专利名称：层级分布式电网系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能电网技术领域，特别是涉及一种层级分布式电网系统。
背景技术：
近年来，智能电网作为各国的国家战略发展之一，受到持续关注。所谓“智能电网”，是指一种可以更智能地获取和分配电力的电网系统。智能电网容许各种不同类型发电和储能系统的接入，促使电力市场蓬勃发展。智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场。此外， 智能电网优化其资产应用，使运行更加高效。把传统电网改造成为新一代安全、高效与环保的智能电网，并形成新的技术产业， 是国家经济转型的一个重要途径，被视作重塑经济与能源格局的重要动力。智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。分布式电源(DER)的种类很多，包括小水电、风力发电、光伏电源、燃料电池和储能装置。由于分布式电源(如太阳能和风能发电)受自然条件的影响，电能输出不连续也极不稳定。为解决这一问题，电厂必须在蓄电及逆变送电方面花费大量投资，而且效果也不太理想，造成很大浪费。如何最大发挥清洁能源的投资效益，如何使不稳定的电源能满足人们使用的需要，是清洁能源有效利用的全球关注的问题。一般来说，分布式电源(DER)其容量从IkW到10丽。配电网中的分布式电源(DER)由于靠近负荷中心，降低了对电网扩展的需要，并提高了供电可靠性，因此得到广泛采用。特别是有助于减轻温室效应的分布式可再生能源，在许多国家政府政策上的大力支持下，迅速增长。大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行，彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点，要求系统使用新的保护方案、电压控制、仪表以及更加智能化的新型供电网络来满足双向潮流的需要。由于智能电表是基于现有电力供应系统基础上，加之现有技术与产品的局限和不足，这种基于现有电网基础的供电方式是通过集中管理模式进行智能化供电，虽然可以有限地实现精细化供电和指导用户明白省钱地用电，使其实现的智能电网其效果十分有限， 智能电网及技术的很多优势还不能实现。对于现有电网来说，用户很难自由地接入风电和太阳能电等清洁能源，更难完成智能化实时调配供电和用电计划，分布式电源(DER)与现有电网的融合，如果还是只有现有电力供应方参与，就很难摆脱上述模式的束缚，很难有突破性进展，如太阳能和风能发电受自然条件的影响，电能输出不连续也极不稳定，为解决这一问题，电厂必须在蓄电及逆变送电方面花费大量投资，而且效果也不太理想，造成不小的浪费，不能最大发挥清洁能源的投资效益，而且也不能达到激励用户的效果。为了实现更加先进、更加有效的智能电网。为此，本实用新型提出了一种层级分布式电源智能电网系统。
实用新型内容为克服现有技术的上述不足，本实用新型构造了一种智能电网，使其具有可自愈、 有实时监测与计量调度、会激励用户、能抵御攻击、容许包括新能源在内的各种不同发电形式的接入和互联互供。本实用新型的层级分布式电源智能电网系统的设计要点是该电源智能电网系统采用信息处理单元、调度单元、分布式电源接入单元、参数测量模块、负荷输出单元和节点参数通信单元、以及由多组单组可控蓄电池组成的蓄电池组构成层级分布式电源智能电网的单元系统。本实用新型的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，该电源智能电网系统包括具有如下元件的的单元系统信息处理单元；调度单元；分布式电源接入单元；参数测量单元；负荷输出单元；节点参数通信单元，以及由多组单组可控蓄电池组成的蓄电池组； 其中，所述信息处理单元通过系统总线电路与调度单元、节点参数通信单元、参数测量单元相连，并通过节点参数通信单元或通过电脑网络与节点参数通信单元相连；对参数测量单元采集的参数测量数据信息和节点参数通信单元收到的实时数据信息，是根据预先通过程序与数据存储器存储的软件以及键控电路设定的数据信息和要求进行分析、处理，并发出相应配电调度指令；其中，所述信息处理单元、调度单元、分布式电源接入单元、参数测量单元、负荷输出单元和电网节点参数双向智能通信单元，均采用以微处理器为核心的嵌入式系统，并分别具有独立的CPU处理器。