一种含单三相的混联结构光储型多微网系统的制作方法

文档序号:10934167阅读:461来源:国知局
一种含单三相的混联结构光储型多微网系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种含单三相的混联结构光储型多微网系统。该系统包括一次系统与二次系统:一次系统由单相子微网和三相子微网组成,包括光伏发电系统、储能系统、光储一体化系统和负荷设备;光伏发电系统由光伏板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成;储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成;光储一体化系统由光伏板、光伏直流配电箱、锂电池组和光储一体机组成;负荷设备包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载。二次系统是光储型多微网的控制系统,主要控制装置包括区域型中央控制器和区域型一体化终端。本实用新型建立一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,对开展光储型多微网典型应用场景的研究具有重要的工程价值。
【专利说明】
一种含单三相的混联结构光储型多微网系统
技术领域
[0001]本实用新型属于微电网领域,具体涉及一种含单三相的混联结构光储型多微网系 统。
【背景技术】
[0002] 现代工业高速发展,传统化石能源日渐枯竭,为满足人类对能源的需求,发展清洁 高效的可再生能源成为全世界的共同目标。分布式发电有利于新能源的就地分散利用,提 高用户供电可靠性,但其不稳定的发电方式也给电网稳定运行带来很多难题。微电网作为 分布式发电接入电网的有效利用方式,将发电系统、储能系统、负荷相结合,通过相关控制 装置间的配合,不仅解决了分布式电源发电系统的大规模接入问题,还为用户带来了其他 多方面的效益。
[0003] 随着微电网大规模接入配电网,一定区域内多个邻近微电网由于利益趋近形成多 微网系统。目前我国在光储多微网系统方面的研究和现场运行经验较少,随着光储微电网 进入快速发展阶段,有必要发展一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,以开展光储 多微网典型应用场景的关键技术研究。
[0004] 经对现有技术文献的检索发现,中国专利申请号为:201220002686.4,名称为:一 种实验室用的微电网系统,该申请内的微电网系统只包括一次系统,未涉及二次系统设计, 微电网系统不具备完善的功能;中国专利申请号为:201420103450.9,名称为:一种基于多 种分布式电源的实验室用智能微电网系统,该申请内的微电网系统为单微网,没有考虑单 三相,不适用多微网典型应用场景的关键技术研究。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型为了解决上述现有技术中存在的不足之处,提供一种含单三相的混联 结构光储型多微网系统,对开展光储型多微网系统典型应用场景的关键技术研究具有重要 意义。
[0006] 为实现上述实用新型目的,本实用新型采用以下技术方案。
[0007] 一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其包括一次系统与二次系统:所述 一次系统由三相子微网和单相子微网组成,三相子微网包括第一三相子微网、第二三相子 微网,单相子微网包括第一单相子微网、第二单相子微网和第三单相子微网;光伏发电系 统、储能系统和负荷设备通过断路器和接触器与多微网母线相连接,再通过接触器和断路 器与380V配电网相连接形成第一三相子微网;光伏发电系统、储能系统和负荷设备通过断 路器和接触器与子微网母线相连接形成第二三相子微网,其中光伏逆变器、储能变流器和 负荷均为三相;光伏发电系统、储能系统和负荷设备通过断路器和接触器与子微网母线相 连接形成第一单相子微网和第二单相子微网,其中光伏逆变器、储能变流器和负荷均为单 相;光储一体化系统和负荷设备通过断路器和接触器与子微网母线相连接形成第三单相子 微网;
[0008] 所述二次系统是主控硬件采用芯片stm32F407的光储型多微网控制系统,主要控 制装置包括区域型中央控制器和区域型一体化终端,两者都各自具有底层设备通信模块、 终端通信模块、DI(Digital input,数字量输入)模块、D0(Digital Output,数字量输出)模 块、AI(Analog input,模拟量输入)模块、A0(Analog Output,模拟量输出)模块和温度模 块,区域型一体化终端独有双向计量模块;第一三相子微网用以模拟公共负荷构成的或者 工业厂区内包括10kV/0.4kV电压等级接入的用户侧微网;第二三相子微网用以模拟商业办 公楼宇与工业厂区型应用场景中由各用户或者由车间构成的用户侧微网;第一单相子微 网、第二单相子微网和第三单相子微网组成的光储型多微网用以模拟商业住宅楼宇与家庭 小区/园区型应用场景中由各住户构成的用户侧微网,由于此场景下用户单相接入附近的 低压配电柜中,为了保持三相平衡,第一单相子微网、第二单相子微网和第三单相子微网应 同时接入多微网母线。
