分级控制的独立微网的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种分级控制的独立微网。
【背景技术】
[0002]大力加强可再生能源集成利用技术的基础理论研究，促进可再生能源的大规模高效集成利用是目前能源领域急需解决的重大基础研究问题。根据当地资源条件，合理选择综合利用多种可再生能源(风能、太阳能、海洋能、生物质能、后备柴油机等)，组成分布式可再生能源供电体系，构成微网，实现独立运行或并网运行，是今后可再生能源高效利用的主要方向。
[0003]微网是智能电网的重要组成部分，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。在微网内通过合理的电能管理，实现对电能质量的控制，并控制了微电网与公共电网间电能交换的变化，克服了分布式发电易突变的问题。多能源互补分布式微网技术可以对微网系统实现能量的优化调度分配、系统效率最大化、系统安全可靠运行。目前对单一可再生能源技术及其控制研究已经比较成熟，但对多种可再生能源技术集成应用及微网相关的基础理论研究问题，包括分布式可再生能源系统微电网的优化组网技术，体系结构，微电网独立及并网运行控制研究，微电网的能源管理及调度策略，微电网无线通讯及远程监控，微电网对并网系统的影响，与分布式可再生能源发电系统相适应的变频、换流以及保护措施等研究还需加强投入，以解决分布式可再生能源发电系统与微网控制相关的基础理论问题，促进可再生能源的大规模高效集成应用。
[0004]可再生能源独立电站及其分布式发电微电网系统技术可以实现系统效率的最大化，是今后可再生能源高效利用的主要发展方向之一。不但能够解决远离电网及一些特殊地区(高山、海岛)的供电、农村建设中的生态能源项目、高速公路信号及照明、供电成本高的用户供电等，还可作为主电网的有效补充，提高输变电的安全性和可靠性，降低线路电能损耗，其市场推广应用前景一片光明。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种分级控制的独立微网，针对区域供能需求，以多种可再生能源(发电综合利用为主，燃气/油发电、蓄能发电为辅。以此为基础建立的实际可应用的独立微网可以提高分布式电源的供电质量与清洁能源的利用效率，减少化石资源的消耗量和环境污染物排放；增强分布式发电接纳能力，满足长期稳定的用电需求，避免大面积停电事故，具有应用示范意义。
[0006]为实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案是:
[0007]一种分级控制的独立微网，包括上级微网和若干子微网；
[0008]每个子微网均包括可再生能源发电单元、储能装置和负荷；
[0009]每个子微网均包括可再生能源发电单元、储能装置和负荷，可再生能源发电单元和负荷均连接到交流母线，储能装置连接到直流母线，每个子微网将双向变流器作为与上级微网的接口设备，双向变流器的三组接线端分别连接子微网的交流母线、上级微网的交流母线、子微网的储能装置的直流母线；
[0010]子微网在向上级微网送电模式下，子微网按照上级微网的指令向上级微网按照指定功率输送电能，同时子微网内部的用电由可再生能源发电单元供电，当可再生能源发电功率大于负荷所需时，多余的电能将为储能装置充电，当可再生能源发电功率小于负荷所需时，不足的电能由储能装置补充；
[0011]子微网在从上级微网获取电能模式下，子微网按照上级微网的指令从上级微网按照指定功率获取电能，当子微网内可再生能源发电功率大于负荷所需时，多余的电能将为子微网的储能装置充电，从上级微网获取的电能也将为储能装置充电，当可再生能源发电功率小于负荷所需时，不足的电能缺口依靠从上级微网获得的电能补充，同时还要根据供电和用电情况确定为储能装置充电或放电。
[0012]本发明分级控制的独立微网，采用两级控制结构，子微网以双向变流器作为与上级微电网的接口设备，子微网双向变流器相对于子微网内部作为一个电压源运行，决定子微电网母线的电压；相对于上级微网在送电情况下作为一个并网逆变器运行，在从上级微网获取电能时作为一个同步整流器运行。从而完成上级微网与子微网之间的电能变换工作，提高了分布式电源的供电质量与清洁能源的利用效率，减少化石资源的消耗量和环境污染物排放；增强分布式发电接纳能力，满足长期稳定的用电需求，避免大面积停电事故，具有应用示范意义。
【附图说明】
[0013]图1为本发明分级控制的独立微网的结构示意图；
[0014]图2为自同步双向变流器的主电路拓扑结构；
[0015]图3为三端口双向变流器的主电路拓扑结构；
[0016]图4分级控制的独立微网能量管理控制流程图；
[0017]图5为独立微网智能调度控制系统结构图。
【具体实施方式】
[0018]下面根据附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不作为对本发明的限定。
[0019]本发明分级控制的独立微网包含包括上级微网和若干子微网。
