一种微网控制系统的制作方法

本发明属于微电网技术领域，涉及一种微网控制系统，可用于对微网的综合控制与保护。

背景技术：

随着国际社会对能源短缺问题的日益重视，以风电、光伏为代表的分布式发电技术得到了迅速发展，成为目前发电领域的重要组成部分。风能、太阳能等可再生分布式发电能源本身具有不稳定性、发电波动性和控制困难等特点，简单的接入大电网势必会对现有的电网造成较大的冲击。为了解决分布式电源与大电网之间的冲突，提出建立微电网。微电网也称微网,是指将分布式电源、储能装置、控制和保护装置结合在一起，采取相应的控制策略为负载供电。与传统电网相比,微网具备很大的灵活性和独特性，但是运行复杂。微网灵活的运行方式与高质量的供电服务,离不开完善的控制系统。

目前微网控制系统主要采用对等结构和主从结构。

对等结构，微网中每个分布式电源地位相等，不存在起主要支撑作用的主控制单元。采用对等结构的微网，独立参与电压和频率的调控，而无需考虑其他分布式电源的运行情况，因而也不需要通信。在能量平衡的基础上，微网中的任何一个分布式电源接入或退出，不需要改变微网中其它单元。但在孤岛运行时，微网的电压和频率与其额定值之间总是存在一定程度的偏差，该误差不易消除，且系统的可靠性不依赖于通信系统或某一台电源，缺乏统一灵活的调控手段，协调能力差。

主从结构，以一个微电源作为主控制单元,其控制器作为主控制器，其余微电源的控制器作为从控制器。由于主从结构对于主控制单元依赖性太强，一方面是因为主控制单元的调节容量有限，另一方面是因为一旦主控制单元出现故障，整个系统在孤岛运行时，就不能正常运行。例如授权公告号为CN 203552029U、名称为“一种基于分布式控制器的微网控制系统”的中国专利，公开了一种基于分布式控制器的微网控制系统，包括中央控制器、本地控制器、通信单元和人机交互装置，实现了对微网节点的有效的监控和优化运行，但存在的不足是，对于中央控制单元依赖性太强，微网系统内协调能力差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种微网控制系统，用于解决现有技术中存在的微网系统内以及微网与大电网之间存在的协调能力差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种微网控制系统，包括多个分布式电源、交流配电柜、多个负载和控制器，所述控制器包括中央控制器、多个变流器、多个微电源控制器和多个负载控制器，所述多个分布式电源各通过一个变流器和一个微电源控制器与交流配电柜相连，所述交流配电柜通过母线与中央控制器相连，所述多个负载各通过一个负载控制器与母线相连，当中央控制器出现故障时，其中一个微电源控制器可作为备用主控制器，其中：

所述变流器，用于将分布式电源输出的交流或直流电转换为三相交流电，并根据微电源控制器指令，将三相交流电的有功功率和无功功率输送到交流配电柜，同时发送三相交流电的电压、频率和功率信号；

所述微电源控制器，用于根据中央控制器下发的指令，将不同的控制模式指令发送至与其连接的变流器，对变流器发送的电压、频率和功率信号进行调整；

所述负载控制器，用于根据中央控制器下发的指令，对负载运行状态进行控制；

所述中央控制器，用于在微电网与大电网并网运行时，根据大电网的需要、本地负载需求和分布式电源的发电能力，对每个分布式电源的有功功率和无功功率运行点和各个负载的运行状态进行选择，并将选择的运行点和负载运行状态信息发送至相应的微电源控制器和负载控制器；当检测到微电网进入孤岛运行状态时，调整控制模式，并向各微电源控制器下发切换控制模式的指令。

一种微网控制系统，包括多个分布式电源、交流配电柜、多个负载和控制器，还包括保护电路和相互连接的监控单元和无线传输模块，所述控制器包括中央控制器、多个变流器、多个微电源控制器和多个负载控制器，所述多个分布式电源各通过一个变流器和一个微电源控制器与交流配电柜相连，所述保护电路连接在交流配电柜和中央控制器之间的母线上，所述多个负载各通过一个负载控制器与母线相连，所述监控单元和无线传输模块与交流配电柜相连，当中央控制器出现故障时，其中一个微电源控制器可作为备用主控制器，其中：

所述变流器，用于将分布式电源输出的交流或直流电转换为三相交流电，并根据微电源控制器指令，将三相交流电的有功功率和无功功率输送到交流配电柜，同时发送三相交流电的电压、频率和功率信号；

所述微电源控制器，用于根据中央控制器下发的指令，将不同的控制模式指令发送至与其连接的变流器，对变流器发送的电压、频率和功率信号进行调整；

所述负载控制器，用于根据中央控制器下发的指令，对负载运行状态进行控制；

所述中央控制器，用于在微电网与大电网并网运行时，根据大电网的需要、本地负载需求和分布式电源的发电能力，对每个分布式电源的有功功率和无功功率运行点和各个负载的运行状态进行选择，并将选择的运行点和负载运行状态信息发送至相应的微电源控制器和负载控制器；当检测到微电网进入孤岛运行状态时，调整控制模式，并向各微电源控制器下发切换控制模式的指令；