[0009] 所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统中,所述光伏发电系统由光伏 板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成,光伏板与光伏直流配电箱相连,光伏直流配电箱与 光伏逆变器相连接;所述储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成,串联后的锂电池组 与储能双向变流器相连接;所述光储一体化系统由光伏板、光伏直流配电箱、锂电池组和 光储一体机组成,光伏板与光伏直流配电箱相连,光伏直流配电箱、锂电池组与光储一体机 相连接;所述负荷设备包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载,各自通过一个断路器和一 个接触器与微电网母线相连接。
[0010]所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统中,所述区域型一体化终端底 层设备通信模块从光伏发电系统、储能系统、光储一体化系统和负荷设备端采集运行数据 并下达通信控制指令;所述区域型一体化终端的终端通信模块传输运行数据至区域型中央 控制器,并接收区域型中央控制器的控制指令;所述区域型一体化终端DI模块采集所有断 路器状态;所述区域型一体化终端D0模块输出继电器控制信号;所述区域型一体化终端AI 模块采集光照强度相关信号;所述区域型一体化终端A0模块为备用输出;所述区域型一体 化终端温度模块采集环境温度数据;所述区域型一体化终端双向计量模块采集用户出口的 电能数据,并上传电能数据;所述区域型中央控制器终端通信模块接收区域型一体化终端 传输的运行数据,结合配电网的调度信息经决策后下达控制指令。
[0011]系统工作原理如下:
[0012]通过控制子微网与多微网母线之间断路器和接触器的通断,构成光储型多微网的 典型应用场景。
[0013]光储型多微网的区域型一体化终端通过底层设备通信模块实时采集光伏发电系 统、储能系统、光储一体化系统和负荷设备的运行数据(储能系统荷电状态、敏感负荷总有 功、可控负荷总有功、完全可切除负荷总有功、分布式电源出力、各断路器开关状态、子微网 运行状态),再通过终端通信模块传输数据至区域型中央控制器;区域型中央控制器对接收 的数据进行统计分析,结合配电网的调度信息经决策后向区域型一体化终端发送控制指 令,区域型一体化终端再向光伏发电系统、储能系统、光储一体化系统和负荷设备下达指 令,实现光储型多微网功率实时平衡控制、运行优化、模式切换。
[0014]光储型多微网的控制系统是光储型多微网系统的决策中心,根据接收的底层设备 实时运行数据和配电网调度信息,采取快速决策确定相关分布式电源的出力、负荷的投切 以及各子微网的并离网控制。具备以下基本功能:(1)光储型多微网各分布式电源和负荷运 行状态的实时监控;(2)光储型多微网的孤岛检测与运行模式控制;(3)光储型多微网的故 障保护及稳定运行控制;(4)光储型多微网互联运行的群组协调技术。
[0015] 与现有技术相比,本实用新型具有如下优点和显著效果:本实用新型建立一种含 单三相的混联结构光储型多微网系统,可用于光储型多微网系统的典型应用场景研究;可 实时监控光储型多微网各分布式电源和负荷的实时运行状态,对开展多微网系统能量优化 管理有重要工程应用价值;同时,光储型多微网的控制系统根据接收的底层设备实时运行 数据和配电网调度信息,确定相关分布式电源的出力、负荷的投切以及各子微网的并离网 控制,可快速验证多微网功率实时平衡控制、运行优化、模式切换策略的有效性。
【附图说明】
[0016] 图1是一种含单三相的混联结构光储型多微网系统电气拓扑图。
[0017] 图2是含单三相的混联结构光储型多微网控制装置的功能架构图。
【具体实施方式】
[0018] 以下将结合附图及具体实施例详细说明本实用新型的技术方案,以便更清楚、直 观地理解本实用新型实质(以下实施方式若涉及软件部分,均是本领域技术人员可参照现 有技术进行编程实现的)。
[0019] 图1是一种含单三相的混联结构光储型多微网系统电气拓扑图。
[0020] 一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其包括一次系统与二次系统。
[0021] 所述一次系统由单相子微网和三相子微网组成,三相子微网包括第一三相子微 网、第二三相子微网,单相子微网包括第一单相子微网和第二单相子微网、第三单相子微 网;光伏发电系统、储能系统和负荷设备通过断路器和接触器与多微网母线相连接,再通过 接触器和断路器与380V配电网相连接形成第一三相子微网1,光伏发电系统、储能系统和负 荷设备通过断路器和接触器与子微网母线相连接形成第二三相子微网2;光伏发电系统、储 能系统和负荷设备通过断路器和接触器与单相子微网母线相连接形成第一单相子微网3和 第二单相子微网4,光储一体化系统和负荷设备通过断路器和接触器与单相子微网母线相 连接形成第三单相子微网5。
[0022] 所述二次系统是主控硬件采用芯片stm32F407的光储型多微网控制系统,主要控 制装置包括区域型中央控制器和区域型一体化终端,两者都各自具有底层设备通信模块、 终端通信模块、DI模块、D0模块、AI模块、A0模块和温度模块,区域型一体化终端独有双向计 量模块。
