专利名称：一种应用有机朗肯循环的微电网系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及微电网技术领域，特别是涉及一种应用有机朗肯循环的微电网系统及其控制方法。
背景技术：
微电网是解决世界上广大偏远农村、边远牧区和孤立海岛等弱电区甚至无电区供电问题的重要技术手段，而微电网往往包含多种分布式电源。常见的分布式电源包括风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、和生物质发电系统等，其中风电系统和光伏发电系统等不可控电源的出力受自然条件的影响较大，而柴油发电系统、储能系统和生物质发电系统等可控电源的出力具备较好的可调度性。为了使微电网系统实现更加稳定可靠的电力供应，目前的实际工程中常常采用柴油发电机组作为主电源。考虑到发电效率和机组的稳定性要求，柴油发电机组还应预留足够的旋转功率备用，用来平抑间歇性可再生能源的波动及系统扰动。所以，在实际应用中，柴油发电机组的平均出力在整个微电网系统负荷需求中一直占有较高比重，大多数超过50%，这就导致目前工程中·柴油消耗大，发电成本高，并且不利于环境保护。此外，还可以通过电池储能系统来实现间歇性新能源出力的能量搬运，实现对负荷的跟随，但长期运行的代价昂贵，效果有限。目前，在国内外生物质资源丰富的广大地区，已逐渐开始推广生物质发电，但基本上都按全功率方式作为一个稳定电源点并入大电网。其中，常规生物质直燃发电系统的容量较大，基本在数十兆瓦以上，成本高且低出力水平运行特性较差；常规生物质气化发电系统虽然适合于较小功率的发电场合，但可靠性较差，自动化程度低，运维工作量大；因而常规生物质发电技术不能很好适应独立微电网系统的技术要求。由此可见，现有的微电网系统在结构与使用上仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可将风电等新能源与生物质发电技术有效结合，降低柴油消耗且稳定性好的新的微电网系统及其控制方法，实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种应用有机朗肯循环的微电网系统及其控制方法，增加柴油发电系统的旋转备用容量，使微电网系统实现更加稳定可靠的电力供应，更具有经济环保效益，从而克服现有的微电网稳定性差、运行成本高的不足。为解决上述技术问题，本发明提供一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，所述的微电网系统包括主电源、生物质有机朗肯循环发电系统、间歇性发电系统和储能系统，所述的主电源承担微电网系统功率的暂态高频波动，所述的生物质有机朗肯发电循环发电系统承担微电网系统功率的稳态低频波动。作为本发明的一种改进，本发明还可通过下述方案实现:所述的生物质有机朗肯循环发电系统的功率指令P.(T)=Ptot (T)-CXPllrated^中(T)为在T时刻之前的AT时间内，微电网系统中所有负荷与间歇性发电系统总出力的差值；PDratral为主电源的额定功率；AT为生物质有机朗肯循环发电系统的功率指令步长；C取30% 60%O若P.(TX C’ X PoECrated P0RCrated为生物质有机朗肯循环发电系统的额定功率，则生物质有机朗肯循环发电系统的瞬时出力P.(t)=c’ XPOT&atral，并通过储能系统充电，储能系统充电完毕则控制间歇性发电系统限功率运行；若P.(T)彡C’ XPoECrated^'JPoEC⑴=Poec (T);其中，C，取 5% 20%。所述的C，取10%。所述的Λ T为5 10分钟。所述的间歇性发电系统为风力发电系统、光伏发电系统、海洋潮汐能发电系统或其组合；所述的主电源为柴油发电系统或小型水电系统或其组合。此外，本发明还提供了一种应用有机朗肯循环的微电网系统包括:主电源、生物质有机朗肯循环发电系统、间歇性发电系统、储能系统、采用上述方法的微电网控制单元以及连接所述各系统、并将微电网系统与本地负荷连接的交流母线。作为一种改进，所述的间歇性发电系统为风力发电系统、光伏发电系统、海洋潮汐能发电系统或其组合。所述的主电源为柴油发电系统或小型水电系统或其组合。采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点:1、本发明将生物质有机朗肯循环发电系统通过有效的控制方式接入到柴油发电系统为主电源的微电网系统,极大地开拓了其在独立微电网系统中的应用。
