自形成微电网的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及电力网，且特别地涉及在没有预先存在的公用电力的地区形成 的微电网。
【背景技术】
[0002] 世界上大部分地方还未享有可靠的电力。这包括发达世界的偏远地区以及发展中 世界的大部分。在发展中世界，公用电力通常由政府垄断经营，其经常不具有用于创建及维 护可靠的、全国的电网基础设施的治理结构、专业知识和/或资本。
[0003] 但是，相对便宜、可再生的电力来源（例如，光伏（PV)板、或风力涡轮机）的出现 已使小规模分布式发电对于个人屋主、创业者或企业家是可使用的。
【发明内容】
[0004] 本公开的一方面提供了一种微电网，其包括：多个电源域；以及电力电缆，用于将 多个电源域联接在一起。电源域中的每个包括智能配电板，且电源域通过智能配电板联接 至电力电缆。
[0005] 在一个实施例中，电源域以点对点的方式联接在一起。
[0006] 电源域可包括自主控制的电源域。
[0007] 微电网可与公用电网隔离。
[0008] 在一个实施例中，微电网还包括：智能并网，连接至公用电网；以及其它电力电 缆，联接在智能并网与电源域中的一个电源域之间。
[0009] 每个电源域可包括：电气负荷、发电机和电存储器中的至少一个，该至少一个联接 至电源域的智能配电板。
[0010] 每个电源域的每个智能配电板可包括：至少一个域插口，用于连接至相应的电源 域内的电气负荷、发电机和电存储器中的至少一个；至少一个电网插口，用于通过电力电缆 中相应的一条电力电缆连接至另一个电源域中；内部电源总线，联接至至少一个域插口，且 联接至至少一个电网插口；以及控制器，用于通过至少一个域插口，开关式地将电气负荷、 发电机和电存储器中的至少一个连接至内部电源总线，且用于通过至少一个电网插口，开 关式地将电力电缆中相应的一条连接至内部电源总线。
[0011] 在一个实施例中，每个智能配电板还包括通信模块，通信模块用于实现与相应的 电源域内的电气负荷、发电机和电存储器中的至少一个中的任意一个或多个之间的通信， 与电源域中的另一个电源域之间的通信，或与电源域内的以及与电源域中的另一个电源域 之间通信。
[0012] 智能配电板中的每一个可响应于微电网的状态，控制其相应的电源域内的电气负 荷、发电机和电存储器中的至少一个的运行。
[0013] 智能配电板中的每个智能配电板的至少一个电网插口中的每个电网插口可包括： 开关，用于开关式地将内部电源总线连接至电力电缆中相应的一条。
[0014] 当感测到故障状态时，电力电缆中通过电源域中的两个电源域的智能配电板的相 应电网插口将这两个电源域联接在一起的一条电力电缆，通过相应电网插口的开关与这两 个电源域隔离。
[0015] 每个智能配电板的至少一个电网插口中的每个电网插口还可包括：电流传感器， 用于感测电网插口电流。故障状态可以是由智能配电板的相应电网插口中的至少一个电网 插口的电流传感器感测的过流状态，由相应电网插口的电流传感器感测的电流失衡状态， 或由相应电网插口中的一个电网插口的电流传感器感测的电流失衡状态。
[0016] 在一个实施例中，智能配电板中的每个智能配电板的至少一个电网插口中的每个 电网插口包括：电压传感器，用于感测电网插口电压。在包括发电机的电源域中，电网插口 的电压传感器可测量多个电力电缆中的电力电缆的电压频率和相位。然后，在通过电网插 口的开关连接至电力电缆之前，电源域中的电网插口的控制器可使发电机的电压频率和相 位与所测量的电力电缆的频率和相位同步。
[0017] 电源域在尝试连接至电力电缆之前，可等待随机的时间间隔。
[0018] 在一个实施例中，电力电缆具有相同的额定载流量。
[0019] 电力电缆还可或替代地可具有相同的相位类型。
[0020] 一种智能配电板，包括：多个插口，用于实现智能配电板通过相应的电力连接与电 源域内的一个或多个组件之间以及一个或多个其它电源域之间的连接；内部电源总线，联 接至多个插口；控制器，联接至插口，用于控制一个或多个组件以及相应的电力连接与内部 电源总线之间的连接性。
[0021] 智能配电板还可包括：控制总线，联接至控制器以及插口。
[0022] 电源域内的一个或多个组件可包括电气负荷、发电机和电存储器中的至少一个。
[0023] 在一个实施例中，智能配电板还可包括：通信模块，通信模块用于实现与电源域 内的一个或多个组件中的组件之间的通信，与一个或多个其它电源域中的电源域之间的通 信，或者与电源域内的一个或多个组件中的组件以及与一个或多个其它电源域中的电源域 之间的通信。
[0024] 当感测到故障状态时，控制器可控制插口，以将电力连接与内部电源总线隔离。每 个插口可包括：电流传感器，用于感测插口电流，电流传感器联接至控制器。故障状态可包 括：（i)由插口的电流传感器感测的过流状态；或（ii) (a)由电流传感器或（b)由电流传感 器以及一个或其它电源域中的电源域中的智能配电板的插口的电流传感器感测的电流失 衡状态。
[0025] 插口可包括还具有电压传感器的插口，电压传感器用于测量相应电力连接中连接 至一个或多个其它电源域中的电源域的电力连接处的电压频率和相位。电压传感器联接至 控制器，且在将电力连接连接至智能配电板的内部电源总线之前，控制器可使电源域内的 发电机的电压频率和相位与电压传感器测量的频率和相位同步。
[0026] 控制器在尝试将电力连接连接至内部电源总线之前，可等待随机的时间间隔。
[0027] 每个插口可包括电流传感器，电流传感器联接至控制器，用于感测插口电流。