[0023]所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统中,第一三相子微网1用以模 拟公共负荷构成的或者工业厂区内包括10kV/0.4kV电压等级接入的用户侧微网;第二三相 子微网2用以模拟商业办公楼宇与工业厂区型应用场景中由各用户或者由车间构成的用户 侧微网;第一单相子微网3、第二单相子微网4和第三单相子微网5组成的光储型多微网用以 模拟商业住宅楼宇与家庭小区/园区型应用场景中由各住户构成的用户侧微网,由于此场 景下用户单相接入附近的低压配电柜中,为了保持三相平衡,第一单相子微网3、第二单相 子微网4和第三单相子微网5应同时接入多微网母线。
[0024]所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其中光伏发电系统由光伏 板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成,光伏板与光伏直流配电箱相连,光伏直流配电箱与 光伏逆变器相连接;储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成,串联后的锂电池组与储 能双向变流器相连接;光储一体化系统由光伏板、光伏直流配电箱、锂电池组和光储一体机 组成,光伏板与光伏直流配电箱相连,光伏直流配电箱、锂电池组与光储一体机相连接;负 荷设备包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载,各自通过一个断路器和一个接触器与微电 网母线相连接。
[0025]所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其中所述区域型一体化终端 底层设备通信模块从光伏发电系统、储能系统、光储一体化系统和负荷设备端采集数据并 下达通信控制指令;区域型一体化终端的终端通信模块传输数据至区域型中央控制器,并 接收区域型中央控制器的控制指令;区域型一体化终端DI模块采集所有断路器状态;区域 型一体化终端D0模块输出继电器控制信号;区域型一体化终端AI模块采集光照强度相关信 号;区域型一体化终端A0模块为备用输出;区域型一体化终端温度模块采集环境温度数据; 区域型一体化终端双向计量模块采集用户出口的电能数据,并上传数据;区域型中央控制 器终端通信模块接收区域型一体化终端传输的数据,结合配电网的调度信息经决策后下达 控制指令。
[0026] 作为优选实施方式,用于该光储多微网的相关配置如下:
[0027] 主控硬件:芯片stm32F407,基于高性能的ARM_?Cortex?-M4F的32位RISC(精简 指令集计算机,Reduced Instruction Set Computer)内核,工作频率高达168MHz,并带有 1M的高速Flash和196K的SRAM(静态随机存取存储器,Static Random Access Memory);
[0028] 通信模块:包括以太网通信模块、Wi-Fi (无线保真,Wireless-Fidelity)通信模 块、RS485通信模块和CAN(控制器局域网络,Controller Area Network)通信模块,其中以 太网电平转换模块采用芯片DP83848C,Wi-Fi通信模块采用USR-WIFI232-G模块,RS485电平 转换模块采用芯片ADM2483,CAN差分电平转换模块采用芯片PCA82C50;
[0029] DI模块:型号DI9371,12路数字输入,24Vdc,采集所有断路器状态;
[0030] D0模块:型号D09322,12路数字输出,24Vdc\0.5A,输出继电器控制信号;
[0031] AI模块:型号AI4622,4路模拟输入,可自定义为± 10V或0-20mA,采集光照强度相 关信号;
[0032] A0模块:型号A04622,4路模拟输出,可自定义为±10V或0-20mA,备用输出;
[0033]温度模块:型号AT4222,4路温度输入,采集环境温度数据;
[0034] 双向计量模块:由MCU(微控制单元,Microcontroller Unit)、RS485通信模块、计 量单元和存储模块构成,MCU采用芯片stm32F205。
[0035] 系统工作原理如下:
[0036] 通过控制子微网与多微网母线之间断路器和接触器的通断,构成光储型多微网的 典型应用场景。
[0037]光储型多微网的区域型一体化终端通过底层设备通信模块实时采集光伏发电系 统、储能系统、光储一体化系统和负荷设备的运行数据(储能系统荷电状态、敏感负荷总有 功、可控负荷总有功、完全可切除负荷总有功、分布式电源出力、各断路器开关状态、子微网 运行状态等实时信息),再通过终端通信模块传输数据至区域型中央控制器;区域型中央控 制器对接收的数据进行统计分析,结合配电网的调度信息经决策后向区域型一体化终端发 送控制指令,区域型一体化终端再向光伏发电系统、储能系统、光储一体化系统和负荷设 备下达指令,实现光储型多微网功率实时平衡控制、运行优化、模式切换等功能。
[0038]光储型多微网的控制系统是光储型多微网系统的决策中心,根据接收的底层设备 实时运行数据和配电网调度信息,采取快速决策确定相关分布式电源的出力、负荷的投切 以及各子微网的并离网控制。具备以下基本功能:(1)光储型多微网各分布式电源和负荷运 行状态的实时监控;(2)光储型多微网的孤岛检测与运行模式控制;(3)光储型多微网的故 障保护及稳定运行控制;(4)光储型多微网互联运行的群组协调技术。
