一种孤岛综合能源供给及保障系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种孤岛综合能源供给及保障系统，包括：作为孤岛微电网的主电源的小型堆核发电设备；用于将所述小型堆核发电设备接入微电网的开关站；用于储能的大容量储能系统以及超级电容；作为孤岛微电网的辅助电源的分布式再生能源发电系统；作为孤岛微电网的应急能源的柴油发电系统；以及微电网综合控制管理中心系统；其中，所述小型堆核发电设备、开关站、大容量储能系统以及超级电容、分布式再生能源发电系统、柴油发电系统以及微电网综合控制管理中心系统之间通过电力传输线路或/及微网通讯线路进行连接。实施本发明，可以为孤岛提供综合能源及保障。
【专利说明】
一种孤岛综合能源供给及保障系统
技术领域
[0001]本发明涉及用于孤岛的微电网技术领域，特别涉及一种孤岛综合能源供给及保障系统。
【背景技术】
[0002]微电网是分布式发电的一种组织形式，其由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负载和监控系统、保护装置组成的小型发配电系统，能够实现自我控制、保护和管理，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。孤岛微电网是指仅具备独立运行功能的微电网，例如对偏远地区或者海岛供电的微电网。
[0003]孤岛系统通常远离陆地并且岛屿面积也比较小，长期柴油运输和消耗费用制约了传统系统的发展；另一方面，由于一次能源日益枯竭和人类生存环境日益恶化世界各国都把开发新的可再生能源作为能源发展的方向。孤立岛屿传统采用柴油机自给自足供电，近几年来发电量越来越难满足用户要求。
[0004]随着我国不断加强对近海石油、天然气资源的开发利用，海洋油气开采电力供应需求日益增加。海上核电站为海洋油气开采、海岛资源战略开发等提供电力供应在降低供电成本、提高电能质量、油田群持续滚动开发、海岛资源综合开发利用等方面具有显著优势。
[0005]分布式可再生能源在孤岛微电网的应用目前尚处于起步阶段，还存在输出容量有限、用电持续性及电网稳定性差等诸多问题，还远远不能满足各种孤岛大容量用电的需求。
[0006]按照国际原子能委员会(IAEA)的规定，电功率小于300MW的反应堆被划分为小型堆，但是有些时候功率小于500MW的反应堆也被称为小型堆。根据这个定义，国际上的小型反应堆不但种类很多，而且数量很大。包括绝大多数的研究堆、原型堆，大量的军用堆、舰船潜艇上的反应堆，以及小功率的商用堆。堆型有压水堆、高温气冷堆、沸水堆、液态金属快堆、熔盐堆等各种堆型。其中，小型压水堆是国际上的主要研究方向。目前多个国家正在开发各种新型小型堆，包括美国西屋公司的IRIS、WSMR，巴威公司的mPower，NuScale Power公司的NuScale，Holtec公司的SMR-160，韩国的SMART，俄罗斯OKBM的浮动式KLT40S，法国国有船舶公司的Flexblue，国内中国广核集团的ACPR系列小型堆，中核集团的ACP100，清华的供热用低温堆，除上述压水堆堆型之外，高温气冷堆堆型也处于不断发展完善之中，目前在运的日本3(Mffth的高温工程实验堆(HTTR)和中国的l(MWth高温气冷实验堆(HTR-10)，华能集团模块式高温气冷堆示范工程HTR-PM目前已经开工建设。
[0007]小型堆的尺寸和发电量可以满足多种基础和工业应用，包括发电、海水淡化、区域供热和舰船供能等方面。根据IAEA调查，85.7%的研究者认为小型堆最佳应用是发电，而71%的研究者也高度关注小型堆在海水淡化、区域供热、独立发电、工业处理等方面的潜在应用。但对孤岛采用小型压水堆进行供电目前尚没有比较完善的方案。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种孤岛综合能源供给及保障系统，可以为孤岛提供智能化及综合能源。
[0009]为解决上述技术问题，本发明的一方面提供一种孤岛综合能源供给及保障系统，包括:
[0010]作为孤岛微电网的主电源的小型堆核发电设备；
[0011]用于将所述小型堆核发电设备接入微电网的开关站；
[0012]用于储能的大容量储能系统以及超级电容；
[0013]作为孤岛微电网的辅助电源的分布式再生能源发电系统；
[0014]作为孤岛微电网的应急能源的柴油发电系统；以及
[0015]微电网综合控制管理中心系统；
[0016]其中，所述小型堆核发电设备、开关站、大容量储能系统以及超级电容、分布式再生能源发电系统、柴油发电系统以及微电网综合控制管理中心系统之间通过电力传输线路或/及微网通讯线路进行连接；
[0017]其中，所述分布式再生能源发电系统包括:光伏发电系统、风力发电系统、海浪能发电系统、潮汐能发电系统、微型燃气发电系统、生物质发电系统、海上温差能发电系统中的一个或多个。
[0018]其中，所述小型堆核发电设备为小型堆核电站，其通过开关站中的接入系统与孤岛微电网相连接;或者
