分布式电源电网的制作方法

本实用新型涉及分布式电源、新能源、传统能源的利用领域，尤指一种利用分布式电源、新能源、可再生能源的分布采集,对国家电网进行补充的分布式电源电网。

背景技术：

多年来，电力系统主要依靠大型发电厂及超高压长距离输电线路，集中向中心供电，以满足快速增长的电力需求。这种方式需要较长的工程建设时间，耗资巨大，消耗大量的一次能源，并且影响生态环境。另一方面，集中供电模式存在大停电的可能性，一旦发生会导致巨大的经济损失，近年来国内外的若干大停电事故证明了这一点。因此，利用风力、太阳能等清洁能源发电的分布式发电(Distributed Generation,DG)技术开始受到重视。分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和合理使用清洁能源的特点，能够减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景。然而，大量分布式发电并网有可能造成电力系统对其不可控制的局面，并引发相应的电能质量、电网安全稳定性等诸多问题，因此，近两年来电网“弃风弃光”的愈演愈烈，甚至出现了大面积的分布式电源闲置，严重的浪费了社会财富.

正如道路有国道、省道、乡村道路，不同的道路其迎合的车辆不同，这些车辆对道路的需求也不同，小型手扶车和三马子也没有必要建设过高标准的道路，因此，各个等级的道路标准和质量也有所差别，这可以节省建造成本。目前在我国，任何等级和容量的电源，其输送通道都是国家电网，从大型火电、核电、水电，到风电、太阳能、生物质、燃气电站等，只要通过电网传输，就只有一个国家电网的通道，由此，对于上网电源的要求也只有一个上网规约的标准，对于近年来兴起的分布式电源，如风电、太阳能发电、生物质发电等，本来发电量及单机容量就小，结果要通过国家电网的通道传输到用户终端，那么就要迎合电网标准要求，也因此要额外花很多钱进行逆变等一系列复杂的交变过程，但是，到头来电网还在一个劲叫唤“垃圾电”对电网带来的伤害，也由此排斥、抵触分布式电源入网。对于分布式电源风电和太阳能发电而言，就是大面积、大量的“甩风弃光”，以至于花很多钱建设的风力发电站和太阳能发电站白白闲置，造成事实上的资源浪费，国家和用户承担了不该承担的代价。从这个意义上来说，不管是发电场还是电网都是受害者，都有诉不完的苦衷；另一方面，作为普通消费者的老百姓，其日常消费就是电灯泡和电磁炉等纯电阻性负载，电压220v，或者230v，或者240v，频率50Hz，抑或45Hz，55Hz，对其生活质量都不会带来太多的影响和伤害，但由于独家供电，具有的绝对垄断地位，加之，电网调度听似非常智能先进，但其实际技术手段仍然停留在人工调度决策的层面，因此，细分电价、降低电价对于这么一个庞大的系统，几乎成为不可能，电价随着物价的暴涨，一分都少不了。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种分布式电源电网。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案是：一种分布式电源电网，包括若干个分布式电源装置，所述的分布式电源装置用于产生电力，所述的若干个分布式电源装置产生电力后采用并联式集中直流升压并网从而形成直流输配电网，所述的直流输配电网相对于交流配电网独立而直接输送至终端用户，和/或并网至交流配电网后同线传输送至终端用户。

