一种离网型微电网系统的制作方法

本发明涉及微电网技术领域，尤指一种离网型微电网系统。

背景技术：

随着经济的发展，近海、远海孤岛及偏远地区等远离大电网的地区日益成为旅游、军事、远洋运输、渔业等行业的追逐热点。近几十年，科学技术日益发展，工程技术人员为解决供电问题做出了不懈努力。但是对近海、远海及远离大电网的偏远地区实施电网供电，最大的困难是输电走廊建设成本、输配电成本远远高于用电成本。

近些年，微电网技术成为小范围、小区域高效供电的新技术成为研究热点，但至今提出的许多微电网系统都是基于大电网支撑的并网型微电网系统，该种系统对于距离大电网系统比较近的区域能够高效独立的供电。但是对于海外孤岛、偏远地区等距离大电网系统比较远的区域输配电成本远远高于用电成本。

因此，提供一种能够独立供电且不依赖于大电网支撑微电网系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例了提供一种离网型微电网系统，不依赖于大电网系统的支撑能够独立供电，能够为海外孤岛、偏远地区等离大电网系统较远的区域提供稳定、可靠、绿色环保的电能供应。

本发明实施例提供的一种离网型微电网系统，包括：母线，与母线相连的分布式电源单元、母线支撑单元，电能质量修正单元，电能调度与监控单元和用户负载；其中，

所述电能调度与监控单元用于对所述分布式电源单元、所述母线支撑单元、所述电能质量修正单元以及所述用户负载进行实时监测，并根据所述分布式电源单元的发电功率、所述用户负载的用电功率、以及所述母线上的电性参数对所述分布式电源单元、所述母线支撑单元、所述电能质量修正单元进行控制以实现电能调度与分配；

所述分布式电源单元用于在所述电能调度与监控单元的控制下进行发电；

所述电能质量修正单元用于在所述电能调度与监控单元的控制下抑制所述母线上的谐波以及维持所述母线的电能功率因数；

所述母线支撑单元用于在所述电能调度与监控单元的控制下平衡所述母线的电压波动。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述母线支撑单元包括：电池储能模块和飞轮储能模块；

所述电能调度与监控单元具体用于：当检测的所述用户负载的用电功率与所述分布式电源的发电功率的差异大于或等于第一阈值范围时，控制所述电池储能模块进行充电或放电；当所述差异小于所述第一阈值范围且大于第二阈值范围时，控制所述飞轮储能模块进行充电或放电；其中所述第一阈值范围大于所述第二阈值范围。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述母线支撑单元还包括：支撑控制模块；其中，所述支撑控制模块用于：

当所述电能调度与监控单元所监测的所述用户负载的用电功率与所述分布式电源的发电功率的差异大于第三阈值范围时，控制所述分布式电源增大发电功率和/或控制所述用户负载减小用电功率，或者控制所述分布式电源减小发电功率；其中，所述第三阈值范围大于所述第一阈值范围。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述支撑控制模块具体用于，当所述电能调度与监控单元所监测的所述用户负载的用电功率与所述分布式电源的发电功率的差异大于所述第三阈值范围时：

当所述用户负载的用电功率大于所述分布式电源的发电功率时，确定所述分布式电源的发电能力是否达到最大；若是，则控制所述用户负载减小用电功率；若否，则控制所述分布式电源增大发电功率；

当所述用户负载的用电功率小于所述分布式电源的发电功率时，控制所述分布式电源减小发电功率。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述分布式电源单元包括：清洁能源发电电源和燃机发电电源；

所述电能调度与监控单元具体用于：根据所述用户负载的用电功率优先控制所述清洁能源发电电源进行发电，若所述清洁能源发电电源的发电功率不能满足所述用户负载的用电功率，则控制所述燃机发电电源和所述清洁能源发电电源同时发电。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述清洁能源发电电源包括：光伏发电电源、光热发电电源和风力发电电源中之一或任意组合。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，光热发电电源包括：槽式光热发电电源、塔式光热发电电源、菲涅尔式光热发电电源和蝶式光热发电电源中之一或任意组合。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述清洁能源发电电源至少包括蝶式光热发电电源。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述电能质量修正单元包括有源电力滤波器和静止无功发生装置；

所述电能调度与监控单元具体用于：当监测到所述母线上的电能存在谐波时控制所述有源电力滤波器开启；当监测到所述母线上的电压与电流存在相位差时控制所述静止无功发生装置开启。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的上述离网型微电网系统，包括母线，与母线相连的分布式电源单元、母线支撑单元，电能质量修正单元，电能调度与监控单元和用户负载；电能调度与监控单元用于对分布式电源单元、母线支撑单元、电能质量修正单元以及用户负载进行实时监测，以实现电能调度与分配；分布式电源单元用于发电；电能质量修正单元用于抑制母线上的谐波以及维持母线的电能功率因数；母线支撑单元用于平衡母线的电压波动。该离网型微电网系统独立供电，且不依赖于大电网系统的支撑，从而能够为海外孤岛、偏远地区等离大电网系统较远的区域提供稳定、可靠、绿色环保的电能供应。

