分布式能源站电气组网的方法及微电网、中型能源网络与流程

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种分布式能源站电气组网的方法及微电网、中型能源网络。

背景技术：

微电网的能量管理研究处于电力电子技术领域的前沿课题，解决好能量管理问题是实现系统稳定运行和最优运行的基础。当前国内外学者从微电网组网结构、分布式能源模型、储能系统、运行保护等多个领域进行了大量研究和讨论。

现有技术基本围绕多种能源形式组成的分布式能源结构，进而形成集发电机组、光伏发电、风能发电及其它非电能源为一体的微电网结构，相当于综合能源站，但现有技术的不足在于：各个分布式能源站间能源组网局限于多种非电能源的互联，缺少电气的互联，各模块只能进行孤网运行。

技术实现要素：

本发明提供了一种分布式能源站电气组网的方法及微电网、中型能源网络，用以使得分布式能源站间可以进行电气连接，最终实现微电网的稳定高效运行。

本发明实施例提供了一种分布式能源站电气组网的方法，包括：

将设定范围内的至少两个分布式能源站的电力系统分别构建成一个电气模块；

利用电气互联技术将各个电气模块进行组网。

较佳地，所述电气互联技术包括通过高压线路和电气开关进行电气连接。

较佳地，所述电气开关为联络断路器柜。

较佳地，利用电气互联技术将各个电气模块进行组网，具体包括：

在相邻的两个电气模块的高压母线之间通过两台联络断路器柜和高压线路进行连接；

若所述相邻的两个电气模块中的任一电气模块采用双回路电源，则在所述双回路电源的双回路母线之间通过一台联络断路器柜和高压线路进行连接。

较佳地，所述电气模块包括以下任一装置或者其组合：发电机组、储能装置、市电、逆功率保护装置、电度双向计量表、调度通讯模块。其中，电度双向计量表在两个电气模块时需要两块：进线柜一块，联络断路器柜一块；三个模块形成环网时需要三块：进线柜一块，每个模块两侧断路器柜各一块。

较佳地，在所述各个电气模块进行组网后，进一步包括：

每一个所述电气模块的发电机组和/或储能装置和/或市电可以为其余电气模块的负荷提供电源。

较佳地，在所述各个电气模块进行组网后，进一步包括：

所述各个电气模块之间发电机组的并网线路接入点互为备用，各个电气模块发电侧和用户侧并网接入点互为备用，各个电气模块的逆功率保护装置互为备用。

较佳地，在所述各个电气模块进行组网后，进一步包括：

所述各个电气模块的调度通讯模块互为备用或相互通信。

较佳地，所述分布式能源站具备孤岛运行条件。

本发明实施例提供了一种微电网，包括：设定范围内的至少两个分布式能源站，所述至少两个分布式能源站的电力系统模块化后得到的各电气模块通过电气互联技术相连。

较佳地，所述各电气模块通过电气互联技术相连，具体为：所述各电气模块的高压母线通过高压线路和电气开关相连。

较佳地，所述电气开关为联络断路器柜。

较佳地，所述各电气模块的高压母线之间有两台联络断路器柜，电气模块的双回路母线之间有一台联络断路器柜。

本发明实施例提供了一种中型能源网络，包括：设定范围内至少两个所述的分布式能源站电力系统模块，通过电气互联技术相连。具体的，设定范围内的至少包括两个电气模块，微电网，至少两个所述微电网通过电气互联技术相连。

本发明有益效果如下：在本发明实施例的方案中，将设定范围内的至少两个分布式能源站的电力系统分别构建成一个电气模块，然后利用电气互联技术将各个电气模块进行组网，三个以上模块组成环网。采用本方案使得分布式能源站间可以进行电气互联。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中分布式能源站电气组网的方法实施流程示意图；