优选地，所述的直流输配电网通过升压变电站升压后经输电线路输送至降压变电站，经降压变电站降压后输送至终端用户。

优选地，还包括智能化能源调度控制系统，所述智能化能源调度控制系统可实现分布式电源电网电力供应。

优选地，所述的分布式电源装置为分布式水力发电装置和/或风力发电装置和/或光伏发电装置和/或柴油发电机装置和/或微型燃气轮机装置和/或生物质发电装置。

优选地，所述的分布式水力发电站装置、风力发电装置、光伏发电装置、柴油发电机装置、微型燃气轮机装置分别连接直流负载和能源存储设备。

优选地，所述的分布式水力发电装置包括至少一个蜂窝式水轮发电机和具有一定的流量和流速的水。

优选地，所述的光伏发电装置含有太阳能光伏发电装置或太阳能光热发电装置，或其组合，太阳能光伏发电装置电池种类选自晶硅电池、薄膜电池、其他形式，或其组合；所述其他形式的电池型式选自聚光砷化镓，或染料敏化电池，或铜锌锡硫，或量子点电池，或纳米线电池，或聚合物电池，或光热电概念，或上转换下转换概念，或热电子概念，所述晶硅电池的电池型式选自单晶硅电池，或多晶硅电池，或HIT异质结电池，或IBC/MWT/EWT背接触晶硅电池，或SE晶硅电池；所述薄膜电池的电池型式选自非晶硅薄膜电池，或非晶/微晶硅叠层薄膜电池，或碲化镉薄膜电池，或铜铟镓硒电池。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型为建设一个有别于现有国家电网(交流配电网)的分布式电源电网，以分布式水力发电为电源支撑，完全容纳以分散方式布置的、发电功率为几千瓦到数百兆瓦的小型模块式、与环境兼容的独立电源，包括生物能发电、燃气轮机、太阳能发电和光伏电池、燃料电池、风能发电、微机燃气轮机、内燃机等电源。分布式能源电网，可以跟现有国家电网用同线传输，目前我国电力传输基本采用交流传输，分布式电源电网传输采用直流传输。这个实现起来也很简单，只需要在用户端和供电侧各安装一个小型的直流调制和解调模块，就可以实现与大电网同线传输。分布式电源电网也可以独立工作。

分布式电源电网将从根本上改变我国电力系统的发展现状和现有能源体系，对现代电力系统的经济优化运行和降损节能具有重要的意义；对我国发电、输电、配电、用电、负荷构成、变电站建设以及调度系统等环节都将产生革命性的影响，其最终受益者将是每一个参与电网的企业，和每一个普通的电力消费者，是一个实现多方共赢的目标策略；分布式电源电网也将是我国内实现绿色低碳发展、应对气候变化、减少二氧化碳排放的绿色发展道路。具有降低二氧化碳排放、保护全球气候和国内改善环境、节约资源、实现可持续发展的协同效应。

分布式电源与传统大电网中的常规电源有很大的不同，主要有以下特点：

(1)形式多样、可灵活组合的、可实现分布式布局、更有利于生态健康发展；

(2)容量较小，通常为功率数千瓦至数兆瓦的小型模块式、与环境兼容的独立电源，就近布置在负荷附近；

(3)一般通过电力电子装置接入电网，具有即插即用的特点；

(4)稳态和暂态特性不同于常规大型同步发电机。微型燃气轮机、柴油发电机等分布式电源，无功电压支撑能力弱、转动惯量小。风力发电、光伏发电等不具备电压调节能力，频率和电压稳定控制难度大；

(5)大部分微电源是存在波动性、不完全可控电源，如风力发电、光伏发电。这些电源受自然条件的限制，波动幅度和速度常常大于电网中负荷的变化，对电网稳定性带来的扰动也常大于负荷波动带来的扰动。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型分布式电源装置并联式集中直流升压接入电网并与交流配电网同线传输送至终端用户示意图。

图3是本实用新型直流输配电网结构图。

标注说明：11.分布式水力发电站装置；12.风力发电装置；13.光伏发电装置；14.生物质能电机装置；15.微型燃气轮机装置；16.柴油发电机装置；2.能源存储设备；3.直流负载。

具体实施方式

请参阅图1-3所示，本实用新型关于一种分布式电源电网，包括分布式水力发电装置，所述的分布式水力发电站装置与风力发电装置、光伏发电装置、柴油发电机装置、微型燃气轮机装置、生物质能电机装置采用并联式集中直流升压并网后形成直流输配电网，所述的直流输配电网相对于交流配电网(国家电网)独立而直接输送至终端用户，和/或并网至交流配电网后同线传输送至终端用户。传统的燃煤发电、核电、天然气发电以及现有的风电及光伏发电，其特点都是集中的建在一个地方，有固定的输出功率，且只能输出大容量的电能，分布式水力发电装置、分布式风力发电装置、分布式太阳能的建设可以在距离用户比较近的地方，如分布式风力发电装置、分布式太阳能甚至可以直接安装在用户家中，省去了在电网中传输的损耗，如此一来可以直接给用户供电，当直接供电过剩时，又可以向电网提供电力。分布式水力发电装置不受水域限制，不需要建坝蓄水，在所有自然流态水域便能实现发电，只要有流动的水，并且有一定的流量和流速，就可以实现水力发电；分布式水力发电站系统优点突出，分散性强，即单站容量不大，但其资源到处存在，作为对传统水电的开发的发展和补充，其可开发容量巨大，是未来分布式电源的主要开发对象；水电在水源不枯竭的情况下，可以实现24小时不间断发电，且交其他分布式电源持久、稳定，可作为电网支撑电源；分布式水力发电开发规模灵活多样，且投资省，工期短，见效快，有利于调动多方面的积极性，适合国家鼓励、引导集体、企业和个人开发，是分布式电源发展的黄金资源，未来必是资金和技术热捧的焦点；分布式水力发电可以就近供电，就近消纳，不需要高电压大容量远距离输电，发电成本和供电成本较低；分布式水力发电是国际公认的可再生绿色能源，与其他可再生能源(太阳能、风能、生物质能等)相比，其技术成熟、造价低，非常适合为分散的边远农村供电及农村电气化建设，其开发利用有利于能源结构的调整优化，有利于人口、资源、环境的协调发展和经济社会可持续发展。分布式水力发电装置和分布式风力发电装置是现有技术，可采用本申请人专利201520144628.9、201520142409.7相关技术。

