一种微电网系统以及微电网供电方法与流程

本发明涉及变配电技术领域，具体而言，涉及一种微电网系统以及微电网供电方法。

背景技术：

微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控、保护装置等按照一定的拓扑结构组成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护管理的自和治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。由于环境保护和能源枯竭的双重压力，使得高校分布式能源工业的发展潜力巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的洪总约束都在推动者在靠近负荷中心设立相应电源，微电网成为目前越来越重要的供电方法。

当前的微电网(下称微网)系统一般为基于交直流母线的微网系统，分布式发电系统产生的电力经过直流母线，经变换器变换为交流电后传送至交流母线。交流母线连接有交流负载，直流母线连接有电池储能设备以及直流负载等。

但是随着微网系统负载压力的增加，需要微网系统具备越来越高的储能能力，而储能电池储能能力和数量都有限，不能无限制的增加，仅仅依靠电池等储能设备已经很难满足当前用电需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种微电网系统以及微电网供电方法，能够在不增加储能电池数量的前提下，增加微电网系统的储能能力。

第一方面，本发明实施例提供了一种微电网系统，包括：交流母线；

所述交流母线连接有智能配电装置；

所述智能配电装置分别连接交流负载以及双向变换器；

所述双向变换器连接所述直流母线；

所述直流母线连接有直流负载；

所述直流母线还通过多个第一直流转直流电源dc/dc模块连接多个直流充电终端以及多个储能电池；

其中，所述直流充电终端用于连接电动汽车；

所述第一dc/dc模块，用于将所述直流母线所提供的电压转化为所述电动汽车以及所述储能电池充电时的额定电压，并将所述电动汽车以及所述储能电池放电时的电压转化为所述直流母线的电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：所述直流负载与所述直流母线之间还设置有第二dc/dc模块；

所述第二dc/dc模块用于将所述直流母线的所提供的电压转化为所述直流负载的额定电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述直流母线还通过太阳能控制器，连接多个光伏发电装置；

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：所述交流母线还通过风机控制装置，连接多个风力发电机。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：所述交流母线有两条；

两条所述交流母线通过双分裂变压器与高压配电线连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：所述高压配电线与所述双分裂变压器之间，还设置有高压配电计量保护设备。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中：所述直流充电终端，还用于获取与之连接的电动汽车的当前剩余电量以及预设的充电阈值，并根据所述电动汽车的当前剩余电量和预设的充电阈值判断所述电动汽车是否需要充电；并在所述电动汽车需要充电时，则控制所述电动汽车充电；在所述电动汽车不需要充电时，在满足汽车放电条件的情况下，控制所述电动汽车放电；

或者，

所述智能配电装置，还用于获取电动汽车的当前剩余电量以及预设的充电阈值，并根据所述电动汽车的当前剩余电量和预设的充电阈值判断所述电动汽车是否需要充电；并在所述电动汽车需要充电时，则控制所述电动汽车充电；在所述电动汽车不需要充电时，在满足汽车放电条件的情况下，控制所述电动汽车放电。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，所述智能配电装置，还用于在满足电池充电条件时，控制所述储能电池充电；在满足电池放电条件时，控制所述储能电池放电。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，所述智能配电装置，通过控制所述第一dc/dc模块的电压转换方向，以控制所述电动汽车处于充电状态或者放电状态。

第二方面，本发明实施例还提供一种微电网供电方法，用于控制上述第一方面任意一项所述的微电网系统进行供电，包括：

获取电动汽车的当前剩余电量以及预设的充电阈值；

根据所述电动汽车的当前剩余电量和预设的充电阈值判断所述电动汽车是否需要充电；

在所述电动汽车需要充电时，控制所述电动汽车充电；

在所述电动汽车不需要充电，且满足汽车放电条件的情况下，控制所述电动汽车放电。

本发明实施例所提供的本微电网系统以及微电网供电方法，将电动汽车纳入整个微电网系统中，在用电高峰期的时候，电动汽车能够向微电网系统放电，将电动汽车接入微电网系统，使得电动汽车成为容量可控、时间可控的大型移动储能设备，解决了一般微电网系统中储能容量不足，调控能力不足的问题。同时，第一dc/dc模块的数量和微电网系统的总功率、电动汽车电量决定连接的直流充电终端数量，进而决定可接入电动汽车数量。系统中的第一dc/dc模块可应电动汽车增多的需求而增加，具有高度可扩展性。电动汽车数量的增加进而增加了微电网系统移动储能的容量，使得整个微电网系统的调节能力和稳定能力进一步提升。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种微电网系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种微电网系统的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种微电网系统的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种微电网供电方法的流程图。