附图说明

图1为本发明实施例提供的离网型微电网系统的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的离网型微电网系统的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的离网型微电网系统的结构示意图之三。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种离网型微电网系统，如图1所示，包括：母线1，与母线1相连的分布式电源单元2、母线支撑单元3，电能质量修正单元4，电能调度与监控单元5和用户负载6；其中，

电能调度与监控单元5用于对分布式电源单元2、母线支撑单元3、电能质量修正单元4以及用户负载6进行实时监测，并根据分布式电源单元2的发电功率、用户负载6的用电功率、以及母线2上的电性参数对布式电源单元2、母线支撑单元3、电能质量修正单元4进行控制以实现电能调度与分配；

分布式电源单元2用于在电能调度与监控单元5的控制下进行发电；

电能质量修正单元4用于在电能调度与监控单元5的控制下抑制母线1上的谐波以及维持母线1的电能功率因数；

母线支撑单元3用于在电能调度与监控单元5的控制下平衡母线1的电压波动。

本发明实施例提供的上述离网型微电网系统，包括母线，与母线相连的分布式电源单元、母线支撑单元，电能质量修正单元，电能调度与监控单元和用户负载；电能调度与监控单元用于对分布式电源单元、母线支撑单元、电能质量修正单元以及用户负载进行实时监测，以实现电能调度与分配；分布式电源单元用于发电；电能质量修正单元用于抑制母线上的谐波以及维持母线的电能功率因数；母线支撑单元用于平衡母线的电压波动。该离网型微电网系统独立供电，且不依赖于大电网系统的支撑，从而能够为海外孤岛、偏远地区等离大电网系统较远的区域提供稳定、可靠、绿色环保的电能供应。

需要说明的是，电能调度与监控单元对分布式电源单元、母线支撑单元、电能质量修正单元以及用户负载进行实时监测，是指对这些设备的状态，以及工作数据进行监测。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图2所示，母线支撑单元3包括：电池储能模块31和飞轮储能模块32；

电能调度与监控单元5具体用于：当检测的用户负载6的用电功率与分布式电源2的发电功率的差异大于或等于第一阈值范围时，控制电池储能模块31进行充电或放电；当差异小于第一阈值范围且大于第二阈值范围时，控制飞轮储能模块32进行充电或放电；其中第一阈值范围大于第二阈值范围。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，当用户负载的用电功率与分布式电源的发电功率的差异大于第一阈值范围，且用户负载的用电功率大于分布式电源的发电功率时(即母线上电能突减时)，电能调度与监控单元控制电池储能模块进行放电；当用户负载的用电功率与分布式电源的发电功率的差异大于第一阈值范围，且用户负载的用电功率小于分布式电源的发电功率时(即母线上电能突增时)，电能调度与监控单元控制电池储能模块进行充电，从而平衡母线上的电压波动。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，当用户负载的用电功率与分布式电源的发电功率的差异小于第一阈值范围且大于第二阈值范围时，且用户负载的用电功率大于分布式电源的发电功率时(即母线上电能突减时)，电能调度与监控单元控制飞轮储能模块进行放电；当用户负载的用电功率与分布式电源的发电功率的差异小于第一阈值范围且大于第二阈值范围时，且用户负载的用电功率小于分布式电源的发电功率时(即母线上电能突增时)，电能调度与监控单元控制飞轮储能模块进行充电，从而保持母线上的电压平衡。

在具体实施时，电池储能模块主要通过电容的方式进行充电或放电，飞轮储能模块主要通过将电能与机械能之间的转换方式进行充电或放电。而电池储能模块调节电压波动的能力一般大于飞轮储能模块，因此在母线电压波动较大时采用电池储能模块平衡母线的电压波动，在母线的电压波动相对较小时，采用飞轮储能模块平衡母线的电压波动。

进一步地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图3所示，电池储能模块31主要包括至少一个电池组01和至少一个储能变流器02，飞轮储能模块32主要包括至少一个飞轮03、与飞轮03对应的电机控制装置04和至少一个储能变流器02。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，储能变流器为变流装置，用于将母线的交流电装换为直流电提供给电池储能模块(飞轮储能模块)，将电池储能模块(飞轮储能模块)的直流电转换为交流电提供给母线。

进一步地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，为了避免由于用户负载的用电功率突然发生较大变化或分布式电源的发电功率突然发生较大变化造成微电网崩溃，如图2所示，母线支撑单元3还包括：支撑控制模块33；其中，支撑控制模块33用于：

当电能调度与监控单元5所监测的用户负载6的用电功率与分布式电源2的发电功率的差异大于第三阈值范围时，控制分布式电源2增大发电功率和/或控制用户负载减小用电功率，或者控制分布式电源减小发电功率；其中，第三阈值范围大于第一阈值范围。