本实用新型可以采用直流输电方式向终端用户供电。交流输电以其电压易于变换、输送容量大和距离远的优势红火了近一个多世纪，近年来，随着交流电力系统规模不断扩大，输电电压等级渐渐升高，电网的互联也日趋复杂；另一方面，随着电力电子技术的不断发展，直流输电的主要器件—换流器造价的降低及其耐压值、过电流能力的提高，使得直流输电再次受到人们的热捧。与高压交流输电相比，直流输电在经济方面有线路造价低、线路损耗少的优点；在技术方面直流输电稳定、短路电流易于控制、调节快速可靠、节省输电走廊、可实现不同系统间的互联。直流输电可用于远距离大容量输电、不同频率和相位的交流系统间互联等。高压直流输电又具有快速可控的功率传输特性，能够实现在短时间内提供大功率和小信号调制，可用于提供紧急功率支援，平息交流系统的振荡，提高电网的稳定性。

与高压直流输电相比，高压交流输电存在着系统不稳定、可靠性问题不易解决、对环境影响大等缺陷。世界上发生的几次电网瓦解事故无不说明:采用交流互联的电网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。尤其是在特高压线路出现后，主网架难以形成，线路负载低，电源的集中送出的稳定性差等，导致下级电网只能闭环运行、受端电网短路电流较大，这些都严重威胁着电网的安全运行。

从以上比较可以看出：高压直流输电不存在固有功角稳定性问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；直流输电线的功率和电流的调节控制容易且迅速，还可以实现种类多样的调节、控制。不难看出，在我们日常生活和工农业生产过程中，如果有两条相互独立运行的直流电网和交流电网，他们各自独立，又相互辅助，他们在不同的领域和应用范围内各自发挥着自己的优点，却又在相互补充和支援。二者的综合应用、取长补短，必将使得电网供电更稳定可靠，使经济投资更加节省，使得不同性质和质量的电能可以寻求更适合的输电方式，无论是发电厂还是终端用户，都会得到最大的受益，是一个多赢的策略方案。

本实用新型专利所主张的方案是，分布式水电、风电、太阳能，以及其他所有被目前电网定义为“垃圾电”的电能，组成一条直流输配电网，给一些用电质量及参数要求不高的用户供电，比如普通老百姓家庭用电，与原来形成的大电网成为两条完全独立运行的电网。原大电网可以吸纳火电、中等以上的水电、核电等，容量大、质量高、参数稳定的电源点作为交流输配电网，为那些要求用电质量高、参数稳定，且负荷偏大的终端用户供电，比如工业生产加工厂、科研院所等。

本实用新型可以与交流电网(国家电网)同线传输向终端用户供电。

分布式电源只有并网运行才能发挥更大的优势和获得更大的发展。对分布式电源电网而言，其并网运行既可以通过与现有交流配电网同线传输实现，也可以通过架设轻型线路将分布式电源发出的电直接送到用电侧的形式。前者可以节约大量的输电线路建设成本，而后者需要架设新的线路，占用新的线路走廊。这两种并网运行方式对推动新型分布式电源的快速发展将会发挥巨大作用，分布式电源电网的并网运行，是现有并网运行方式的合理补充，是实现纯粹意义上的竞价上网的硬件保证，也必将推进新型分布式电源的快速发展。

交直流同线输电的基本思想是：在传统交流输电线路上通过一定的装置将直流功率调制成输电电压并馈送到交流输电线路中，在满足输电线路电气特性的情况下让交流和直流在同一输电线中传输；而在线路的另一侧再通过一定的装置将直流从输电线中解调出来并经逆变或降压后供给客户负载。由于三相导线同时叠加直流分量，因此导线之间线电压不会升高，不改变现有线路间档距，只是导线对地电压增加了一个直流分量。无论从技术上还是实际应用中，均可以完美解决传输问题，如此，可以大幅节约电网建设成本，杜绝了把大量建设成本转嫁给最终消费者。对我国能源革命来说，发展可再生能源，增加可再生能源份额是重头戏。而从此以后，可以终结电网“弃风弃光”的历史，全额消纳分布式“垃圾电”成为可能，阻碍电力行业发展的瓶颈得到解决，分布式电源的资源不再被浪费，分布式电源的发电成本将得到大幅度降低，终端客户将得到极大受益。