[0028] 在一些实施例中，插口可包括用于实现智能配线板与包括电力线和中性线的电力 连接之间的连接的插口，其中，插口可包括：第一电流传感器，用于感测插口处的电力线插 口电流；以及第二电流传感器，用于感测插口处的中性线插口电流。
[0029] 电力连接可包括一条或多条其它电力线，其中，插口可包括相应的其它电流传感 器，用于感测一条或多条其它电力线中每条电力线在插口处的相应电力线插口电流。
[0030] 插口可包括用于实现智能配线板与包括多条电力线的电力连接之间的连接的插 口，插口包括相应的电流传感器，用于感测多条电力线中每个电力线在插口处的相应电力 线插口电流。
[0031] 插口可包括电压传感器，用于感测相应电力连接在电力连接处的电压。
[0032] 插口包括用于实现智能配线板与包括电力线和中性线的电力连接之间的连接的 插口时，插口可包括电压传感器，用于感测电力线和中性线之间的电压。
[0033] 电力连接进一步包括一条或多条其它电力线，且插口可包括：相应的其它电压传 感器，用于感测一条或多条其它电力线中的每一条与中性线之间相应的电压。
[0034] 插口可包括用于实现智能配线板与包括多条电力线的电力连接之间的连接的插 口，且插口可包括相应的电压传感器，用于感测多条电力线的相应对之间相应的电压。
【附图说明】
[0035] 图1A是自形成微电网（SFMG)的一个实施例的框图。
[0036] 图1B是具有额外的发电和传输能力的另一示例性SFMG的框图。
[0037] 图2是传统的树型电网拓扑的示意图。
[0038] 图3A是示例性智能配电板（IDP)的框图。
[0039] 图3B是示例性域插口的一个实施例的示意图。
[0040] 图3C是示例性域插口的另一实施例的框图。
[0041] 图4是示例性三相域插口的一个实施例的示意图。
[0042] 图5A是显示两个IDP且用于图示SFMG中的示例性故障清除方法的示意图。
[0043] 图5B是示例性故障清除方法的流程图。
[0044] 图6A是显示了示例性电源域连接方法的流程图。
[0045] 图6B是具有外部训练时钟的示例性电源域的框图。
[0046] 图7是连接至主电网的示例性SFMG的框图。
[0047] 图8是示例性智能并网（IGT)的框图。
[0048] 图9是图示示例性输出控制方法的流程图。
[0049] 图10是图不不例性甩负荷方法的流程图。
[0050] 图11是图示示例性电流减小方法的流程图。
【具体实施方式】
[0051] 本公开包含一种新型电网，被称为自形成微电网（SFMG)。
[0052] 在一实施例中，通过将单独的发电机、电存储器、以及负荷结合为配电网来创建自 形成微电网（SFMG)。但是，与普通的微电网不同，SFMG可从一个电源域循序渐进地发展，而 不需要与公用电网连系，或要求中央控制权限。SFMG可消除创建电网的许多传统障碍，例 如，较大的前期资本投资、较深的技术知识、或中央控制权的建立。SFMG利用地方自主性、企 业本能、以及小规模投资的可用性。SFMG可以以对等的方式运行，不需要监督电网的中央控 制器。在一个实施例中，控制功能分布于电网之间，而不是集中式的。例如，新的电源域可 以以即插即用的方式增加到已有的SFMG，不需要电网的手动重配置。SFMG可自动识别新连 接的电源域。在一个实施例中，SFMG自监控且自调节。因此，可不需要为安装和维护电网 的高水平的电力工程专业知识。
[0053] 图1A是SFMG的一个实施例的框图。示例性SFMG100包括电源域110、120、130、 140。SFMG中的各电源域可包含负荷、发电机和电存储设备的任意组合。例如，电源域110 包含负荷114、作为电存储或存储器116的一个或多个电存储设备、以及发电机118。而电 源域130包含发电机134、136、138但没有负荷和存储设备，电源域140包含负荷144、145、 146、148但没有发电机和存储设备。电源域组件在电源域内彼此连接，且通过智能配电板 (IDP)连接至相邻电源域。电源域内的每个组件联接至该电源域的IDP112、122、132、142。 电源域110、120、130、140均包含IDP112、122、132、142,且通过IDP联接至电力电缆152、 154、156、158。
[0054] 电源域内的发电机可包括但不限于：风力涡轮机、光伏发电机、燃气轮机和/或柴 油发电机。电源域内的电存储设备可包括但不限于：电池、燃料电池、压缩空气存储器和/ 或液力存储器。电源域负荷可包括但不限于：灯具、水泵、家用电器、娱乐设备、加热器和/ 或工业设备。SFMG中的电源域可为或可包括一个家庭住宅、公寓、小企业和/或临时结构 (例如，野战医院、野战厨房）、通信设施和/或生活区。
[0055] 在一个实施例中，电源域110、120、130、140在管理或控制方面是自主的，且独立 于其它电源域。一些电源域甚至还能够在与其它电源域或SFMG隔离时运行。例如，电源域 110、120包括发电机118、126以及至少存储器116、124。电源域110还包括负荷114。这 样的电源域不需要为了运行而连接至其它电源域或SFMG。例如，电源域130仅包括发电机 134、136、138且能够在不连接至另一个包括负荷的电源域的情况下运行，尽管发电机电源 域在没有需要供电的负荷时运彳丁是不太可能的。在电源域140中，负荷144、145、146可处 于运行状态，但将需要从电源、或发电机或存储器供电，以实际上运行。这样的电源域也不 需要依赖于任何其它特定的电源域供电。具有可作为电存储和/或发电机的电源的任意其 它电源域可向负荷114