农村电网中的微电网并网系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种农村电网中的微电网并网系统，接入交流母线的风光储系统，与生物质机组或柴发系统的供电，分别为通过变压器接入到与之所在同一馈线的交流负荷供电；或者，替换风光储系统为接入同一直流母线的直流负荷供电，并通过逆变器连接变压器以接入到与生物质机组或柴发系统所在的同一馈线。其他交流负荷分别接入相应的馈线；各馈线分别接入中压母线，进而通过公共连接点连接另一变压器以并入外部电网。或者，风光储系统所在交流母线接入一馈线，生物质机组所在另一馈线为通过另一交流母线接入该另一馈线的负荷供电。本实用新型以并网目标，所供负荷为边界条件，提出了适应于农村电网的微电网并网系统基础方案，具备较好的工程实用性。
【专利说明】
农村电网中的微电网并网系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及供电领域，特别涉及一种农村电网中的微电网并网系统。
【背景技术】
[0002]我国的能源结构与负荷特性决定了西部、北部作为发电基地，中部东部作为负荷中心的电力工业发展特性。由此，通过长距离，大容量的输电通道连接发电基地及负荷中心的输电形式成为我国主要输电形式。但这种形式发生事故时事故容易扩散，且对于负荷中心的调峰问题造成较大压力。而大范围远距离的输电，调峰较难，因此，可以考虑从需求侧管理的角度解决。而灵活方便的分布式供电可以成为长距离，大容量供电模式的重要补充。但是普遍使用新能源的分布式发电受自然因素制约严重，这一因素直接导致了分布式电源、用电负荷、储能装置和控制装置等结合而成的微电网概念。
[0003]实际工程中，根据微电网构成电源的不同，微电网典型结构分类的不同，微电网建设地点，建设目的的不同，最后微电网的并网方式也不尽相同。微电网典型电源主要分为单一电源、风光储联合发电、微型燃气轮机及联供类电源、生物质能微电网等多种类型。微电网典型结构有交流微电网、直流微电网、交直流微电网。
[0004]其中，对于可再生能源种类较为单一的某些地区，主要采取适合当地的可再生能源作为微电网基础电源，同时为满足不同的建设目的，配置不同的储能及辅助的其他新能源电源。一般来说，单一电源类地区主要以风电和光伏为主。以风电为主的微电网，主要应用于我国西部，北部等风力资源为一类或二类，但较为偏远的地区，主要用于向当地供应电力，作为大电网的重要补充。此外，东南沿海省份以风电为主的微电网，容量较小，且往往配有光伏，储能等其他能源，主要以科学研究为主，一般采用并网型，需要大电网支援。
[0005]离网型光伏微电网为了解决晚上无阳光的问题，主要通过配置储能设备满足晚上的电力需求。限于成本，离网型光伏微电网所供负荷往往较小，且对供电可靠性要求不高。并网型光伏微电网一般不配置或少量配置储能，配置目的主要为改善电能质量。建设地点则为电网较强的城市，而且往往与建筑相结合，避免占地过多，比如在公共设施、商业建筑及工业厂房屋顶等安装并网光伏发电系统。
[0006]风光储联合供电微电网是指以光伏发电和风机发电为主要功能形式的微电网，可以结合风电及光伏发电的特点，形成优势互补。比如，风力发电往往白天发电少，夜间发电多，而光伏正相反。风光结合可以在某种程度上减小微电网电源的波动性。为在更广泛的范围内体现风光互补，同时保证微电网的电能质量满足其他要求，需要配置一定量的储能设备。但风光储微电网由于配置了一定量的储能装置，成本往往较高，为了能最大程度削弱成本过高的开发压力，这类微电网往往在风光资源相对较好，电力市场较为成熟，经济发达的地区作为试点开发。成本的因素限制了风光储微电网在一般地区的开发潜力。
