一种用于分布式供能系统的电力分配系统的制作方法

本发明属于电力能源配送技术领域，尤其涉及一种电力分配系统，一种电力分配方法。

背景技术：

随着经济、技术的发展，在大型复合中心建立集供冷、供暖、供电一体化的分布式供能系统已经开始应用。大、中型的热电厂控制器不考虑负荷形式，只考虑电力负荷的大小，有各种大型企业和厂家在推动，其供电技术相对成熟；然而，对于小型分布式供能系统的供电需要增加小功率发电机组，以备市电不能正常供电的情况，由于小功率发电机组容量较小，抗负荷变化的能力较弱，因此不仅需要考虑负荷的大小，还需要考虑电力负荷的性质。电力负荷的性质可分为容性、感性和电阻性。常见的阻性负荷有白炽灯、电阻炉、烤箱、电热水器等，常见的感性负荷有电风扇、电磁炉、空调等，常见的容性负荷有电容补偿等。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于分布式供能系统的电力分配系统，解决现有技术不能根据电力负荷性质进行电力分配的技术问题，能够提高小功率发电机组运行的安全性、可靠性和经济性。。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于分布式供能系统的电力分配系统，包括用于通过市电出线断路器接入市电的ⅰ段母线与用于通过发电机出线断路器接入发电机组的ⅱ段母线；ⅰ段母线与ⅱ段母线之间通过并网断路器实现连接或断开；

还包括电力分配控制器与n条出线回路，每条出线回路均包括接入ⅰ段母线的ⅰ段子出线段、接入ⅱ段母线的ⅱ段子出线段、总出线段以及用于将ⅰ段子出线段与ⅱ段子出线段连接到总出线段上的连接段；ⅰ段子出线段与ⅱ段子出线段上分别设有各自的子出线断路器；n条出线回路中包含阻性负荷出线回路、感性负荷出线回路以及容性负荷出线回路；

所述市电出线断路器、发电机出线断路器、并网断路器以及各子出线断路器分别与所述电力分配控制器双向通信连接，使得电力分配控制器能够获取各断路器的合/分闸状态，并能向各断路器发送控制指令；

所述电力分配控制器中配置有出线回路-负荷性质映射表，根据出线回路-负荷性质映射表能够查询到各条出线回路的负荷性质与负荷功率容量；所述电力分配控制器中还配置有电力分配程序，用于根据当前供电模式来选择相应负荷性质的出线回路对其供电，并切断不适应当前供电模式的出线回路。

优选的，还包括分别用于对ⅰ段母线、ⅱ段母线进行采样的两个电压采样模块；所述两个电压采样模块均与电力分配控制器通信连接，以分别向电力分配控制器发送ⅰ段母线、ⅱ段母线的电压波形、相位和频率，使得电力分配控制能够根据ⅰ段母线、ⅱ段母线的电压波形、相位和频率判断ⅰ段母线与ⅱ段母线是否同期。

优选的，所述电力分配控制器通过can总线与市电出线断路器、发电机出线断路器、并网断路器以及各子出线断路器进行通信。

优选的，所述电力分配控制器的信号输出端连接有显示屏，用于显示供电模式以及各断路器的合/分闸状态。

优选的，包括5种供电模式：市电ⅰ段供电模式、孤岛ⅱ段供电模式、市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式、市电ⅰ段+ⅱ段供电模式以及孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式；

所述市电ⅰ段供电模式：并网断路器分闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线断开，同时，市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电，并且发电机出线断路器分闸，ⅱ段母线未接入发电机组；

所述孤岛ⅱ段供电模式：并网断路器分闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线断开，同时，发电机出线断路器合闸，ⅱ段母线接入发电机组，并且市电出线断路器分闸，ⅰ段母线未接入市电；

所述市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式：并网断路器合闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线连接，同时，市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电，并且发电机出线断路器合闸，ⅱ段母线接入发电机组；