根据上述层级分布式电源智能电网系统，在所述单元系统中，通过将底层单元系统的分布式电源接入单元与上层或同层单元系统的负荷输出单元相连接，将底层单元系统的负荷输出单元与上层或同层单元系统的相应的分布式电源接入单元相连接，以及将各单元系统的节点参数通信单元通过电脑网络与无线/有线通信网相连接，构成所示层级分布式电源智能电网系统。本实用新型的层级分布式电源智能电网系统具有可自愈、有实时监测与计量调度，会激励用户、能抵御攻击、容许包括新能源在内的各种不同发电形式的接入和互联互供等优点；在智能电网中，用户还可以反客为主，成为供电者，使用户屋顶的太阳能电板生产的电力传至电网统一配送，为用户创造价值。
图1为本实用新型的单元系统框图；图2为本实用新型的一个单元系统与上层级单元系统连接组网框图，图中A、B为系统单元；图3为本实用新型的典型组网框图；图4为本实用新型的信息处理单元的原理框图；图5为本实用新型的调度单元的原理框图；图6为本实用新型的分布式能源接入单元的原理框图；图7为本实用新型的参数测量单元的原理框图；图8为本实用新型的负荷输出单元的原理框图；[0021]图9为本实用新型的节点参数通信单元的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的层级分布式电源智能电网系统的单元系统包括信息处理单元11、调度单元12、分布式能源接入单元13、参数测量单元14、负荷输出单元15和节点参数通信单元16，以及由多组单组可控的蓄电池所组成的蓄电池组17。如图2所示，在本实施例中，一个层级分布式电源智能电网系统的单元系统与上层级单元系统连接。作为实例，图2示出了层级分布式电源智能电网系统的单元系统A和上层级单元系统B连接组网的示意图。作为实例，本实用新型的单元系统A可以包括信息处理单元11、智能调度单元 12、分布式能源接入单元13、参数测量单元14、负荷输出单元15、节点参数通信单元16、多组蓄电池组17、INTNET网络08、无线/有线通信网09组成；上层级单元系统B主要由信息处理单元21、智能调度单元22、分布式能源接入单元23、参数测量单元M、负荷输出单元 25、节点参数通信单元沈、多组蓄电池组27、INTNET网络08、无线/有线通信网09。通过单元系统A的分布式能源接入单元13与上层级单元系统B的负荷输出单元 25，以及由单元系统A的节点参数通信单元16通过INTNET网络08或无线/有线通信网09 与上层级单元系统B的节点参数通信单元沈的连接，实现了上述层级分布式电源智能电网系统的单元系统A和上层级单元系统B的连接组网。图3是层级分布式电源智能电网系统典型组网示意图。如图3所示，上一层级单元系统All的负荷输出单元115与下一层级每个组网的单元系统B的分布式能源接入单元 213、223、……、2n3分别相连；上一层级单元系统All的分布式能源接入单元113与下一层级每个组网的单元系统B的负荷输出单元215、225、……、2n5分别相连；下一层级单元系统B21的负荷输出单元215与同一层级单元系统B22的分布式能源接入单元223相连、 下一层级单元系统B22的负荷输出单元225与同一层级单元系统B23的分布式能源接入单元233相连、……、下一层级单元系统B2. n-1的负荷输出单元2. n-1. 5与同一层级单元系统B2n的分布式能源接入单元2n3相连、下一层级单元系统B2n的负荷输出单元2n5与同一层级单元系统B21的分布式能源接入单元213相连；上一层级单元系统All的节点参数通信单元116通过INTNET网络08或无线/有线通信网09与下一层级每个组网的单元系统B21、B22、……、Β&ι的节点参数通信单元216、226、……、2n6分别相连。