图示说明：

交流母线10、直流母线20、智能配电装置30、交流负载40、双向变换器50、第一dc/dc模块60、电动汽车70、高压配电线80、直流负载90、储能电池100、太阳能控制器110、光伏发电装置120、风机控制装置130、风力发电机140、双分裂变压器150、高压配电计量保护设备160、直流充电终端170、第二dc/dc模块180。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

微电网作为完整的微型电力系统，依靠自身的控制及管理功能可实现功率平衡控制、系统优化运行、故障检测与保护、电能质量管理等方面的功能。现有的微电网系统中的储能设备容量一般为百度电左右，而很多微电网系统应用场合的用电基本要远远大于储能设备的容量，这导致微电网系统在这些应用场合的储能、调峰及优化电能质量的能力就相对有限。如单纯增加储能电池容量，又会增加大额成本，因此，依靠电池等储能设备已经很难满足当前用电需要。基于此，本申请提供的一种微电网系统以及微电网供电方法，能够在不增加储能电池数量的前提下，增加微电网系统的储能能力。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种微电网系统进行详细介绍。

需要注意的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1所示，本发明实施例所提供的微电网系统包括：交流母线10；

所述交流母线10连接有智能配电装置30；

所述智能配电装置30分别连接交流负载40以及双向变换器50；

所述双向变换器50连接所述直流母线20；

所述直流母线连接有直流负载90；

所述直流母线20还通过多个第一dc/dc模块60连接多个直流充电终端170以及多个储能电池100；

所述直流充电终端170用于连接电动汽车70；

所述第一dc/dc模块60，用于将所述直流母线20所提供的电压转化为所述电动汽车70以及所述储能电池100充电时的额定电压，并将所述电动汽车70以及所述储能电池100放电时的电压转化为所述直流母线20的电压。

在具体实现的时候，变压器能够将高压配电线80所输送的高压交流电转化为符合微电网系统使用需求的低压交流电，形成交流母线10。交流母线10连接有智能配电装置30。

微电网系统存在以下两种用电情况：

1、电力直接由高压配电线80提供给微电网系统使用，智能配电装置30控制交流母线10上的电压向着交流负载40以及双向变换器50输出；交流母线10电压满足交流负载40的使用需求，而双向变换器50则能够将交流母线所传输的交流电压转换为直流电压，并输送给直流母线20，再由直流母线30将直流电压输送给直流负载90。

与此同时，如果高压配电线80所输送的电力压力还在可承受范围之内，同时电动汽车70有充电需求，那么此时的电动汽车70的身份实际上与直流负载的身份是等同的，直流母线也会将直流电压通过第一dc/dc模块60输送给需要充电的电动汽车70，对电动汽车70进行充电。需要注意的是，由于连接在微电网系统中的电动汽车70的数量是变化的，例如在工作时间段，连接到微电网系统中的电动汽车70的数量较多，而在非工作时间段，连接到微电网系统中的电动汽车70的数量较少，而一般情况下，也并非所有的电动汽车70在同一时刻需要充电，因此，在判断连接到微电网系统中的电动汽车70是否需要充电的时候，需要电动汽车70在连接到微电网系统中后，通过与电动汽车70连接的直流充电终端或者智能配电装置来进行具体的判断；该直流充电终端或者智能配电装置30能够从电动汽车70获取到电动汽车70的当前剩余电量，并根据当前剩余电量判断电动汽车70是否需要充电；如果需要充电，则控制电动汽车70处于充电状态，如果不需要充电，则控制电动汽车处于连接保持状态(即既不充电，也不放电)。需要注意的是，在通过电动汽车70的当前剩余电量判断其是否需要充电的时候，是基于每一辆电动汽车70的充电阈值来进行判断的，不同的电动汽车，其充电阈值也不同。

另外，如果高压配电线80所输送的电力压力还在可承受范围之内，例如在用电低谷期，同时储能电池100有充电需求，那么此时的储能电池的身份实际上与直流负载90的身份是等同的，直流母线20也会将直流电压通过dc/dc模块60输送给需要充电的储能电池100，对储能电池100进行充电。需要注意的是，在判断储能电池100是否需要充电的时候，需要与储能电池100连接的电池接入设备或者只能配电装置30读取储能电池100的当前剩余电量，并根据当前剩余电量判断储能电池100是否需要充电；如果需要充电，则控制储能电池100处于充电状态，如果不需要充电，则控制储能电池100处于连接保持状态。

2、当高压配电线80所输送的电力不能够满足微电网系统内直流负载90以及交流负载40的用电需要，或者当微电网系统中的负载大于某一个设定的阈值时：

电力除了由高压配电线80提供以外，还有部分电力是由电动汽车70和/或储能电池100来进行提供的。而一般地，优先使用储能电池100来提供电力，当储能电池100无法满足用电需求，则使用当前剩余电量到达某一阈值以上的电动汽车70来进行供电。