所述监控单元，用于对交流配电柜的工作状态和配电参数进行实时监控，并将故障信息发送至监控中心；

所述无线传输模块，用于将监控单元监控到的监控数据发送至监控中心；

所述保护电路，用于在故障发生时，实时地对负载进行保护。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明由于多个分布式电源各通过一个变流器和一个微电源控制器与交流配电柜相连，交流配电柜通过母线与中央控制器相连，多个负载各通过一个负载控制器与母线相连，在并网运行时，根据大电网的需要、本地负载需求和分布式电源的发电能力，中央控制器将控制信息发送至相应的微电源控制器和负载控制器，通过微电源控制器调整各分布式电源的输出功率和负载的运行状态，实现了微网内的功率平衡；在微网进入孤岛运行状态时，调整控制模式，并向各微电源控制器下发切换控制模式的指令，调整微网电压和频率达到稳定，实现了电压平衡和功率平衡，当中央控制器出现故障时，其中一个微电源控制器可作为备用主控制器，与现有技术相比，有效地提高了系统的协调性和稳定性。

2、本发明可以随着分布式电源的增加，只需要给新增分布式电源配备新的变流器和微电源控制器，具有良好的开放性和兼容性，实用性强，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参照图1，一种微网控制系统，包括多个分布式电源、多个变流器、多个微电源控制器、交流配电柜、多个负载、多个负载控制器，和中央控制器。本实施例中多个分布式电源由光伏发电机组、风力发电机组、水电机组、柴油机组和蓄电池组成。

光伏发电机组通过一个变流器与微电源控制器的输入端相连，微电源控制器的输出端与交流配电柜的一个输入端相连。风力发电机组通过一个变流器与微电源控制器的输入端相连，微电源控制器的输出端与交流配电柜的一个输入端相连；水电机组通过一个变流器与微电源控制器的输入端相连，微电源控制器的输出端与交流配电柜的一个输入端相连。柴油机组通过一个变流器与微电源控制器的输入端相连，微电源控制器的输出端与交流配电柜的一个输入端相连。蓄电池通过一个变流器与微电源控制器的输入端相连，微电源控制器的输出端与交流配电柜的一个输入端相连。交流配电柜的输出端连接有母线，母线连接中央控制器。母线上连接有多个负载控制器，每一个负载控制器连接有对应的负载。

本实施例所采用的分层控制结构，第一层为微网本地控制层，该层主要由微电源控制器和变流器构成。第二层为协调控制层，也就是中央控制器，是整个微网控制系统的核心部分。根据整个微网的运行情况，实时优化控制策略，实现微网各子系统的协调稳定运行，满足负载的用电需求。本地控制层主要负责微网的暂态控制，协调控制层负责微网的稳态控制和协调运行分析。当中央控制器出现故障时，其中一个微电源控制器可作为备用主控制器。

由于不同分布式电源有着截然不同运行特性，输出电能可能为交流或者直流电。为了向负载稳定供电，变流器用于将分布式电源输出的交流或直流电转换为三相交流电。根据微电源控制器指令，变流器将三相交流电的有功功率和无功功率输送到交流配电柜，同时发送三相交流电的电压、频率和功率信号；

微电源控制器，用于根据中央控制器下发的指令，将不同的控制模式指令发送至与其连接的变流器，对变流器发送的电压、频率和功率信号进行调整。在并网的运行状态下,微电网内频率和电压直接采用大电网频率和电压作为支撑，各微电源控制器采取恒功率控制模式，实现分布式电源向输电线路输出指定的有功功率和无功功率。在微网孤岛运行时，采用电压/频率控制模式，使各个分布式电源输出的电压和频率稳定在给定值。

负载控制器，用于根据中央控制器下发的指令，对负载运行状态进行控制。在微网孤岛运行时，用于保证敏感负载的正常供电。

中央控制器，用于微网与大电网的同步运行，减少对系统的冲击。在并网运行时，微网能够得到来自大电网的电压和频率支撑，仅需参与功率调节，根据大电网的需要、本地负载需求和分布式电源的发电能力，中央控制器对每个分布式电源的有功功率和无功功率运行点和各个负载的运行状态进行选择，并将选择的运行点和负载运行状态信息发送至相应的微电源控制器和负载控制器。在孤岛运行时，调整控制模式，并向各微电源控制器下发切换控制模式的指令。通过控制各微电源控制器，既能保证微电网内各分布式电源输出无功功率和有功功率的分配，又能向输电线路输出电压和频率稳定的电能，实现系统稳态运行。

分布式电源和负载一般较分散，因此需要一个可靠的通信网络在中央控制器和各微电源控制器之间传递数据，以基于IEC 61850通信协议/通用面向对象变电站事件(GOOSE)高速通信网为载体。各微电源控制器、各负载控制器与中央控制器之间例如可以采用485通信电缆或光纤进行通信。

实施例2

参照图2，本实施例是在实施例1的基本结构中，在交流配电柜上依次连接有监控单元和无线传输模块，交流配电柜和中央控制器之间的母线上连有保护电路。

其中，监控单元，用于实时监控交流配电柜的工作状态和配电参数，当交流配电柜的工作状态、配电参数或工作状态和配电参数出现故障时，无线传输模块将故障信息发送给监控中心。

作为本实施例的一种改进，在实施例1的基本结构中，在交流配电柜上只连接监控单元，当交流配电柜的工作状态、配电参数或工作状态和配电参数出现故障时，监控单元将故障信息通过有线传输方式传输给监控中心。

保护电路，用于当电路中出现电压波动超过限定范围时，对负载进行保护。

以上仅是本发明的两个实施例，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。