较佳地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，支撑控制模块对分布式电源和用户负载进行控制的权限高于电能调度与监控单元对分布式电源和用户负载进行控制的权限，从而可以保证当母线的电压突发较大波动时，及时恢复微电网系统的稳定性。

较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，支撑控制模块具体用于，当电能调度与监控单元所监测的用户负载的用电功率与分布式电源的发电功率的差异大于第三阈值范围时：

当用户负载的用电功率大于分布式电源的发电功率时，确定分布式电源的发电能力是否达到最大；若是，则控制用户负载减小用电功率；若否，则控制分布式电源增大发电功率；

当用户负载的用电功率小于分布式电源的发电功率，控制分布式电源减小发电功率。

进一步地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图2所示，分布式电源单元2包括：清洁能源发电电源21和燃机发电电源22；

电能调度与监控单元5具体用于：根据用户负载6的用电功率优先控制清洁能源发电电源21进行发电，若清洁能源发电电源21的发电功率不能满足用户负载6的用电功率，则控制燃机发电电源22和清洁能源发电电源21同时发电。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，燃机发电电源作为备用电源存在于微电网系统中，当环境条件限制新能源发电电源发电量急剧减少甚至停机时，或者在用户负载临时增加大功率负载的情况下为保证用户负载用电不受限制以及微电网系统的稳定，需要启动燃机发电电源为微电网系统提供电能支撑。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图3所示，燃机发电电源22一般包括燃气发电机13和变流装置14。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图2所示，清洁能源发电电源21可以包括：光伏发电电源211、光热发电电源212和风力发电电源213中之一或任意组合，在此不作限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图3所示，光伏发电电源211包括：光伏电池阵列10、智能汇流箱11和光伏逆变器12。其中光伏电池阵列10吸收太阳光产生直流电压，经过智能汇流箱汇11流后输入光伏逆变器12；光伏逆变器12将直流电转换为交流电。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，光热发电电源可以包括：槽式光热发电电源、塔式光热发电电源、菲涅尔式光热发电电源和蝶式光热发电电源中之一或任意组合，在此不作限定。

在具体实施时，蝶式光热发电电源的占地面积相比其他光热发电电源的占地面积要小，且主要应用于中小功率、就近消纳的应用场合。因此，较佳地，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，所述清洁能源发电电源至少包括蝶式光热发电电源。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图3所示，光热发电电源212为蝶式光热发电电源，蝶式光热发电电源包括：蝶式聚光反射镜阵列05、阳光接收器06和斯特林发电机07。其中，蝶式聚光反射镜阵列05用于将光热汇聚至阳光接收器06，阳光接收器06在高温下带动斯特林发电机07发电。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图3所示，风力发电电源213包括：风机08、电动机发电装置09和风力变流器00。其中，风机08在风力作用下旋转带动电动机发电装置09中的电动机高速旋转，电动机同轴联动发电机发电，经风力变流器00进行调频、稳压、谐波抑制、电能处理后并入电网。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，控制分布式电源减少或增加发电功率可以通过断开或增加开启分布式电源中的发电设备实现。控制用户负载减少用电功率可以通过断开部分用户负载实现。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中，如图2所示，电能质量修正单元4包括有源电力滤波器41和静止无功发生装置42；

电能调度与监控单元5具体用于：当监测到母线1上的电能存在谐波时控制有源电力滤波器41开启；当监测到母线1上的电压与电流存在相位差时控制静止无功发生装置42开启。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述离网型微电网系统中电能功率因数需维持在0.9以上，而微电网系统中的一些元器件会降低电能功率因数，从而导致母线上的电压与电流存在相位差，因此需要开启静止无功发生装置进行补偿以使电能功率因数恢复至0.9以上。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述微电网系统中，为了实现发电供电的匹配，母线支撑单元中的电池储能模块和飞轮储能模块的整体储能容量、以及分布式电源的发电能力根据该微电网系统所在区域的用户负载进行设计，并且微电网系统还设置有冗余扩展接口，以备在用户负载大量增加的情况下的扩展分布式电源的容量。

本发明实施例提供的一种离网型微电网系统，包括母线，与母线相连的分布式电源单元、母线支撑单元，电能质量修正单元，电能调度与监控单元和用户负载；电能调度与监控单元用于对分布式电源单元、母线支撑单元、电能质量修正单元以及用户负载进行实时监测，以实现电能调度与分配；分布式电源单元用于发电；电能质量修正单元用于抑制母线上的谐波以及维持母线的电能功率因数；母线支撑单元用于平衡母线的电压波动。该离网型微电网系统独立供电，且不依赖于大电网系统的支撑，从而能够为海外孤岛、偏远地区等离大电网系统较远的区域提供稳定、可靠、绿色环保的电能供应。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。