发明专利｜一种智能变电站微电网系统

摘要：一种智能变电站微电网系统，包括：储能系统和发电系统、微电网中央控制单元;所述微电网中央控制单元，与发电系统和储能系统连接，将发电系统的电能传送至储能系统;所述发电系统包括至少包括光伏发电系统和风力发电系统中的一个;所述储能系统包括：能量管理系统和储能系统管理单元、若干电池在线监测模块、电池组端监测模块以及储能电池组;所述能量管理系统，与储能系统管理单元连接;储能系统管理单元，与微电网中央控制单元连接，接收微电网中央控制单元的控制命令;电池组端监测模块，与储能系统管理单元连接，监测储能电池组的充放电电流、浮充电流、总电压。

发明人：沈一平 周建其 莫加杰 张志芳 徐勇明 沈红峰 李元锋 吴琴芳 仇群辉 温镇 肖治宇 魏敏 柳雨晴


1 .一种智能变电站微电网系统，其特征在于，包括：储能系统和发电系统、微电网中央控制单元;所述微电网中央控制单元，与发电系统和储能系统连接，将发电系统的电能传送至储能系统;所述发电系统包括至少包括光伏发电系统和风力发电系统中的一个;所述储能系统包括：能量管理系统和储能系统管理单元、若干电池在线监测模块、电池组端监测模块以及储能电池组;所述能量管理系统，与储能系统管理单元连接;储能系统管理单元，与微电网中央控制单元连接，接收微电网中央控制单元的控制命令;电池组端监测模块，与储能系统管理单元连接，监测储能电池组的充放电电流、浮充电流、总电压;储能电池组包括若干储能电池，与电池组端监测模块连接;每个储能电池与对应的电池组端监测模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能变电站微电网系统，其特征在于，所述电池组端监测模块通过霍尔电流传感器与储能电池组连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能变电站微电网系统，其特征在于，所述储能电池为蓄电池。

4.根据权利要求3所述的一种智能变电站微电网系统，其特征在于，所述蓄电池为铅碳蓄电池。

5.根据权利要求4所述的一种智能变电站微电网系统，其特征在于，所述储能电池之间采用串联连接。

6.根据权利要求5所述的一种智能变电站微电网系统，其特征在于，所述储能电池通过储能变流器与发电系统的输出母线连接。

7 .根据权利要求1所述的一种智能变电站微电网系统，其特征在于，所述风力发电系统包括：风力机组模块：捕获风能并将风能转化为交变电能，包括风力发电机组、塔架、地基以及线缆;并网控制模块：内置输出直流电并对输出最高电压进行限制的整流模块，还包括并网控制器、泄荷器以及线缆;逆变模块：包括并网逆变器以及线缆，与所述整流模块连接，将整流模块输出的直流电逆变成交流电并馈入电网;监控模块：与风力机组模块、并网控制模块以及逆变模块连接，包括远程监控装置、通信GPRS卡以及线缆。

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，特别涉及一种智能变电站微电网系统。

背景技术

近几年微电网成为了国内外研究的热点，这类电网可以有效地就近消纳分布式能源发出的电能，不需要远距离的长途输配电，因此可以大大提高电能的利用率，实现就近发电就近用电。并且随着分布式发电技术的不断进步，微电网成为了未来电网的一个发展趋势。