[0019]所述小型堆核发电设备为核动力发电船，其通过海底电缆直接与开关站中的接入系统相连接;或者所述核动力发电船的输出电缆与一浮桥装置中的电缆接口相连，所述浮桥装置内通过铺设的电缆与开关站的接入系统相连接。
[0020]其中，所述小型堆核发电设备为建设在所述孤岛上的小型堆核电站，所述小型堆核电站通过开关站接入微电网为孤岛负载进行供电；
[0021]所述分布式再生能源发电系统接入所述大容量储能系统以及超级电容，所述大容量储能系统以及超级电容在所述小型堆核电站出现故障停电或停机时，为孤岛负载进行供电。
[0022]其中，所述小型堆核发电设备为核动力发电船，所述核动力发电船通过海底电缆与设置于孤岛上的开关站相连，通过所述开关站接入微电网为孤岛负载进行供电；
[0023]所述分布式再生能源发电系统接入所述大容量储能系统以及超级电容，所述大容量储能系统以及超级电容在所述核动力发电船出现故障停电或停机时，为孤岛负载进行供电。
[0024]其中，所述分布式再生能源发电系统接入所述大容量储能系统以及超级电容并进行充电，优先为孤岛负载进行供电；
[0025]所述小型堆核发电设备为核动力发电船，所述核动力发电船定期通过海底电缆与设置于孤岛上的开关站相连，通过所述开关站对接入所述大容量储能系统以及超级电容进行充电。
[0026]其中，所述开关站至少包括接入系统、变压器、断路器及母线，所述接入系统提供有小型堆核发电设备与孤岛微电网互相连接的接口。
[0027]其中，所述大容量储能系统包括电池系统、双向控制装置、工频隔离变压器。
[0028]其中，所述微电网综合控制管理中心系统包括微电网能量管理系统，所述微电网能量管理系统包括:
[0029]电量采集模块，用于在线采集微电网参数以及大容量储能系统参数信息，所述微电网参数包括电压、电流、有功、无功、频率信息，所述大容量储能系统参数包括电压、电流、充放电信息；
[0030]信息处理模块，用于接收来自电量采集模块的微电网参数以及大容量储能系统参数，通过对所接收的信息进行整合、处理和计算分析，判断是否需要进行功率调节，并在确定需要进行功率调节时制定功率调节策略，并生成控制?目号；
[0031]电力控制模块，用于接收来自所述信息处理模块的控制信号，根据所述控制信号执行相应的有功功率调节或无功功率调节。
[0032]其中，当信息处理模块判断到电压出现波动超出预定阈值时，则确定需要启动微电网有功功率调节；当信息处理模块判断到频率出现波动超出预定阈值时，则确定需要启动微电网无功功率调节；
[0033]其中，所述电力控制模块进一步包括有功功率调节模块和无功功率调节模块；
[0034]所述有功功率调节模块用于在电量过剩时，控制对大容量储能系统和超级电容组进行充电，并用于在电量不足时，控制对大容量储能系统和超级电容组进行放电，以实现有功功率的动态平衡；
[0035]所述无功功率调节模块，用于通过对无功补偿装置进行投、切操作以实现无功功率的动态平衡。
[0036]其中，所述微电网综合控制管理中心系统进一步包括微电网管理系统，所述微电网管理系统包括:微电网接入柜、微电网通讯屏、微电网测控屏和微电网集中管理系统，所述微电网测控制屏包含微电网集中控制器；
[0037]其中，微电网集中控制器用于实时检测微电网频率，如果检测到频率过低，则根据负载的优先级从低到高依次切除部分负载，或调整分布式电源输出，以使微电网频率处于正常范围；
[0038]如果检测到频率过高，则根据已切除的负载的优先级从高到低依次进行恢复，或调整分布式电源输出，以使微电网频率处于正常范围。
[0039]其中，所述微电网集中管理系统包括储能系统监控模块、微电网综合监视与统计模块以及下述模块中的至少一个:小型核能发电监控模块、风力发电监控模块、光伏发电监控模块、柴油发电监控模块、海浪能发电监控模块、潮汐能发电监控模块、微型燃气发电监控模块、生物质发电监控模块和海上温差能发电监控模块。
[0040]实施本发明，具有如下的有益效果:
[0041]本发明将小型堆核电站或核动力发电船与多种分布式清洁能源相结合，充分发挥小型堆核电站输出容量大、电力质量稳定、经济性和可靠性高以及分布式能源清洁环保等诸多优点，同时包含了各种可再生能源作为能源补充，电源选择范围非常广，为边远海岛等独立孤岛或孤岛群的综合能源供给及保障提供了有效解决方案，可以解决孤岛综合供电、海水淡化、区域供热、舰船供能及海上能源补给等综合能源供给及保障问题；
[0042]本发明方案通过小型堆核电站或核动力发电船作为孤岛主电源，可以满足孤岛对大容量用电的需求。
[0043]本发明配置了微电网综合控制管理中心系统，该系统包括微电网能量管理系统、微电网管理系统，可以非常高效、可靠地对孤岛微电网系统进行控制和管理，通过将二次测控保护、通讯与数据采集在内的设备和微电网集中管理系统，实现孤岛微电网供电网络的协调运行，最终建成一个包含核、风、光、柴、储、微一体的智能化供电系统，利用微电网的实时调度与控制实现整个系统的高效、安全运转；
[0044]本发明基于混合储能(大容量储能系统、超级电容)的分布式电源，采用混合储能控制技术，将蓄电池和超级电容器混合使用，应用于可再生能源发电系统，使蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环寿命长的特点相结合，大大提升了整个系统的技术性能和经济性能。
