基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法与流程

本发明涉及微网供电领域，具体涉及一种基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法。

背景技术：

随着城市办公大楼用电能需求日益增加，三联供系统由于具备提供冷、热、电的能力，因而成为办公大楼良好的用能补充，但是三联供系统并网发电，其频繁启动会造成电网瞬间负荷增大，会给局部电网带来很大冲击，出于对大电网安全保护原因，所以三联供系统目前很难实现并网。大多数三联供系统处于资产闲置状态，而如果三联供系统孤岛运行，又无法达到三联供系统最佳运行效率。储能系统则不需并网接入手续，可直接并网，尤其是电化学储能系统成本低廉，同时具有响应速度快、能精确控制、具备双向调节能力。而储能系统储能量有限，不能大功率地持续供能。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，即为了解决如何协调三联供系统与储能系统能量管理，实现三联供系统的最佳效率运行以及储能系统的为负荷提供稳定可靠的电源支撑的问题。本发明提供了一种基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法，用于包括储能系统和三联供系统的微电网，所述微电网为建筑提供电负荷，所述方法包括：

在电价谷值时段，所述微电网切换至并网模式，并采用市电为所述建筑供电；所述储能系统与市电并网，并采用pq控制模式对所述储能系统进行充电；

在电价峰值时段，所述微电网切换至孤岛模式，检测所述建筑的电负荷，并判断所述电负荷是否高于或等于所述三联供系统的满功率，

若是，所述三联供系统采用pq控制模式以满功率运行，所述储能系统采用v/f控制模式放电以补充电量差值；

否则，所述三联供系统与所述储能系统均采用v/f控制模式运行；

其中，在并网模式下，所述三联供系统与所述市电不连通。

进一步地，在“所述三联供系统采用pq控制模式以满功率运行，所述储能系统采用v/f控制模式放电以补充电量差值”的步骤之后，所述方法还包括：

检测所述三联供系统和所述储能系统是否正常工作，

若所述三联供系统异常，则根据所述微电网对应的实际负荷调整所述储能系统的输出功率，之后所述微电网切换至并网模式；

若所述储能系统异常，则所述三联供系统停止运行，采用市电为所述建筑供电。

进一步地，在“所述三联供系统与所述储能系统均采用v/f控制模式运行”的步骤之后，所述方法还包括：

检测所述三联供系统和所述储能系统是否正常工作，

若所述三联供系统异常，则所述三联供系统停止运行，所述微电网切换至并网模式；

若所述储能系统异常，则所述三联供系统采用v/f控制模式运行或所述微电网切换至并网模式。

进一步地，“所述微电网切换至并网模式”的步骤包括：

步骤s11，所述储能系统采用v/f控制模式带动全部负载；

步骤s12，停止运行所述三联供系统；

步骤s13，检测所述微电网是否满足预设的并网条件，若是，执行至步骤s14；否则，执行步骤s11；

步骤s14，所述微电网接入市电；

步骤s15，所述储能系统由v/f控制模式切换至pq控制模式；

步骤s16，降低所述储能系统的输出功率，采用市电带动负载。

进一步地，“检测所述微电网是否满足预设的并网条件”的步骤包括：

判断市电侧的正序电压幅值是否在正常范围内，若是，则检测市电侧与微电网侧的正序电压幅值差值；

判断所述正序电压幅值差的绝对值是否小于预设电压阈值，

若是，则检测市电侧的电压相角与微电网侧输出的电压相角之间差值的绝对值是否小于预设的电压相角阈值，若是，则所述微电网满足并网条件。

进一步地，“检测市电侧的电压相角与微电网侧的输出电压相角之间差值的绝对值是否满足预设的电压相角阈值”的步骤之后，所述方法包括：

若所述正序电压幅值差的绝对值大于或等于所述电压阈值，则检测所述市电侧的电压相角，并以所述市电侧的电压相角为目标值调整所述微电网侧的输出电压相角，直至所述市电侧的电压相角与微电网侧的输出电压相角之间差值的绝对值小于所述电压相角阈值。