[0039]与现有技术相比,本实用新型具有如下优点和显著效果:本实用新型建立一种含 单三相的混联结构光储型多微网系统,可用于光储型多微网系统的典型应用场景研究;可 实时监控光储型多微网各分布式电源和负荷的实时运行状态,对开展多微网系统能量优化 管理有重要工程应用价值;同时,光储型多微网的控制系统根据接收的底层设备实时运行 数据和配电网调度信息,确定相关分布式电源的出力、负荷的投切以及各子微网的并离网 控制,可快速验证多微网功率实时平衡控制、运行优化、模式切换等策略的有效性。
[0040]以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制其专利范围,凡是利用本 实用新型说明书及附图内容所作的等效变换,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均 同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其特征在于,包括一次系统与二次系 统:所述一次系统由三相子微网和单相子微网组成,三相子微网包括第一三相子微网、第二 三相子微网,单相子微网包括第一单相子微网、第二单相子微网和第三单相子微网;光伏发 电系统、储能系统和负荷设备通过断路器和接触器与多微网母线相连接,再通过接触器和 断路器与380V配电网相连接形成第一三相子微网;光伏发电系统、储能系统和负荷设备通 过断路器和接触器与子微网母线相连接形成第二三相子微网,其中光伏逆变器、储能变流 器和负荷均为三相;光伏发电系统、储能系统和负荷设备通过断路器和接触器与子微网母 线相连接形成第一单相子微网和第二单相子微网,其中光伏逆变器、储能变流器和负荷均 为单相;光储一体化系统和负荷设备通过断路器和接触器与子微网母线相连接形成第三单 相子微网; 所述二次系统是主控硬件采用芯片stm32F407的光储型多微网控制系统,主要控制装 置包括区域型中央控制器和区域型一体化终端,两者都各自具有底层设备通信模块、终端 通信模块、DI模块、DO模块、AI模块、A0模块和温度模块,区域型一体化终端独有双向计量模 块;第一三相子微网用以模拟公共负荷构成的或者工业厂区内包括10kV/0.4kV电压等级接 入的用户侧微网;第二三相子微网用以模拟商业办公楼宇与工业厂区型应用场景中由各用 户或者由车间构成的用户侧微网;第一单相子微网、第二单相子微网和第三单相子微网组 成的光储型多微网用以模拟商业住宅楼宇与家庭小区/园区型应用场景中由各住户构成的 用户侧微网,由于此场景下用户单相接入附近的低压配电柜中,为了保持三相平衡,第一单 相子微网、第二单相子微网和第三单相子微网应同时接入多微网母线。2. 如权利要求1所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其特征在于,所述 光伏发电系统由光伏板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成,光伏板与光伏直流配电箱相 连,光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接;所述储能系统由锂电池组和储能双向变流器组 成,串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接;所述光储一体化系统由光伏板、光伏直流 配电箱、锂电池组和光储一体机组成,光伏板与光伏直流配电箱相连,光伏直流配电箱、锂 电池组与光储一体机相连接;所述负荷设备包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载,各自 通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接。3. 如权利要求1所述的一种含单三相的混联结构光储型多微网系统,其特征在于,所述 区域型一体化终端底层设备通信模块从光伏发电系统、储能系统、光储一体化系统和负荷 设备端采集运行数据并下达通信控制指令;所述区域型一体化终端的终端通信模块传输运 行数据至区域型中央控制器,并接收区域型中央控制器的控制指令;所述区域型一体化终 端DI模块采集所有断路器状态;所述区域型一体化终端DO模块输出继电器控制信号;所述 区域型一体化终端AI模块采集光照强度相关信号;所述区域型一体化终端A0模块为备用输 出;所述区域型一体化终端温度模块采集环境温度数据;所述区域型一体化终端双向计量 模块采集用户出口的电能数据,并上传电能数据;所述区域型中央控制器终端通信模块接 收区域型一体化终端传输的运行数据,结合配电网的调度信息经决策后下达控制指令。
【文档编号】H02J3/38GK205622226SQ201520809432
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年10月19日
【发明人】许志荣, 杨苹, 郑成立, 郑群儒, 何婷, 宋嗣博, 张育嘉
【申请人】华南理工大学
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