【附图说明】
[0045]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0046]图1是本发明提供的一种孤岛综合能源供给及保障系统结构示意图；
[0047]图2是图1中大容量储能系统的结构示意图；
[0048]图3是图1中微电网综合控制管理中心系统7的结构示意图；
[0049]图4示出了本发明的微电网能量管理系统70用于实现功率控制的一种结构的示意图；
[0050]图5示出了图4中微电网能量管理系统70的工作原理示意图；
[0051 ]图6不出了本发明图3中微电网管理系统71的结构不意图；
[0052]图7示出了本发明采用微电网集中控制器714所实行的孤岛微电网负载平衡控制原理示意图；
[0053]图8是图6中微电网集中管理系统713的结构示意图；
[0054]图9示出了本发明的实施方式一中系统整体控制原理示意图；
[0055]图10示出了本发明的实施方式二中系统整体控制原理示意图；
[0056]图11示出了本发明的实施方式三中系统整体控制原理示意图。
【具体实施方式】
[0057]下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
[0058]具体地，如图1所示，是本发明实施例提供的一种孤岛综合能源供给及保障系统的结构示意图。在该实施例中，该孤岛综合能源供给及保障系统，用以解决孤岛综合供电、海水淡化、区域供热、舰船供能及海上能源补给等综合能源供给及保障问题。具体地，该系统包括:
[0059]作为孤岛微电网的主电源的小型堆核发电设备I;
[0060]用于将所述小型堆核发电设备接入微电网的开关站2;
[0061 ]用于储能的大容量储能系统3以及超级电容4;
[0062]作为孤岛微电网的辅助电源的分布式再生能源发电系统5;
[0063]作为孤岛微电网的应急能源的柴油发电系统6;以及
[0064]微电网综合控制管理中心系统7;
[0065]其中，所述小型堆核发电设备1、开关站2、大容量储能系统3以及超级电容4、分布式再生能源发电系统5、柴油发电系统6以及微电网综合控制管理中心系统7之间通过电力传输线路或/及微网通讯线路进行连接；
[0066]其中，所述分布式再生能源发电系统5包括:光伏发电系统、风力发电系统、海浪能发电系统、潮汐能发电系统、微型燃气发电系统、生物质发电系统、海上温差能发电系统中的一个或多个。
[0067]可以理解的是，在该孤岛综合能源供给及保障系统中可进一步包括有孤岛负载8以及海水淡化系统9;具体地，孤岛负载8可以包括工业和生活负载，其中，工业负载考虑了部分启动电流和瞬时功率较大的用电设备。
[0068]开关站2，用于接收和分配电能，包括接入系统、变压器、断路器、母线等一次设备以及相应的控制、测量、保护、通讯等二次设备。
[0069]其中，在一个例子中，所述小型堆核发电设备I为小型堆核电站，如，建在孤岛上的陆上小型核能发核电站，其通过开关站中的接入系统与孤岛微电网相连接；
[0070]在另一个例子中，所述小型堆核发电设备I为核动力发电船，如，拖航式或可移动的小型核动力发电船，其通过海底电缆直接与开关站中的接入系统相连接;也可以通过设置浮桥装置进行连接，具体地，所述核动力发电船的输出电缆与一浮桥装置中的电缆接口相连，所述浮桥装置内通过铺设的电缆与开关站的接入系统相连接。
[0071]柴油发电系统7可以作为应急电源，以保证系统连续供电的可靠性，在一个实施例中，该柴油发电系统配置有电启动电子调节阀门，可一键启动也可以在交流母线失电后自动启动。
[0072]如图2所示，示出了图1中的大容量储能系统3的结构示意图；
[0073]其中，该大容量储能系统3，包括电池系统30、双向控制装置(PCS)31、工频隔离变压器32以及微电网接入柜33。在输在入侧采用工频变压器实现电气隔离。在本发明的实施例中，该大容量储能系统3可根据负载大小、战略需要等实际需求采用站房集中式、站房分布式、集装箱分布式和可移动分布式等多种布置形式。
[0074]可以理解的是，在带有储能系统的分布式可再生能源发电系统中，通常选用蓄电池作为储能元件，但是蓄电池作为能量型的储能元件，存在功率密度低、充放电循环次数影响其使用寿命等缺点。超级电容作为功率型储能元件，由于其功率密度高、循环寿命长、充放电效率高、无需维护等优点，正受到越来越多的关注，但是由于其能量密度较低，目前还很难实现大容量的电力储能。而本发明实施例中，采用基于混合储能(大容量储能系统、超级电容)的分布式电源，可将蓄电池和超级电容器混合使用，应用于可再生能源发电系统，使蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环寿命长的特点相结合，大大提升了整个系统的技术性能和经济性能。
[0075]如图3所示，示出了本发明图1中微电网综合控制管理中心系统7的结构示意图。该微电网综合控制管理中心系统7包括微电网能量管理系统70和微电网管理系统71，用以实现对孤岛微电网的实时管理与控制。
