楼宇型分布式微电网调控系统及调控方法与流程

1.本发明涉及分布式电源的调控，具体涉及一种专门针对楼宇型分布式微电网的调控系统及调控方法，属于电力系统领域。


背景技术：

2.我国的传统电网主要采用放射状供电系统结构，电源与电力负荷之间的物理距离较远；电网的发电、输电、变电和配电属于不同的运维管理部门进行管理，末端电力用户与电网发电侧之间没有直接的管理关系，无法实现源荷协调管理。
3.根据用户电力负荷与电源的关系，以及能源高效利用的需求，也出现了分布式供能系统。分布式供能系统是相对于传统的集中式供电方式而言的，是指将发电系统以小规模（数kw至50mw的小型模块式）、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热或（和）冷能的系统，同时它又可以与大电网相连接，在电力不够时从网上购买电，而在电力多余时向大电网出售电。末端用户既要用能，同时也自己产能，如何通过网络管理源荷关系是新的用能模式下，末端的分布式用户需要解决源荷之间如何实现匹配，实现安全的产能和用能。
4.根据分布式供能系统与电网的连接关系，分布式供能系统有并网模式和孤岛模式。由于分布式供能系统规模小，同时靠近负荷中心，大部分与配电网0.4kv电压等级接入，需要由用户自行进行管理和调度，以保证微电网系统在并网模式和孤岛模式之间的安全、可靠切换，同时满足微电网系统接入电网的电能质量的要求，实现分布式供能系统的安全、经济运行。
5.分布式供能根据用能规模又可分为园区型和楼宇型，对于楼宇型分布式供能系统，如何基于自身的负荷特点和供能特点，实现供能系统的安全、经济运行，是本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种楼宇型分布式微电网调控系统及调控方法，以基于楼宇型分布式供能特点和负荷特点实现电网安全经济可靠运行。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：楼宇型分布式微电网调控系统，包括市电电网和用于楼宇的分布式微电网，分布式微电网由光伏发电系统和发电机组组成，光伏发电系统和发电机组分别通过断路器qf3、断路器qf2与分布式微电网的微网母线连接，微网母线通过断路器与楼宇负荷连接；其特征在于：所述楼宇负荷按重要程度分为一般负荷和重要负荷，一般负荷和重要负荷分别通过断路器qf7、断路器qf6与微网母线连接；在市电母线和微网母线之间设有断路器qf5,以通过断路器qf5实现市电电网接入或者脱离分布式微电网。
8.本发明还包括控制器k，控制器k分别与断路器qf2、断路器qf3、断路器qf5、断路器qf6、断路器qf7连接，以控制对应断路器的通断。
9.优选地，还包括负荷控制器lc，控制器k通过负荷控制器lc与断路器qf6、断路器qf7连接，以通过负荷控制器lc控制一般负荷和重要负荷的接入或者断开。
10.更进一步地，所述发电机组为既能发电又能供热的热电联产发电机组。
11.分布式微电网的装机容量小于所有负荷功率之和，大于重要负荷功率之和。
12.热电联产机组电功率小于光伏发电系统电功率；其中，热电联产机组一套，机组电功率50 kw，机组热功率80kw；光伏发电系统一套，装机容量为56kwp。
13.楼宇型分布式微电网调控方法，其特征在于：先获得前述的楼宇型分布式微电网调控系统；然后根据市电正常与否按不同情形同时进行分布式微电网的调控和负荷的调控：1）市电处于正常工作状态：此时控制器k接通断路器qf5使分布式微电网与市电电网处于并网运行模式，断路器qf2、断路器qf3接通，分布式微电网的热电联产机组和光伏发电系统均处于自动运行状态；控制器k通过负荷控制器lc控制断路器qf6、断路器qf7接通使重要负荷和一般负荷均投入运行；2）市电处于故障状态：此时控制器k断开断路器qf5使分布式微电网与市电电网脱开而处于孤网运行模式，断路器qf2接通，分布式微电网的热电联产机组正常运行，光伏发电系统停止运行；控制器k通过负荷控制器lc控制断路器qf6接通使重要负荷全部正常运行，控制断路器qf7断开使一般负荷全部切除；3）市电由正常工作状态进入故障状态：此时又分两种情形，ⅰ）如果热电联产机组之前处于停机状态，那么断路器qf2接通，热电联产机组进入自动运行状态，断路器qf3断开，自动切除光伏发电系统；控制器k切断全部负荷，然后控制器k通过负荷控制器lc控制重要负荷的断路器qf6分批接通直至投入重要负荷的90%；控制所有一