进一步地，“所述微电网切换至孤岛模式”的步骤包括：

步骤s21，检测市电侧是否掉电；

步骤s22，若市电侧已经掉电，则检测所述微电网的并网开关是否断开；

步骤s23，若所述微电网的并网开关已经断开，则所述储能系统采用v/f控制模式带动全部负载；

步骤s24，启动所述三联供系统并逐渐增大其输出功率至预设范围；

步骤s25，通过调整所述储能系统与所述三联供系统的输出功率，使得所述微电网的功率平衡。

进一步地，在“检测所述微电网的并网开关是否断开”的步骤之后，所述方法还包括：

若检测到所述微电网的并网开关还未断开，则停止运行所述微电网的孤岛保护电路，使得所述并网开关断开以及所述储能系统黑启动；

所述储能系统采用v/f控制模式带动全部负载，之后执行所述步骤s24。

进一步地，“通过调整所述储能系统与所述三联供系统的输出功率，使得所述微电网的功率平衡”的步骤包括：

在所述三联供系统的输出功率小于满功率时，所述三联供系统根据所述微电网的电负荷变化进行相应的功率调整，使得所述微电网的功率平衡；

在所述三联供系统的输出功率等于满功率时，通过调整所述储能系统的输出功率，使得所述微电网的功率平衡；

在所述三联供系统的输出功率大于微电网的负荷时，通过减小所述储能系统的输出功率或使储能系统进行充电，使得所述微电网的功率平衡。

进一步地，所述方法还包括：

在所述微电网处于并网模式运行时，实时检测市电侧的电压相角与微电网侧输出的电压相角之间差值的绝对值是否小于预设的电压相角阈值，

若是，则所述微电网继续以并网模式运行；

否则，所述微电网切换至孤岛模式并断开所述微电网的并网开关。

本发明的优点是：

本发明提供的基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法，能够有效协调三联供系统与储能系统能量管理，三联供系统与市电无需并网，一直处于孤岛运行，通过储能系统的协调配合，实现了三联供系统的最佳效率运行，储能系统的峰谷套利以及为负荷提供稳定可靠的电源支撑。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种并网储能与孤岛三联供一次拓扑图。

图2是本发明实施例中的一种基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法的主要流程示意图。

图3是本发明实施例中的一种三联供系统与储能系统的运行方式示意图。

图4是本发明实施例中的一种微电网由孤岛模式切换至并网模式的主要流程示意图。

图5是本发明实施例中的一种微电网由并网模式切换至孤岛模式的主要流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

三联供系统，是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，三联供系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备向用户供热、供冷。大多数办公大楼用电负荷特点是：日多夜少，工作日白天办公人数较多，用电负荷大；晚间用电负荷低，高峰与低谷期间负荷变化较大。同时，由于大多数城市实行早晚阶梯电价，例如北京工商业电价峰谷价差超过1元/度，因此很多办公大楼通过安装三联供系统解决冷、热、电的需求。

三联供系统与市电并网发电，其频繁启动会造成微电网瞬间负荷增大。如果与其连接的一条线路出现短路，其他线路也会因为瞬间负荷加大而跳闸。由于配电网络目前尚无法实现实时监测，因此三联供系统发电与市电并网后，会给局部电网带来很大冲击。从电力调度角度来讲，电源点越多则越不利于调配。因此，目前市场上绝大多数三联供系统没能实现与市电并网运行。由此，带来的结果是：三联供系统要么处于资产闲置状态，要么在孤岛运行。孤岛运行虽然避免了资源浪费，但面对办公大楼较大的负荷变化，三联供系统无法及时响应，会造成电能质量低下，严重的话会造成用电设备损坏。同时由于三联供系统不能维持在最佳工作点，也会造成余热不能充分利用，不能充分发挥三联供系统冷热优势。

储能系统，根据能量存储方式的不同，储能技术主要分为机械储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、电磁储能(如超导储能、超级电容等)、电化学储能(如锂离子电池、钠硫电池、铅酸电池、镍镉电池、锌溴电池、液流电池等)和变相储能四大类。不同储能技术，在寿命、成本、效率、规模、安全等方面优劣不同。随着储能技术不断发展，电化学储能技术不断发展走向成熟，成本进一步降低；电化学储能是应用范围最为广泛、发展潜力最大的储能技术。目前，全球储能技术的开发主要集中在电化学储能领域。

本发明即在三联供系统的基础上配置并网型的储能系统，提出了一种基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法，即三联供孤岛+电化学储能并网的联合运行。通过对三联供系统与储能系统的协调控制，可以平稳三联供系统的波动、稳定输出、以及提高三联供系统的利用率。如此，即盘活了三联供系统由于不能与市电并网而造成的资产闲置，又解决了三联供系统孤岛运行电能质量不佳的问题，还能通过储能赚取峰谷价差。再者，三联供系统维护期间，一旦市电掉电，还可以通过储能系统来为负载提供持续电源，一举多得。

