一种用户侧智能微电网系统的制作方法

本申请涉及智能微电网技术领域，尤其涉及一种用户侧智能微电网系统。

背景技术：

微电网技术是分布式光伏发电系统集成应用的核心。通过微电网，按照自用为主，富余上网，因地制宜，有序推进的原则，在用户侧积极发展和规模化接入分布式光伏电源，是实现新能源就地消纳利用，发挥分布式光伏发电兄效能的最有效的方式。

随着分布式光伏发电系统在用户侧的规模化接入，以住宅家庭、小区为单元的典型用户侧子微电网的可能性大大增加。例如，以住宅家庭为基本用电单元，当每一用电单元都独立接入光伏发电装置时，若干用电单元与接入的若干光伏发电装置组成子微电网。但是，由于会受到日射量、积云量、温度和湿度的影响，光伏发电装置的发电量并不是一成不变的，而是上下波动的；此外，用电单元的受电负荷也因为时间、天气等因素而上下波动。

因此，如何平衡发电与用电间的关系，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请提供一种用户侧智能微电网系统，当用户侧规模化接入分布式光伏电源时，以解决发电与用电不平衡的技术问题。

本申请提供一种用户侧智能微电网系统，包括：

配电网、区域型微电网中央控制器和若干子微电网；

所述配电网包括自动化配电单元、自动化调度单元以及数据采集单元；

所述区域型微电网中央控制器包括依次串接的主站通信单元、能量管理单元、数据处理单元、新能源发电与负荷预测单元以及毫秒级微网控制单元；

所述主站通信单元与所述自动化配电单元通过标准以太网接口和/或无线通信连接；

每个所述子微电网包括户用一体化终端、总配电箱和若干基本用电单元；

所述户用一体化终端包括依次串接的双向计量单元、能效管理单元、人机界面和数据采集与监控单元；

所述数据采集与监控单元与所述主站通信单元通过标准以太网接口、RS-485接口和/或CAN接口连接；

所述数据采集与监控单元还与所述总配电箱连接；

每个所述基本用电单元包括家用配电箱、过程控制器、新能源发电装置和用电设备；

所述家用配电箱与所述总配电箱连接；

所述过程控制器的输入端与所述新能源发电装置连接；

所述过程控制器的输出端与所述家用配电箱连接。

可选地，所述若干基本用电单元中的一个基本用电单元还包括储能装置；

所述储能装置与该基本用电单元的过程控制器的输入端连接。

可选地，每个所述子微电网还包括集中式储能装置；

所述集中式储能装置与所述总配电箱连接。

进一步地，所述新能源发电装置包括：光伏板、日射量计测单元、积云量计测单元以及温度湿度计测单元；

所述日射量计测单元、所述积云量计测单元以及所述温度湿度计测单元依次串接；

所述日射量计测单元、所述积云量计测单元以及所述温度湿度计测单元均与所述光伏板连接。

进一步地，所述新能源发电装置还包括：电量监控单元；

所述电量监控单元与所述光伏板连接。

可选地，所述家用配电箱内设有用于控制所述子微电网并网或退网的0.4kV静态开关。

可选地，所述家用配电箱内设有用于控制所述子微电网并网或退网的0.4kV静态开关；

所述总配电箱内设有用于控制所述子微电网并网或退网的0.4kV静态开关。

可选地，所述光伏板为3kW光伏板。

可选地，所述储能装置的容量为4.5kWh。

可选地，所述集中式储能装置的容量为20.6kWh。

优选地，本申请提供的系统采用标准Modbus通信协议实现数据交互。

由以上技术方案可知，本申请提供一种用户侧智能微电网系统，包括：配电网、区域型微电网中央控制器和若干子微电网；所述配电网包括自动化配电单元、自动化调度单元以及数据采集单元；所述区域型微电网中央控制器包括依次串接的主站通信单元、能量管理单元、数据处理单元、新能源发电与负荷预测单元以及毫秒级微网控制单元；每个所述子微电网包括户用一体化终端、总配电箱和若干基本用电单元；所述户用一体化终端包括依次串接的双向计量单元、能效管理单元、数据采集与监控单元和人机界面；每个所述基本用电单元包括家用配电箱、过程控制器、新能源发电装置和用电设备；