般负荷的断路器qf7断开使一般负荷全部切除；ⅱ）如果热电联产机组之前处于运行状态，那么热电联产机组继续运行，同时断路器qf3断开，自动切除光伏发电系统；控制器k通过负荷控制器lc控制所有一般负荷的断路器qf7断开使一般负荷全部切除；控制器k通过负荷控制器lc切断断路器qf6使重要负荷减至10%，然后控制切除掉的重要负荷的断路器qf6分批接通直至投入重要负荷的90%；4）市电由故障状态进入正常工作状态：断路器qf5接通，延时设定时间后断路器qf2接通，此时热电联产机组延时并网，并网后进入自动运行状态；断路器qf3接通，光伏发电系统进入自动运行状态；此时控制器k接通断路器qf5使分布式微电网与市电电网处于并网运行模式，控制器k通过负荷控制器lc控制断路器qf6、断路器qf7接通使重要负荷和一般负荷均投入运行。
14.优选地，第4）种情形下，热电联产机组延时并网的延时时间为60
‑
600秒。
15.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明楼宇型分布式供能系统通过智能控制器的调控，可实现微电网与市电的柔性并离网，具有较高的可靠性和安全性，满足电网对微电网接入市电的技术要求，实现分布式供能系统的正常工作，同时也体现了分布式供能系统的灵活性。本发明经微电网运行安全，多次状态切换验证均能安全、可靠运行，保障了整个系统（包括市电和微电网的）稳定性、安全性和经济性。
附图说明
16.图1
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本发明系统结构示意图。
具体实施方式
17.以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
18.本发明楼宇型分布式微电网调控系统，包括市电电网和用于楼宇的分布式微电网，分布式微电网由光伏发电系统和发电机组组成，光伏发电系统和发电机组分别通过断路器qf3、断路器qf2与分布式微电网的微网母线连接，微网母线通过断路器与楼宇负荷连接。所述楼宇负荷按重要程度分为一般负荷和重要负荷，一般负荷和重要负荷分别通过断路器qf7、断路器qf6与微网母线连接。在市电母线和微网母线之间设有断路器qf5,以通过断路器qf5的通断实现市电电网接入或者脱离分布式微电网。
19.进一步地，还包括控制器k，控制器k分别与断路器qf2、断路器qf3、断路器qf5、断路器qf6、断路器qf7连接，以控制对应断路器的通断。
20.更进一步地，还包括负荷控制器lc，控制器k通过负荷控制器lc与断路器qf6、断路器qf7连接，以通过负荷控制器lc控制一般负荷和重要负荷的接入或者断开。
21.所述发电机组为既能发电又能供热的热电联产发电机组。热电联产机组既可发电，又可产热，特别适合独立的办公楼宇的用能需求，根据不同情况，其运行模式有“以热定电”和“以电定热”。
22.分布式微电网的装机容量小于所有负荷功率之和，大于重要负荷功率之和。其中机组容量大于等于重要负荷。机组在孤岛（或孤网）运行模式时，机组的电功率调节范围为50%
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100%额定电功率，低于50%调控性能不佳，电能质量难以保证；一般不高于90%，预留10%考虑负荷的波动。
23.本发明的电源有3类，分别为市电、热电联产机组和光伏发电系统，其中市电为外部电源为一类；热电联产机组为一类；光伏发电系统为一类，其中可调控电源为热电联产机组和光伏发电系统；分布式系统的网络为电网和微电网，通过qf5进行并离网控制。
24.负荷为电力负荷，分布式供能系统中的电力负荷根据供电要求进行了分级，分为重要负荷和一般符合；由负荷控制器lc根据运行工况对分布式供能系统进行负荷管控。
25.分布式系统接入电网，电网故障时要求脱离时间如下表1：微电网直接并网运行，当发电设备与负荷匹配（或通过能量管理系统实现匹配）
时，发生外部电网（市电）故障，微电网可在保证电力系统安全的前提下，维持分布式电源正常供电，进入孤岛运行，对微电网内部的重要电力负荷进行供电，以减小停电范围，提高供电可靠性。
26.本发明的分布式供能系统中，热电联产机组和光伏发电系统作为分布式电源接入电源，需要满足分布式电源接入电网的规定。
27.分布式电源具备并网运行和孤岛运行的能力，并根据电网（市电）状态进行并离网控制。分布式电源并网需要遵循《分布式电源并网运行控制规范（gb/t 33592