参阅附图1，图1示例性示出了并网储能与孤岛三联供一次拓扑图，建筑(例如办公大楼)的电力系统可以理解为一个微电网，三联供系统、储能系统以及建筑负荷并联在同一母线上且各自具有独立的控制开关，该母线可以连接市电，并设有并网开关，该并网开关可以是并网断路器；其中三联供系统对应的控制开关与并网开关为联动互锁开关。三联供系统作为主控单元，储能系统作为从控单元。该微电网的运行模式的切换包括并网模式转孤岛模式和孤岛模式转并网模式，并网模式转孤岛模式运行又可以分为计划性孤岛和非计划性孤岛。

下面结合附图，对发明实施例提供基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法进行解释说明。

参阅附图2，图2示例性示出了基于并网储能与孤岛三联供的联合供能方法，用于包括储能系统和三联供系统的微电网，微电网为建筑提供电负荷，该方法可以包括如下步骤：

步骤s1，在电价谷值时段，微电网切换至并网模式，并采用市电为建筑供电；储能系统与市电并网，并采用pq控制模式对储能系统进行充电。

步骤s2，在电价峰值时段，微电网切换至孤岛模式，并检测建筑的电负荷。

步骤s3，判断电负荷是否高于或等于三联供系统的满功率；若是，执行步骤s4，否则，执行步骤s5。

步骤s4，三联供系统采用pq控制模式以满功率运行，储能系统采用v/f控制模式放电以补充电量差值。

步骤s5，三联供系统与储能系统均采用v/f控制模式运行。

其中，在并网模式下，三联供系统与市电不连通。

在步骤s4之后，微电网还可以实时检测储能系统和三联供系统是否正常工作，以保证微电网安全稳定运行。在步骤s4之后，该方法还可以包括：

步骤s41，检测三联供系统和储能系统是否正常工作。

步骤s42，若三联供系统异常，则根据微电网对应的实际负荷调整储能系统的输出功率，之后微电网切换至并网模式。具体地，在微电网对应的实际负荷小于或等于储能系统的最大输出功率时，储能系统带动全部负荷，该微电网切换至并网模式，由市电带主要负载，储能系统峰谷调节。在微电网对应的实际负荷大于储能系统的最大输出功率时，切除非重要负荷并切换至并网模式，由市电带主要负载，储能系统峰谷调节。

步骤s43，若储能系统异常，则三联供系统停止运行，采用市电为建筑供电。

同理，在步骤s5之后，该方法还可以包括：

步骤s51，检测三联供系统和储能系统是否正常工作。

步骤s52，若三联供系统异常，则三联供系统停止运行，微电网切换至并网模式。

步骤s53，若储能系统异常，则三联供系统采用v/f控制模式运行或微电网切换至并网模式。

参阅附图3，图3示例性示出了三联供系统与储能系统的运行方式，如图3所示，在电价谷值时段(x2-x1)，采用市电供电，储能系统与市电并网进行充电，储能系统的充电运行模式为pq控制模式。在电价峰值时段(x1-x2)，启动三联供系统，储能系统配合三联供系统以不停电的方式切换至孤岛模式，此时储能系统采用v/f控制模式。

在储能系统配合三联供系统以孤岛模式运行带动建筑负荷过程中，当建筑负荷高于或等于三联供系统的满功率时，三联供系统采用pq控制模式满功率运行，储能系统采用v/f控制模式放电补充电量差值。期间，若三联供系统出现故障，在建筑负荷小于储能的最大输出功率时，储能系统独立承担负荷，并转为并网模式，采用市电带负荷，储能系统峰谷调节。在建筑负荷高于储能系统的最大输出功率时，切除非重要负荷，微电网转至并网模式，由市电带负载，储能系统峰谷调节。在储能系统故障时，停止三联供系统，采用市电供电。

当建筑负荷低于三联供系统的满功率时，储能系统采用v/f控制模式运行，调节建筑负荷的波动。期间，若三联供系统出现故障，储能系统独立承担负荷，并转为并网模式，采用市电带负荷，储能系统峰谷调节。若储能系统出现故障，三联供系统采用v/f控制模式运行或微电网切换至并网模式，由市电带动负载。