为了解决现有技术中的用户侧微电网，尤其是以住宅家庭、小区为基本单元的子微电网，本申请提供的用户侧智能微电网系统中：由于过程控制器的输入端与新能源发电装置连接，过程控制器的输出端与家用配电箱连接，家用配电箱与总配电箱连接，总配电箱与数据采集与监控单元连接，以使得户用一体化终端采集到新能源发电装置的发电量以及用电设备的用电信息；又由于数据采集与监控单元与主站通信单元通过标准以太网接口、RS-485接口和/或CAN接口连接，因此将发电信息和用电信息传送至区域型微电网中央控制器，利用新能源发电与负荷预测单元和数据处理单元，对发电信息和用电信息进行分析处理得出结果后，由数据采集与监控单元对新能源发电装置和用电设备做出控制，从而平衡微电网内发电与用电的关系，优化微电网调度与运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一示例性实施例示出的一种用户侧智能微电网系统结构示意简图；

图2为根据一示例性实施例示出的一种子微电网结构示意图；

图3为根据一示例性实施例示出的另一种子微电网结构示意图；

图4为根据一示例性实施例示出的又一种子微电网结构示意图；

图5为根据一示例性实施例示出的一种新能源发电装置结构示意图；

图示说明：1-配电网；11-自动化配电单元；12-自动化调度单元；13-数据采集单元；2-区域型微电网中央控制器；21-主站通信单元；22-能量管理单元；23-数据处理单元；24-新能源发电与负荷预测单元；25-毫秒级微网控制单元；3-子微电网；31-户用一体化终端；311-双向计量单元；312-能效管理单元；313-人机界面；314-数据采集与监控单元；32-总配电箱；33-基本用电单元；34-集中式储能装置；331-家用配电箱；332-过程控制器；333-新能源发电装置；3331-光伏板；3332-日射量计测单元；3333-积云量计测单元；3334温度湿度计测单元；3335-电量监控单元；334-用电设备；335-储能装置。

具体实施方式

请参见图1和图2，其中，图1为根据一示例性实施例示出的用户侧智能微电网系统结构示意简图，图2为根据一示例性实施例示出的子微电网结构示意图。

本申请提供一种用户侧智能微电网系统，包括：

配电网1、区域型微电网中央控制器2和若干子微电网3；

所述配电网1包括自动化配电单元11、自动化调度单元12以及数据采集单元13；

配电自动化技术是服务于城乡配电网改造建设的重要技术，通信技术是配电自动化的关键。目前，我国配电自动化进行了较多试点，由配电主站、子站和馈线终端构成的三层结构已得到普遍认可，光纤通信作为主干网的通信方式也得到共识。

配电自动化单元(DAS)是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统；其内容包括配电网数据采集与监视系统(SCADA)、配电地理信息系统(GIS)和需求侧管理(DSM)几个部分。

所述区域型微电网中央控制器2包括依次串接的主站通信单元21、能量管理单元22、数据处理单元23、新能源发电与负荷预测单元24以及毫秒级微网控制单元25；

所述主站通信单元21与所述自动化配电单元11通过标准以太网接口和/或无线通信连接；

本申请提供的系统中，区域型微电网中央控制器2能够实现微电网的运行控制及保护，具备黑启动、孤岛检测、并退网切换、频率和电压的稳定控制、微电网优化运行及调度以及故障保护等功能。

具体地，黑启动功能是指微电网在崩溃情况下的自动/手动启动，增强微电网自愈能力；频率稳定控制是指结合微电网对频率的要求，通过对微电源及负荷有功的调整，实现微电网频率的稳定控制；电压稳定控制是指结合微电网对电压的要求，通过对微电源及负荷无功的调整，实现微电网电压的稳定控制；孤岛检测控制是指实现多点孤岛检测，并降低检测过程中对微电网电能质量的干扰；保护控制是指实现微电网在离、并网情况下故障的快速、可靠切除。

在本申请中，主站通信单元21主要用于与上层调度和下层设备进行数据通讯，例如，在本申请中主站通信单元21与所述自动化配电单元11通过标准以太网接口和/或无线通信连接，从而实现区域型微电网中央控制器2与上层配电网的联系。

