分布式能源接入系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分布式能源接入系统，该系统通过电网母线接入电网侧；该系统包含：分布式发电装置，其输出端电路连接电网母线，发电并输出电能至电网侧；无功补偿装置，其电路连接分布式发电装置输出端和电网母线，降低电网无功补给；储能装置，其电路连接分布式发电装置输出端和电网母线，补偿分布式发电装置有功输出的波动；控制系统，其通信连接分布式发电装置、无功补偿装置和储能装置。本实用新型控制系统以功率因数为控制目标，通过无功补偿装置降低电网无功补给，通过储能装置弥补分布式电源有功输出的波动，可有效提高电网功率因数并维持稳定。
【专利说明】
分布式能源接入系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电力系统电能质量领域，具体涉及一种分布式能源接入系统。
【背景技术】
[0002]电力工业是一个国家的经济命脉，在国民经济和人民生活中占有极重要的地位。当下，传统能源短缺、雾霾等环境污染问题促使清洁能源逐渐全面取代化石能源，清洁替代和电能替代将是未来世界能源可持续发展的重要方向。随着单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持，光伏发电、风力发电等分布式能源发电应用范围越来越广，并开始从特殊场合应用向商业化应用发展，为政府机关、大型商务区、医院等负荷供电，逐步形成了大电网与分布式发电技术相结合的新型供电模式。
[0003]分布式电源输出功率具有很强的间歇性、随机性和波动性，分布式能源接入电网会引起电压波动和闪变、功率因数波动和降低、电力谐波、电压暂降和偏差等问题，严重影响配电网乃至输电网的电能质量。就功率因数而言，分布式电源和电网同时向负荷供电，导致电网所提供的有功功率降低且随分布式电源输出功率的波动而波动，引起电网的损耗增加，电能质量降低，严重时甚至会损坏相关设备;更有甚者，用电单位甚至会因为功率因数降低而导致被罚款。
[0004]为提高电能使用效率，原水利电力部、国家物价局于1983年出台了《功率因数调整电费办法》，采用经济手段来对客户用电的功率因数进行考核，对促进用户加强无功管理，装设无功补偿设备，节约电能，起到了很大作用。但分布式电源输出功率具有很强的间歇性、随机性和波动性，仅依靠无功补偿设备无法全时段维持高功率因数;此外，对于无功需求量较小的负荷，无功补偿设备(例静止无功发生器，SVG)可能出现因达不到最小无功功率要求而不投入的情况。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种分布式能源接入系统，可提高并稳定分布式能源接入电网后的功率因数，有利于提尚电能质量。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供一种分布式能源接入系统，其特点是，该系统通过电网母线接入电网侧;该系统包含:
[0007]分布式发电装置，其输出端电路连接电网母线，发电并输出电能至电网侧；
[0008]无功补偿装置，其电路连接分布式发电装置输出端和电网母线，降低电网无功补给；
[0009]储能装置，其电路连接分布式发电装置输出端和电网母线，补偿分布式发电装置有功输出的波动；
[0010]控制系统，其通信连接分布式发电装置、无功补偿装置和储能装置。
[0011]上述系统还包含电路连接分布式发电装置输出端和电网母线的负荷。
[0012]上述无功补偿装置为静止无功发生器。
[0013]上述储能装置为混合储能系统。
[0014]无功补偿装置的选型及容量计算;储能装置的选型及容量计算;控制系统设定功率因数目标值;控制系统采集分布式发电装置、无功补偿装置、储能装置和电网侧的状态参数;控制系统根据维持功率因数的目标值，计算得储能装置和无功补偿装置的运行参数;控制系统根据运行参数向储能装置和无功补偿装置发出控制命令。
[0015]本实用新型分布式能源接入系统及其电网功率因数提高方法和现有技术的分布式能源接入技术相比，其优点在于，本实用新型控制系统以功率因数为控制目标，通过无功补偿装置降低电网无功补给，通过储能装置弥补分布式电源有功输出的波动，可有效提高电网功率因数并维持稳定。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型分布式能源接入系统的电路模块图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。
[0018]如图1所示，为一种分布式能源接入系统的实施例。分布式能源接入系统通过电网母线105接入电网侧106，该系统包含:分布式发电装置101、无功补偿装置102、储能装置103、控制系统和负荷104。
[0019]分布式发电装置101输出端电路连接电网母线105，通过电网母线105接入电网侧106，用于发电，并通过电网母线105向电网侧106输出电能。
[0020]无功补偿装置102采用静止无功发生器(SVG)，其电路连接分布式发电装置101输出端和电网母线105，用于降低电网无功补给，从而控制功率因数。
[0021]储能装置103采用混合储能系统(Hybrid Energy Storage System, HESS)，其电路连接分布式发电装置101输出端和电网母线105，用于补偿分布式发电装置有功输出的波动，提高电网功率因数并维持稳定。
[0022]负荷104电路连接分布式发电装置101输出端和电网母线105。
[0023]控制系统通信连接分布式发电装置101、无功补偿装置102和储能装置103，其用于实时录入和采集分布式发电装置101、无功补偿装置102、储能装置103和电网侧106的相关状态参数，以维持功率因数为目标值为控制目标，分析计算得出储能装置103和无功补偿装置102需要达到的运行参数，并以此向储能装置103和无功补偿装置102发出控制指令。