在x2时刻时，储能系统配合三联供系统以不停电方式切换至并网模式，此时储能系统采用pq控制模式。

微电网由孤岛模式切换至并网模式运行时，需要微电网侧与市电侧的电压幅值和相角近似一致，否则将会产生严重的暂态过程，导致设备损坏。此时，首先判断市电侧的正序电压幅值是否在合理的范围之内，排除故障状态的干扰。然后监测市电侧和微电网侧的正序电压幅值差的绝对值△u，如果满足△u<△umax(电压阈值)，则启动微电网的锁相环，以市电侧的电压相角为目标调整微电网中的输出电压相角。当检测到市电侧的电压相角与微电网侧的输出电压相角之间差值的绝对值△θ，满足△θ<△θmax(电压相角阈值)时，微电网执行由孤岛运行向并网运行的转换，同时闭合并网开关并将微电网的控制方法转换为并网模式运行。在这一过程中，若监测到有并网条件不满足，则继续执行孤岛模式运行控制。

参阅附图4，图4示例性示出了微电网由孤岛模式切换至并网模式的主要流程，如图4所示，微电网由孤岛模式切换至并网模式的步骤可以包括：

步骤s101，微电网以孤岛模式运行。

步骤s102，储能系统采用v/f控制模式带动全部负载。

步骤s103，停止运行三联供系统。

步骤s104，检测微电网是否满足预设的并网条件，若是，执行至步骤s105；否则，执行步骤s102。

具体地，检测微电网是否满足预设的并网条件的步骤包括：判断市电侧的正序电压幅值是否在正常范围内，若是，则检测市电侧与微电网侧的正序电压幅值差值；并判断正序电压幅值差的绝对值是否小于预设的电压阈值，若是，则检测市电侧的电压相角与微电网侧输出的电压相角之间差值的绝对值是否小于预设的电压相角阈值，若是，则说明微电网满足并网条件。若正序电压幅值差的绝对值大于或等于电压阈值，则检测市电侧的电压相角，并以市电侧的电压相角为目标值调整微电网侧的输出电压相角，直至市电侧的电压相角与微电网侧的输出电压相角之间差值的绝对值小于电压相角阈值。

步骤s105，判断微电网是否已经接入市电，若是，则执行步骤s106，否则，执行步骤s102。具体地，可以通过判断并网开关是否合上，来判断微电网是否接入市电。

步骤s106，储能系统由v/f控制模式切换至pq控制模式。

步骤s107，降低储能系统的输出功率，采用市电带动负载。

步骤s108，微电网以并网模式运行。

微电网孤岛模式切换包括计划性孤岛和非计划性孤岛。计划性孤岛：微点网主动脱离大电网进入孤岛运行模式，储能系统采用v/f控制模式，三联供系统的主控器通过调整储能系统的从控器，实现微电网的功率平衡。非计划孤岛：由于大电网(市电)掉电，而并网开关并未断开，储能系统检测到孤岛信号，使孤岛保护电路停止工作，电力系统停止工作，进而断开并网开关，此时，储能系统以v/f控制模式启动，三联供系统以pq控制模式启动，储能系统与三联供系统配合孤网模式运行。

参阅附图5，图5示例性示出了微电网由并网模式切换至孤岛模式的主要流程，如图5所示，微电网由并网模式切换至孤岛模式的步骤可以包括：

步骤s201，微电网以并网模式运行。

步骤s202，检测市电侧是否已经掉电，若是，则执行步骤s203，否则，执行步骤s201。

步骤s203，检测微电网的并网开关是否断开，若是，则执行步骤s205，否则，执行步骤s204。

步骤s204，停止运行微电网的孤岛保护电路，使得并网开关断开以及储能系统黑启动。

步骤s205，储能系统采用v/f控制模式带动全部负载。

步骤s206，启动三联供系统并逐渐增大其输出功率至预设范围。

步骤s207，通过调整储能系统与三联供系统的输出功率，使得微电网的功率平衡。

具体地，在三联供系统的输出功率小于满功率时，三联供系统根据微电网的电负荷变化进行相应的功率调整，使得微电网的功率平衡；在三联供系统的输出功率等于满功率时，通过调整储能系统的输出功率，使得微电网的功率平衡；在三联供系统的输出功率大于微电网的负荷时，通过减小储能系统的输出功率或使储能系统进行充电，使得微电网的功率平衡。

步骤s208，微电网以并网模式运行。

在微电网处于并网模式运行时，实时检测市电侧的电压相角与微电网侧输出的电压相角之间差值的绝对值是否小于预设的电压相角阈值，若是，则微电网继续以并网模式运行；否则，微电网切换至孤岛模式并断开微电网的并网开关。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。