[0076]其中，微电网能量管理系统7具体可以包括分布式发电功率控制模块、自动电压无功控制模块、电网主控模式切换控制模块、电网静态稳定分析模块、电网经济优化运行模块等模块(未示出)。
[0077]具体地，本发明的微电网能量管理系统70可以实现有功功率和无功功率控制功能。如图4所示，示出了本发明的微电网能量管理系统70用于实现功率控制的一种结构的示意图。
[0078]其中，该微电网能量管理系统70包括:
[0079]电量采集模块700，用于在线采集微电网参数以及大容量储能系统参数信息，所述微电网参数包括电压、电流、有功、无功、频率信息，所述大容量储能系统参数包括电压、电流、充放电信息；
[0080]信息处理模块701，用于接收来自电量采集模块的微电网参数以及大容量储能系统参数，通过对所接收的信息进行整合、处理和计算分析，判断是否需要进行功率调节，并在确定需要进行功率调节时制定功率调节策略，并生成控制?目号；
[0081]电力控制模块702，用于接收来自所述信息处理模块的控制信号，根据所述控制信号执行相应的有功功率调节或无功功率调节。
[0082]具体地，当信息处理模块701判断到电压出现波动超出预定阈值时，则确定需要启动微电网有功功率调节；当信息处理模块701判断到频率出现波动超出预定阈值时，则确定需要启动微电网无功功率调节；
[0083]其中，所述电力控制模块702进一步包括有功功率调节模块703和无功功率调节模块704;
[0084]所述有功功率调节模块703用于在电量过剩时，控制对大容量储能系统和超级电容组进行充电，并用于在电量不足时，控制对大容量储能系统和超级电容组进行放电，以实现有功功率的动态平衡；
[0085]所述无功功率调节模块704用于通过对无功补偿装置进行投、切操作以实现无功功率的动态平衡。
[0086]可以理解的是，此处所说无功补偿装置可以是独立的装置，其可以包括无功补偿设备(包括电容器组、电抗器组)、开关设备以及相应的控制、保护、测量、通讯设备。
[0087]一并结合图5，其示出了图4微电网能量管理系统70的工作原理示意图。
[0088]从中可以看出电量采集模块700采集微电网电压、电流、有功、无功、频率等信息，以及大容量储能系统的电压、电流、充放电等信息，并传送给信息处理模块701。信息处理模块701接收来自电量采集模块700的微电网电压、电流、有功、无功、频率等信息，以及大容量储能系统电压、电流、充放电等信息，通过对所接收的信息进行整合、处理和计算分析，判断是否需要进行功率调节。在一个例子中，该判断逻辑可以如下:
[0089]当电压出现波动较大(电网电压正、负偏差的绝对值之和超过额定值的7%)时，确定需进行功率调节；
[0090]当频率出现波动较大(如，频率偏差超过土0.5赫兹)时，确定需进行功率调节。
[0091]如果判断确定需要进行功率调节，则制定功率调节策略:
[0092]具体地，当电压出现波动较大(如，电网电压正、负偏差的绝对值之和超过额定值的7% )时，启动微电网无功功率调节；
[0093]当频率出现波动较大(如，频率偏差超过土0.5赫兹)时，启动微电网有功功率调
-K-
T O
[0094]信息处理模块701将功率调节信息转化成控制信号，将控制信号输出给电力控制模块702。电力控制模块702通过接收控制信号去执行有功、无功功率调节。具体地，若电量过剩，有功功率调节模块703则输出信号给电池管理系统，对大容量蓄电池组和超级电容组进行充电;若电量不足，有功功率调节模块则输出信号给电池管理系统，对大容量蓄电池组和超级电容组进行放电，从而实现有功功率的动态平衡。无功功率调节模块704则通过对无功补偿装置(包括电容器组和电抗器组)进行投、切操作实现无功功率的动态平衡。若系统判断不需要进行功率调节，系统则继续进行在线电量信息采集，直到需要进行功率调节为止。
[0095]如图6所示，示出了本发明图3中微电网管理系统71的结构示意图。其中，该微电网管理系统包括:微电网接入柜710、微电网通讯屏711、微电网测控屏712和微电网集中管理系统713，其中，该微电网测控屏712可以包括一微电网集中控制器714。其中，该微电网接入柜710可以和图2中的微电网接入柜33可以为相同的设备，也可以是同一个设备。
[0096]其中，该微电网集中控制器714用于实时检测微电网频率，如果检测到频率过低，则根据负载的优先级从低到高依次切除部分负载，或调整分布式电源输出，以使微电网频率处于正常范围；
[0097]如果检测到频率过高，则根据已切除的负载的优先级从高到低依次进行恢复，或调整分布式电源输出，以使微电网频率处于正常范围。
[0098]具体地，微电网集中控制器714可以为一款嵌入式微电网主机兼操作员站，其能全面监视整个微电网一次设备的运行情况，实时分析微电网的运行情况并获得整个微电网优化和调整策略并快速自动执行，同时可作为数据库服务器，其是微电网能量管理系统的核心部件。