当前直流负载90以及交流负载40到达某一用电高峰，与储能电池连接的电池接入设备或者还能配电装置30控制储能电池100处于放电状态；储能电池100所提供的电力，既能够为与直流母线20所连接的直流负载90供电，也能够为需要充电的电动汽车70供电，还能够经由双向变换器50转换为交流电压，并传输给交流母线10后，为交流负载40供电。

当储能电池100的当前剩余电量到达某一个阈值下限，直流充电终端或者只能配电装置30会控制当前剩余电量在某一个设定阈值以上的电动汽车进行放电，将电流反向输送回直流母线20。此时，电动汽车70所提供的电力，既能够为有智力母线20连接的直流负载90供电，也能够为需要充电的储能电池100供电，还能够经由双向变换器50转换为交流电压，并传输给交流母线10后，为交流负载40供电。

另外，还可以同时使用电动汽车70和储能电池100为微电网系统进行供电，或者采取电动汽车70先供电，当所有电动汽车70的当前电量都到达供电阈值以下的时候，才使用储能电池为微电网系统进行供电。

需要注意的是，具体的供电策略有很多种，要根据实际情况进行具体的设定，在此不再一一详述。

本发明实施例所提供的本微电网系统，将电动汽车纳入整个微电网系统中，在用电高峰期的时候，电动汽车能够向微电网系统放电，将电动汽车接入微电网系统，使得电动汽车成为容量可控、时间可控的大型移动储能设备，解决了一般微电网系统中储能容量不足，调控能力不足的问题。同时，第一dc/dc模块的数量和微电网系统的总功率、电动汽车电量决定连接的直流充电终端数量，进而决定可接入电动汽车数量。系统中的第一dc/dc模块可应电动汽车增多的需求而增加，具有高度可扩展性。电动汽车数量的增加进而增加了微电网系统移动储能的容量，使得整个微电网系统的调节能力和稳定能力进一步提升。

在本发明实施例中，优选地，在直流负载90和直流母线20之间，还设置有第二dc/dc模块180。由于直流负载的不同，直流负载所需要的直流电压也不一样，因此需要第二dc/dc模块180能够将直流母线20所提供的直流电转化为直流负载90的额定电压。

需要注意的是，一般地，每一个直流负载连接一个第二dc/dc模块。随着不同的直流负载的额定电压有所区别，第二dc/dc模块180所转化的电压也不同。

同样的，电动汽车70和储能电池100的额定电压也有所区别，第一dc/dc模块能够将母线20所提供的直流电分别转化为电动汽车70和储能电池100的的额定电压。同时，第一dc/dc模块60除了上述功能外，还能够将电动汽车70以及储能电池100放电时的电压，转化为直流母线20中直流电的电压。

需要注意的是，每一个电动汽车连接一个第一dc/dc模块，每一个储能电池100连接一个第一dc/dc模块，随着电动汽车70和储能电池100的额定电压有所区别，第一dc/dc模块所转化的电压也不同，每个直流充电终端170的充电功率取决于电动汽车的充电功率需求。

参见图2所示，在本发明各个实施例中，所述直流母线20还通过太阳能控制器110连接多个光伏发电装置120；

在具体实现的时候，在微电网系统中加入光伏发电装置120，主要目的是为了高度利用可再生新能源。光伏发电装置120能够在光照强度达到某一阈值的时候产生电压，通过太阳能控制器110将光伏电量传递给直流母线20。光伏发电装置120传输给直流母线20的电量，太阳能控制器110为光伏汇流箱，将多路相邻的、参数相同的光伏电池(即光伏发电装置)串列汇集起来，并监控各光伏电池串列支路的电流；其还用于将光伏电池阵列输出的直流电能转换为电网所需的直流电能，自动完成电压转换和功率输出，并对光伏电池阵列进行最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking，mppt)，使光伏电池阵列发挥最大的效能，输出最大功率。

光伏发电装置120可以为直流负载供电、为需要充电的储能电池100供电、为需要充电的电动汽车供电、经双向变换器50转化为交流电传输给交流母线10，从而为交流负载40供电，具体地，在光伏发电装置120发电容量能够满足直流母线20所连接的直流负载用电，并且储能电池100已经充满的情况下，剩余的电量会经由直流母线20直接输送给需要充电的电动汽车。而如果当前没有需要充电的电动汽车(即电动汽车的当前电量未满，但是到达某一阈值)，会直接向当前电量未满的电动汽车充电。