所述市电ⅰ段+ⅱ段供电模式：并网断路器合闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线连接，同时，市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电，并且发电机出线断路器分闸，ⅱ段母线未接入发电机组；

所述孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式：并网断路器合闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线连接，同时，发电机出线断路器合闸，ⅱ段母线接入发电机组，并且市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电。

优选的，所述电力分配程序按如下步骤执行：

步骤1：根据市电出线断路器、发电机出线断路器以及并网断路器的合/分闸状态判断当前供电模式；

若当前供电模式属于市电ⅰ段供电模式、市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式与所述市电ⅰ段+ⅱ段供电模式中的任意一种，则进入步骤2；

若当前供电模式属于孤岛ⅱ段供电模式、孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式中的任意一种，则进入步骤3；

步骤2：不区分负荷性质，向全部出线回路供电；

步骤3：根据出线回路-负荷性质映射表能够查询到各条出线回路的负荷性质；并切断容性负荷出线回路，避免发电机组产生谐振；然后进入步骤4；

步骤4：比较发电机组的功率与剩余出线回路的负荷功率容量：若剩余出线回路的负荷功率容量小于发电机组功率的90%，则继续为剩余出线回路供电；若剩余出线回路的负荷功率容量大于等发电机组功率的90%，则进入步骤5；

步骤5：切断感性负荷出线回路与大功率容量的阻性负荷出线回路，并保留小功率容量的阻性负荷出线回路，直到剩余出线回路的负荷功率容量小于发电机组功率的90%。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过ⅰ段母线、ⅱ段母线、并网断路器、市电出线断路器、发电机出线断路器，能够形成多种供电模式。市电停供时，可采用孤岛ⅱ段供电模式或孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式；市电供电不足时，可采用市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式。市电正常供电时，可采用市电ⅰ段供电模式或市电ⅰ段+ⅱ段供电模式。

2、在有市电供电的供电模式下，市电的容量大，具有较强的抗负荷波动能力，因此无需考虑负荷性质。但是，发电机组的容量较小，抗负荷变化的能力较弱，因此不仅需要考虑负荷的大小，还需要考虑电力负荷的性质。

3、当没有市电供电，只有发电机组供电时，首先切断容性负荷出线回路，以避免发电机组产生谐振，谐振会产生过电压烧毁发电机组，故首先切断容性负荷出线回路，以保证发电机组的安全。

4、比较发电机组的功率与剩余出线回路的负荷功率容量，若剩余出线回路的负荷功率容量大于发电机组功率的90%，则切断感性负荷出线回路与大功率容量的阻性负荷出线回路，是为了给发电机组保留至少10%的功率用于抵抗负荷波动。

5、采用can总线进行通信，能够减少布线，简化通信网络结构。

6、本发明通过改变出线回路的接线方式，使得电力分配控制器能够根据不同的供电模式来选择相应负荷性质的出线回路对其供电，并切断不适应当前供电模式的出线回路。

附图说明

图1为本具体实施方式中用于分布式供能系统的电力分配系统的结构示意图；

图2为电力分配控制器的结构示意图；

图3为市电ⅰ段供电模式的示意图；

图4为孤岛ⅱ段供电模式；

图5为市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式；

图6为市电ⅰ段+ⅱ段供电模式；

图7为孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，一种用于分布式供能系统的电力分配系统，包括用于通过市电出线断路器2qf接入市电的ⅰ段母线与用于通过发电机出线断路器2qf接入发电机组的ⅱ段母线；ⅰ段母线与ⅱ段母线之间通过并网断路器4qf实现连接或断开；