图2为本发明实施例中微电网电气拓扑示意图。

具体实施方式

发明人在发明过程中注意到：

分布式能源作为国家电网的有益补充和环保优势得到国家的有力支持和认同。对于燃气冷热电三联供能源站目前并网不上网的大原则，能源站将光伏、地热、海洋能等非电能集成并在能源站间网络化已经在实现，但缺乏能源站间电能的网络化实践。

现有技术的不足在于：能源微网内各分布式能源站局限于多种非电能源的互联，缺少电气的互联。

而且，分布式能源站项目即使细化分期，但作为新建城市综合商圈、大的园区、数据中心等区域的供能系统，相对于用户负荷的增加进程基本都是相对超前的，将会导致以下问题：

(1)单一的能源站发电机组、储能装置的容量短期(半年或一年左右)显得偏大，甚至电负荷不能满足发电机组的最低开机负荷条件，造成发电机组不能开机，以至于能源站以冷定电的工艺功能路线及发电机组电力并网接入的整体方案都会受到重大制约和影响；

(2)能源站项目交付初期，设备利用率低，投资回报率低；

(3)发电机组长期在50％以上的低负荷率运行，非经济运行，长期低效运行造成发电机组设备及配套余热回收装置寿命降低；

(4)能源站的用户侧及发电机侧受限于1个并网接入点，同时能源站的发电机侧仅有一个并网点，这三个点任一点故障后，发电机组不再能并网接入；并网可靠性不高。

基于此，本发明提出一种分布式能源站电气组网的方案及根据该方案形成的微电网、中型能源网络，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1为分布式能源站电气组网的方法实施流程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤101、将设定范围内的至少两个分布式能源站的电力系统分别构建成一个电气模块；

步骤102、利用电气互联技术将各个电气模块进行组网。

对于步骤101的实施，设定范围指的是各能源站间的最佳经济距离范围，在实际应用中可以通过综合测算以及规划来确定。将设定范围内的至少两个分布式能源站的电力系统进行电气模块化设计，分别构建为一个电气模块。分布式能源站的选择可以在建设前统一规划或者建设后通过针对性研究进行再设计，以最终达到各方面综合评估最佳。

实施中，所述电气模块包括以下任一装置或者其组合：发电机组、储能装置、市电、逆功率保护装置、电度双向计量表、调度通讯模块。其中，电度双向计量表在两个电气模块时需要两块：进线柜一块，联络断路器柜一块；三个模块形成环网时需要三块：进线柜一块，每个模块两侧断路器柜各一块。

具体的，模块化的每个分布式能源站配电室的高压侧由发电机组、发电机组并网柜、同期PT柜(电压互感器柜)、储能装置、出线柜组成，加上逆功率保护装置、电度双向计量表、调度通讯模块、用户10KV配电系统构成一个完整模块。模块中视线路距离可包括光纤差动保护装置等装置。

下面对上述模块内的各装置进行介绍。

发电机组，将其他形式的能源转换成电能的成套机械设备；

发电机组并网柜，当两台及以上发电机组联合在一起向负荷供电时，或者当一台或多台发电机组联合在一起向电网供电时，在分别加装发电机并网柜后，系统才能达到联合供电的要求；

同期PT柜，实现发电机组与电网同期并列运行的装置；

储能装置，主要是蓄电池储能，在市电谷电时储能，在市电峰值或市电故障时可释放存储的电量；

出线柜，从母线分配电能的开关柜；

逆功率保护装置，为实现发电机并网不上网的保护装置，不向电网输出功率。在发电机在50％负荷率运行时，始终有一部分负荷由并网接入系统的上端市电供电，这一数值设定为发电机组额定功率>5～10％，当市电供电负荷<这一设定数值时，逆功率保护装置动作跳并网接入开关，发电机组解列；

