一種微電網管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種微電網管理系統，包括：區域管理系統、至少一個配電裝置和集成在配電裝置中的節點管理系統；配電裝置包括連接大電網的并網系統支路，連接微電網的微電網支路和連接負荷的負荷支路，各支路均接入配電裝置中的微電網交流母線；區域管理系統，利用區域管理策略對節點管理系統上傳的各支路的電能信息進行計算或根據用戶輸入的調度指令得到節點控制指令；節點管理系統，采集各支路的電能信息，利用節點管理策略對電能信息進行計算或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路。本發明合理控制協調電網、分布式電源、儲能系統、負載之間的功率流動，保證系統安全穩定可靠運行。
【專利說明】
一種微電網管理系統
技術領域
[0001]本發明涉及微電網應用技術領域。更具體地，涉及一種微電網管理系統。
【背景技術】
[0002]可再生電源作為一種新興能源被世界各國大力推廣應用，但是可再生能源本身具有隨機性和波動性，大規模的接入也對電網造成巨大的沖擊，而微電網系統自身具有一定的調節能力，不但可以削弱可再生能源對電網的沖擊，提高可再生能源的接入比例，同時也可以滿足用戶對電能的多樣化需求。目前對于微電網技術的理論研究成果較多，但是針對微電網相關的管理系統的工程應用研究較少，使得微電網技術很難實例化推廣普及。
[0003]因此，需要提供一種微電網管理系統。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種設計合理、利于擴容、方便工程化應用的高效微電網管理系統。
[0005]為達到上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0006]—種微電網管理系統，包括:區域管理系統、至少一個配電裝置和集成在配電裝置中的節點管理系統；
[0007]配電裝置包括連接大電網的并網系統支路，連接微電網的微電網支路和連接負荷的負荷支路，所述并網系統支路、微電網支路和負荷支路均接入配電裝置中的微電網交流母線；
[0008]區域管理系統，利用區域管理策略對節點管理系統上傳的各支路的電能信息進行計算得到節點控制指令或根據用戶輸入的調度指令得到節點控制指令；
[0009]節點管理系統，采集各支路的電能信息，利用節點管理策略對電能信息進行計算得到支路控制指令或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路。
[0010]優選地，所述微電網支路包括連接光伏系統的光伏系統支路、連接柴油發電機的柴油發電機支路和連接儲能系統的儲能系統支路，所述負荷支路包括連接重要負荷的重要負荷支路和連接一般負荷的一般負荷支路，所述光伏系統支路、儲能系統支路、柴油發電機支路、并網系統支路、重要負荷支路、一般負荷支路均接入配電裝置中的微電網交流母線。
[0011 ]優選地，各個支路的外部連接端口與微電網交流母線之間分別依次連接電流傳感器、接觸器和斷路器。
[0012]優選地，該微電網管理系統還包括UPS，為配電裝置、光伏系統和柴油發電機提供輔助電源。
[0013]優選地，光伏系統支路的接觸器和并網系統支路的接觸器還分別連接防雷器。
[0014]優選地，節點管理系統包括:電能采集單元、I/O控制單元和節點控制器；
[0015]節點控制器，下發采集指令和I/O控制指令；
[0016]電能采集單元，根據采集指令分別采集各支路的電流傳感器的二次側信號，并計算出各支路的電能信息；
[0017]i/o控制單元，根據節點控制器發送的I/O控制指令控制各支路中的接觸器；
[0018]節點控制器，還利用節點管理策略對各支路的電能信息進行計算得到支路控制指令或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據控制指令分別控制配電裝置中的并網系統支路、光伏系統支路、柴油發電機支路、儲能系統支路、重要負荷支路和一般負荷支路。
[0019]優選地，所述電能信息包括電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、正向電能和反向電能。
[0020]優選地，所述配電裝置還包括散熱器和加熱器，所述散熱器和加熱器根據配電裝置的內部溫度啟停。
[0021]優選地，節點管理系統根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路的控制策略為:
[0022]節點管理系統實時檢測并網支路接觸器前后的電壓；