能量管理单元22主要用于根据负荷即用电量、光伏和/或储能即用电量的信息，按照指令进行基于多个子微网之间的联络线功率的自动分配；

新能源发电与负荷预测单元24主要用于对新能源发电装置的发电量和用电设备的用电量做出预测，为微电网控制提供数据依据；

毫秒级微网控制单元25高度集成在区域型微电网中央控制器2的硬件平台中，能够保证微电网控制的精确性和快速响应性。

优选地，区域型微电网中央控制器2采用MGC201微电网中央控制器。

每个所述子微电网3包括户用一体化终端31、总配电箱32和若干基本用电单元33；

所述户用一体化终端31包括依次串接的双向计量单元311、能效管理单元312、人机界面313和数据采集与监控单元314；

所述数据采集与监控单元314与所述主站通信单元21通过标准以太网接口、RS-485接口和/或CAN接口连接；

为了保证分布式电源用户侧微电网的孤网稳定运、能效管理与优化，需要获得用电设备(负荷)的功率、用电量、用电特性等相关数据，因此需要对分布式光伏发电、储能装置及负荷情况进行监测和计量，为微电网的稳定控制和能效管理提供数据依据。

本申请提供的系统中，户用一体化终端31能够实现光伏发电及子微电网的双向计量、光伏系统即新能源发电装置信息采集、储能信息采集及负荷即用电设备的信息采集，为微电网的控制及能效管理提供基础，为系统平衡发电量和用电量关系提供基础。

户用一体化终31端接受上一层的区域型微电网中央控制器2控制。例如，在本申请中，数据采集与监控单元314与所述主站通信单元21通过标准以太网接口、RS-485接口和/或CAN接口连接，从而实现子微电网中户用一体化终端31与区域型微电网中央控制器2的联系。

所述数据采集与监控单元314还与所述总配电箱32连接；

优选地，所述人机界面313采用LCD液晶屏，用户可以通过LCD液晶屏的操作，读取发电信息与用电信息。

每个所述基本用电单元33包括家用配电箱331、过程控制器332、新能源发电装置333和用电设备334；

过程控制器332即以表征生产过程的参量为被控制量，并使之接近给定值，或保持在给定范围内的自动控制器。

在本申请中，自动化调度单元12根据区域型微电网中央控制器2上送的联络线功率值，下发一个控制目标值，形成过程控制。

所述家用配电箱331与所述总配电箱32连接；

所述过程控制器332的输入端与所述新能源发电装置333连接；

所述过程控制器332的输出端与所述家用配电箱331连接。

优选地，本申请提供的系统采用标准Modbus通信协议实现数据交互。

结合上述实施例，本申请所述的子微电网和基本用电单元可以是下述的其中任一种可能的实现方式。

假设，从桃林小区的电能用户中，选取1号楼3单元中的6户用户，建立子微电网。具体地：针对每户用户，均配置一个家用配电箱；新建6套连接有过程控制器的新能源发电装置，并接入每户家用配电箱中；每户自有的用电设备、新能源发电装置、过程控制器及家用配电箱构成一个基本用电单元。再在单元楼口出新建一个总配电箱，分别与6户用户的家用配电箱相连，并配置一个本申请所述的户用一体化终端，与总配电箱相连。如此一来，便形成由6个基本用电单元、一个总配电箱以及一个户用一体化终端构成的第一子微电网。

请参阅图3，所述若干基本用电单元中的一个基本用电单元33还包括储能装置335；

所述储能装置335与该基本用电单元33的过程控制器332的输入端连接。

接入新能源发电装置即光伏能源后，将可能导致微电网或子微电网中电压、谐波分量增大，一方面新能源发电装置的发电量及其输出功率很难与用电设备的用电量相匹配而平衡，另一方面，对计量精度也存在一定影响，从而影响系统对于微电网的智能控制。光伏能源作为用户侧微电网重要的电源，对微电网稳定运行及能效优化具有重要意义。

基于此，储能装置作为消纳分布式光伏电源以及微电网的紧急备用电源，是微电网稳定控制的重要支持。

具体地，在上述实施例所述的第一子微电网基础之上，选取第1户用户，配置一套储能装置，并将储能装置与该用户的过程控制器连接，接入该用户的家用配电箱，如此一来，便形成由5个基本用电单元、一个接有储能装置的用电单元、一个总配电箱以及一个户用一体化终端构成的第二子微电网。