电能双向计量表，能够计量发电机向上端所接入系统输出的电量，也能在发电机不启动时计量发电机所并网系统内负荷消耗市电的电量；

光纤差动保护装置，长度不超过10KM的短线路，采用光纤作为通道构成光纤纵差动保护。

对于步骤102的实施，将各个电气模块通过电气互联技术组成一个含电气互联在内的微电网，实现了微电网内电能源的“互联网+”。

实施中，所述电气互联技术包括通过高压线路和电气开关进行电气连接。

具体的，各能源站通过同等级高压线路和电气开关将各个电气模块组成一个含电气互联在内的中型能源网络。

实施中，所述电气开关为联络断路器柜。

具体的，可以采用联络断路器柜作为电气开关，联络断路器柜为起到联络作用的开关。联络柜又称母联柜，当两路电源同时送电的时候联络柜则从中间断开(两路不同的电源，通常分裂运行，母联禁止合闸)，当其中某一端电源因事故而停电或断电的时候，联络柜则接通，以保障另一路电源下负荷用电，故障电源回路具备恢复通电条件时，则联络柜断开。实际站内、站间的高压联络柜分合闸倒闸操作，均应通过调度进行。

实施中，利用电气互联技术将各个电气模块进行组网，具体包括：

在相邻的两个电气模块的高压母线之间通过两台联络断路器柜和高压线路进行连接；

若所述相邻的两个电气模块中的任一电气模块采用双回路电源，则在所述双回路电源的双回路母线之间通过一台联络断路器柜和高压线路进行连接。

具体的，相邻的两个电气模块的高压母线之间有两台联络断路器柜，通过高压线路进行连接，若电气模块采用双回路电源，则在双回路母线之间增加一台联络断路器柜，并通过高压线路进行连接。采用双回路电源的电气模块与采用单回路电源的电气模块之间的联络断路器柜可以共用，不用增加。

下面具体介绍当设定范围内的分布式能源站组网后，各电力装置通过组成的电气互联网可以互投互切、互为备用。

实施中，在所述各个电气模块进行组网后，还可以进一步包括：

每一个所述电气模块的发电机组和/或储能装置和/或市电可以为其余电气模块的负荷提供电源。

具体的，在能源站建设投运初期，能源站发电机组、储能装置、市电可一站带动多站的电气负荷，提高了投运发电机组的负荷率，同时避免了其它发电机组长期低效运行导致发电机组设备及配套余热回收装置寿命降低的问题。在能源站建设投运后期，发电机组、储能装置、市电可以互为备用，提高了各能源站的供电、供能可靠性。当多台发电机组、多个储能装置、多路市电断电了，只要还有一个能源站可以正常运行，就可以为已模块化的电气互联网内的其它任何一个能源站负荷提供电源。

实施中，在所述各个电气模块进行组网后，还可以进一步包括：

所述各个电气模块互联互备，所述各个电气模块的发电侧、用户侧并网接入点互为备用，所述各个电气模块的逆功率保护装置等互为备用。

具体的，在能源站并网时，发电机组容量接近的情况下，电力并网接入点可以互为备用，不受用户侧并网接入点唯一及其产生故障后不能并网的制约。也即当用户侧并网接入点故障时，可以切换到另一能源站的电力并网接入点，再通过该用户侧并网接入点接入大电网。而此时能源站模块高压电气系统之间是互联互备。

通过设定调整，逆功率保护装置可以互为备用，提高了设备利用率。

实施中，在所述各个电气模块进行组网后，进一步包括：

所述各个电气模块的调度通讯模块互为备用或相互通信。

具体的，模块化的各能源站的调度通讯模块互为备用或相互通信，建立了更高更可靠的通讯、调度管理。

实施中，所述分布式能源站具备孤岛运行条件前提。

具体的，上述各电力装置通过组成的电气互联网可以互投互切、互为备用，可以在分布式能源站具备孤岛运行条件前提下进行实施。

下面介绍根据上述分布式能源站电气组网方法形成的微电网。

微电网包括：设定范围内的至少两个分布式能源站，至少两个分布式能源站的电力系统模块化后得到的各电气模块通过电气互联技术相连。

具体的，设定范围指的是各能源站间的最佳经济、技术距离范围，在实际应用中需要经过综合测算以及规划。模块化设定范围内的至少两个分布式能源站的电力系统，得到的各个电气模块通过电气互联技术相连，组成一个含电气互联在内的微电网，实现了微电网内电能源的“互联网+”。