[0023]當大電網失電時，節點管理系統斷開并網系統支路的接觸器，儲能變流器按照電壓源模式工作，光伏系統和柴油發電機按照并網模式運行，當光伏系統輸出的電能能滿足負荷的需求時，負荷在微電網交流母線上獲取光伏系統輸出的電能；當光伏系統輸出的電能不能滿足負荷的需求時，儲能系統如有電能儲備則輸出電能，當儲能系統的電能儲備達到設定下限時，則啟用柴油發電機輸出電能，保證負荷正常工作，所述負荷包括重要負荷和一般負荷；
[0024]當大電網由失電狀態恢復正常時，儲能系統檢測并網支路外部的大電網電壓，然后調節自身輸出網壓進行同步，當儲能系統輸出電壓幅值、頻率、相位與電網電壓幅值、頻率、相位相同時，節點管理系統閉合并網支路的接觸器。
[0025]優選地，節點管理系統根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路的控制策略還包括:啟用柴油發電機輸出電能時，優先維持重要負荷運行
[0026]本發明的有益效果如下:
[0027]本發明所述技術方案為微電網建設提供一個穩定可靠實現接口，配置分布式電源即可實現微電網快速建設及使用，通過能量調度管理系統合理控制協調電網、分布式電源、儲能系統、負載之間的功率流動，保證系統安全穩定可靠運行，滿足多樣化的用電需求，同時按照經濟調度目標增加系統收益，具體包括如下有益效果:
[0028](I)具有多種分布式電源接入口，多樣化應用；
[0029](2)區域管理系統下可以接入多個節點管理系統，方便擴容；
[0030](3)具有靈活的能量調度管理功能，可以實現可再生能源功率波動抑制、削峰填谷、計劃性孤島等功能；
[0031](4)負荷采用分級控制，根據儲能電池容量，優先保證重要負荷供電；負荷供電時間、供電方式均可以實現自動最優或者用戶自設定。
【附圖說明】
[0032]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0033]圖1示出微電網管理系統的示意圖。
[0034]圖2示出微電網管理系統的通信拓撲示意圖。
[0035]圖3示出節點管理系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
[0037]本實施例提供的微電網管理系統應用于400V微電網，如圖1所示，該系統包括區域管理系統、至少一個配電裝置和集成在配電裝置中的節點管理系統，
[0038]區域管理系統和節點管理系統共同構成能量管理系統，區域管理系統作為能量管理系統中的父節點，接受用戶監控調度，實現最上層調度控制，可以實現整個系統的調度策略，合理調節下面的節點管理系統，共同實現調度目標;節點管理系統作為能量管理系統中的子節點接受父節點監控調度，只負責大電網和該節點管理系統所屬的配電裝置連接的微電網及負荷之間的能量平衡，協助區域管理系統完成調度控制。
[0039]節點管理系統中預設置有至少一個緊急控制策略，若有多個緊急控制策略時還可以設定各個策略的優先級。當區域管理系統出現故障時，節點管理系統可以根據預設置的緊急控制策略獨立運行，保證節點管理系統所在的配電裝置穩定有序運行。
[0040]父節點下可以具有多個子節點，即區域管理系統可監控調度多個節點管理系統，節點管理系統滿足區域管理系統調度策略及接口協議便可以加入該區域微電網系統。
[0041]區域管理系統及節點管理系統均有各自的能量調度管理策略，區域管理系統的區域管理策略側重于配電裝置連接的大電網與負荷之間的能量管理，包括例如并網點電壓和頻率調節策略、頻率調節策略，削峰填谷策略，主/被動孤島策略等;節點管理系統的節點管理策略側重于配電裝置連接的微電網與負荷之間的能量管理，包括例如配電裝置內部功率自平衡策略，電壓自適應策略，黑啟動策略等。
[0042]配電裝置包括連接大電網的并網系統支路，連接微電網的微電網支路和連接負荷的負荷支路，并網系統支路、微電網支路和負荷支路均接入配電裝置中的微電網交流母線；
[0043]區域管理系統，利用區域管理策略對節點管理系統上傳的各支路的電能信息進行計算得到節點控制指令或根據用戶輸入的調度指令得到節點控制指令；
[0044]節點管理系統，采集各支路的電能信息，利用節點管理策略對電能信息進行計算得到支路控制指令或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路，從而實現節點管理系統對各支路的控制或區域管理系統通過節點管理系統對各支路的控制，協調大電網、微電網和負荷之間的能量平衡。
[0045]其中，
[0046]微電網包括光伏系統、柴油發電機和儲能系統，其中的光伏系統和柴油發電機均屬于分布式電源，微電網支路包括連接光伏系統的光伏系統支路、連接柴油發電機的柴油發電機支路和連接儲能系統的儲能系統支路，負荷包括重要負荷和一般負荷，負荷支路包括連接重要負荷的重要負荷支路和連接一般負荷的一般負荷支路，光伏系統支路、儲能系統支路、柴油發電機支路、并網系統支路、重要負荷支路、一般負荷支路均接入配電裝置中的微電網交流母線。
