分級控制的獨立微網的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統技術領域，具體涉及一種分級控制的獨立微網。
【背景技術】
[0002]大力加強可再生能源集成利用技術的基礎理論研究，促進可再生能源的大規模高效集成利用是目前能源領域急需解決的重大基礎研究問題。根據當地資源條件，合理選擇綜合利用多種可再生能源(風能、太陽能、海洋能、生物質能、后備柴油機等)，組成分布式可再生能源供電體系，構成微網，實現獨立運行或并網運行，是今后可再生能源高效利用的主要方向。
[0003]微網是智能電網的重要組成部分，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統。在微網內通過合理的電能管理，實現對電能質量的控制，并控制了微電網與公共電網間電能交換的變化，克服了分布式發電易突變的問題。多能源互補分布式微網技術可以對微網系統實現能量的優化調度分配、系統效率最大化、系統安全可靠運行。目前對單一可再生能源技術及其控制研究已經比較成熟，但對多種可再生能源技術集成應用及微網相關的基礎理論研究問題，包括分布式可再生能源系統微電網的優化組網技術，體系結構，微電網獨立及并網運行控制研究，微電網的能源管理及調度策略，微電網無線通訊及遠程監控，微電網對并網系統的影響，與分布式可再生能源發電系統相適應的變頻、換流以及保護措施等研究還需加強投入，以解決分布式可再生能源發電系統與微網控制相關的基礎理論問題，促進可再生能源的大規模高效集成應用。
[0004]可再生能源獨立電站及其分布式發電微電網系統技術可以實現系統效率的最大化，是今后可再生能源高效利用的主要發展方向之一。不但能夠解決遠離電網及一些特殊地區(高山、海島)的供電、農村建設中的生態能源項目、高速公路信號及照明、供電成本高的用戶供電等，還可作為主電網的有效補充，提高輸變電的安全性和可靠性，降低線路電能損耗，其市場推廣應用前景一片光明。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提出一種分級控制的獨立微網，針對區域供能需求，以多種可再生能源(發電綜合利用為主，燃氣/油發電、蓄能發電為輔。以此為基礎建立的實際可應用的獨立微網可以提高分布式電源的供電質量與清潔能源的利用效率，減少化石資源的消耗量和環境污染物排放；增強分布式發電接納能力，滿足長期穩定的用電需求，避免大面積停電事故，具有應用示范意義。
[0006]為實現上述目的，本發明所采取的具體技術方案是:
[0007]一種分級控制的獨立微網，包括上級微網和若干子微網；
[0008]每個子微網均包括可再生能源發電單元、儲能裝置和負荷；
[0009]每個子微網均包括可再生能源發電單元、儲能裝置和負荷，可再生能源發電單元和負荷均連接到交流母線，儲能裝置連接到直流母線，每個子微網將雙向變流器作為與上級微網的接口設備，雙向變流器的三組接線端分別連接子微網的交流母線、上級微網的交流母線、子微網的儲能裝置的直流母線；
[0010]子微網在向上級微網送電模式下，子微網按照上級微網的指令向上級微網按照指定功率輸送電能，同時子微網內部的用電由可再生能源發電單元供電，當可再生能源發電功率大于負荷所需時，多余的電能將為儲能裝置充電，當可再生能源發電功率小于負荷所需時，不足的電能由儲能裝置補充；
[0011]子微網在從上級微網獲取電能模式下，子微網按照上級微網的指令從上級微網按照指定功率獲取電能，當子微網內可再生能源發電功率大于負荷所需時，多余的電能將為子微網的儲能裝置充電，從上級微網獲取的電能也將為儲能裝置充電，當可再生能源發電功率小于負荷所需時，不足的電能缺口依靠從上級微網獲得的電能補充，同時還要根據供電和用電情況確定為儲能裝置充電或放電。
[0012]本發明分級控制的獨立微網，采用兩級控制結構，子微網以雙向變流器作為與上級微電網的接口設備，子微網雙向變流器相對于子微網內部作為一個電壓源運行，決定子微電網母線的電壓；相對于上級微網在送電情況下作為一個并網逆變器運行，在從上級微網獲取電能時作為一個同步整流器運行。從而完成上級微網與子微網之間的電能變換工作，提高了分布式電源的供電質量與清潔能源的利用效率，減少化石資源的消耗量和環境污染物排放；增強分布式發電接納能力，滿足長期穩定的用電需求，避免大面積停電事故，具有應用示范意義。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明分級控制的獨立微網的結構示意圖；
[0014]圖2為自同步雙向變流器的主電路拓撲結構；
[0015]圖3為三端口雙向變流器的主電路拓撲結構；
[0016]圖4分級控制的獨立微網能量管理控制流程圖；
[0017]圖5為獨立微網智能調度控制系統結構圖。
【具體實施方式】
[0018]下面根據附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明，但不作為對本發明的限定。
[0019]本發明分級控制的獨立微網包含包括上級微網和若干子微網。