[0020]本实施例中的各个微网采用交流母线结构，如图1所示，所有的分布式电源、储能、负荷都连接到380V低压母线，并通过变压器与10KV输变电系统联接。在结构上，微网可视为由主微网和若干相似的子微网组成，每个子微网都由可再生能源发电单元(光伏发电、风能发电等)、储能装置和负荷组成。本独立微网允许在一级微网下存在多个子微网，子微网通过控制其与上级微网间的电能交换，成为上级微网的一个稳定负荷，方便上级微网的电能调度。按照这种架构，可以将众多小型微电网集成到一个大微电网框架下，理论上可以无限制的扩容。
[0021]子微网以双向变流器作为与上级微电网的接口设备，双向变流器的三组接线端分别连接子微电网交流母线、上级微电网交流母线、储能装置直流母线，三母线间的电能调配完全由双向变流器控制。子微网主要可以分为两种工作模式，第一种是在子微网向上级微网送电的情况下运行，在此模式下，子微网按照上级微网的指令向上级微网按照指定功率输送电能，同时子微网内部的用电由可再生能源发电供电，当可再生能源发电功率大于负荷所需时，多余的电能将为子微网的储能装置充电，当可再生能源发电功率小于负荷所需时，不足的电能由储能装置补充。第二种工作模式是子微网内部电能从上级微网获取电能的情况，在此模式下，子微网按照上级微网的指令从上级微网按照指定功率获取电能，当子微网内可再生能源发电功率大于负荷所需时，多余的电能将为子微网的储能装置充电，从上级微网获取的电能也将为储能装置充电。当可再生能源发电功率小于负荷所需时，不足的电能缺口依靠从上级微网获得的电能补充，同时还要根据供电和用电情况确定为储能装置充电或放电功率。子微网双向变流器相对于子微网内部作为一个电压源运行，决定子微电网母线的电压；相对于上级微网在送电情况下作为一个并网逆变器运行，在从上级微网获取电能时作为一个同步整流器运行。
[0022]独立微网中的分布式发电单元以光伏发电单元、风力发电单元和备用柴油机发电单元为主，生物质发电单元和海洋能发电单元为辅。生物质能发电单元和海洋能发电单元视微网选址的实际资源条件考虑是否接入，如当有足够的沼气供给时，可接入沼气发电单元，其接入方式为通过发电机组直接并网；当靠近有足够大可利用波浪能的海域时，可接入海洋能发电单元，其接入方式为通过为岸式负载(蓄电池)供电输电将“鹰式”波浪能装置接入微网。微网中各可再生能源发电单元的配置比例，则主要考虑作为微网可再生能源发电首选的光伏发电和风力发电，根据实际气候条件及光伏发电、风力发电的历史数据，确定风力发电与光伏发电的装机容量配置比例，以及它们与总装机容量的恰当比例关系。
[0023]独立微网中的储能装置主要为蓄电池等能量型电池储能装置，也可考虑接入超级电容、飞轮等功率型储能装置作为辅助。
[0024]独立微网中的负荷包括用电负荷、调峰负荷、及作为上级微网的稳定负荷的子微网:
[0025]1、用电负荷根据其重要程度可分为敏感负荷、可控负荷及可切负荷，敏感负荷要求连续不中断供电，可控负荷在必要情况下可以中断供电，可切负荷可随时切除；
[0026]2、调峰负荷采用制冰/蓄冷调峰负荷系统，以配合独立微网的供用电调控，适应电流负荷调峰需要。该系统主要配置包括制冰机、水冷冷却塔和大型储冰库，其控制系统包括各个关键部件的运行参数显示、整个系统的运行参数优化、以及故障报警等等，且能通过对居民生产、生活用能需求进行分析，并结合独立微网的运行参数，以及多年气象统计数据，对未来的蓄冷量进行有效预测，由此充分降低无效蓄冷，大幅度提高蓄冷系统的能效，整体耗电量降低20%以上；
[0027]独立微网中的电能变换装置主要为双向变流器。微网用双向变流器是整个系统的关键硬件装置，根据组网和运行控制需要，可工作在逆变或整流状态，可用来建立电压参考信号以及实现功率的双向流动，其拓扑结构如图2所示:
[0028]1、图2为自同步双向变流器的主电路拓扑结构，其原边为三个单相全桥电路，副边采用Y形接法，滤波电感和输出变压器采用一体化三磁柱铁芯结构，可保证在平衡/不平衡，线性/非线性负载下，控制输出电压、电流波形好，谐波少，容易实现。
[0029]变流器的控制主要分为两部分，分别为锁相控制和电压波形控制。a相电压参考正弦表正向过零点与同步脉冲上升沿的相角差，进行比例运算后调整PWM波的周期值，实现两者零相差锁相，b相和c相参考电压波形可将a相电压参考正弦表依次延时120度和240度得到。
[0030]采用光纤传输公共同步脉冲，微电网中各双向变流器以公共同步脉冲作为锁相参考，真正实现双向变流器的模块化、分布式接入。
[0031]通过双向变流器的均流控制可实现单机及多机并联运行，扩大系统容量。
[0032]2、图3为三端口双向变流器的主电路拓扑结构，采用逆变和整流分开的两套主电路，在传统UPS电源的基础上，采用四象限大功率变频技术对UPS逆变器进行二次改造，可实现双向变流器两侧的“耦合链接”，使不同频率、不同电压等级的分布式发电单元通过储能系统联系起来，从而可将微网划分为规模更小的子微网接受上层调度；
[0033]独立微网的能量管理采用两级控制结构。上层控制根据接收到