还包括电力分配控制器与n条出线回路，每条出线回路均包括接入ⅰ段母线的ⅰ段子出线段、接入ⅱ段母线的ⅱ段子出线段、总出线段以及用于将ⅰ段子出线段与ⅱ段子出线段连接到总出线段上的连接段；ⅰ段子出线段与ⅱ段子出线段上分别设有各自的子出线断路器；n条出线回路中包含阻性负荷出线回路、感性负荷出线回路以及容性负荷出线回路；图中qf11到qf1n分别为各ⅰ段子出线段上的子出线断路器，qf21到qf2n分别为各ⅱ段子出线段上的子出线断路器；

所述市电出线断路器、发电机出线断路器、并网断路器以及各子出线断路器分别与所述电力分配控制器双向通信连接，使得电力分配控制器能够获取各断路器的合/分闸状态，并能向各断路器发送控制指令；

所述电力分配控制器中配置有出线回路-负荷性质映射表，根据出线回路-负荷性质映射表能够查询到各条出线回路的负荷性质与负荷功率容量；所述电力分配控制器中还配置有电力分配程序，用于根据当前供电模式来选择相应负荷性质的出线回路对其供电，并切断不适应当前供电模式的出线回路。

本具体实施方式中，还包括分别用于对ⅰ段母线、ⅱ段母线进行采样的两个电压采样模块；所述两个电压采样模块均与电力分配控制器通信连接，以分别向电力分配控制器发送ⅰ段母线、ⅱ段母线的电压波形、相位和频率，使得电力分配控制能够根据ⅰ段母线、ⅱ段母线的电压波形、相位和频率判断ⅰ段母线与ⅱ段母线是否同期。若ⅰ段母线、ⅱ段母线的电压波形、相位和频率相同，则表明ⅰ段母线与ⅱ段母线同期，则可采用市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式，若不同期，则不能进行并网。

本具体实施方式中，所述电力分配控制器通过can总线与市电出线断路器、发电机出线断路器、并网断路器以及各子出线断路器进行通信。

本具体实施方式中，所述电力分配控制器的信号输出端连接有显示屏，用于显示供电模式以及各断路器的合/分闸状态。

如图2所示，电力分配控制器组成单元：cpu中央处理器、电源分配单元、ac/dc整理电路、存储单元、ai模块、di/do模块、通信模块和显示模块：

（1）cpu单元是控制器的核心，对整个系统进行控制和优化管理；对各个单元进行管理，首先采集2路ai电源的电压，对i段和ii段母线的电压进行同期比较，需要进行并网前检测2段的电压波形、相位和频率。

（2）ac/dc电源，系统将ac220v/380v电源进行整流转换，输入到电源分配单元，由电源分配单元根据电压的不同对电源进行分配到各个单元，保障各单元的供电。

（3）存储单元，用于断电时保存系统配置参数，正常运行时读取和写入参数。保存操作记录，报警事件及时间、历史数据等；

（4）显示屏，用于模拟显示一次供电回路各单元状态，包括各断路器的合/分闸状态的，母线是否带电等，还用于显示供电模式。

（5）通信单元，用于cpu与其他智能设备采用总线等方式进行通信，采集系统需要的各种数据，包括rs485、rs232以及以太网。

（6）2路ai单元，用于采集i段和ii段母线的电压相位、相位和频率，当2路电源不同期时，禁止进行对4qf合闸操作。采用can总线模块进行通信，最高可达1mbps。

（7）多路di/do模块，用于采集每个断路器合/分闸状态、跳闸状态，执行断路器的合闸、分闸指令。采用can总线模块进行通信

（8）按键单元，用于参数的配置，上下键和确认键。

（9）其他辅助单元，如晶振单元、看门狗电路等。

本具体实施方式中，包括5种供电模式：市电ⅰ段供电模式、孤岛ⅱ段供电模式、市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式、市电ⅰ段+ⅱ段供电模式以及孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式；

如图3所示，所述市电ⅰ段供电模式：并网断路器分闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线断开，同时，市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电，并且发电机出线断路器分闸，ⅱ段母线未接入发电机组；

