一种微电网管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种微电网管理系统，包括：区域管理系统、至少一个配电装置和集成在配电装置中的节点管理系统；配电装置包括连接大电网的并网系统支路，连接微电网的微电网支路和连接负荷的负荷支路，各支路均接入配电装置中的微电网交流母线；区域管理系统，利用区域管理策略对节点管理系统上传的各支路的电能信息进行计算或根据用户输入的调度指令得到节点控制指令；节点管理系统，采集各支路的电能信息，利用节点管理策略对电能信息进行计算或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路。本发明合理控制协调电网、分布式电源、储能系统、负载之间的功率流动，保证系统安全稳定可靠运行。
【专利说明】
一种微电网管理系统
技术领域
[0001]本发明涉及微电网应用技术领域。更具体地，涉及一种微电网管理系统。
【背景技术】
[0002]可再生电源作为一种新兴能源被世界各国大力推广应用，但是可再生能源本身具有随机性和波动性，大规模的接入也对电网造成巨大的冲击，而微电网系统自身具有一定的调节能力，不但可以削弱可再生能源对电网的冲击，提高可再生能源的接入比例，同时也可以满足用户对电能的多样化需求。目前对于微电网技术的理论研究成果较多，但是针对微电网相关的管理系统的工程应用研究较少，使得微电网技术很难实例化推广普及。
[0003]因此，需要提供一种微电网管理系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种设计合理、利于扩容、方便工程化应用的高效微电网管理系统。
[0005]为达到上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]—种微电网管理系统，包括:区域管理系统、至少一个配电装置和集成在配电装置中的节点管理系统；
[0007]配电装置包括连接大电网的并网系统支路，连接微电网的微电网支路和连接负荷的负荷支路，所述并网系统支路、微电网支路和负荷支路均接入配电装置中的微电网交流母线；
[0008]区域管理系统，利用区域管理策略对节点管理系统上传的各支路的电能信息进行计算得到节点控制指令或根据用户输入的调度指令得到节点控制指令；
[0009]节点管理系统，采集各支路的电能信息，利用节点管理策略对电能信息进行计算得到支路控制指令或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路。
[0010]优选地，所述微电网支路包括连接光伏系统的光伏系统支路、连接柴油发电机的柴油发电机支路和连接储能系统的储能系统支路，所述负荷支路包括连接重要负荷的重要负荷支路和连接一般负荷的一般负荷支路，所述光伏系统支路、储能系统支路、柴油发电机支路、并网系统支路、重要负荷支路、一般负荷支路均接入配电装置中的微电网交流母线。
[0011 ]优选地，各个支路的外部连接端口与微电网交流母线之间分别依次连接电流传感器、接触器和断路器。
[0012]优选地，该微电网管理系统还包括UPS，为配电装置、光伏系统和柴油发电机提供辅助电源。
[0013]优选地，光伏系统支路的接触器和并网系统支路的接触器还分别连接防雷器。
[0014]优选地，节点管理系统包括:电能采集单元、I/O控制单元和节点控制器；
[0015]节点控制器，下发采集指令和I/O控制指令；
[0016]电能采集单元，根据采集指令分别采集各支路的电流传感器的二次侧信号，并计算出各支路的电能信息；
[0017]i/o控制单元，根据节点控制器发送的I/O控制指令控制各支路中的接触器；
[0018]节点控制器，还利用节点管理策略对各支路的电能信息进行计算得到支路控制指令或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据控制指令分别控制配电装置中的并网系统支路、光伏系统支路、柴油发电机支路、储能系统支路、重要负荷支路和一般负荷支路。
[0019]优选地，所述电能信息包括电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、正向电能和反向电能。
[0020]优选地，所述配电装置还包括散热器和加热器，所述散热器和加热器根据配电装置的内部温度启停。
[0021]优选地，节点管理系统根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路的控制策略为:
[0022]节点管理系统实时检测并网支路接触器前后的电压；
