一種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統。該系統包括一次系統與二次系統，一次系統包括光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備；光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成；儲能系統由鋰電池組和儲能雙向變流器組成；風電系統由垂直軸風力發電機、水平軸風力發電機、垂直軸風力發電機控制器、水平軸風力發電機控制器和風電系統配電箱組成；負荷設備包括燈泡組、負載箱、電動機和電子負載。二次系統是智能微電網的控制系統。本實用新型結構簡單，搭建方便，成本低，易于實現，對開展微電網系統能量管理優化、安全穩定控制策略的研究具有重要的工程應用價值。
【專利說明】
—種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于智能電網【技術領域】，具體涉及一種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統。
【背景技術】
[0002]為了彌補大規模集中發電、輸電的不足，近年來興起的分布式電源發電及微型電網系統越來越受到重視。微電網系統將發電系統、儲能系統、負荷相結合，通過相關控制裝置間的配合，可以同時向用戶提供電能和熱能，并能夠適時有效地支撐大電網。它不僅解決了分布式電源發電系統的大規模接入問題，充分發揮了分布式發電系統的各項優勢，還為用戶帶來了其他多方面的效益。
[0003]目前我國在微電網系統方面的研究和現場運行經驗較少，隨著新能源的不斷開發利用和分布式電源發電進入快速發展階段，有必要發展一種適用于新能源發電的智能微電網，以開展微電網關鍵技術研究。
[0004]經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號為:201220002686.4，名稱為:一種實驗室用的微電網系統，該申請內的微電網系統包括風力發電系統、太陽能發電系統。蓄電池儲能系統、發電機系統、負荷系統、電能質量治理系統和模擬母線，但該系統只包括一次系統，未涉及二次系統設計，微電網系統不具備完善的功能，不適用于能量管理優化與安全穩定控制策略的研究。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是為了解決上述現有技術中存在的不足之處，提供一種對開展微電網系統監測、通信和控制方面的研究具有重要意義的一種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統。
[0006]為實現上述實用新型目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0007]—種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統,其包括一次系統與二次系統；
[0008]所述一次系統包括:光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備，光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備均通過斷路器和接觸器與微電網母線相連接；微電網母線通過接觸器和斷路器380V電網相連接；
[0009]所述二次系統是主控硬件采用可編程邏輯控制器PLC的智能微電網的控制系統，包括中央處理器CPU模塊及與其連接的通信模塊、數字量輸入DI模塊、數字量輸出DO模塊、模擬量輸入Al模塊、模擬量輸出AO模塊和溫度模塊。
[0010]所述光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成；所述儲能系統由鋰電池組和儲能雙向變流器組成；所述風電系統由垂直軸風力發電機、水平軸風力發電機、垂直軸風力發電機控制器、水平軸風力發電機控制器和風電系統配電箱組成；所述負荷設備包括燈泡組、負載箱、電動機和電子負載；
[0011]所述光伏發電系統中光伏電池板與光伏直流配電箱相連，光伏直流配電箱與光伏逆變器相連接；
[0012]所述儲能系統中串聯后的鋰電池組與儲能雙向變流器相連接；
[0013]所述風電系統中垂直軸風力發電機與垂直軸風力發電機控制器相連接，水平軸風力發電機與水平軸風力發電機控制器相連接；垂直軸風力發電機控制器和水平軸風力發電機控制器均與風電系統配電箱相連接；
[0014]所述負荷設備中燈泡組、負載箱、電動機和電子負載均各自通過一個斷路器和一個接觸器與微電網母線相連接。
[0015]所述通信模塊用于從光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備端采集數據并下達通信控制指令；所述數字量輸入DI模塊用于采集所有斷路器狀態；所述數字量輸出DO模塊用于輸出繼電器控制信號；所述模擬量輸入Al模塊用于采集風速、風向、光照強度相關信號；所述模擬量輸出AO模塊為備用輸出；所述溫度模塊用于采集環境溫度數據。
[0016]所述中央處理器CPU模塊采用型號為PC3486的PLC ;所述通信模塊采用型號為IF1030的通信模塊；所述數字量輸入DI模塊采用型號為DI9371的數字量輸入模塊；所述數字量輸出DO模塊采用型號為D09322的數字量輸出模塊；所述模擬量輸入Al模塊采用型號為AI4622的模擬量輸入模塊；所述模擬量輸出AO模塊米用型號為A04622的模擬量輸出模塊；所述溫度模塊采用型號為AT4222的溫度模塊。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點和顯著效果:本實用新型建立基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統，具有結構簡單，構造成本低，可實時監控微電網各分布式電源和負荷的實時運行狀態，對開展微電網系統能量優化管理有重要工程應用價值；同時，智能微電網的控制系統通過采集數據快速判據確定微電網關鍵節點的工作狀況，能夠實現微電網系統緊急調壓調頻決策，可快速驗證微電網安全穩定控制策略的有效性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統結構圖。
[0019]圖2是智能微電網二次系統架構。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本實用新型的技術方案，以便更清楚、直觀地理解本實用新型實質。
[0021]圖1是基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統結構示意圖。
[0022]一種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統，其包括一次系統與二次系統；