优选地，所述的直流输配电网通过升压变电站升压后经输电线路输送至降压变电站，经降压变电站降压后输送至终端用户。

把分布式电源电网整个系统中的每个元素都矢量化，并作为一个独立控制单元，基于互联网大数据运算的、完全脱离人工干预的、完全依靠自动化调度，能够消纳所有形式的“垃圾电”的电网系统。分布式电源电网是把分布式电源和它所供能的负荷以及电能转换、保护、监控等装置作为一个系统，形成一个完全智能的完整电网，以分布式水轮发电站为基础发电单元，把包括内燃机，微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电系统纳入其中，使之可以消纳光伏、风电这些可再生能源。不仅能够单独运行，而且可以并入其他电网。而且可以实现，当分布式电源电网中电源功能不足时可以通过外电网补充缺额，当分布式电源电网中电源发电量大时可以将多余电量输送给外电网。具体结构图如图1所示。

分布式电源电网的电力系统由发电厂、升压变电站、输电线路、降压变电站和用户组成。发电装置的出口电压从3.15KV到26KV不等。而且不同的电厂出口电压一般都不相等。这种电压等级不能直接提供给用户，所以都先要送往升压变电站，进行电能的汇集与分配。从升压变电站送出来的电能根据供电对象不同，传输距离不同可分为10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV等各种电压等级。一般而言，传输距离越远，电压等级越高(在输电距离和输电容量一定的条件下，选用较高的电压等级，能降低线路上的功率损失)。380/220V是供民用的电压(也包括大部分工业和农业用电)；10KV是小区域供电电压在6-10公里范围内供电；66KV是较大地区供电电压，其供电范围大约80公里左右；220KV用于大区域内供电，其范围为250公里左右，而550KV电网是跨大区域电网，其输送电力的距离最远可到800公里以上。500、800千伏的直流输电传输距离更远，线损更低。

对于并联式集中直流升压型入网结构而言，每台分布式发电机独立连接电压源型换流器(voltage source converter VSC)作为换流装置，与之组成一个单元，将分布式发电机组发出的交流电能转换成直流电能，再将各个单元通过直流并列连接，使该分布式电站内部电网完全由直流电缆组成，构成直流电网结构。结构中采用大功率DC变换器作为直流变电所，工作模式为升压模式，其负责将汇合在直流母线上的直流电压升高至约25kV，通过直流输电线路传送至远端高压换流站，在高电压等级下完成电能输送和直流并网。

一般来讲，与大电网连接的VSC具备能量双向流动的功能，以便实现直流网与交流网之间的电能交换和功率平衡。系统通过对机侧VSC的控制，可实现有功和无功功率解藕。由于是并联结构，电压恒定，因此选取一台工作在升压模式的DC变换器，将汇聚的直流电压升高，再经过长电缆传输向受端供电。DC变换器可采用策略简单的单环控制，也可采用双环、多环控制。下图结构在每台分布式电机出口处和网侧都安装有DC升压器，两级升压结构具有一定代表性。图中可通过对机侧VSC采用功率解藕，实现单位功率因数控制，稳定整流器输出电压，与良好的暂稳态特性。

这种采用单台DC升压器的直流并网拓扑结构(如图2)，可以有效避免环流发生；同时，可以在集中升压时通过对DC变换器的控制，再次进行滤波，提高电能质量。

优选地，还包括智能化能源调度控制系统，所述智能化能源调度控制系统可实现分布式电网电力供应。

在即将到来的时代，我们将需要创建一个能源互联网，让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。多余的能源则可以与他人分享，就像我们现在网络上分享信息一样，互联网技术和可再生能源将结合起来所构成的能源互联网，将是实现能源分布式供应的一种有效模式。

本实用新型建立一个全新的能源体系，形成能源应用的新形式。可再生能源为这个新能源体系提供能源，而信息通信技术的日益成熟则为可再生能源的可利用提供了支撑。最终把互联网技术与可再生能源结合起来，将创造出强大的、全新的能源基础设施。

分布式能源电网是大电网的重要补充。传统大电网成本高、运行难度大、不能实现完全意义上的无人值守、启动过程复杂、启动时间长等，对于实现能源互联网有诸多技术上的瓶颈。分布式电源电网因其独有的即时性、无延时性、完全无人值守、远端可控性和极高的可靠性等特征，将其发电装置、储能装置、负荷以及控制系统等组合起来，形成一个即可独立运行，又可接入大电网作为其中一个供电单位的单元。这样就保证了在大电网遇到故障时本地供电的稳定性，同时由于其可定制性，将能满足不同用户各种各样的用电需求，大大增加了用电的灵活性和有效性。分布式电源电网正是里夫金先生所说的能源互联网，它是分布式电源的发展基础。分布式电源电网的发展是推进能源结构优化、加速节能减排、向绿色可再生能源转型工作的起点。