[0023]当大电网失电时，节点管理系统断开并网系统支路的接触器，储能变流器按照电压源模式工作，光伏系统和柴油发电机按照并网模式运行，当光伏系统输出的电能能满足负荷的需求时，负荷在微电网交流母线上获取光伏系统输出的电能；当光伏系统输出的电能不能满足负荷的需求时，储能系统如有电能储备则输出电能，当储能系统的电能储备达到设定下限时，则启用柴油发电机输出电能，保证负荷正常工作，所述负荷包括重要负荷和一般负荷；
[0024]当大电网由失电状态恢复正常时，储能系统检测并网支路外部的大电网电压，然后调节自身输出网压进行同步，当储能系统输出电压幅值、频率、相位与电网电压幅值、频率、相位相同时，节点管理系统闭合并网支路的接触器。
[0025]优选地，节点管理系统根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路的控制策略还包括:启用柴油发电机输出电能时，优先维持重要负荷运行
[0026]本发明的有益效果如下:
[0027]本发明所述技术方案为微电网建设提供一个稳定可靠实现接口，配置分布式电源即可实现微电网快速建设及使用，通过能量调度管理系统合理控制协调电网、分布式电源、储能系统、负载之间的功率流动，保证系统安全稳定可靠运行，满足多样化的用电需求，同时按照经济调度目标增加系统收益，具体包括如下有益效果:
[0028](I)具有多种分布式电源接入口，多样化应用；
[0029](2)区域管理系统下可以接入多个节点管理系统，方便扩容；
[0030](3)具有灵活的能量调度管理功能，可以实现可再生能源功率波动抑制、削峰填谷、计划性孤岛等功能；
[0031](4)负荷采用分级控制，根据储能电池容量，优先保证重要负荷供电；负荷供电时间、供电方式均可以实现自动最优或者用户自设定。
【附图说明】
[0032]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0033]图1示出微电网管理系统的示意图。
[0034]图2示出微电网管理系统的通信拓扑示意图。
[0035]图3示出节点管理系统的示意图。
【具体实施方式】
[0036]为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0037]本实施例提供的微电网管理系统应用于400V微电网，如图1所示，该系统包括区域管理系统、至少一个配电装置和集成在配电装置中的节点管理系统，
[0038]区域管理系统和节点管理系统共同构成能量管理系统，区域管理系统作为能量管理系统中的父节点，接受用户监控调度，实现最上层调度控制，可以实现整个系统的调度策略，合理调节下面的节点管理系统，共同实现调度目标;节点管理系统作为能量管理系统中的子节点接受父节点监控调度，只负责大电网和该节点管理系统所属的配电装置连接的微电网及负荷之间的能量平衡，协助区域管理系统完成调度控制。
[0039]节点管理系统中预设置有至少一个紧急控制策略，若有多个紧急控制策略时还可以设定各个策略的优先级。当区域管理系统出现故障时，节点管理系统可以根据预设置的紧急控制策略独立运行，保证节点管理系统所在的配电装置稳定有序运行。
[0040]父节点下可以具有多个子节点，即区域管理系统可监控调度多个节点管理系统，节点管理系统满足区域管理系统调度策略及接口协议便可以加入该区域微电网系统。
[0041]区域管理系统及节点管理系统均有各自的能量调度管理策略，区域管理系统的区域管理策略侧重于配电装置连接的大电网与负荷之间的能量管理，包括例如并网点电压和频率调节策略、频率调节策略，削峰填谷策略，主/被动孤岛策略等;节点管理系统的节点管理策略侧重于配电装置连接的微电网与负荷之间的能量管理，包括例如配电装置内部功率自平衡策略，电压自适应策略，黑启动策略等。
[0042]配电装置包括连接大电网的并网系统支路，连接微电网的微电网支路和连接负荷的负荷支路，并网系统支路、微电网支路和负荷支路均接入配电装置中的微电网交流母线；
[0043]区域管理系统，利用区域管理策略对节点管理系统上传的各支路的电能信息进行计算得到节点控制指令或根据用户输入的调度指令得到节点控制指令；
[0044]节点管理系统，采集各支路的电能信息，利用节点管理策略对电能信息进行计算得到支路控制指令或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路，从而实现节点管理系统对各支路的控制或区域管理系统通过节点管理系统对各支路的控制，协调大电网、微电网和负荷之间的能量平衡。
[0045]其中，
[0046]微电网包括光伏系统、柴油发电机和储能系统，其中的光伏系统和柴油发电机均属于分布式电源，微电网支路包括连接光伏系统的光伏系统支路、连接柴油发电机的柴油发电机支路和连接储能系统的储能系统支路，负荷包括重要负荷和一般负荷，负荷支路包括连接重要负荷的重要负荷支路和连接一般负荷的一般负荷支路，光伏系统支路、储能系统支路、柴油发电机支路、并网系统支路、重要负荷支路、一般负荷支路均接入配电装置中的微电网交流母线。