[0007]微电网实际建设时，除风光储等应用范围较广，相对成本较低的电源外，也有其他类型电源。目前我国诸多城市均开发工业园区、高科技园区，这类园区往往有较为稳定的冷热负荷需求。燃气轮机具备单位功率费用较低，环境友好，能源利用率高等特点，因此，燃气轮机成为提供园区冷热电联供的中坚力量。通过充分燃烧天然气推动汽轮机发电，直接利用废气供热或通过溴化锂机组制冷，以满足冷热负荷需求，提高能源利用率。但是限制燃气轮机的主要因素在于气源的落实。我国天然气储量分布不均，西气东输工程对于东部大中城市天然气供应有限，且价格往往较贵。因此目前燃机系统利用场合较少，仅限于天然气供应相对较为充足的大城市，且一般均为并网型电网，仅用来供应冷热负荷。
[0008]生物质能分为多种，包括木材碎肩、秸杆、沼气、生活垃圾等等。我国资源丰富，不同的地区也适用于不同的生物质能。比如，林业较为发达的东北部地区，可以利用采伐剩余碎肩作为生物质发电原材料。中东部农业较为发达的省份，适合以秸杆，粮食加工残渣等作为生物质能发电的原材料。而广大农村地区，适宜发展畜禽养殖废弃物沼气发电等，并同时采用生活垃圾和农作物秸杆等生物质能，以这些供能系统为基础发展微电网。
[0009]交流微电网目前还是微电网主流，以成熟交流电网为基本网架结构，在负荷侧进行负荷及微电网电源分配，成为交流微电网的雏形。
[0010]对于分布式电源较多，负荷较小的情况，可以选择直流微电网。采用直流微电网，可以大量减少交流微电网中大量使用的变流器，使分布式电源中的电力直接由直流负荷消纳，结构更为简单，损耗更小，效率更高。
[0011]混合型交直流微电网通过交流系统与户用交流网络相联系，通过逆变器与直流微电网联络。这种微电网结构灵活，适用于各类负荷。但是这种微电网结构相对复杂，相对建设成本较高。
[0012]可见，微电网结构灵活，适用面广，不能仅针对某一种电网、负荷情况提出微电网并网方式，应根据周边电网、负荷类型或负荷需求等边界条件，考虑不同边界条件的微电网并网方案。因此，如何快速有效地选择合适的微电网并网方式，对提高微电网实际工程的建设效率有着重要意义。
【实用新型内容】
[0013]本实用新型提供一种农村电网中的微电网并网系统，针对农村电网为外部电网的情况，根据不同的并网目标及所供负荷，提出相适应的微电网典型并网方案。
[0014]为了达到上述目的，本实用新型的一个技术方案是提供一种农村电网中的微电网并网系统，其中，光伏电站、风机、能量型储能系统中的任意一种或其任意组合，接入一交流母线;所述交流母线的供电端，与生物质机组或柴发系统的供电端，分别接入到同一个第一馈线，为通过变压器接入到同一个第一馈线的第一交流负荷进行供电；若干第二交流负荷分别接入其他的相应第二馈线;第一馈线及各个第二馈线分别接入中压母线，进而通过公共连接点连接另一变压器以并入外部电网。
[0015]优选地，用接入一直流母线的光伏电站、风机、功率型储能系统中的任意一种或其任意组合，来替换接入交流母线的光伏电站、风机、能量型储能系统中的任意一种或其任意组合；同时，接入一直流母线的光伏电站、风机、功率型储能系统中的任意一种或其任意组合，为接入到同一直流母线的直流负荷进行供电；所述直流母线的供电端通过逆变器连接变压器以接入到与生物质机组或柴发系统所在的同一个第一馈线。
[0016]优选地，所述微电网并网系统设置于农村的居民或公用建筑的屋顶。
[0017]优选地，所述第一交流负荷的供电可靠性要求高于第二交流负荷。
[0018]优选地，所述直流负荷的供电可靠性要求高于第二交流负荷。
[0019]本实用新型的另一个技术方案是提供一种农村电网中的微电网并网系统，其中，光伏电站、风机、能量型储能系统中的任意一种或其任意组合，接入一交流母线，所述交流母线的供电端接入第一馈线;生物质机组的供电接入第二馈线，为通过另一交流母线接入到该第二馈线的若干负荷进行供电；第一馈线及第二馈线分别连接中压母线，进而通过公共连接点连接变压器以并入外部电网。
[0020]优选地，所述微电网并网系统还设置有通过交流系统并网的柴发系统。
[0021]优选地，所述微电网并网系统设置于农村地区周边空余土地或农业生产无法利用的区域。