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2、本发明中的生物质有机朗肯循环发电系统，系统可靠，运维简单，非常适合于生物质资源丰富的广大林牧业地区，并可为当地创造相应的就业机会，具有很好的社会和经济示范效应。3、本发明通过生物质有机朗肯循环发电系统跟随负荷及间歇性新能源的出力的低频波动，来承担系统一定比例的稳定负荷，尽可能降低柴油发电系统的出力，一方面，增加柴油发电系统的旋转备用容量，提高系统的稳定性；另一方面，减少柴油发电系统的燃油消耗，提高系统的经济效益及环保示范效应。
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明应用有机朗肯循环的微电网系统组成示意图。
具体实施例方式参照图1所示，本发明提供的一种应用有机朗肯循环的微电网系统，包括:主电源、生物质有机朗肯循环发电系统、间歇性发电系统、储能系统、微电网控制单元以及连接各发电系统、并将微电网系统与本地负荷连接的交流母线。其中，间歇性发电系统可采用风力发电系统、光伏发电系统、海洋潮汐能发电系统等新能源发电形式，也可上述几种间歇性发电系统同时使用，分别与微电网控制单元连接。主电源可以是柴油发电系统、小水电系统等的一个或多个系统并联。微电网控制单元通过各个分布式电源的开关控制各发电系统的运行和功率，以控制微电网系统的总输出满足总负荷需求。整个微电网系统由微电网控制单元控制，以下以间歇性发电系统采用风力发电系统和光伏发电系统、主电源采用柴油发电系统为例，来具体说明本发明的控制方法如下:本发明提供的微电网系统中，生物质有机朗肯循环发电系统作为柴油发电系统的补充电源长期运行，与柴油发电系统共同承担微电网系统中的风力发电系统、光伏发电系统和本地负荷的功率波动；其中，柴油发电系统的功率响应特性优于生物质有机朗肯循环发电系统，且其有最小输出功率限值，一般为30%的额定功率(PDrated)。本实施例中提出的微电网系统中的柴油发电系统出力水平控制在额定功率的50%，这样既可以为净负荷的突然增减保留一定旋转备用，又可以大大降低柴油发电系统的长期出力水平。生物质有机朗肯循环发电系统的功率响应特性一般，但可以按照相对较慢的响应速度来调整其出力水平，本实施例中，其最小输出功率限值为额定功率P—的10%。本发明中，所述净负荷Puirt为微电网系统中所有负荷Pl-与风力发电系统出力Pwind和光伏发电系统出力Ppv之和之间的差值，记作Ptot=Pkjad- (Pwind+Ppv)。本实施例中，系统根据净负荷和柴油发电系统目标出力的差值，按照分钟级的时间步长向生物质有机朗肯循环发电系统下发功率指令:Porc (T)-PLnet (T)-50%XPDratedPoec (T)表示生物质有机朗肯循环发电系统在T时刻的功率指令；PLnet (T)表示微电网系统在T时刻之前的AT时间内的平均净负荷；Pllrated表示柴油发电系统的额定功率；AT表示生物质有机朗肯循环发电系统的功率指令步长，通常为分钟级，例如5 10分钟。若Puirt (T) -50%XPnrated < 10%XPOECrated,则维持生物质有机朗肯循环发电系统按10%的额定功率运行，并通过储能系统存储多余的风电、光伏能源，甚至放弃部分风电、光伏能源；若Puirt (T) -50%XPnrated彡10%XPOECrated,则可以让生物质有机朗肯循环发电系统跟随微电网系统中净负荷的低频波动，从而主要承担部分基本供电负荷。优先利用储能系统放电，当净负荷较小时，生物质发电系统出力处于低功率水平，确保间歇性新能源的利用率；当净负荷较大时，提高生物质发电系统的出力水平，以保证充足的负荷电力供应，同时大大降低柴油发电系统的长期出力水平。工作于定功率控制模式的生物质有机朗肯循环发电系统在接收到功率指令之后的瞬时出力记为Pqkc (t)，则柴油发电系统的瞬出力为:Pd (t)=PLnet (t)-Poec (t)，这样柴油发电系统就可以预留更多的旋转备用容量，主要用来实时响应负荷和间歇性电源的瞬时功率波动，其长期出力水平基本维持在50%的额定功率，并能承受一定的短时过载。