[0099]在孤岛运行期间，微电网集中控制器714随时检查微电网频率，如果频率上升，则恢复部分已切除的负载，如果所有的负载均投入频率依旧过高，则采用切除分布式电源的措施或调整分布式电源出力，如果频率下降到允许的最低限值(频率偏差-0.5赫兹)，则继续切除剩余部分负载，保证在离网期间最重要负载供电的可靠性和供电质量。
[0100]孤岛负载根据负载重要程度及用户需求定义多级优先级，例如在一个例子中，可以定义四级优先级，排序如下:
[0101]第一优先级:孤岛军事I级负载；
[0102]第二优先级:孤岛军事II级负载、工业I级负载、生活I级负载；
[0103]第三优先级:孤岛军事普通负载、工业II级负载、生活II级负载；
[0104]第四优先级:孤岛工业普通负载、孤岛生活普通负载。
[0105]在切除负载时按负载重要程度，按照负载优先级，先切除负载优先级低非重要的负载再切负载优先级高的重要负载，对分布式电源出力的调整，原则是优先保证可再生能源的最大出力发电，甚至可通过储能设备由放电改为充电来吸收多余电量的方式，最终达到微电网离网后的供需平衡目标。
[0106]更多细节，可参照图7示出的本发明采用微电网集中控制器714所实行的孤岛微电网负载平衡控制原理示意图。
[0107]如图8所示，是图6中微电网集中管理系统713的结构示意图。
[0108]从中可以看出该微电网集中管理系统713至少包括储能系统监控模块、微电网综合监视与统计模块以及下述模块中的至少一个:小型核能发电监控模块、风力发电监控模块、光伏发电监控模块、柴油发电监控模块、海浪能发电监控模块、潮汐能发电监控模块、微型燃气发电监控模块、生物质发电监控模块和海上温差能发电监控模块，图中示出了所有的模块;可以理解的是，在其他的实施例中，根据前述分布式再生能源发电系统5具体的类型和数量，可以在该微电网集中管理系统713中布署对应的监控模块。下面将对每一模块进行详细说明。
[0109]I)小型核能发电监控模块
[0110]用于对小型堆核电站发电或核动力发电船发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对小型堆核电站或核动力发电船发电进行多方面的统计和分析，实现对小型堆核电站或核动力发电船发电的全方面掌控。
[0111]2)风力发电监控模块
[0112]用于对风机发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对风机发电进行多方面的统计和分析，实现对风机发电的全方面掌控。
[0113]3)光伏发电监控模块
[0114]用于对太阳能光伏发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对光伏发电进行多方面的统计和分析，实现对光伏发电的全方面掌控。
[0115]4)柴油发电监控模块
[0116]用于对柴油发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对柴油发电进行多方面的统计和分析，实现对柴油发电的全方面掌控。
[0117]5)海浪能发电监控模块
[0118]用于对海浪发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对海浪发电进行多方面的统计和分析，实现对海浪发电的全方面掌控。
[0119]6)潮汐能发电监控模块
[0120]用于对潮汐能发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对潮汐能发电进行多方面的统计和分析，实现对潮汐能发电的全方面掌控。
[0121]7)微型燃气发电监控模块
[0122]用于对微型燃气发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对微型燃气发电进行多方面的统计和分析，实现对微型燃气发电的全方面掌控。
[0123]8)生物质发电监控模块
[0124]用于对生物质发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对生物质发电进行多方面的统计和分析。
[0125]9)海上温差能发电监控模块
[0126]用于对海上温差能发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对海上温差能发电进行多方面的统计和分析。
[0127]10)储能系统监控模块
[0128]用于对储能电池和超级电容的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对储能电池和超级电容进行多方面的统计和分析，实现对储能电池和超级电容的全方面掌控。
[0129]11)微电网综合监视与统计模块
[0130]用于统一监视微网系统运行的综合信息，包括微网系统频率、微网入口处的电压、配电上下网功率、并实时统计微网总发电出力、储能剩余容量、微网总有功负载、总无功负载、敏感负载总有功、可控负载总有功、完全可切除负载总有功，并监视微网内部各断路器开关状态、各支路有无功功率、各设备的报警等实时信息，完成整个微电网的实时监控和统
i+o
