开关K0、开关K5、开关K6、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K3闭合，开关K1、开关K2断开。该工作模式下具有以下特点::电价为平价时段，太阳能通过光伏阵列所发出的电能不能得到最大经济价值利用，因此将太阳能所发的电能存储在储能平台中，待电价高峰时段再对负荷进行供电，减少高峰时段市电的使用量，发挥了太阳能最大的经济价值；市电正常，太阳能并网发电的必要条件，否则要进行孤网应急供电工作。特别的一种情况，当新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3小于0.05，表明光照条件较差，逆光伏变器此时可能无法正常启动进行MPPT (最大效率点跟踪)最大效率工作发电，或者即便是能正常启动，但是逆变发电的效率也很低，此时，可以通过储能平台直接对太阳能电能进行存储，低功率小电流情况下，储能系统的充电效率反而更高，因此可以实现即使是在弱光条件下，仍然能够实现太阳能光伏阵列的发电并存储在储能系统中。这样系统的整体发电能力可以提闻5%以上。
[0058]离网自治模式:该模式下必须满足的条件(I)市电不正常。该模式下的开关状态:开关K5、开关K6、开关K8、开关K9、开关K10、开关K11、开关K3闭合，开关KO断开，其中负荷控制开关K9、开关KlO可以视系统的应急能力情况实施逐步的切除断开。该工作模式下具有以下特点:市电不正常，在储能系统的能量调配和缓冲作用下，新能源发电系统与储能平台一道给负荷提供应急电能，保障重要负荷的用电需求和用电安全。
[0059]能量回收模式:该模式下必须满足的条件有:(I)动力负荷(如电梯等)制动时反馈能量。该模式下的开关状态:开关K4、开关K7闭合。该工作模式下具有以下特点:利用分布式储能平台的能量储能特性，将动力负荷制动过程中反馈的能量转换存储在分布式储能平台中，实现能量的再回收和利用，有效降低动力负荷的能耗。
[0060]在某一个时刻,实际系统的运行状态可以是两个以上模式的I禹合，如某一时刻动力负荷在制动反馈能量，市电正常，阶梯电价时段为高峰期，P1/P2小于0.2且P1/P3大于
0.05，则系统此刻的运行状态是新能源并网发电模式与能量回收模式的耦合。
[0061]以上所述仅是本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.微网分布式新能源储能系统，其特征在于，由四个部分组成:分布式新能源发电系统、分布式储能平台、负荷节能系统、能源管理系统； 所述分布式新能源发电系统包括分布式电源、直流配电柜和光伏逆变器，所述分布式电源选用分布式太阳能光伏发电电源；分布式电源与直流配电柜相连，直流配电柜通过开关与光伏逆变器相连； 所述能源管理系统包括市电监测模块、新能源监测模块、BMS监测模块、阶梯电价数据库和负荷监测模块，市电监测模块、新能源监测模块、BMS监测模块、阶梯电价数据库和负荷监测模块均与工作模式决策模块相连；新能源监测模块与分布式新能源发电系统相连，BMS监测模块与分布式储能平台相连，负荷监测模块与负荷节能系统相连； 所述市电监测模块，用于要监测市电的电压、电流、功率、功率因素电能质量；新能源监测模块，主要监测新能源如太阳能阵列电压、电流、温度、气象数据信息；BMS监测模块，主要监测分布式储能平台的电压、电流、温度、带电状态、健康状态信息；阶梯电价数据库，存储当前的阶梯电价数据；负荷监测模块，监测负荷用电的电压、电流、功率参数； 所述分布式储能平台包括电池储能系统、双向储能逆变器；电池储能系统通过开关与双向储能逆变器相连，分布式新能源发电系统的直流配电柜通过开关与电池储能系统相连； 所述负荷节能系统包括馈能装置和动力负荷，所述动力负荷通过开关与馈能装置相连，馈能装置通过开关与分布式储能平台的电池储能系统相连。
2.根据权利要求1所述的微网分布式新能源储能系统，其特征在于，所述光伏逆变器、双向储能逆变器分别通过不同的开关与交流配电柜相连，交流配电柜外接市电，交流配电柜通过开关与负荷节能系统的动力负荷相连。
3.根据权利要求1所述的微网分布式新能源储能系统，其特征在于，所述工作模式决策模块决定的工作模式 有:市电消峰填谷模式、新能源并网发电模式、平滑工作模式、新能源移峰模式、离网自治模式和能量回收模式； 定义某时刻间隙性新能源发电功率为P1，同一时刻负荷用电功率为P2 ;定义光伏逆变器额定功率为P3 ； 市电消峰填谷模式下需满足的条件:(1)依据阶梯电价数据库得知当前时段是谷电阶段或峰电阶段；(2)依据BMS监测模块得知分布式储能平台正常工作，即满足谷电充电或峰电放电条件，无过压、过温、绝缘降低异常；(3)由市电监测模块得知市电正常； 新能源并网发电模式下需满足的条件:(I)新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2小于0.2 ; (2)电价为高峰时段电价；(3)市电正常；(4)新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05 ； 平滑工作模式下需满足的条件:(I)新能源发电功率Pl /负荷用电功率P2大于0.2 ;(2)电价为高峰时段电价；(3)市电正常；(4)新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3大于0.05 ； 新能源移峰模式下需满足的条件:(1)电价为非高峰时段电价或新能源发电功率Pl/光伏逆变器额定功率P3小于0.05 ;(2)市电正常； 离网自治模式下需满足的条件:市电不正常； 能量回收模式下需满足的条件:动力负荷制动时反馈能量，动力负荷制动过程中反馈的能量转换存储至分布式储能平台中；某一时刻系统的实际运行状态还`能是两种以上模式的耦合。
【文档编号】H02J3/28GK103441520SQ201310387637
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】刘宏兵, 陈杰, 周树良, 卓亨, 夏敏, 王宏 申请人:深圳先进储能材料国家工程研究中心有限公司