[0047]下面對微電網管理系統的構造進行進一步地說明:
[0048]配電裝置中各個支路的外部連接端口(例如光伏系統支路連接光伏系統的端口)與微電網交流母線之間分別依次連接電流傳感器、接觸器和斷路器。
[0049]配電裝置中各個支路中的斷路器和接觸器均安裝有觸點反饋。
[0050]配電裝置中配備有UPS，為配電裝置及分布式發電系統提供輔助電源，分布式發電系統包括光伏系統和柴油發電機。
[0051]配電裝置中光伏系統支路的接觸器和并網系統支路的接觸器還分別連接防雷器。
[0052]配電裝置中各支路的接觸器和斷路器全部由螺栓固裝在配電裝置內部，并分別通過在配電裝置面板設置的支路狀態指示燈表明其狀態，指示燈的工作電壓取自于UPS。
[0053]配電裝置中配備有散熱器和加熱器，散熱器和加熱器根據配電裝置的內部溫度啟停。當配電裝置內部溫度高于設定的最高溫度(通常設定為35-40度)時，散熱風扇啟動；當配電裝置內部溫度低于設定的最高溫度時，散熱風扇停止。當配電裝置內部溫度低于設定的最低溫度(通常設定為0-5度)時，加熱器啟動；當配電裝置內部溫度高于設定的最低溫度時，加熱器停止。散熱器和加熱器保證配電裝置內部溫度滿足各器件要求。
[0054]區域管理系統主要通過區域服務器實時采集節點控制系統數據信息，用戶可以通過監控工作站來讀取服務器信息，查看系統運行情況，同時也可以通過區域管理系統下發節點控制指令給節點管理系統。
[0055]如圖2所示，本實施例提供的微電網管理系統的通信架構分為三層:設備層、節點層、區域層。設備層與節點層實現六個支路與節點管理系統之間的通信，通信方式為RS485、RS232、CAN、電力載波或無線通信等;節點層與區域層實現節點管理系統與區域管理系統之間的通信，通信方式為以太網通信。
[0056]如圖3所示，節點管理系統包括:電能采集單元、I/O控制單元和節點控制器，
[0057]電能采集單元，根據節點控制器發送的采集指令分別采集各支路的電流傳感器的二次側信號，并計算出各支路的電能信息，電能信息包括支路的電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、正向電能和反向電能；
[0058]i/o控制單元，根據節點控制器發送的I/O控制指令控制各支路中的接觸器；
[0059]節點控制器，下發采集指令和I/O控制指令，利用節點管理策略對電能信息進行計算得到支路控制指令或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據控制指令分別控制配電裝置中并網系統支路、光伏系統支路、柴油發電機支路、儲能系統支路、重要負荷支路和一般負荷支路，進而協調大電網、微電網和負荷之間的能量平衡。
[0060]在本實施例提供的微電網管理系統工作時，整個系統的調度策略(即節點管理系統根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路的控制策略)為:
[0061]節點管理系統實時檢測并網支路接觸器前后的電壓，
[0062]當大電網失電時，節點管理系統斷開并網系統支路的接觸器，儲能變流器按照電壓源模式工作，為微電網系統提供穩定的頻率和電壓支撐，光伏系統、柴油發電機還是按照并網模式運行，(這兩個和電網有電時運行方式一樣，只不過，這個電壓是儲能變流器建立起來的)由于配電裝置中的光伏系統支路、柴油發電機支路、儲能系統支路和負荷支路是并聯接到一個交流母線上的，因此光伏系統、柴油發電機和儲能系統均可輸出電能，則:當光伏系統輸出的電能可以滿足負荷(包括重要負荷和一般負荷)的需求時，柴油發電機和儲能系統不輸出電能，負荷直接在母線上獲取光伏系統輸出的電能；而當光伏系統輸出的電能不能滿足負荷的需求時，儲能系統如有電能儲備則輸出電能，與光伏系統共同維持負荷運行；當儲能系統的電能儲備達到設定下限時，則啟用柴油發電機輸出電能，在大電網失電時保證負荷正常工作。其中，啟用柴油發電機輸出電能時，優先維持重要負荷運行，首先保證重要負荷正常工作。
[0063]當大電網由失電狀態恢復正常時，儲能系統檢測并網支路外部的大電網電壓，然后調節自身輸出網壓進行同步，當儲能系統輸出電壓幅值、頻率、相位與電網電壓幅值、頻率、相位相同時，節點管理系統閉合并網支路的接觸器，這樣即實現了微電網系統離網轉并網功能。
[0064]其中，儲能系統的儲能變流器具有兩組電壓傳感器，一組是正常參與自身運行控制的，測量電壓位置就是它本身交流輸出的地方；另一組電壓傳感器采樣的是并網點開關外側也就是電網電壓，現場實際需要接電壓采樣線到儲能變流器內部的，這個電壓傳感器用來檢測電網是否有電，同時電網有電時，采樣出電網電壓幅值頻率和相位信息作為儲能變流器離網轉并網運行的同步信號。