[0131]为了更进一步的理解本发明的工作原理和应用场景所，下述将结合三个实施方式进行说明。
[0132]具体地，根据孤岛负载大小及实际需求，本发明中对孤岛微电网进行综合供电可以采如下的三种实施方式:
[0133]方式一:孤岛小型堆核电站为主电源长期供电方式；
[0134]方式二:核动力发电船为主电源停靠孤岛长期供电方式；
[0135]方式三:核动力发电船为主电源通过储能系统供电方式。
[0136]三种实施方式可以独立实施，互不关联。对于孤岛负载较大的情况，可以采用方式一或方式二供电方式;对于孤岛负载较小的情况，可以米用方式三的供电方式。
[0137]方式一:孤岛小型堆核电站为主电源长期供电方式
[0138]如图9所示，示出了本发明的实施方式一中系统整体控制原理示意图。
[0139]在该实施方式一中，在孤岛上建设陆上小型堆核电站，通过开关站分配电力为孤岛负载供电。
[0140]正常情况下，陆上由小型堆核电站作为主能源，其他分布式能源(包括光伏发电、风力发电、海浪能发电、潮汐能发电、微型燃气发电、生物质发电、海上温差能发电)作为辅助能源为孤岛电网供电。陆上小型堆核电站通过常规电力电缆为孤岛负载供电；。柴油发电机系统作为应急电源，在主能源和辅助能源都失去的工况下使用。主能源系统、辅助能源系统、大容量储能系统和超级电容与孤岛微电网综合控制管理中心之间存在通讯及控制通道，确保在孤岛微电网综合控制管理中心的统一管理和控制下实现协调运行。
[0141]正常情况下，储能系统由小型堆核电站提供电力充电，处于浮充模式；
[0142]在小型堆核电站故障停电、强台风天气应急停机等应急情况下，通过电力控制系统自动切换，优先通过岛上风力发电系统、太阳能发电系统、海浪能发电系统、潮汐能发电系统、微型燃气发电系统、生物质发电系统、海上温差能发电系统等分布式能源发电新能源系统供电，储能系统处于浮充模式，柴油发电机系统作为备用能源；
[0143]非正常运行工况应急情况下，由于理论上应急时间很短，储能系统不需要配置太大的容量，储能系统主要担负着改善孤岛电能质量、改善风能等可再生能源接入质量、保证重要负载持续供电等作用，新能源系统为储能系统提供充电电源，一旦新能源系统供电不足或无法提供电力时，储能系统开始放电，为孤岛电网供电，柴油发电机启动作为备用电源为储能系统充电。
[0144]对于距离较远的孤岛群，在各孤岛上建立独立的小型堆核电站;对于距离较近的孤岛群，以负载最大的孤岛作为供电主站，通过海上电缆连接起来为其他临近孤岛群统一供电，形成较大的孤岛群微电网供电系统。
[0145]方式二:核动力发电船为主电源停靠海岛长期供电方式
[0146]如图10所示，示出了本发明的实施方式二中系统整体控制原理示意图。
[0147]在该实施方式二中，配置核动力发电船，核动力发电船作为主能源，其他分布式能源(包括光伏发电、风力发电、海浪能发电、潮汐能发电、微型燃气发电、生物质发电、海上温差能发电)作为辅助能源。核动力发电船通过常规电力电缆为孤岛负载供电。柴油发电机系统作为应急电源，在主能源和辅助能源都失去的工况下使用。主能源系统、辅助能源系统、大容量储能系统和超级电容与孤岛微电网综合控制管理中心之间存在通讯及控制通道，确保在孤岛微电网综合控制管理中心的统一管理和控制下实现协调运行。
[0148]核动力发电船需要停靠在海岸(需要修建专门的码头、船坞或停泊装置)通过海底电缆与岸电相连。；
[0149]岸电需建设开关站，核动力发电船通过电缆接入开关站为孤岛供电。
[0150]正常情况下，由核动力发电机为孤岛电网供电。
[0151]正常情况下，储能系统由核动力发电船提供电力充电，处于浮充模式。；
[0152]在非正常运行工况下应急情况如核动力发电船故障停电、台风天气应急停机，通过电力控制系统自动切换，优先通过岛上的风力发电、太阳能、海浪能发电、微型燃气发电、生物质发电、海上温差能发电等分布式能源发电新能源系统供电，储能系统处于浮充模式，柴油发电系统作为备用电源。
[0153]非正常运行工况应急情况下，由于理论上应急时间很短，储能系统不需要配置太大的容量，储能系统主要担负着改善孤岛电能质量、改善风能等可再生能源接入质量、保证重要负载持续供电等作用，分布式能源发电新能源系统为储能系统提供充电电源，一旦分布式能源发电新能源系统供电不足或无法提供电力时，储能系统开始放电，为孤岛电网供电，柴油发电机启动作为备用能源电源为储能系统充电。
[0154]对于距离较远的孤岛群，在各孤岛上设置独立的核动力发电船;对于距离较近的孤岛群，以负载最大的孤岛作为供电主站，通过海上电缆连接起来为其他临近孤岛群统一集中供电，构成较大的孤岛群微电网供电系统。
[0155]储能系统厂房可以采用分布式布置。
[0156]对岛礁负载进行重要度分级。对于重要负载如军用雷达，修建专用储能厂房，可考虑地下修建方式;对于次级重要负载，修建次级重要储能厂房供电;对于普通负载如普通居民生活用电，可修建普通陆上厂房供电。根据负载分级及实际需求，可选择采用固定式站房式储能厂房、固定集装箱式储能站和移动式储能站三种方式。
[0157]方式三:核动力发电船为主电源通过储能系统供电方式