中国专利公开号CN203423531 U，公开日2014年2月5日，发明创造的名称为光电建筑微电网管理系统，该申请案公开了光电建筑微电网管理系统，它包括太阳能光伏方阵，在负载与市电电网之间设双向逆变器，与太阳能光伏方阵相连接的并网逆变器并联在双向逆变器的输出端，双向逆变器还与储能装置相连接，集成了光伏、储能、市电一体化循环利用的能量优化管理系统。其不足之处在于仅考虑了光伏发电的情况，未能考虑其他发电形式的电能处理方案，并且未能对管理方案做进一步的说明，不利于行业内人员的具体实现。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的未能综合考虑多种发电方式相结合的发电系统的电能输出问题，提供了一种具体可实现的智能变电站微电网系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能变电站微电网系统，包括：储能系统和发电系统、微电网中央控制单元;所述微电网中央控制单元，与发电系统和储能系统连接，将发电系统的电能传送至储能系统;所述发电系统包括至少包括光伏发电系统和风力发电系统中的一个;所述储能系统包括：能量管理系统和储能系统管理单元、若干电池在线监测模块、电池组端监测模块以及储能电池组;所述能量管理系统，与储能系统管理单元连接;储能系统管理单元，与微电网中央控制单元连接，接收微电网中央控制单元的控制命令;电池组端监测模块，与储能系统管理单元连接，监测储能电池组的充放电电流、浮充电流、总电压;储能电池组包括若干储能电池，与电池组端监测模块连接;每个储能电池与对应的电池组端监测模块连接。

本发明中，智能变电站微电网系统融合直流系统和电池在线监测、光伏发电和风力发电，将变电站交直流一体化电源与发电系统相结合，充分利用一体化电源蓄电池作为储能系统，通过储能双向变流器替代直流系统电源模块，对蓄电池进行充放电控制。蓄电池组放电过程保持最低SOC为50%(或计算合理比例)，以备所用电直流系统安全用电保障。微网中央控制单元实现微电网稳定运行，完成联网状态下电压稳定控制，离网状态下电压和频率控制;多目标多源与负荷协调控制;保护和紧急控制，完成保护和智能设备协调控制、紧急快速响应;并网/离网下稳定控制与并离网平滑切换等。

作为优选，所述电池组端监测模块通过霍尔电流传感器与储能电池组连接。

作为优选，所述储能电池为蓄电池。

作为优选，所述蓄电池为铅碳蓄电池。

作为优选，所述储能电池采用串联连接。

作为优选，所述储能电池通过储能变流器与发电系统输出母线连接。

本发明中，通过储能变流器控制储能电池的充放电。

作为优选，所述风力发电系统包括：风力机组模块：捕获风能并将风能转化为交变电能，包括风力发电机组、塔架、地基以及线缆;并网控制模块：内置输出直流电并对输出最高电压进行限制的整流模块，还包括并网控制器、泄荷器以及线缆;逆变模块：包括并网逆变器以及线缆，与所述整流模块连接，将整流模块输出的直流电逆变成交流电并馈入电网;监控模块：与风力机组模块、并网控制模块以及逆变模块连接，包括远程监控装置、通信GPRS卡以及线缆。

本发明中，风能并网发电系统是利用风力发电机组将风能转换为交流电能，风力发电机输出的幅值、频率均不稳定的交流电，经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源，由逆变电源转换成幅值、频率均稳定的交流电，经过电度表计量后，直接馈入直流电逆变为AC380V、50Hz的三相交流电。

本发明的实质性效果：综合考虑多种发电方式相结合的发电系统与储能系统相结合的微电网系统，通过储能变流器对储能电池进行充放电控制，通过微网中央控制单元控制联网状态下和离网状态下的电压和频率。所用变供电故障或检修时，所用供电系统孤网运行，由发电系统和储能系统作为系统主电源，当负荷用电量大于系统发电量，由微网中央控制单元快速进行次要负荷切除，保证重要负荷的供电。所用变供电恢复后，所用供电系统连接到电网，实现微电网离网到并网模式的切换，恢复所有负荷供电。

附图说明

图1为本发明的一种系统结构图。


图中：1-发电系统，2-微电网中央控制单元，3-储能系统，31-能量管理系统，32-储能系统管理单元，33-电池组端监测模块，34-霍尔电流传感器，35-储能电池，36-电池在线监测模块，4-储能变流器。 