[0022]综上所述，本实用新型在充分调研国内外微电网实验室系统和典型示范工程的基础上，结合微电网自身特性和我国的能源结构，以微电网典型电源模式，研究并提出了基于微电网的分布式风光储系统的典型结构，包括网络拓扑、微电网内部的电气接线网络结构、供电制式(直流/交流供电和三相/单相供电)、相应负荷和分布式电源所在微电网的位置等等。本实用新型以并网目标，所供负荷为边界条件，提出了适应于农村电网的微电网并网系统基础方案，具备较好的工程实用性。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型所述农村电网中的微电网并网系统在方案2A第一实施例的示意图；
[0024]图2是本实用新型中在方案2A第二实施例的示意图；
[0025]图3是本实用新型中在方案2B的示意图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型中以外界电网的不同为基础约束条件，以并网目标，所供负荷为边界条件，提出适应于不同边界条件的微电网典型并网基础方案，实际工程时，可根据业主方面不同需求，组合各类基础方案。
[0027]本实用新型涉及农村地区的微电网并网目标，有以下几种类型:
[0028]1、提高供电可靠性。农村电网地区电网结构薄弱，各类用户位于电网末端，电能质量、可靠性较差。在这种情况下，利用微电网加强农村电网用户侧供电可靠性及电能质量，可以作为对公用电网的有效补充。
[0029]2、利用农村自然资源，发展分布式电源。农村可再生资源较多，包括风力，光伏，水力，生物质，柴发系统，微型燃气轮机、柴油机、氢能等。各农村用电负荷限于地理环境的不同，微电网电源选择各不一样，原则上考虑最大限度利用农村自然资源，分布式电源的位置一般需靠近负荷，产生的电能就地消纳，作为电网末端的有力补充。
[0030]农村负荷包括各类农业、工业、公共设备和居民用电设备。一般来说，农村地区负荷是农业，工业或村民居住/公共设施等三类负荷的组合，组合负荷体现出季节性较强、年最大用小时数较低、负荷密度较小及功率因数低等多个特点。
[0031]在农村电网方式下，微电网建设目标主要为提高供电可靠性、最大程度利用农村地区丰富的可再生能源。建设地点则主要在住宅附近空地、屋顶等地点。综合上述各类微电网并网目标及建设地点，归纳总结出如下几类农村电网方式下并网典型方案:
[0032]方案2A:
[0033]本方案的建设地点为农村居民或公用建筑的屋顶，且并网主要目标为最大限度利用地区周边分布式电源。微电网电源采用风光储系统、小容量生物质电源或柴发系统，容量考虑多用户级或单用户级，根据配置容量大小，采用交流或直流系统并入房屋原有电网系统。
[0034]本方案的交流系统并网方案如图1所示，对供电可靠性要求一般的负荷，分别接入馈线A、B;光伏电站、风机、能量型储能系统等接入同一母线，并接入到馈线C，为通过相应变压器分别接入到该馈线C的重要负荷(供电可靠性要求高)进行供电；该馈线C还可以接入有生物质机组或柴发系统。各馈线分别连接中压母线，进而通过公共连接点(PCC)连接变压器以并入外部电网。
[0035]本方案的直流系统并网方案如图2所示，与交流系统的不同之处在于光伏电站、风机、功率型储能系统等为接入到与其处在同一直流母线的重要负荷进行供电，该直流母线的供电端通过逆变器连接变压器以接入到馈线C。生物质机组或柴发系统直接接入该馈线C。
[0036]方案2B:
[0037]本方案的建设地点为农村地区周边空余土地或沿海滩涂等正常农业生产无法利用的区域，且并网主要目标为利用微电网加城市电网末端结构。微电网电源采用生物质电源、风光储系统，一般采用交流系统并入该地区原有电网系统。
[0038]本方案的交流系统并网方案如图3所示，使得接入有各个负荷的一母线接入到一馈线，生物质电源接入到同一馈线;接入有光伏电站、风机、能量型储能装置中的任意一种或其任意组合的一母线，接入到另一馈线。各馈线分别连接中压母线，进而通过公共连接点连接变压器以并入外部电网。