实施中，所述各电气模块通过电气互联技术相连，具体为：所述各电气模块的高压母线通过高压线路和电气开关相连。

具体的，各电气模块的高压母线可以通过高压线路和电气开关相连。

实施中，所述电气开关为联络断路器柜。

具体的，各电气模块的高压母线可以通过高压线路和联络断路器柜相连，联络断路器柜为起到联络作用的开关。

实施中，所述远距离的各电气模块高压母线两侧各有一台联络断路器柜，电气模块的双回路母线之间有一台联络断路器柜。

具体的，各电气模块的高压母线两侧各有一台联络断路器柜，通过高压线路进行连接，若电气模块采用双回路电源，则双回路母线之间有一台联络断路器柜，通过高压线路进行连接。

实施中，所述电气模块包括以下任一装置或者其组合：发电机组、储能装置、市电、逆功率保护装置、电度双向计量表、调度通讯模块，其中，电度双向计量表在两个电气模块时需要两块：进线柜一块，联络断路器柜一块；三个模块形成环网时需要三块：进线柜一块，每个模块两侧断路器柜各一块。

关于电气模块的组成装置，在上述分布式能源站电气组网的方法中已经说明，此处不再赘述。

为了更清楚地理解本发明，下面以具体实施例进行说明。

图2为微电网电气拓扑示意图，如图所示，至少4个电气模块组成微电网，每个电气模块包括：市电、用户10Kv母线、用户侧接入柜、能源站10Kv母线、发电机组、储能装置、同期柜等，相邻两个电气模块的高压母线之间通过同等级高压线路和联络柜进行电气连接，实现了能源站间电能的网络化。在具体实施中，电气模块还可以包括逆功率保护装置、双向电能计量表等。逆功率保护装置加装在市电进线与用户10Kv母线之间，双向电能计量表加装在用户侧接入柜及各模块的联络柜内。

每相邻两个电气模块之间可以增加新的电气模块，例如：3#能源站电气模块与4#能源站电气模块之间虚线部分可视附近(3公里左右)实际能源站数量增加新的电气模块。

在实际应用中，分布式能源站的选择需要经过综合测算、规划，确定最佳技术、经济距离范围，避免高压线路输电损耗过多、高压线路建设成本过高等问题。

相应的，本发明实施例中还提供了一种中型能源网络，包括：设定范围内的至少两个电气模块的微电网通过电气互联技术相连。

在微电网、中型能源网络内，可以实现电能的网络化，各电力装置还可以互投互切、互为备用，下面进行具体说明。

(1)在微电网建设投运初期，微电网内一个能源站的发电机组、市电、储能装置可以带动其余能源站的设备的运行，提高了投运发电机组的负荷率，同时避免了其它发电机组低负荷运行；

(2)在微电网建设投运后期，微电网内能源站的发电机组、市电、储能装置可以互为备用，只要有一个能源站正常运行，便可为其余能源站的负荷提供电源，使得各能源站供电可靠性大大提高；

(3)在微电网内各能源站发电机组容量接近的情况下，电力并网接入点可以互为备用，不受用户侧并网接入点唯一及其故障后不能并网的制约；如其中一个能源站用户侧并网接入点故障，直接切换到正常运行的另一个能源站用户侧并网接入点进行并网；

(4)在微电网内各能源站的逆功率保护装置可以互为备用，提高了设备利用率。

综上所述，在本发明实施例的方案中，将设定范围内的至少两个分布式能源站的电力系统分别构建成一个电气模块；利用电气互联技术将各个电气模块进行组网，形成微电网、中型能源网络。采用本方案使得分布式能源站间可以进行电气连接，解决了微电网局限于多种能源的组合后仅仅是非电能源的互联，缺少电气的互联的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。