所述交流母线10还通过风机控制装置130，连接多个风力发电机140。

具体地，风力发电机140能够在风力到达某一阈值的时候产生交流电，该交流电通过风机控制装置130整流后传递给交流母线10。风力发电装置120传输给交流母线10的电流，可以为交流负载供电，或者经过双向变换器50转化为直流电，传输给直流母线20，为与直流母线20所连接的负载进行供电。

另外，参见图3所示，本发明实施例所提供的微电网系统中，所述交流母线10有两条；两条所述交流母线10通过双分裂变压器150与高压配电线80连接。

在具体实现的时候，在该微电网系统中，包括了两个智能配电装置30，两个双向变换器50，两条直流母线20。双分裂变压器150的电压输入端连接高雅配电线80，电压输出端引出两条交流母线，两条交流母线10分别经由一个智能配电装置30连接一个双向变换器30，双向变换器将交流电变换后形成直流电，输送给直流母线，直流母线下连接dc/dc模块和太阳能控制器，进而与电动汽车、储能电池、光伏发电装置连接。双分裂变压器引出两条交流母线，再经由双向变换器连接分别连接一条直流母线，两条直流母线下负载的电力交互损耗降低、效率提高，并且两个双向变换器的交流输出分别经过变压器滤波，输向电网的电流谐波小、电能质量高。

另外，参见图3所示，本发明实施例所提供的微电网系统中，所述高压配电线80与所述双分裂变压器150之间，还设置有高压配电计量保护设备160。

其中，高压配电计量保护设备160主要用于限制高压配电线80输送至微电网系统中的电量，使得当负载微电网系统的负载过高的时候，微电网系统中的储能电池和电动汽车能够为微电网系统中的负载进行供电，缓解用电高峰期对电网用电的压力。

另外，本发明上述几个实施例中，直流充电终端170，还用于当电动汽车与直流充电终端170连接之后，能够读取到电动汽车上的电池的当前剩余电量，以及电动汽车的车主预先设置的充电阈值。当电动汽车的当前剩余电量小于该充电阈值的时候，则电动汽车需要充电，直流充电终端控制直流母线的电流传输至电动汽车，为电动汽车充电；当电动汽车的当前剩余电量大于该充电阈值的时候，电动汽车不需要充电，则控制电动汽车处于连接保持状态；而一旦在用电高峰，满足汽车放电条件时，需要电动汽车向微电网系统放电的时候，则直流充电终端控制控制电动汽车反向向直流母线放电。

需要注意的是，还可以由智能配电装置30来控制电动汽车的充放电。具体地：所述智能配电装置获取电动汽车的当前剩余电量以及预设的充电阈值(可以直接从直流充电终端获取，也可以直接从电动汽车上读取)，并根据所述电动汽车的当前剩余电量和预设的充电阈值判断所述电动汽车是否需要充电；并在所述电动汽车需要充电时，则控制所述电动汽车充电；在所述电动汽车不需要充电时，在满足汽车放电条件的情况下，控制所述电动汽车放电。

在上述实施例中，所述智能配电装置，通过控制所述第一dc/dc模块的电压转换方向，以控制与所述第一dc/dc模块连接的所述电动汽车处于充电状态或者放电状态；

或者，所述智能配电装置通过控制所述第一dc/dc模块的电压转换方向，以控制与所述第一dc/dc模块连接的所述电动汽车处于充电状态或者放电状态。

另外，所述智能配电装置30还用于在满足电池充电条件时，控制所述储能电池100充电；在满足电池放电条件时，控制所述储能电池100放电；

所述智能配电装置通过控制所述第一dc/dc模块的电压转换方向，以控制与所述第一dc/dc模块连接的所述储能电池处于充电状态或者放电状态。

需要注意的是，汽车放电条件、电池充电条件和电池放电条件，要根据微电网系统的供电策略进行具体的设定，不同的供电策略具有不同的汽车放电条件、电池充电条件和电池放电条件。

本发明又一实施例还提供一种微电网供电方法，该方法应用于上述微电网系统中，参见图4所示，本发明实施例所提供的微电网供电方法包括：

步骤s10：获取电动汽车的当前剩余电量以及预设的充电阈值；

步骤s20：根据所述电动汽车的当前剩余电量和预设的充电阈值判断所述电动汽车是否需要充电；

步骤s30：在所述电动汽车需要充电时，控制所述电动汽车充电；

步骤s40：在所述电动汽车不需要充电，且满足汽车放电条件的情况下，控制所述电动汽车放电。

本实施例中，上述步骤s10-步骤s40的具体功能和交互方式，可参见图1-图4对应的实施例的记载，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的微电网系统以及微电网供电方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。