[0039]综上所述，方案2A中能够最大限度利用分布式资源，适用的负荷需求为普通居民、商业等负荷，电源选择以风光储系统、生物质电源为主，条件允许时加配柴发等，通过交流系统、直流系统方式并网。方案2B中能够利用微电网加城市电网末端结构，适用于普通居民、商业等负荷，电源选择以风光储系统、生物质电源为主，条件允许时加配柴发等，通过交流系统方式并网，容量较大，有效利用生物质电源等加强末端电网。若将方案2B应用于城市电网，则调整为使用单一电源或风光储、燃料电池等为主电源。
[0040]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1.一种农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 光伏电站、风机、能量型储能系统中的任意一种或其任意组合，接入一交流母线;所述交流母线的供电端，与生物质机组或柴发系统的供电端，分别接入到同一个第一馈线，为通过变压器接入到同一个第一馈线的第一交流负荷进行供电； 若干第二交流负荷分别接入其他的相应第二馈线;第一馈线及各个第二馈线分别接入中压母线，进而通过公共连接点连接另一变压器以并入外部电网。2.如权利要求1所述的农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 用接入一直流母线的光伏电站、风机、功率型储能系统中的任意一种或其任意组合，来替换接入交流母线的光伏电站、风机、能量型储能系统中的任意一种或其任意组合；同时，接入一直流母线的光伏电站、风机、功率型储能系统中的任意一种或其任意组合，为接入到同一直流母线的直流负荷进行供电;所述直流母线的供电端通过逆变器连接变压器以接入到与生物质机组或柴发系统所在的同一个第一馈线。3.如权利要求1或2所述的农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 所述微电网并网系统设置于农村的居民或公用建筑的屋顶。4.如权利要求1所述的农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 所述第一交流负荷的供电可靠性要求高于第二交流负荷。5.如权利要求2所述的农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 所述直流负荷的供电可靠性要求高于第二交流负荷。6.一种农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 光伏电站、风机、能量型储能系统中的任意一种或其任意组合，接入一交流母线，所述交流母线的供电端接入第一馈线； 生物质机组的供电接入第二馈线，为通过另一交流母线接入到该第二馈线的若干负荷进行供电； 第一馈线及第二馈线分别连接中压母线，进而通过公共连接点连接变压器以并入外部电网。7.如权利要求6所述的农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 所述微电网并网系统还设置有通过交流系统并网的柴发系统。8.如权利要求6或7所述的农村电网中的微电网并网系统，其特征在于， 所述微电网并网系统设置于农村地区周边空余土地或农业生产无法利用的区域。
【文档编号】H02J3/38GK205489556SQ201520879583
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年11月6日
【发明人】王赛, 王赛一, 袁智强, 顾辰方, 华月申, 吴正骅, 徐文进, 贾建军, 闾文浩, 许浩钧, 唐勇俊, 魏小淤, 曹哲, 邢洁, 曹娜, 曹萌, 王伊晓
【申请人】国网上海市电力公司, 上海电力设计院有限公司