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2017）》、《分布式电源并网技术要求（gb/t 33593
‑
2017）》、《分布式电源接入配电网技术规定（nb/t 32015
‑
2013）》等规范要求。
28.光伏发电系统接入系统需要按光伏发电系统接入的标准进行控制，详见《光伏系统并网技术要求（gb/t 19939
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2005）》规范。
29.本发明系统调控对象及特性介绍如下“源
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网
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荷”的特性决定了系统的分布式供能系统的主要特点，以下从分布式供能系统的源荷进行分析调控特点。
30.（1）燃气内燃机机组特性：燃气内燃机是楼宇型分布式供能系统最常用的动力机械。其优点是运行可靠，燃料混合气在燃气内燃机的燃烧室里燃烧，利用机动力驱动，带动发电机发电；由于结构简单、紧凑，较小，加速直至带上满负荷，一般只需3
‑
15分钟。现代燃气轮机多数已应用微机控制，可以程序起动或停机，集中控制或遥控，运行维修方便，甚至可以无人运行。
31.机组孤网运行时的发电功率≤90%额定功率。机组冷启动功率提升数为10%额定功率/分钟。电网故障后恢复正常检查时间1
‑
10分钟。
32.（2）光伏发电系统特性：控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。光伏发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的pv转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。
33.光伏发电系统主要组成为光伏组串和逆变器，本发明为离网型逆变器（不带储能），系统的发电时段为白天，且发电的功率受天气、日照等影响，其特点为强不确定性，发电功率调节时间为毫秒级别，光照资源情况立即可以被反映出来。
34.（3）电力负荷特性：电力负荷最大的特点就是用电和发电同时发生，未考虑电能存储，楼宇型电力负荷总体比较稳定，主要用能时段为工作日，用能设备为办公电脑等设备；动力负荷主要为电制冷空调，其负荷的功率变化范围为0
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90%额定功率，工作时间为5月到9月，用能时间约150天左右，用能为工作时间，故负荷特性为功率变化区间大，呈季节性负荷，周期性重复。
35.（4）电力网络特性：市电正常时，电网与微电网为并网运行方式；电网故障时，微电网与电网解列，实现孤岛运行方式；在实际配置中，微电网内部由于热电联产机组功率小，光伏发电系统功率大，较难维持系统的频率和电压，故采用机组独立运行方式。
36.为了保障系统稳定运行、安全、可靠运行，需要考虑分布式供能系统“源
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荷”的限制条件，分析“源
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荷”平衡关系，采用不同的策略来实现。据此本发明提出了一种楼宇型分布式微电网调控方法，先获得前述的楼宇型分布式微电网调控系统；然后根据市电正常与否按不同情形同时进行分布式微电网的调控和负荷的调控：
1）市电处于正常工作状态：此时控制器k接通断路器qf5使分布式微电网与市电电网处于并网运行模式，断路器qf2、断路器qf3接通，分布式微电网的热电联产机组和光伏发电系统均处于自动运行状态；控制器k通过负荷控制器lc控制断路器qf6、断路器qf7接通使重要负荷和一般负荷均投入运行；2）市电处于故障状态：此时控制器k断开断路器qf5使分布式微电网与市电电网脱开而处于孤网运行模式，断路器qf2接通，分布式微电网的热电联产机组正常运行，光伏发电系统停止运行；控制器k通过负荷控制器lc控制断路器qf6接通使重要负荷全部正常运行，控制断路器qf7断开使一般负荷全部切除；3）市电由正常工作状态进入故障状态：此时又分两种情形，ⅰ）如果热电联产机组之前处于停机