[0047]下面对微电网管理系统的构造进行进一步地说明:
[0048]配电装置中各个支路的外部连接端口(例如光伏系统支路连接光伏系统的端口)与微电网交流母线之间分别依次连接电流传感器、接触器和断路器。
[0049]配电装置中各个支路中的断路器和接触器均安装有触点反馈。
[0050]配电装置中配备有UPS，为配电装置及分布式发电系统提供辅助电源，分布式发电系统包括光伏系统和柴油发电机。
[0051]配电装置中光伏系统支路的接触器和并网系统支路的接触器还分别连接防雷器。
[0052]配电装置中各支路的接触器和断路器全部由螺栓固装在配电装置内部，并分别通过在配电装置面板设置的支路状态指示灯表明其状态，指示灯的工作电压取自于UPS。
[0053]配电装置中配备有散热器和加热器，散热器和加热器根据配电装置的内部温度启停。当配电装置内部温度高于设定的最高温度(通常设定为35-40度)时，散热风扇启动；当配电装置内部温度低于设定的最高温度时，散热风扇停止。当配电装置内部温度低于设定的最低温度(通常设定为0-5度)时，加热器启动；当配电装置内部温度高于设定的最低温度时，加热器停止。散热器和加热器保证配电装置内部温度满足各器件要求。
[0054]区域管理系统主要通过区域服务器实时采集节点控制系统数据信息，用户可以通过监控工作站来读取服务器信息，查看系统运行情况，同时也可以通过区域管理系统下发节点控制指令给节点管理系统。
[0055]如图2所示，本实施例提供的微电网管理系统的通信架构分为三层:设备层、节点层、区域层。设备层与节点层实现六个支路与节点管理系统之间的通信，通信方式为RS485、RS232、CAN、电力载波或无线通信等;节点层与区域层实现节点管理系统与区域管理系统之间的通信，通信方式为以太网通信。
[0056]如图3所示，节点管理系统包括:电能采集单元、I/O控制单元和节点控制器，
[0057]电能采集单元，根据节点控制器发送的采集指令分别采集各支路的电流传感器的二次侧信号，并计算出各支路的电能信息，电能信息包括支路的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、正向电能和反向电能；
[0058]i/o控制单元，根据节点控制器发送的I/O控制指令控制各支路中的接触器；
[0059]节点控制器，下发采集指令和I/O控制指令，利用节点管理策略对电能信息进行计算得到支路控制指令或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据控制指令分别控制配电装置中并网系统支路、光伏系统支路、柴油发电机支路、储能系统支路、重要负荷支路和一般负荷支路，进而协调大电网、微电网和负荷之间的能量平衡。
[0060]在本实施例提供的微电网管理系统工作时，整个系统的调度策略(即节点管理系统根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路的控制策略)为:
[0061]节点管理系统实时检测并网支路接触器前后的电压，
[0062]当大电网失电时，节点管理系统断开并网系统支路的接触器，储能变流器按照电压源模式工作，为微电网系统提供稳定的频率和电压支撑，光伏系统、柴油发电机还是按照并网模式运行，(这两个和电网有电时运行方式一样，只不过，这个电压是储能变流器建立起来的)由于配电装置中的光伏系统支路、柴油发电机支路、储能系统支路和负荷支路是并联接到一个交流母线上的，因此光伏系统、柴油发电机和储能系统均可输出电能，则:当光伏系统输出的电能可以满足负荷(包括重要负荷和一般负荷)的需求时，柴油发电机和储能系统不输出电能，负荷直接在母线上获取光伏系统输出的电能；而当光伏系统输出的电能不能满足负荷的需求时，储能系统如有电能储备则输出电能，与光伏系统共同维持负荷运行；当储能系统的电能储备达到设定下限时，则启用柴油发电机输出电能，在大电网失电时保证负荷正常工作。其中，启用柴油发电机输出电能时，优先维持重要负荷运行，首先保证重要负荷正常工作。
[0063]当大电网由失电状态恢复正常时，储能系统检测并网支路外部的大电网电压，然后调节自身输出网压进行同步，当储能系统输出电压幅值、频率、相位与电网电压幅值、频率、相位相同时，节点管理系统闭合并网支路的接触器，这样即实现了微电网系统离网转并网功能。
[0064]其中，储能系统的储能变流器具有两组电压传感器，一组是正常参与自身运行控制的，测量电压位置就是它本身交流输出的地方；另一组电压传感器采样的是并网点开关外侧也就是电网电压，现场实际需要接电压采样线到储能变流器内部的，这个电压传感器用来检测电网是否有电，同时电网有电时，采样出电网电压幅值频率和相位信息作为储能变流器离网转并网运行的同步信号。