接下来，将参照附图，说明本实用新型的层级分布式电源智能电网系统的单元系统的主要元件(例如，信息处理单元11、调度单元12、分布式电源接入单元13、参数测量单元14、负荷输出单元15、节点参数通信单元16和蓄电池组17)的结构。如图4所示，信息处理单元11以微处理器1101为主，通过总线1112与程序与数据存储器1102，通信驱动与选通电路1103，I/O驱动电路1104，外接存储器接口电路1105， 时钟1106和单元电源电路1107相连；通信驱动与选通电路1103还与标准通信电路与接口 1108及系统总线电路与接口 1109相连。I/O驱动电路1104连接显示电路1110和键控电路1111，通过系统总线电路与接口 1109连接参数测量单元14，对安装在分布式能源接入单元13和负荷输出单元15以及连接多组单组可控的蓄电池组成的蓄电池组17的调度单元 12上的每个输入和每个输出线路上的传感器信息进行采集并分析处理，并通过节点参数通
6信单元16及电脑网络08和无线/有线通信网09实时与供电方交互信息，根据接收的供电信息和分类分时电价数据以及实时监测的多能源供电参数进行比对形成配电指令，该配电指令传送给分布式能源接入单元13和负荷输出单元15，依配电指令对每个输入和每个输出线路上的可电控开关进行通断控制，完成电力调配的指令调配要求。图5和图6分别示出调度单元12和分布式电源接入单元13的结构。如图5所示，调度单元12以微处理器1201为核心，通过总线1214与存储器1202、 时钟1203、单元电源1204、A/D-D/A电路1205、可电控开关组1211、I/O驱动电路1208、通信驱动与选通电路1213相连；并由I/O驱动电路1208与充电电路1209、逆变电路1210相连；由A/D-D/A电路1205与传感器组电路1206相连；蓄电池接口组1207在连接充电电路 1209和逆变电路1210的同时，还与可电控开关组1211和传感器组电路1206相连；系统总线电路与接口 1212与通信驱动与选通电路1213相连；通过系统总线电路与接口 1212与分布式能源接入单元13及负荷输出单元15相连，根据信息处理单元11发送的电力调度指令与要求发出调度驱动指令，分布式能源接入单元13及负荷输出单元15接到指令后，完成可电控执行同步通断的智能开关的相应控制；设有多端口充电电路和多端口逆变电路且每个端口设有一个可电控执行同步通断的智能开关，并且与蓄电池相连，根据信息处理单元11 发送的充电、变电调度指令与要求控制各组充电电路和逆变电路上智能开关的通断。如图6所示，分布式电源接入单元13以微处理器1301为核心，通过总线1311与多传感器电路1302，保护电路及可电控开关组1304，通信驱动与选通电路1305，时钟1308，单元电源电路1309和存储器1310相连；分布式电源接入端口组1303与多传感器电路1302， 在电源接入端口组1303的每个输入端口均与保护电路及可电控开关组1304相连；系统总线与接口 1306和标准数字通信电路与接口 1307连接在通信驱动与选通电路1305上；分布式电源接入单元13的特征是具有多种电源输入的端口，且每个端口供电线路上装有用于监测电参数和温度参数的传感器，以及由具有保护电路的可电控开关组1304构成的可电控执行同步通断的智能开关并通过系统总线与接口 1306受控于调度单元12。图7示出参数测量单元14的示例性结构。该参数测量单元14由微处理器1401 构成嵌入式系统，并通过总线1410连接存储器1402，A/D-D/A电路1403，通信驱动与选通电路1405，时钟电路1408和单元电源电路1409 ；由A/D-D/A电路1403连接参数测量电路与接口组1404 ；由通信驱动与选通电路1405与系统总线与接口 1406和标准数字通信电路与接口 1407相连；通过系统总线与接口 1406及参数测量电路与接口组1404与安装在多种电源输入的各端口以及充电电路和逆变电路的供电线路上用于监测电参数和温度参数的传感器相连，采集传感器电路发出的传感信号，并通过模数转换电路A/D-D/A电路1403将传感信号转换成数据信息，由微处理器处理后供信息处理单元11使用。