请参阅图4，每个所述子微电网3还包括集中式储能装置34；

所述集中式储能装置34与所述总配电箱32连接。

具体地，在上述实施例所述的第一子微电网基础之上，配置一套集中式储能装置，并将所述集中式储能装置与总配电箱连接，该集中式储能装置为6户用户提供集中式能源储备。如此一来，便形成不同于第一、第二子微电网的第三子微电网。

请参阅图5，所述新能源发电装置333包括：光伏板3331、日射量计测单元3332、积云量计测单元3333以及温度湿度计测单元3334；

所述日射量计测单元3332、所述积云量计测单元3333以及所述温度湿度计测单元3334依次串接；

所述日射量计测单元3332、所述积云量计测单元3333以及所述温度湿度计测单元3334均与所述光伏板3331连接。

进一步地，所述新能源发电装置333还包括：电量监控单元3335；

所述电量监控单元3335与所述光伏板3331连接。

对于具有新能源车的用户，所述电量监控单元3335主要用于对新能源车从所述新能源发电装置处获取的电能量进行采集和控制。

可选地，所述家用配电箱331内设有用于控制所述子微电网并网或退网的0.4kV静态开关。

可选地，所述家用配电箱331内设有用于控制所述子微电网并网或退网的0.4kV静态开关；

0.4kV静态开关，额定电流63A，要求可在20ms内实现开关的开断和闭合，同时与储能逆变器配合，实现上述第二子微电网的无缝切换。

所述总配电箱32内设有用于控制控制所述子微电网并网或退网的0.4kV静态开关。

0.4kV静态开关，额定电流200A，要求可在20ms内实现开关的开断和闭合，同时与储能逆变器配合，实现上述第三子微电网的无缝切换。

与传统断路器相比，该静态开关需要具备通讯功能，可是实现监控和上传基本电气量和开关状态量，同时接收上层控制系统的控制。同时，需要具备迅速地断开和闭合的能力，与储能逆变器和户用一体化终端配合，共同实现子微电网中分布式能源并退网的无缝切换。

需要说明的是，正常情况下，上述子微电网可在并网和退网两种模式下运行。并网时，各子微电网中的分布式电源均参与配电网的调度。退网时的切换主要有储能装置和相应的控制并退网的开关共同完成。

可选地，所述光伏板3331为3kW光伏板。

可选地，所述储能装置335的容量为4.5kWh。

可选地，所述集中式储能装置34的容量为20.6kWh。

由以上技术方案可知，本申请提供一种用户侧智能微电网系统，包括：配电网1、区域型微电网中央控制器2和若干子微电网3；所述配电网1包括自动化配电单元11、自动化调度单元12以及数据采集单元13；所述区域型微电网中央控制器2包括依次串接的主站通信单元21、能量管理单元22、数据处理单元23、新能源发电与负荷预测单元24以及毫秒级微网控制单元25；每个所述子微电网3包括户用一体化终端31、总配电箱32和若干基本用电单元33；所述户用一体化终端31包括依次串接的双向计量单元311、能效管理单元312、人机界面313和数据采集与监控单元314；每个所述基本用电单元33包括家用配电箱331、过程控制器332、新能源发电装置333和用电设备334；

为了解决现有技术中的用户侧微电网，尤其是以住宅家庭、小区为基本单元的子微电网，本申请提供的用户侧智能微电网系统中：由于过程控制器332的输入端与新能源发电装置333连接，过程控制器332的输出端与家用配电箱331连接，家用配电箱331与总配电箱32连接，总配电箱32与数据采集与监控单元314连接，以使得户用一体化终端31采集到新能源发电装置333的发电信息以及用电设备334的用电信息；又由于数据采集与监控单元314与主站通信单元21通过标准以太网接口、RS-485接口和/或CAN接口连接，因此将发电信息和用电信息传送至区域型微电网中央控制器2，利用新能源发电与负荷预测单元24和数据处理单元23，对发电信息和用电信息进行分析处理得出结果后，由数据采集与监控单元314对新能源发电装置333和用电设备334做出控制，从而平衡微电网内发电与用电的关系，优化微电网调度与运行。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。