智能电网正像是Internet网一样，集成、双向双工，每一个节点既是用户，也是数据源。分布式电源电网作为典型的智能电网，其中每个工作单元都被“矢量”化了，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，建立在Internet网的大数据、云计算的基础上，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。智能电网更侧重在现有大电网的基础上增加信息分析和能源控制的功能，其目标是电能的智能化管控。相对应，大电网的基本能源供求模式是少数大电厂对应多数用户，能源的灵活利用大受限制。而能源互联网则强调能源收集和利用在整个电网中地位的平等，在能源互联网中电力的生产不再是少数电厂的专责，而是将分散进行，在任何可以收集能源的地方都将有一个“小电厂”，而“用户”将不仅仅只是用户，在现在所谓的“用户侧”也将可以生产电能，可以自己用，也可以和其他用户进行交易，在这里“用户”和“电厂”的概念将被弱化。分布式电源电网是智能电网的先锋，它将把信息技术完美地应用于电网，并且将逐步实现分布式可再生能源替代传统能源。

分布式能源电网将会充分利用云计算和大数据分析技术，实现能源互联网的数据采集、管理、分析及互动服务，支持电能交易、新能源配额交易、分布式电源接入及断开，电动汽车充电设施监测与运行、节能服务、互动用电、需求响应等多种新型业务。分布式能源电网通过信息和配电的完美融合，可以轻松实现电能管理与调度，进行实时、双向交互。通过电能管理与调度系统的冗余原则和就近原则，实时管理并灵活调度不同区域、不同类型的分布式电源。在本地系统中，分布式电源、储能和负载可接入即插即用式总线，进而接入配电网络。能源路由器与本地设备进行实时、双向通信，并对本地设备进行管理。在本地系统中，能源路由器是管理不同本地设备、共享本地电力信息的关键。它既接受上级的调度命令，通过稳定控制手段和负荷管理策略，确保本地并网设备的安全可靠运行；同时，能源路由器还负责实时收集本地电力信息和用户需求，通过唯一的IP地址将本地信息上传至分布式能源电网智能运算中心，预测用电预期，规避分布式电源可能出现的解列，并以毫秒级的响应速度，及时补充分布式电源或储能电池到系统中，实现本地或远端电网安全、足额供电。在分布式电源电网系统中，同一区域之间、不同区域之间的发电与用户可以实现信息交互，并且在需求与价格规则的双向约束下达成协议，形成高效的供需互动，通过储能装置实现更加灵活的电能管理，满足系统出力与负荷的动态平衡。

优选地，所述的分布式水力发电站系统、风力发电系统、光伏发电装置、柴油发电机系统、微型燃气轮机系统分别连接直流负载和能源存储设备。

优选地，所述的光伏发电装置含有太阳能光伏发电装置或太阳能光热发电装置，或其组合，太阳能光伏发电装置电池种类选自晶硅电池、薄膜电池、其他形式，或其组合；所述其他形式的电池型式选自聚光砷化镓，或染料敏化电池，或铜锌锡硫，或量子点电池，或纳米线电池，或聚合物电池，或光热电概念，或上转换下转换概念，或热电子概念，所述晶硅电池的电池型式选自单晶硅电池，或多晶硅电池，或HIT异质结电池，或IBC/MWT/EWT背接触晶硅电池，或SE晶硅电池；所述薄膜电池的电池型式选自非晶硅薄膜电池，或非晶/微晶硅叠层薄膜电池，或碲化镉薄膜电池，或铜铟镓硒电池。

分布式电源电网的核心技术：

1、分布式水电可以实现24小时不间断运行，是实现分布式电源电网独立供电的基础和支撑；

2、分布式电源电网可以实现完全意义上的智能送配，是目前全世界最为先进和完全自动化的智慧电网；

3、可以完全消纳目前建成的所有的分布式电源的发电量；

4、分布式电源电网更可靠；

5、分布式电源电网可以提供给用户最廉价、最清洁的电能；

6、分布式电源电网是更有利于生态健康发展的、有竞争力的可再生能源技术，一项可以彻底改变世界能源格局的技术，让人类从此告别化石能源时代，它是解决能源、全球变暖、雾霾三大世界性难题的最佳选择。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。