[0024]本实用新型还公开了一种分布式能源接入系统电网功率因数的提高流程，具体包含:
[0025]步骤1、无功补偿装置的选型及容量计算。
[0026]步骤1.1、无功补偿装置的选型。
[0027]早期功率因数补偿装置的典型代表是同步调相机，同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，对变化的功率因数也能进行动态补偿。至今在功率因数补偿领域中这种装置还在使用，而且随着控制技术的进步，其控制性能还有所改善。
[0028]无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，与同步调相机相比较在调节效果相近的情况下，无功补偿电容器的费用要节省的多。因此，电容器的迅速发展几乎取代了输电系统中的同步调速机。但是，和同步调速机相比较，电容器适用于就地分散补偿，但在系统中有谐波时，有可能发生并联谐振，使谐波放大，电容器因此而烧毁的事故时有发生。
[0029]静止无功补偿装置(SVC)近年来获得了很大发展，己被广泛用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿，也大量用于负载无功补偿。其典型代表是固定电容器十晶闸管控制电抗器。晶闸管投切电容器也获得了广泛的应用。静止无功补偿装置的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率。这种连续调节是依靠调节TCR中晶闸管的触发延迟角Q得以实现的。TCS只能分组投切，不能连续调节无功功率，它只有和TCR配合使用，才能实现补偿装置整体无功功率的连续调节。
[0030]比SVC更为先进的现代补偿装置是静止无功发生器(SVG)。与传统的以TCR为代表的SVC装置相比，SVG的调节速度更快，运行范围宽，而且在采取多重化、多电平或PffM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。更重要的是，SVG使用的电抗器和电容元件远比SVC中使用的电抗器和电容元件要小，这将大大缩小装置的体积和成本。SVG具有如此优越的性能，显示了动态无功补偿装置的发展方向。
[0031]终上所述，本实用新型中的无功补偿装置102选用静止无功发生器。
[0032]步骤1.2、无功补偿装置容量的确定。
[0033]无功最佳补偿容量的确定主要采用传统优化算法以及禁忌搜索算法、模拟退火算法、人工神经网络、专家系统、遗传算法、粒子群优化算法等人工智能方法。分布式供电系统一般用户数量少，系统容量小，补偿容量采用传统优化法进行计算相对比较合理，即从网损最小、年运行费最小、年支出费用最小的观点，求出最佳补偿容量。
[0034]综上，本实用新型采用传统优化算法进行无功补偿装置容量的确定。
[0035]步骤2、储能装置的选型及容量计算。
[0036]步骤2.1、储能装置的选型。
[0037]常用的储能方式包括抽水蓄能、压缩空气储能、蓄电池储能、超导磁储能以及超级电容器储能等。其中抽水蓄能、压缩空气储能和蓄电池储能为能量型储能系统，具有能量密度高、响应速度慢或不宜充放电频繁转换等特点;超导磁储能、超级电容器为功率型储能系统，具有功率密度高、响应速度快及储能容量低等特点。目前，由多种储能方式相结合构成的混合储能系统因兼具多种储能技术的优点具有更高的实际应用价值。
[0038]超级电容和储能电池混合储能(混合储能系统，Hybrid Energy Storage System，简称HESS)能够有效发挥互补特性，充分利用储能设备各自的优点。
[0039]综上，本实用新型的储能装置103选用混合储能系统。
[0040]步骤2.2、储能装置容量的确定。
[0041 ]为满足平滑分布式能源功率输出波动的需求，储能装置103应具备足够大的容量。储能装置103所需的最大容量同样可以利用仿真法获得。
[0042]步骤3、控制系统对无功补偿装置102和储能装置103的运行统一控制。
[0043]步骤3.1、控制系统设定功率因数的目标值。
[0044]步骤3.2、控制系统录入分布式发电装置101、储能转置103、无功补偿装置102参数及电网侧106相关参数。
[0045]步骤3.3、控制系统采集分布式发电装置101、储能转置103、无功补偿装置102及电网侧106的相关数据。
[0046]步骤3.4、控制系统以维持功率因数为目标值为控制目标，分析计算后，得出储能装置103和无功补偿装置102的运行需求。
[0047]步骤3.5、控制系统向储能转置103、无功补偿装置102发出控制命令。
[0048]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1.一种分布式能源接入系统，其特征在于，该系统通过电网母线接入电网侧;该系统包含: 分布式发电装置，其输出端电路连接电网母线，发电并输出电能至电网侧； 无功补偿装置，其电路连接分布式发电装置输出端和电网母线，降低电网无功补给； 储能装置，其电路连接分布式发电装置输出端和电网母线，补偿分布式发电装置有功输出的波动； 控制系统，其通信连接分布式发电装置、无功补偿装置和储能装置。2.如权利要求1所述的分布式能源接入系统，其特征在于，所述系统还包含电路连接分布式发电装置输出端和电网母线的负荷。3.如权利要求1所述的分布式能源接入系统，其特征在于，所述无功补偿装置为静止无功发生器。4.如权利要求1所述的分布式能源接入系统，其特征在于，所述储能装置为混合储能系统。
【文档编号】H02J3/28GK205544325SQ201620103817
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】陈金熠, 冯宇虹, 袁晨, 赵静, 曹炜炜, 宁连营, 曲知音, 顾赵明, 倪辉忠, 桑永东, 董伟毅, 徐剑峰, 陆忠雷, 刘岚, 张建, 瞿庆军, 邵建华, 徐建华
【申请人】国网上海市电力公司, 上海交通大学