如图4所示，所述孤岛ⅱ段供电模式：并网断路器分闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线断开，同时，发电机出线断路器合闸，ⅱ段母线接入发电机组，并且市电出线断路器分闸，ⅰ段母线未接入市电；

如图5所示，所述市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式：并网断路器合闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线连接，同时，市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电，并且发电机出线断路器合闸，ⅱ段母线接入发电机组；

如图6所示，所述市电ⅰ段+ⅱ段供电模式：并网断路器合闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线连接，同时，市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电，并且发电机出线断路器分闸，ⅱ段母线未接入发电机组；

如图7所示，所述孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式：并网断路器合闸，ⅰ段母线与ⅱ段母线连接，同时，发电机出线断路器合闸，ⅱ段母线接入发电机组，并且市电出线断路器合闸，ⅰ段母线接入市电。

本具体实施方式中，所述电力分配程序按如下步骤执行：

步骤1：根据市电出线断路器、发电机出线断路器以及并网断路器的合/分闸状态判断当前供电模式；

若当前供电模式属于市电ⅰ段供电模式、市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式与所述市电ⅰ段+ⅱ段供电模式中的任意一种，则进入步骤2；

若当前供电模式属于孤岛ⅱ段供电模式、孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式中的任意一种，则进入步骤3；

步骤2：不区分负荷性质，向全部出线回路供电；

步骤3：根据出线回路-负荷性质映射表能够查询到各条出线回路的负荷性质；并切断容性负荷出线回路，避免发电机组产生谐振；然后进入步骤4；

步骤4：比较发电机组的功率与剩余出线回路的负荷功率容量：若剩余出线回路的负荷功率容量小于等于发电机组功率的90%，则继续为剩余出线回路供电；若剩余出线回路的负荷功率容量大于发电机组功率的90%，则进入步骤5；

步骤5：切断感性负荷出线回路与大功率容量的阻性负荷出线回路，并保留小功率容量的阻性负荷出线回路，直到剩余出线回路的负荷功率容量小于发电机组功率的90%。

本具体实施方式中，采用市电ⅰ段供电模式时，电力分配控制器控制连接在ⅰ段母线上的全部ⅰ段子出线段的子出线断路器合闸，从而实现向全部出线回路供电。

本具体实施方式中，采用市电ⅰ段+孤岛ⅱ段并网供电模式时或采用市电ⅰ段+ⅱ段供电模式时，电力分配控制器控制分别连接在ⅰ段母线上、ⅱ段母线上的全部ⅰ段子出线段、全部ⅱ段子出线段的子出线断路器合闸，从而实现向全部出线回路供电。

本具体实施方式中，采用孤岛ⅱ段供电模式时：电力分配控制器控制连接在ⅱ段母线上的容性负荷出线回路所对应的ⅱ段子出线段的子出线断路器分闸，从而实现容性负荷出线回路的切断；电力分配控制器控制连接在ⅱ段母线上的感性负荷出线回路所对应的ⅱ段子出线段的子出线断路器分闸，从而实现感性负荷出线回路的切断；电力分配控制器控制连接在ⅱ段母线上的大功率容量的阻性负荷出线回路所对应的ⅱ段子出线段的子出线断路器分闸，从而实现大功率容量的阻性负荷出线回路的切断。

本具体实施方式中，采用孤岛ⅰ段+ⅱ段供电模式供电时：电力分配控制器控制分别连接在ⅰ段母线上、ⅱ段母线上的与容性负荷出现回路所对应的子出线段的子出线断路器分闸，从而实现容性负荷出线回路的切断；电力分配控制器控制分别连接在ⅰ段母线上、ⅱ段母线上的与感性负荷出现回路所对应的子出线段的子出线断路器分闸，从而实现感性负荷出线回路的切断；电力分配控制器控制分别连接在ⅰ段母线上、ⅱ段母线上的与大功率容量的阻性负荷出线回路所对应的子出线段的子出线断路器分闸，从而实现大功率容量的阻性负荷出线回路的切断。