此外，如图8所示，负荷输出单元15以微处理器1501为控制核心，通过总线1513 连接存储器1502，时钟1503，单元电源电路1504，传感器组电路1505，计量电路1507，I/O 驱动电路1508和通信驱动与选通电路1509 ；由I/O驱动电路1508连接输入电力控制开关组1511和输出电力控制开关组1512，在输入电力控制开关组1511和输出电力控制开关组 1512还分别设有电力输入输出保护电路及端口组1506;在电力输入输出保护电路及端口组1506的端口内侧分别与传感器组电路1505和计量电路1507相连接；由通信驱动与选通电路1509与系统总线接口 1510连接；其特点是由电力输入输出保护电路及端口组1506提供多种用户标准电源输出的各端口，且每个端口供电线路上装有可电控执行同步开断的智能开关输入电力控制开关组1511，输出电力控制开关组1512，并受控于微处理器1501以此完成柔性交流输电和轻型直流输电的电力调配输出。图9示出节点参数通信单元16。该节点参数通信单元16以微处理器1601构成的嵌入式系统为核心，通过总线1612与I/O驱动电路1602，通信驱动与选通电路1603，存储器1604，时钟1605及单元电源电路1606相连；再由I/O驱动电路1602分别连接无线通信电路与接口 1607，网络通信电路与接口 1608及电信通信电路与接口 1609 ；由通信驱动与选通电路1603与系统总线接口电路1610及标准通信电路与接口 1611相连；其特征在于通过无线通信电路与接口 1607，网络通信电路与接口 1608，电信通信电路与接口 1609、通信驱动与选通电路1603及标准通信电路与接口 1611与标准的RS485、RS232、USB、INTNET电脑网络以及GSM、CDMA、3G和ISDN的无线/有线通信网相连，或通过相应接口与内部专用电脑网络相连，实现与同层或上层或下层的节点参数通信单元相连，集成为分布式电网通信系统，进行高速、双向、实时及动态智能通信。此外，对于蓄电池组17，本实用新型设置了多组单组可控蓄电池组成的蓄电池组 17，多组单组可控的蓄电池组按四个工作状态设定为工作蓄电池组、就绪蓄电池组、准备蓄电池组以及一组以上的备用蓄电池组构成，每组蓄电池的工作状态由相连的调度单元12 根据设有的监测电参数和温度参数的传感器组电路1206采集的相应参数进行设定，并通过可电控执行同步通断的智能开关组1211与充电电路1209和逆变电路1210进行通断控制。本实用新型的系统建立后，将分布式电源的多种电源分别独立接入分布式电源接入单元的相应接口上，再根据需要将用电器接在智能调控负荷单元的输出接口上。并且，由本层单元系统的分布式电源接入单元与同层及上层单元系统的负荷输出单元相连接，作为电力输入供应的一种；同时，由本层单元系统的负荷输出单元与同层及上层单元系统的分布式电源接入单元相连接，作为电力输出供应的一种。再由各单元系统的节点参数通信单元与电脑网络相连，就构成了层级分布式电源智能电网。系统开启后，先由信息处理单元对系统进行自检和初始化，并按约定和实时信息调用相应软件进行处理并生成配电方案及相应调度指令。如可预先设定授权人指定最先执行零能耗供电优先，低价供电次之，常规电再次之等，遇到某种电源故障时自动隔离故障电源的供电，调配接通其他次优的电源进行供电并发出相应故障信息通知相关部门。