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

一种智能变电站微电网系统，如图1所示，储能系统和发电系统、微电网中央控制单元;所述微电网中央控制单元，与发电系统和储能系统连接，将发电系统的电能传送至储能系统;所述发电系统包括至少包括光伏发电系统和风力发电系统中的一个;所述储能系统包括：能量管理系统和储能系统管理单元、若干电池在线监测模块、电池组端监测模块以及储能电池组;所述能量管理系统，与储能系统管理单元连接;储能系统管理单元，与微电网中央控制单元连接，接收微电网中央控制单元的控制命令;电池组端监测模块，与储能系统管理单元连接，监测储能电池组的充放电电流、浮充电流、总电压;储能电池组包括若干储能电池，与电池组端监测模块连接;每个储能电池与对应的电池组端监测模块连接。

储能电池为铅碳蓄电池，电池组端监测模块通过霍尔电流传感器第一个铅碳蓄电池连接，其他铅碳蓄电池相互之间采用串联连接，最后一个铅碳蓄电池通过储能变流器与发电系统的输出母线连接。

并网期间，微电网发电系统的发电只占厂站用电的一部分，在离网瞬间，各发电系统和蓄电池来不及调节出力或者即使全部最大化发电也无法满足所有站用变负荷用电，导致能源局域网内频率无法维持。针对这种情况，微网中央控制单元在并网运行时，实时计算系统功率差额，并规划如果发生离网，各发电系统和蓄电池电源的出力计划、各负荷的投切计划，一旦检测微电网离网，则立即执行已定控制计划。

1)储能系统管理单元检测到电网电压降低或者收到离网命令后，检测流过快速开关的电流峰值或有效值。如果流过快速开关的电流大于允许切换电流阀值，储能系统管理单元以当前电流参考与并网电流的偏差值作为储能逆变器输出电流参考指令，在快速开关关断前尽快降低微电网与电网之间联络线上电流;

2)当储能系统管理单元检测到并网电流小于允许切换电流阀值后，下达快速开关关断指令，同时储能系统管理单元进行控制模式切换，由电流控制切换至电压控制。在微电网运行模式切换过程中，从电源始终运行在电流控制模式下。

电网恢复正常后，微电网需要重新并网运行。微电网并网运行前应首先保证快速开关两侧的电压幅值、相位和频率相等，同时还应减小切换后的电流冲击，具体的独立至并网运行模式无缝切换控制逻辑如下：

1)储能系统管理单元检测到电网电压正常后，以当前电网电压作为控制器的输出电压参考，不断调整其输出使快速开关两侧的电压相位和幅值相同;

2)当储能系统管理单元检测到快速开关两侧电压满足并网条件后，下达快速开关合闸指令，同时储能系统管理单元进行控制模式切换，由电压控制切换至电流控制。在微电网运行模式切换过程中，从电源始终运行在电流控制模式下。当微电网运行模式切换完成后，根据微电网能量管理系统控制储能出力和增加分布式发电系统出力。微电网系统通过第三所用变为工业园区和所外用电设备供电，实现电能共享。

所述风力发电系统包括：风力机组模块：捕获风能并将风能转化为交变电能，包括风力发电机组、塔架、地基以及线缆;并网控制模块：内置输出直流电并对输出最高电压进行限制的整流模块，还包括并网控制器、泄荷器以及线缆;逆变模块：包括并网逆变器以及线缆，与所述整流模块连接，将整流模块输出的直流电逆变成交流电并馈入电网;监控模块：与风力机组模块、并网控制模块以及逆变模块连接，包括远程监控装置、通信GPRS卡以及线缆。

并网逆变器输出交流电汇总到低压交流开关柜，与变电所内的AC380V端并联，系统采用220/380VAC三相五线制输出，直接与配电室变压器二次端并网运行。风能并网发电系统具有逆功率保护、防孤岛、短路过流、过压等保护功能，确保风能系统安全、可靠的发电并网运行。系统三相额定平衡负载时输出电流最大总波形畸变率小于5%、各次谐波含有率小于3%。

以上所述实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。