[0158]如图11所示，示出了本发明的实施方式三中系统整体控制原理示意图。
[0159]在该实施方式三中，配置核动力发电船，核动力发电船作为主能源，其他分布式能源(包括光伏发电、风力发电、海浪能发电、潮汐能发电、微型燃气发电、生物质发电、海上温差能发电)作为辅助能源。核动力发电船通过常规电力电缆为大容量储能系统和超级电容充电，大容量储能系统和超级电容放电对孤岛负载供电。柴油发电机系统作为应急电源，在主能源和辅助能源都失去的工况下使用。主能源系统、辅助能源系统、大容量储能系统和超级电容与孤岛微电网综合控制管理中心之间存在通讯及控制通道，确保在孤岛微电网综合控制管理中心的统一管理和控制下实现协调运行。
[0160]对于孤岛负载较小的情况，而核动力发电船输出容量较大的情况下，核动力发电船可以为多个孤岛供电。此种情况下，需要核动力发电船轮流为各孤岛电网的储能系统充电，储能系统需保证一定的时间内(如一周、半个月等)为孤岛电网持续供电。此种情况下，由于孤岛电力主要由大容量储能系统供电，大容量储能系统需要配置比较大的容量。
[0161]本发明所述的第三种实施方式下，核动力发电发电动力船不需要停靠在海岸，不需要修建专门的码头。充电工作时，核动力发电发电动力船通过专门的系泊系统与海底保持连接固定，然后通过海底电缆与岸电开关站相连供电。。
[0162]正常工况情况下，核动力发电船在一定的时间内为孤岛储能系统充电，岛上分布式能源发电新能源系统优先为孤岛供电，储能系统系统作为备用，在储能系统电力不够的情况下启动柴油发电机供电。；
[0163]在核动力发电船故障停运、持续台风等非正常运行工况应急情况下，孤岛分布式能源新能源及储能系统电力供应不足的情况下，需启动柴油发电机为孤岛电网供电。
[0164]非正常运行工况下，分布式能源可再生能源发电系统超过孤岛负载用电时，以及分布式可再生能源发电和大容量储能系统能够维持负载较长时间用电时，所有柴油机停运，直到分布式可再生能源发电不足以维持负载时投入柴油发电机。在柴油发电机的运行过程中，依靠储能的调节作用，尽量多利用分布式可再生能源发电以减少燃料的消耗。依靠准确的负载预测和分布式可再生能源发电预测，提高系统运行经济性和可靠性，最大限度利用风力发电、光伏发电等可再生能源光出力和减少损失负载容量的同时，应该尽量减少柴油发电机启停机次数以及储能充放电循环次数。
[0165]储能系统厂房可以采用分布式布置。
[0166]对岛礁负载进行重要度分级。对于重要负载如军用雷达，修建专用储能厂房，可考虑地下修建方式;对于次级重要负载，修建次级重要储能厂房供电;对于普通负载如普通居民生活用电，可修建普通陆上厂房供电。根据负载分级及实际需求，可选择采用固定式站房式储能厂房、固定集装箱式储能站和移动式储能站三种方式。
[0167]实施本发明，具有如下的有益效果:
[0168]本发明将小型堆核电站或核动力发电船与多种分布式能源相结合，充分发挥小型堆核电站输出容量大、电力质量稳定、经济性和可靠性高以及分布式能源清洁环保等诸多优点，同时包含了各种可再生能源作为能源补充，电源选择范围非常广，为边远海岛等独立孤岛或孤岛群的综合能源供给及保障提供了有效解决方案，可以解决孤岛综合供电、海水淡化、区域供热、舰船供能及海上能源补给等综合能源供给及保障问题；
[0169]本发明方案通过小型堆核电站或核动力发电船作为孤岛主电源，可以满足孤岛对大容量用电的需求。
[0170]本发明配置了微电网综合控制管理中心系统，该系统包括微电网能量管理系统、微电网管理系统，可以非常高效、可靠地对孤岛微电网系统进行控制和管理，通过将二次测控保护、通讯与数据采集在内的设备和微电网集中管理系统，实现孤岛微电网供电网络的协调运行，最终建成一个包含核、风、光、柴、储、微一体的智能化供电系统，利用微电网的实时调度与控制实现整个系统的高效、安全运转；
[0171]本发明基于混合储能(大容量储能系统、超级电容)的分布式电源，采用混合储能控制技术，将蓄电池和超级电容器混合使用，应用于可再生能源发电系统，使蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环寿命长的特点相结合，会大大提升整个系统的技术性能和经济性能。
[0172]以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1.一种孤岛综合能源供给及保障系统，其特征在于，包括: 作为孤岛微电网的主电源的小型堆核发电设备； 用于将所述小型堆核发电设备接入微电网的开关站； 用于储能的大容量储能系统以及超级电容； 作为孤岛微电网的辅助电源的分布式再生能源发电系统； 作为孤岛微电网的应急能源的柴油发电系统；以及 微电网综合控制管理中心系统； 其中，所述小型堆核发电设备、开关站、大容量储能系统以及超级电容、分布式再生能源发电系统、柴油发电系统以及微电网综合控制管理中心系统之间通过电力传输线路或/及微网通讯线路进行连接； 其中，所述分布式再生能源发电系统包括:光伏发电系统、风力发电系统、海浪能发电系统、潮汐能发电系统、微型燃气发电系统、生物质发电系统、海上温差能发电系统中的一个或多个。