由于在分布式电源电网条件下，为了电网的灵活性和用户的自主性，每个单元都具有多个多种电源输入端口和多个多种电源输出端口，在正常运行时要同时完成多个任务的处理和控制；为此，本实用新型的层级分布式电源智能电网系统的单元系统，各单元都具有独立的微处理器，分别对预先通过软件设定的评判数据、比对和计算方法或根据实时接收和量测电力参数、供电计划和阶梯电价的数据信息自动进行连续不断的动态更新，在运行中对在线数据信号按照软件设定的方法进行相应处理和评判，及时评测电网供电质量和优化各种能源电力的组合配电，发现已经存在的或将会发生的问题，立即按照软件设定的方法自动采取措施重新配电及调度，实时加以控制或纠正，通过系统总线以异步通信方式实现单元系统各功能单元并行的智能化管控。本实用新型的层级分布式电源智能电网系统会按设置的方式自动实现智能化管控；并可以根据实时通信信息、授权人指定或采集的信息进行处理后，动态生成的新配电方案，重新调整并发出供电和用电的新配电指令。使系统始终保持最佳和最省成本的最合理用电模式，为用户节省费用，为社会节省资源，大大提高分布式能源的利用率；不仅分散了分布式能源电网的投资，而且减少分布式电源使用的投资成本。 以上所述的结构和处理仅仅是示例性的，而并非用于限制本实用新型的范围。本领域的技术人员可以理解，可以对本实用新型进行各种改动，而不脱离本实用新型的精神和范围。
权利要求1.一种层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，该电源智能电网系统包括具有如下元件的单元系统信息处理单元； 调度单元；分布式电源接入单元；参数测量单元；负荷输出单元；节点参数通信单元，以及由多组单组可控蓄电池组成的蓄电池组；其中，所述信息处理单元通过系统总线电路与调度单元、节点参数通信单元、参数测量单元相连，并通过节点参数通信单元或通过电脑网络与节点参数通信单元相连；对参数测量单元采集的参数测量数据信息和节点参数通信单元收到的实时数据信息，是根据预先通过程序与数据存储器存储的软件以及键控电路设定的数据信息和要求进行分析、处理，并发出相应配电调度指令；其中，所述信息处理单元、调度单元、分布式电源接入单元、参数测量单元、负荷输出单元和电网节点参数双向智能通信单元，均采用以微处理器为核心的嵌入式系统，并分别具有独立的CPU处理器。
2.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于所述单元系统中，通过将底层单元系统的分布式电源接入单元与上层或同层单元系统的负荷输出单元相连接，将底层单元系统的负荷输出单元与上层或同层单元系统的相应的分布式电源接入单元相连接，以及将各单元系统的节点参数通信单元通过电脑网络与无线 /有线通信网相连接，构成所示层级分布式电源智能电网系统。
3.根据权利要求1的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于所述调度单元设有微处理器、存储器、时钟、单元电源电路、A/D-D/A电路、传感器组电路、蓄电池接口组、I/O驱动电路、充电电路、逆变电路、可电控开关组、系统总线电路与接口、通信驱动与选通电路、总线；并且通过系统总线电路与接口与分布式电源接入单元及负荷输出单元相连，根据信息处理单元发送的电力调度指令和要求发出调度驱动指令，分布式电源接入单元及负荷输出单元接到指令后，完成可电控执行同步通断的智能开关的相应控制；设有多端口充电电路和多端口逆变电路，且每个端口设有一个可电控执行同步通断的智能开关，所述端口与蓄电池相连，根据信息处理单元发送的充电、变电及放电调度指令和要求控制各组充电电路和逆变电路上智能开关的通断。
4.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，所述单元系统的信息处理单元设有微处理器、程序与数据存储器、通信驱动与选通电路、I/O驱动电路、外接存储器接口电路、时钟、单元电源电路、标准通信电路与接口、系统总线电路与接口、显示电路、键控电路、总线，并且，通过系统总线电路与接连接参数测量单元，对安装在分布式电源接入单元和负荷输出单元，以及连接蓄电池组的调度单元上的每个输入和每个输出线路的传感器信息进行采集并分析处理，并通过节点参数通信单元及电脑网络和无线/有线通信网实时与供电方的信息系统交互信息，根据接收的供电信息、分类分时电价数据以及实时监测的多能源供电参数进行比对形成配电指令，该配电指令传送给分布式电源接入单元和负荷输出单元，依配电指令对每个输入和每个输出线路上的可电控执行同步通断的智能开关控制，完成电力调配指令的调配要求。