[0065]配電裝置配備雙負荷支路，即將負荷分為重要負荷和一般負荷，并分別設置有連接重要負荷的重要負荷支路和連接一般負荷的一般負荷支路，可以根據負載重要程度依次接入。在節點管理系統中，可以設置優先保證重要負荷的供電時間，節點管理系統可以根據儲能系統容量來決定是否切斷或者投入一般負荷。
[0066]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【主權項】
1.一種微電網管理系統，其特征在于，該系統包括:區域管理系統、至少一個配電裝置和集成在配電裝置中的節點管理系統； 配電裝置包括連接大電網的并網系統支路，連接微電網的微電網支路和連接負荷的負荷支路，所述并網系統支路、微電網支路和負荷支路均接入配電裝置中的微電網交流母線； 區域管理系統，利用區域管理策略對節點管理系統上傳的各支路的電能信息進行計算得到節點控制指令或根據用戶輸入的調度指令得到節點控制指令； 節點管理系統，采集各支路的電能信息，利用節點管理策略對電能信息進行計算得到支路控制指令或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路。2.根據權利要求1所述的微電網管理系統，其特征在于，所述微電網支路包括連接光伏系統的光伏系統支路、連接柴油發電機的柴油發電機支路和連接儲能系統的儲能系統支路，所述負荷支路包括連接重要負荷的重要負荷支路和連接一般負荷的一般負荷支路，所述光伏系統支路、儲能系統支路、柴油發電機支路、并網系統支路、重要負荷支路、一般負荷支路均接入配電裝置中的微電網交流母線。3.根據權利要求2所述的微電網管理系統，其特征在于，各個支路的外部連接端口與微電網交流母線之間分別依次連接電流傳感器、接觸器和斷路器。4.根據權利要求2所述的微電網管理系統，其特征在于，該微電網管理系統還包括UPS，為配電裝置、光伏系統和柴油發電機提供輔助電源。5.根據權利要求3所述的微電網管理系統，其特征在于，光伏系統支路的接觸器和并網系統支路的接觸器還分別連接防雷器。6.根據權利要求3所述的微電網管理系統，其特征在于，節點管理系統包括:電能采集單元、I/O控制單元和節點控制器； 節點控制器，下發采集指令和I/O控制指令； 電能采集單元，根據采集指令分別采集各支路的電流傳感器的二次側信號，并計算出各支路的電能信息； I/O控制單元，根據節點控制器發送的I/O控制指令控制各支路中的接觸器； 節點控制器，還利用節點管理策略對各支路的電能信息進行計算得到支路控制指令或根據節點控制指令得到支路控制指令，并根據控制指令分別控制配電裝置中的并網系統支路、光伏系統支路、柴油發電機支路、儲能系統支路、重要負荷支路和一般負荷支路。7.根據權利要求6所述的微電網管理系統，其特征在于，所述電能信息包括電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、正向電能和反向電能。8.根據權利要求1所述的微電網管理系統，其特征在于，所述配電裝置還包括散熱器和加熱器，所述散熱器和加熱器根據配電裝置的內部溫度啟停。9.根據權利要求3-7中任一項所述的微電網管理系統，其特征在于，節點管理系統根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路的控制策略為: 節點管理系統實時檢測并網支路接觸器前后的電壓； 當大電網失電時，節點管理系統斷開并網系統支路的接觸器，儲能變流器按照電壓源模式工作，光伏系統和柴油發電機按照并網模式運行，當光伏系統輸出的電能能滿足負荷的需求時，負荷在微電網交流母線上獲取光伏系統輸出的電能；當光伏系統輸出的電能不能滿足負荷的需求時，儲能系統如有電能儲備則輸出電能，當儲能系統的電能儲備達到設定下限時，則啟用柴油發電機輸出電能，保證負荷正常工作，所述負荷包括重要負荷和一般負荷； 當大電網由失電狀態恢復正常時，儲能系統檢測并網支路外部的大電網電壓，然后調節自身輸出網壓進行同步，當儲能系統輸出電壓幅值、頻率、相位與電網電壓幅值、頻率、相位相同時，節點管理系統閉合并網支路的接觸器。10.根據權利要求9所述的微電網管理系統，其特征在于，節點管理系統根據支路控制指令分別控制配電裝置中各支路的控制策略還包括:啟用柴油發電機輸出電能時，優先維持重要負荷運行。
【文檔編號】H02J3/06GK105978025SQ201610395832
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】楊慧來
【申請人】北京能高自動化技術股份有限公司