2.如权利要求1所述的一种孤岛综合能源供给及保障系统，其特征在于， 所述小型堆核发电设备为小型堆核电站，其通过开关站中的接入系统与孤岛微电网相连接;或者 所述小型堆核发电设备为核动力发电船，其通过海底电缆直接与开关站中的接入系统相连接;或者所述核动力发电船的输出电缆与一浮桥装置中的电缆接口相连，所述浮桥装置内通过铺设的电缆与开关站的接入系统相连接。3.如权利要求2所述的一种孤岛综合能源供给及保障系统，其特征在于， 所述小型堆核发电设备为建设在所述孤岛上的小型堆核电站，所述小型堆核电站通过开关站接入微电网为孤岛负载进行供电； 所述分布式再生能源发电系统接入所述大容量储能系统以及超级电容，所述大容量储能系统以及超级电容在所述小型堆核电站出现故障停电或停机时，为孤岛负载进行供电。4.如权利要求2所述的一种孤岛综合能源供给及保障系统，其特征在于， 所述小型堆核发电设备为核动力发电船，所述核动力发电船通过海底电缆与设置于孤岛上的开关站相连，通过所述开关站接入微电网为孤岛负载进行供电； 所述分布式再生能源发电系统接入所述大容量储能系统以及超级电容，所述大容量储能系统以及超级电容在所述核动力发电船出现故障停电或停机时，为孤岛负载进行供电。5.如权利要求2所述的一种孤岛综合能源供给及保障系统，其特征在于， 所述分布式再生能源发电系统接入所述大容量储能系统以及超级电容并进行充电，优先为孤岛负载进行供电； 所述小型堆核发电设备为核动力发电船，所述核动力发电船定期通过海底电缆与设置于孤岛上的开关站相连，通过所述开关站对接入所述大容量储能系统以及超级电容进行充电。6.如权利要求1-5任一项所述的孤岛综合能源供给及保障系统，其特征在于，所述开关站至少包括接入系统、变压器、断路器及母线，所述接入系统提供有小型堆核发电设备与孤岛微电网互相连接的接口。7.如权利要求1-5任一项所述的孤岛综合能源供电及保障系统，其特征在于，所述微电网综合控制管理中心系统包括微电网能量管理系统，所述微电网能量管理系统包括: 电量采集模块，用于在线采集微电网参数以及大容量储能系统参数信息，所述微电网参数包括电压、电流、有功、无功、频率信息，所述大容量储能系统参数包括电压、电流、充放电信息； 信息处理模块，用于接收来自电量采集模块的微电网参数以及大容量储能系统参数，通过对所接收的信息进行整合、处理和计算分析，判断是否需要进行功率调节，并在确定需要进行功率调节时制定功率调节策略，并生成控制?目号； 电力控制模块，用于接收来自所述信息处理模块的控制信号，根据所述控制信号执行相应的有功功率调节或无功功率调节。8.如权利要求7所述的孤岛综合能源供电及保障系统，其特征在于， 当信息处理模块判断到电压出现波动超出预定阈值时，则确定需要启动微电网有功功率调节；当信息处理模块判断到频率出现波动超出预定阈值时，则确定需要启动微电网无功功率调节； 其中，所述电力控制模块进一步包括有功功率调节模块和无功功率调节模块； 所述有功功率调节模块用于在电量过剩时，控制对大容量储能系统和超级电容组进行充电，并用于在电量不足时，控制对大容量储能系统和超级电容组进行放电，以实现有功功率的动态平衡； 所述无功功率调节模块，用于通过对无功补偿装置进行投、切操作以实现无功功率的动态平衡。9.如权利要求1-5任一项所述的孤岛综合能源供电及保障系统，其特征在于，所述微电网综合控制管理中心系统进一步包括微电网管理系统，所述微电网管理系统包括:微电网接入柜、微电网通讯屏、微电网测控屏和微电网集中管理系统，所述微电网测控制屏包含微电网集中控制器； 其中，微电网集中控制器用于实时检测微电网频率，如果检测到频率过低，则根据负载的优先级从低到高依次切除部分负载，或调整分布式电源输出，以使微电网频率处于正常范围； 如果检测到频率过高，则根据已切除的负载的优先级从高到低依次进行恢复，或调整分布式电源输出，以使微电网频率处于正常范围。10.如权利要求9所述的孤岛综合能源供电及保障系统，其特征在于，所述微电网集中管理系统包括储能系统监控模块、微电网综合监视与统计模块、以及下述模块中的至少一个:小型核能发电监控模块、风力发电监控模块、光伏发电监控模块、柴油发电监控模块、海浪能发电监控模块、潮汐能发电监控模块、微型燃气发电监控模块、生物质发电监控模块和海上温差能发电监控模块。
【文档编号】H02J3/28GK106099986SQ201610626567
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月3日 公开号201610626567.9, CN 106099986 A, CN 106099986A, CN 201610626567, CN-A-106099986, CN106099986 A, CN106099986A, CN201610626567, CN201610626567.9
【发明人】郭建林, 杨成峰, 李曦, 刘永康, 阳忠明, 刘晓爽, 芮旻, 杨珏
【申请人】中广核研究院有限公司, 中国广核集团有限公司, 中国广核电力股份有限公司