状态，那么断路器qf2接通，热电联产机组进入自动运行状态，断路器qf3断开，自动切除光伏发电系统；控制器k切断全部负荷，然后控制器k通过负荷控制器lc控制重要负荷的断路器qf6分批接通直至投入重要负荷的90%；控制所有一般负荷的断路器qf7断开使一般负荷全部切除；ⅱ）如果热电联产机组之前处于运行状态，那么热电联产机组继续运行，同时断路器qf3断开，自动切除光伏发电系统；控制器k通过负荷控制器lc控制所有一般负荷的断路器qf7断开使一般负荷全部切除；控制器k通过负荷控制器lc切断断路器qf6使重要负荷减至10%，然后控制切除掉的重要负荷的断路器qf6分批接通直至投入重要负荷的90%；4）市电由故障状态进入正常工作状态：断路器qf5接通，延时设定时间后断路器qf2接通，此时热电联产机组延时并网，并网后进入自动运行状态；断路器qf3接通，光伏发电系统进入自动运行状态；此时控制器k接通断路器qf5使分布式微电网与市电电网处于并网运行模式，控制器k通过负荷控制器lc控制断路器qf6、断路器qf7接通使重要负荷和一般负荷均投入运行。
37.表2中序号3不同情形下断路器分合顺序按如下进行。
38.序号3第一种情形，即机组之前处于停运状态：电网故障，市电电压消失，同时断开qf5、qf2、qf3，qf6，qf7，实现微电网与市电隔离；同时机组收到外部电源断电，需要自动启动机组，机组启动正常后，闭合qf2，实现微电网工作；再分批投入qf6至达到重要负荷的90%；序号3第二种情形，即机组之前处于运行状态：电网故障，市电电压消失，同时断开qf5、qf3和一般负荷对应的全部qf7，断开部分qf6，使得90%的重要负荷断开，实现微电网与市电隔离；同时机组收到外部电源断电，负荷控制器lc控制断开的qf6的负荷分批投入，至90%重要负荷投入为止。
39.第4）种情形下，热电联产机组延时并网的延时时间为60
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600秒。
40.不同情形下的调控策略可以参见表2。
41.从表2可以看出，对系统调控过程中，调控的关键时间是切换过程，需要确保在不同状态切换过程中，保持对外持续稳定输出。
42.并网运行时，有公网系统提供电压支撑，分布式发电系统（热电联产机组和光伏逆变器）被处理为一个恒定的功率输出；该模式下，要求电站有功与无功是可控的，是从电网端考虑的，为了保证电网上发电与用电的平衡，要求机组和光伏电站需有pq调节功能，该模式称为pq控制。
43.分布式发电系统或孤岛系统运行，在这种系统中，没有公网的支撑，独立系统要控制电压和频率以满足独立系统中敏感负荷的需求；类似于电机的压频控制，旨在维持电机恒定磁通，让电机保持较高的效率，该模式称为v
‑
f控制。
44.机组从并网转入孤网运行，机组的运行模式由“p
‑
q”模式转变为“v
‑
f
”ꢀ
模式，机组在该阶段有一个建立频率和电压调节的过程，该时间的长短也反映了机组孤网调节能力。
45.针对不同的“源
‑
荷”关系，需要建立类似“源
‑
荷”匹配模型，通过控制器k和负荷控制器lc的组合与自动调控，变成为新的供电网络，实现真正意义上的“源
‑
网
‑
荷”系统。
46.通过对以上控制策略的应用实施，可以有效的保证分布式供能系统中的微电网安全可靠运行。
47.实施例：根据工程项目建设情况，在重庆市区商业中心某办公大楼内新建了一套分布式供能系统，用电负荷为办公用电（40kw）和空调用电（120kw），系统组成如图1所示，配置如下：（1）市电一回，配电变压器（t1）容量为1250kva；（2）热电联产机组（g）一套，机组电功率50 kw，机组热功率80kw；（3）光伏发电系统（pv）一套，装机容量为56kwp；该分布式供能系统装机容量为106kw，采用0.4kv电压等级进行并网，运行模式为“并网运行，自发自用，余电不上网”。
48.断路器qf5为微电网与市电的并网点，为并网开关，受系统控制器k的控制，实现微电网与市电的互动控制。
49.该楼宇型分布式供能系统通过智能控制器的调控，可实现微电网与市电的柔性并离网，具有较高的可靠性和安全性，满足电网对微电网接入市电的技术要求，实现分布式供能系统的正常工作，同时也体现了分布式供能系统的灵活性。项目从投入试运行至今，微能网系统运行安全，多次状态切换均能安全、可靠运行。
50.本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。