[0020]本實施例中的各個微網采用交流母線結構，如圖1所示，所有的分布式電源、儲能、負荷都連接到380V低壓母線，并通過變壓器與10KV輸變電系統聯接。在結構上，微網可視為由主微網和若干相似的子微網組成，每個子微網都由可再生能源發電單元(光伏發電、風能發電等)、儲能裝置和負荷組成。本獨立微網允許在一級微網下存在多個子微網，子微網通過控制其與上級微網間的電能交換，成為上級微網的一個穩定負荷，方便上級微網的電能調度。按照這種架構，可以將眾多小型微電網集成到一個大微電網框架下，理論上可以無限制的擴容。
[0021]子微網以雙向變流器作為與上級微電網的接口設備，雙向變流器的三組接線端分別連接子微電網交流母線、上級微電網交流母線、儲能裝置直流母線，三母線間的電能調配完全由雙向變流器控制。子微網主要可以分為兩種工作模式，第一種是在子微網向上級微網送電的情況下運行，在此模式下，子微網按照上級微網的指令向上級微網按照指定功率輸送電能，同時子微網內部的用電由可再生能源發電供電，當可再生能源發電功率大于負荷所需時，多余的電能將為子微網的儲能裝置充電，當可再生能源發電功率小于負荷所需時，不足的電能由儲能裝置補充。第二種工作模式是子微網內部電能從上級微網獲取電能的情況，在此模式下，子微網按照上級微網的指令從上級微網按照指定功率獲取電能，當子微網內可再生能源發電功率大于負荷所需時，多余的電能將為子微網的儲能裝置充電，從上級微網獲取的電能也將為儲能裝置充電。當可再生能源發電功率小于負荷所需時，不足的電能缺口依靠從上級微網獲得的電能補充，同時還要根據供電和用電情況確定為儲能裝置充電或放電功率。子微網雙向變流器相對于子微網內部作為一個電壓源運行，決定子微電網母線的電壓；相對于上級微網在送電情況下作為一個并網逆變器運行，在從上級微網獲取電能時作為一個同步整流器運行。
[0022]獨立微網中的分布式發電單元以光伏發電單元、風力發電單元和備用柴油機發電單元為主，生物質發電單元和海洋能發電單元為輔。生物質能發電單元和海洋能發電單元視微網選址的實際資源條件考慮是否接入，如當有足夠的沼氣供給時，可接入沼氣發電單元，其接入方式為通過發電機組直接并網；當靠近有足夠大可利用波浪能的海域時，可接入海洋能發電單元，其接入方式為通過為岸式負載(蓄電池)供電輸電將“鷹式”波浪能裝置接入微網。微網中各可再生能源發電單元的配置比例，則主要考慮作為微網可再生能源發電首選的光伏發電和風力發電，根據實際氣候條件及光伏發電、風力發電的歷史數據，確定風力發電與光伏發電的裝機容量配置比例，以及它們與總裝機容量的恰當比例關系。
[0023]獨立微網中的儲能裝置主要為蓄電池等能量型電池儲能裝置，也可考慮接入超級電容、飛輪等功率型儲能裝置作為輔助。
[0024]獨立微網中的負荷包括用電負荷、調峰負荷、及作為上級微網的穩定負荷的子微網:
[0025]1、用電負荷根據其重要程度可分為敏感負荷、可控負荷及可切負荷，敏感負荷要求連續不中斷供電，可控負荷在必要情況下可以中斷供電，可切負荷可隨時切除；
[0026]2、調峰負荷采用制冰/蓄冷調峰負荷系統，以配合獨立微網的供用電調控，適應電流負荷調峰需要。該系統主要配置包括制冰機、水冷冷卻塔和大型儲冰庫，其控制系統包括各個關鍵部件的運行參數顯示、整個系統的運行參數優化、以及故障報警等等，且能通過對居民生產、生活用能需求進行分析，并結合獨立微網的運行參數，以及多年氣象統計數據，對未來的蓄冷量進行有效預測，由此充分降低無效蓄冷，大幅度提高蓄冷系統的能效，整體耗電量降低20%以上；
[0027]獨立微網中的電能變換裝置主要為雙向變流器。微網用雙向變流器是整個系統的關鍵硬件裝置，根據組網和運行控制需要，可工作在逆變或整流狀態，可用來建立電壓參考信號以及實現功率的雙向流動，其拓撲結構如圖2所示:
[0028]1、圖2為自同步雙向變流器的主電路拓撲結構，其原邊為三個單相全橋電路，副邊采用Y形接法，濾波電感和輸出變壓器采用一體化三磁柱鐵芯結構，可保證在平衡/不平衡，線性/非線性負載下，控制輸出電壓、電流波形好，諧波少，容易實現。
[0029]變流器的控制主要分為兩部分，分別為鎖相控制和電壓波形控制。a相電壓參考正弦表正向過零點與同步脈沖上升沿的相角差，進行比例運算后調整PWM波的周期值，實現兩者零相差鎖相，b相和c相參考電壓波形可將a相電壓參考正弦表依次延時120度和240度得到。
[0030]采用光纖傳輸公共同步脈沖，微電網中各雙向變流器以公共同步脈沖作為鎖相參考，真正實現雙向變流器的模塊化、分布式接入。
[0031]通過雙向變流器的均流控制可實現單機及多機并聯運行，擴大系統容量。
[0032]2、圖3為三端口雙向變流器的主電路拓撲結構，采用逆變和整流分開的兩套主電路，在傳統UPS電源的基礎上，采用四象限大功率變頻技術對UPS逆變器進行二次改造，可實現雙向變流器兩側的“耦合鏈接”，使不同頻率、不同電壓等級的分布式發電單元通過儲能系統聯系起來，從而可將微網劃分為規模更小的子微網接受上層調度；
[0033]獨立微網的能量管理采用兩級控制結構。上層控制根據接收到