[0023]所述一次系統包括:光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備。光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備均通過斷路器和接觸器與微電網母線相連接；微電網母線通過接觸器和斷路器380V電網相連接。所述二次系統是主控硬件采用可編程邏輯控制器PLC的智能微電網的控制系統，包括中央處理器模塊、通信模塊、數字量輸入DI模塊、數字量輸出DO模塊、模擬量輸入Al模塊、模擬量輸出AO模塊和溫度模塊。
[0024]所述光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成；所述儲能系統由鋰電池組和儲能雙向變流器組成；所述風電系統由垂直軸風力發電機、水平軸風力發電機、垂直軸風力發電機控制器1、水平軸風力發電機控制器2和風電系統配電箱組成；所述負荷設備包括:燈泡組、負載箱、電動機和電子負載。
[0025]所述光伏發電系統中光伏電池板與光伏直流配電箱相連，光伏直流配電箱與光伏逆變器相連接；所述儲能系統中串聯后的鋰電池組與儲能雙向變流器相連接；所述風電系統中垂直軸風力發電機與垂直軸風力發電機控制器I相連接，水平軸風力發電機與水平軸風力發電機控制器2相連接；垂直軸風力發電機控制器I和水平軸風力發電機控制器2與風電系統配電箱相連接；所述負荷設備中燈泡組、負載箱、電動機和電子負載并聯，通過斷路器和接觸器與微電網母線直接相連接；
[0026]僅作為優選實施方式，用于該微電網系統的相關配置如下:
[0027]中央處理器CPU模塊:PLC型號為PC3486:含串行通訊標準RS232接口，程序配置Modbus RTU (應用層報文異步串行傳輸模式)從站，傳輸數據至綜合監控與能量管理系統；
[0028]通信模塊:型號IF1030，串行通訊標準RS485接口，程序配置Modbus RTU (應用層報文異步串行傳輸模式)主站，從光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備端采集數據并下達通信控制指令；
[0029]數字量輸入DI模塊2個:型號DI9371，12路數字輸入，24Vdc，采集所有斷路器狀態；
[0030]數字量輸出DO模塊2個:型號D09322，12路數字輸出，24Vdc\0.5A，輸出繼電器控制信號；
[0031]模擬量輸入Al模塊:型號AI4622，4路模擬輸入，可自定義為± 1V或0_20mA，采集風速、風向、光照強度相關信號；
[0032]模擬量輸出AO模塊:型號A04622，4路模擬輸出，可自定義為± 1V或0_20mA，備用輸出；
[0033]溫度模塊:型號AT4222，4路溫度輸入，采集環境溫度數據。
[0034]系統工作原理如下:
[0035]智能微電網的控制系統通過通信模塊實時采集各分布式電源設備運行數據，對各分布式電源的實時運行信息、報警信息進行實時監視；并對光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統進行分析；同時，對微電網負荷設備進行監控，必要時微電網低頻低壓減載或高頻切機、實現微電網功率實時平衡控制。綜合監控與能量管理系統統一監視微電網運行綜合信息，包括頻率、電壓和聯絡線功率，并實時統計儲能系統荷電狀態、微電網總發電出力、微電網總有功負荷、總無功負荷、敏感負荷總有功、可控負荷總有功、完全可切除負荷總有功，并監視微電網內部各斷路器開關狀態、各支路有無功功率、微電網運行狀態等實時信息，實現整個微電網的實時監測、控制和統計管理。
[0036]智能微電網的控制系統是微電網系統緊急調壓、調頻決策中心，它接入微電網關鍵控制點的電流電壓、斷路器開關狀態以及其他用以判明系統關鍵設備運行狀態的信號，采取快速判據確定微電網關鍵節點的工作狀況，確定儲能雙向變流器PCS的工作模式。并離網模式切換也由智能微電網的控制系統完成。具備以下基本功能:(1)與綜合監控與能量管理系統通訊，接受綜合監控與能量管理系統上級指令，并向上級反饋控制結果；
(2)微電網工況參數的調節和控制:微電網頻率、電壓的二次調節，光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統功率的直接調節；(3)穩定控制低頻減載:低壓減載、高周切機、電流互感器TA斷線判別、電壓互感器TV斷線、緊急控制輪、控制回路異常告警、自檢功能；(4)微電網自動黑啟動；
[0037]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點和顯著效果:本實用新型建立基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統，結構簡單，搭建方便，成本低。可實時監控微電網各分布式電源和負荷的實時運行狀態，對開展微電網系統能量優化管理有重要工程應用價值；同時，智能微電網的控制系統通過采集數據快速判據確定微電網關鍵節點的工作狀況，能夠實現微電網系統緊急調壓調頻決策，可快速驗證微電網安全穩定控制策略的有效性。
[0038]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效變換，直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于多種分布式電源的實驗室用智能微電網系統，包括一次系統與二次系統；其特征在于， 所述一次系統包括:光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備，光伏發電系統、儲能系統、風電系統、柴油發電系統和負荷設備均通過斷路器和接觸器與微電網母線相連接；微電網母線通過接觸器和斷路器380V電網相連接； 所述光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成；所述儲能系統由鋰電池組和儲能雙向變流器組成；所述風電系統由垂直軸風力發電機、水平軸風力發電機、垂直軸風力發電機控制器、水平軸風力發電機控制器和風電系統配電箱組成；所述負荷設備包括燈泡組、負載箱、電動機和電子負載； 所述光伏發電系統中光伏電池板與光伏直流配電箱相連，光伏直流配電箱與光伏逆變器相連接； 所述儲能系統中串聯后的鋰電池組與儲能雙向變流器相連接； 所述風電系統中垂直軸風力發電機與垂直軸風力發電機控制器相連接，水平軸風力發電機與水平軸風力發電機控制器相連接；垂直軸風力發電機控制器和水平軸風力發電機控制器均與風電系統配電箱相連接； 所述負荷設備中燈泡組、負載箱、電動機和電子負載均各自通過一個斷路器和一個接觸器與微電網母線相連接。
【文檔編號】H02J3/00GK204131125SQ201420103450
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】趙卓立, 楊蘋, 許志榮, 鄭群儒 申請人:華南理工大學