5.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，所述节点参数通信单元设有微处理器、I/O驱动电路、通信驱动与选通电路、存储器、 时钟、单元电源电路、无线通信电路与接口、网络通信电路与接口、电信通信电路与接口、系统总线接口电路、标准通信电路与接口、总线，通过无线通信电路与接口、网络通信电路与接口、电信通信电路与接口、通信驱动与选通电路及标准通信电路与接口与标准的RS485、 RS232、USB、INTNET电脑网络，以及GSM、CDMA、3G和ISDN的无线/有线通信网相连，或通过相应接口与内部专用的电脑网络相连，实现与节点参数通信单元相连，集成为分布式电网通信系统，进行高速、双向、实时及动态智能通信。
6.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，所述参数测量单元设有微处理器、存储器、A/D-D/A电路、参数测量电路与接口组、通信驱动与选通电路、系统总线电路与接口、标准数字通信电路与接口、时钟电路、单元电源电路、总线；通过系统总线电路与接口及参数测量电路与接口组与安装在多种电源输入的各端口以及充电电路和逆变电路的供电线路上用于监测电参数和温度参数的传感器相连，采集传感器电路发出的传感信号，并通过模数转换A/D-D/A电路，将传感信号转换成数据信息，由微处理器处理后供信息处理单元使用。
7.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，所述负荷输出单元设有微处理器、存储器、时钟、单元电源电路、传感器组电路、电力输入输出保护电路及端口组、计量电路、I/O驱动电路、通信驱动与选通电路、系统总线接口电路、输入电力控制开关组、输出电力控制开关组、总线，由电力输入输出保护电路及端口组提供多种用户标准电源输出的各端口，且每个端口供电线路上装有可电控执行同步通断的智能开关输入电力控制开关组、输出电力控制开关组，并受控于微处理器以此配合调度单元完成柔性交流输电和轻型直流输电的电力调配输出。
8.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，所述分布式电源接入单元设有微处理器、多传感器电路、电源接入端口组、保护电路及可电控开关组、通信驱动与选通电路、系统总线电路与接口、标准数字通信电路与接口、时钟、单元电源电路、存储器、总线，具有多种电源输入的端口，且每个端口供电线路上装有用于监测电参数和温度参数的传感器，以及由具有保护电路的可电控开关组构成的可电控执行同步通断的智能开关通过系统总线电路与接口受控于调度单元。
9.根据权利要求1所述的层级分布式电源智能电网系统，其特征在于，所述多组单组可控蓄电池组成的蓄电池组按四个工作状态设定为工作蓄电池组、就绪蓄电池组、准备蓄电池组以及一组以上的备用蓄电池组构成，每组蓄电池的工作状态由相连的调度单元根据设有的监测电参数和温度参数的传感器组电路采集的相应参数进行设定，并通过同步通断的可电控开关组与充电电路、逆变电路进行通断控制。
专利摘要本实用新型提供了一种层级分布式电源智能电网系统，其单元系统包括参数测量单元、节点参数通信单元、信息处理单元、调度单元、分布式能源接入单元和负荷输出单元，以及由多组单组可控蓄电池组成的蓄电池组。底层的一个单元系统与同层或上层的单元系统相连接，构成层级分布式电源智能电网系统。
文档编号H02J13/00GK202009272SQ20112014622
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者叶敏 申请人:杭州绿安智能电网技术有限公司