本发明可显著降低柴油的消耗，减少污染物排放，具有明显的经济和环保效应，进一步优化微电网系统的能源配置结构。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，在本实施例基础上增加或减少其他分布式发电系统，或是改变其他分布式发电系统均可实现本发明方案。本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，所述的微电网系统包括主电源、生物质有机朗肯循环发电系统、间歇性发电系统和储能系统，其特征在于: 所述的主电源承担微电网系统功率的暂态高频波动，所述的生物质有机朗肯发电循环发电系统承担微电网系统功率的稳态低频波动。
2.根据权利要求1所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，其特征在于所述的生物质有机朗肯循环发电系统的功率指令P.(T)=Ptot (T)-CXPllrated，其中: PLnet (T)为在T时刻之前的AT时间内，微电网系统中所有负荷与间歇性发电系统总出力的差值； PDrated为主电源的额定功率； AT为生物质有机朗肯循环发电系统的功率指令步长；C 取 30% 60%ο
3.根据权利要求2所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，其特征在于: 若P哪(T)〈C’ XP-，Ptffitoted为生物质有机朗肯循环发电系统的额定功率，则生物质有机朗肯循环发电系统的瞬时出力P.(t)=c’ XP—，并通过储能系统充电，储能系统充电完毕则控制间歇性发电系统限功率运行；若 P.(T) SC，X Ptfficrated，则 P.⑴=Pokc (T); 其中，C，取5% 20%。
4.根据权利要求3所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，其特征在于所述的C’取10%。
5.根据权利要求2所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，其特征在于所述的C取50%。
6.根据权利要求2所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，其特征在于所述的Λ T为5 10分钟。
7.根据权利要求1所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统的控制方法，其特征在于: 所述的间歇性发电系统为风力发电系统、光伏发电系统、海洋潮汐能发电系统或其组合； 所述的主电源为柴油发电系统或小型水电系统或其组合。
8.—种应用有机朗肯循环的微电网系统,其特征在于包括:主电源、生物质有机朗肯循环发电系统、间歇性发电系统、储能系统、采用权利要求1-7中任一项所述方法的微电网控制单元以及连接所述各系统、并将微电网系统与本地负荷连接的交流母线。
9.根据权利要求8所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统，其特征在于:所述的间歇性发电系统为风力发电系统、光伏发电系统、海洋潮汐能发电系统或其组合。
10.根据权利要求8所述的一种应用有机朗肯循环的微电网系统，其特征在于:所述的主电源为柴油发电系统或小型水电系统或其组合。
全文摘要
本发明是涉及一种应用有机朗肯循环的微电网系统及其控制方法，该方法的主电源承担微电网系统功率的暂态高频波动，生物质有机朗肯发电循环发电系统承担微电网系统功率的稳态低频波动。该系统包括主电源、生物质有机朗肯循环发电系统、间歇性发电系统、储能系统、采用上述方法的微电网控制单元以及连接所述各系统、并将微电网系统与本地负荷连接的交流母线。本发明的微电网系统功率响应特性好，设备可靠性和自动化程度高，运维工作量小，综合能效利用率高。
文档编号H02J3/28GK103117561SQ20131007885
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者周志超, 张莹博, 许伟, 潘磊, 施文江 申请人:国电联合动力技术有限公司