[0065]配电装置配备双负荷支路，即将负荷分为重要负荷和一般负荷，并分别设置有连接重要负荷的重要负荷支路和连接一般负荷的一般负荷支路，可以根据负载重要程度依次接入。在节点管理系统中，可以设置优先保证重要负荷的供电时间，节点管理系统可以根据储能系统容量来决定是否切断或者投入一般负荷。
[0066]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1.一种微电网管理系统，其特征在于，该系统包括:区域管理系统、至少一个配电装置和集成在配电装置中的节点管理系统； 配电装置包括连接大电网的并网系统支路，连接微电网的微电网支路和连接负荷的负荷支路，所述并网系统支路、微电网支路和负荷支路均接入配电装置中的微电网交流母线； 区域管理系统，利用区域管理策略对节点管理系统上传的各支路的电能信息进行计算得到节点控制指令或根据用户输入的调度指令得到节点控制指令； 节点管理系统，采集各支路的电能信息，利用节点管理策略对电能信息进行计算得到支路控制指令或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路。2.根据权利要求1所述的微电网管理系统，其特征在于，所述微电网支路包括连接光伏系统的光伏系统支路、连接柴油发电机的柴油发电机支路和连接储能系统的储能系统支路，所述负荷支路包括连接重要负荷的重要负荷支路和连接一般负荷的一般负荷支路，所述光伏系统支路、储能系统支路、柴油发电机支路、并网系统支路、重要负荷支路、一般负荷支路均接入配电装置中的微电网交流母线。3.根据权利要求2所述的微电网管理系统，其特征在于，各个支路的外部连接端口与微电网交流母线之间分别依次连接电流传感器、接触器和断路器。4.根据权利要求2所述的微电网管理系统，其特征在于，该微电网管理系统还包括UPS，为配电装置、光伏系统和柴油发电机提供辅助电源。5.根据权利要求3所述的微电网管理系统，其特征在于，光伏系统支路的接触器和并网系统支路的接触器还分别连接防雷器。6.根据权利要求3所述的微电网管理系统，其特征在于，节点管理系统包括:电能采集单元、I/O控制单元和节点控制器； 节点控制器，下发采集指令和I/O控制指令； 电能采集单元，根据采集指令分别采集各支路的电流传感器的二次侧信号，并计算出各支路的电能信息； I/O控制单元，根据节点控制器发送的I/O控制指令控制各支路中的接触器； 节点控制器，还利用节点管理策略对各支路的电能信息进行计算得到支路控制指令或根据节点控制指令得到支路控制指令，并根据控制指令分别控制配电装置中的并网系统支路、光伏系统支路、柴油发电机支路、储能系统支路、重要负荷支路和一般负荷支路。7.根据权利要求6所述的微电网管理系统，其特征在于，所述电能信息包括电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、正向电能和反向电能。8.根据权利要求1所述的微电网管理系统，其特征在于，所述配电装置还包括散热器和加热器，所述散热器和加热器根据配电装置的内部温度启停。9.根据权利要求3-7中任一项所述的微电网管理系统，其特征在于，节点管理系统根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路的控制策略为: 节点管理系统实时检测并网支路接触器前后的电压； 当大电网失电时，节点管理系统断开并网系统支路的接触器，储能变流器按照电压源模式工作，光伏系统和柴油发电机按照并网模式运行，当光伏系统输出的电能能满足负荷的需求时，负荷在微电网交流母线上获取光伏系统输出的电能；当光伏系统输出的电能不能满足负荷的需求时，储能系统如有电能储备则输出电能，当储能系统的电能储备达到设定下限时，则启用柴油发电机输出电能，保证负荷正常工作，所述负荷包括重要负荷和一般负荷； 当大电网由失电状态恢复正常时，储能系统检测并网支路外部的大电网电压，然后调节自身输出网压进行同步，当储能系统输出电压幅值、频率、相位与电网电压幅值、频率、相位相同时，节点管理系统闭合并网支路的接触器。10.根据权利要求9所述的微电网管理系统，其特征在于，节点管理系统根据支路控制指令分别控制配电装置中各支路的控制策略还包括:启用柴油发电机输出电能时，优先维持重要负荷运行。
【文档编号】H02J3/06GK105978025SQ201610395832
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】杨慧来
【申请人】北京能高自动化技术股份有限公司