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最新微电网技术发明专利汇总(十)

作者:中国储能网新闻中心  来源:北极星电力网  发布时间:2016-10-28 12:49:49

中国储能网讯:微电网全球市场2022年前将达34.94亿美元/年规模。2015年的微电网市场,南美和北美持有最大份额。而市场增长率方面,2016年至2022年间,预计亚太地区的年增长率最高。

据称,在这些微电网的开发上,不仅是各国的代表企业,在全球开展业务的跨国企业的投资也很多。

具体来说,瑞士ABB、德国西门子、美国通用电气(GE)、美国霍尼韦尔、美国NRG Energy、法国施耐德电气等跨国企业,在亚太地区的业务投资正日趋活跃。

10月22日,中国南方电网科技部段卫国处长一行到国家能源大规模物理储能技术(毕节)研发中心,开展大规模压缩空气储能技术及压缩空气储能-微电网项目调研。

那么,是不是意味着微电网的某种风潮即将到来了呢?微电网技术已经到了何种地步?赶紧和北极星输配电网小编一同关注下微电网的相关技术发明吧……

1.基于GPIB的微电网电能质量在线监测装置

《基于GPIB的微电网电能质量在线监测装置》的发明专利。

本发明涉及一种应用在微电网的在线监测装置自动检测系统,尤其涉及基于GPIB的微电网电能质量在线监测装置自动检测系统,具体是对不同装置进行自动检测的系统,提高检测效率,减少人为失误。本发明是由检测服务器的一端通过线缆与FLUKE标准源相连接,FLUKE标准源通过线缆与在线监测装置相连接,在线监测装置的另一端通过线缆与打印机相连接。本发明可以快速有效检测不同厂家在线监测精度,具有结构简单,检测时间短,无误差的特点,为微电网的安全稳定运行提供了有力的数据保证。

发明内容

为了克服现有的检测方法带来的检测时间长,检测存在误差等不足,本发明提供了一种基于GPIB的微电网电能质量在线监测装置自动检测系统,是一套基于GPIB即通用接口总线的微电网电能质量在线监测装置自动检测系统,该系统能够很好的克服以上检测缺点,快速有效的完成微电网电能质量监测装置精度检测,为微电网的安全稳定运行提供了有力的数据保证。

为了实现上述发明目的,本发明是通过以下技术方案来实现的:基于GPIB的微电网电能质量在线监测装置自动检测系统,检测服务器的一端通过线缆与FLUKE标准源相连接,FLUKE标准源通过线缆与在线监测装置相连接,在线监测装置的另一端通过线缆与打印机相连接。

所述检测服务器中设有的检测系统按设定参数控制电能质量FLUKE标准源输出电压电流信号,并记录电能质量指标“标准值”;受检微电网电能质量在线监测装置接收电压电流信号,根据测量方法计算得到各种电能质量指标数据,并反馈测试数据;检测系统从受检电能质量监测装置中读取电能质量指标数据,并作为“测量值”;检测系统依据各电能质量指标的标准值和测量值,基于国标规定计算误差、并判断是否合格;全部检测结束后,检测系统将检测结果填写到检测报告中,通过打印机打印出来。

所述自动检测系统包括自动控制电能质量标准源输出、自动采集受检设备测量结果、自动计算测量误差、自动评估测量结果是否合格、以及自动输出检测报告。

所述检测服务器的共享缓存中存放有测量值与计算值。

所述检测服务器中预置微电网电能质量暂态数据及稳态数据检测方案,FLUKE标准源按预置方案执行,在线监测装置反馈测试数据,检测服务器快速有效判别检测结果,保障在线式电能质量监测装置数据真实有效,为微电网安全稳定运行提供必要的数据支撑。

2.基于储能SOC状态的微电网能量优化控制方

一种基于储能SOC状态的微电网能量优化控制方法,该方法可用于微电网能量管理,该发明专利申请人为许继集团。

本发明涉及一种基于储能SOC状态的微电网能量优化控制方法,包括:并网运行时,1)基于储能SOC状态协调分布式发电输出功率、储能功率及负荷,通过与配电网的公共连接点向配电网提供功率支撑;2)PCC点配电变压器最佳运行,基于储能SOC状态调整储能功率,将PCC点配电网变压器负载率保持在最佳运行范围之间;3)基于储能SOC状态并结合实时电价调整储能SOC。离网运行时,以全系统能量利用效率最大和运行费用最低为目标,利用可再生能源,保证重要负荷的供电,实现整个微电网的经济最优运行。本发明能够保证并网运行时三种能量优化控制,离网运行时保证MG稳定运行,提高DG的利用率,保证重要负荷的供电。

技术背景:

分布式发电(distributed generation,DG)可充利用各种可用的分散存在的光伏 发电,风力发电等接入配电网,实现可再生能源的利用;但其存在发电间歇性、需要配电网 支撑、需要建设相同的备用容量、外部故障失去DG等缺点。微电网(Microgrid,MG)是为协调 电网与DG间的矛盾,最大程度发掘DG在经济、能源和环境中的优势提出的技术方案。

MG由DG、储能系统(energy storage system ,ESS)、电力负荷(electric Power Load,EPL)等构成,并通过公共连接点(Point of common coupling,PCC)接入配电网,能够 实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与配电网并网运行,也可以离网运行,是解 决DG不可控及随机波动性接入配电网的有效方式,如图1所示。

ESS包括电池和用于能量转换的储能变流器(Power conversion system,PCS), ESS在MG中作用的类似于湖泊对河流起调节作用,湖泊在洪水期蓄积河流中的部分洪水,削 减河流洪峰,在枯水期湖泊补给河流,增加河流的径流;并网运行时,ESS通过调节PCS功率 输入及输出平抑DG的波动,提高DG利用率,降低配电系统能量损耗;离网运行时,MG没有配 电网的支撑,需要充分考虑发电与负荷的功率平衡,通过协调DG、ESS与EPL维持MG的稳定运 行,在充分利用DG的同时保证重要负荷的持续供电。

ESS电池的荷电状态(State of Charge,SOC)反映电量的比例,SOC=0%表示电量 为零,SOC=100%表示电池充满;依据ESS在MG中的功能定位,ESS的SOC状态应保持在某一 范围内并结合具体的能量优化控制要求进行调整,同时兼顾ESS的SOH( Section Of Health,SOH,表示电池的健康状态,也称寿命状态)因素进行优化运行控制,延长使用寿命。

[0006] MG能量优化控制是从系统角度进行统一规划、调整和优化,通过协调控制DG、储能 系统的充放电及负荷投切,并网运行时平抑分布式发电的波动,实现新能源发电利用最大 化,降低常规配电系统能量损耗,保证整个供电系统的安全性、可靠性、经济性,实现DG的优化运行;离网运行时实现MG的稳定运行,在充分利用DG的同时保证重要负荷的持续供电。

现有的MG能量优化控制还不够完善,DG利用率不高。

3.直流微电网配电系统

该专利申请人为神华集团有限责任公司; 北京低碳清洁能源研究所。发明人为周友、吴峂。

摘要

本发明提供了一种直流微电网配电系统。该系统包括 : 直流微电网母线 ;分布式电源,用于给直流微电网母线配电;变换器,连接在直流微电网母线和分布式电源之间,用于将分布式电源提供的第一电压转换成适于在直流微电网母线上传输的第一直流电压,其中在第一电压是直流电压的情况下,变换器将该第一电压进行电压适配;在第一电压是交流电压的情况下,变换器将该第一电压转换成直流电压并进行电压适配。本发明降低了微电网对于分布式电源的控制要求,减小了微电网运行成本。

背景技术

随着电能的需求越来越大,各国都制定相关政策鼓励发展可再生能源 ( 如光伏、风能、燃料电池等 ) 的分布式发电。与传统的集中式发电不同,分布式发电是利用分散在用户附近的小型发电单元来给用户发电的模式。但是,分布式发电有其局限性。例如,当电力系统发生故障时,分布式能源必须立即退出运行。为了尽可能地利用分布式发电所带来的经济效益和改善可靠性,微电网开始应用。微电网是由负荷和多个分布式电源组成的集合系统。多个分布式电压发的电流到微电网的母线上,由微电网的母线上流到在一个小的区域内需要用电的各个用户。一个微电网一般在一个小的区域内应用,满足这个小的区域内的用户要求。

目前研究的微电网都是交流微电网,即各分布式电源分别通过电力电子器件接入微电网的交流母线。也就是说,从各分布式电源最终流到微电网的母线上的电必须是交流。这是由于长期以来电网传输多采用交流供电造成的。因此,由于惯性思维导致行业内默认微电网母线上流的只能是交流电。交流微电网对于每个分布式电源的控制要求较高,它们输出的电压需要分别经过逆变才能到母线,而且在控制时需同时考虑频率、电压和功率等多个要素 ( 考虑各分布式电源产生的电压的频率、电压和功率是否满足在母线上传输的要求,不满足则要进行变换 ),需要多台逆变器,造成了电力电子器件的极大浪费。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是降低微电网对于分布式电源的控制要求,减小微电网运行成本。

根据本发明的一个实施例,提供了一种直流微电网配电系统,包括 : 直流微电网母线 ;分布式电源,用于给直流微电网母线配电 ;变换器,连接在直流微电网母线和分布式电源之间,用于将分布式电源提供的第一电压转换成适于在直流微电网母线上传输的第一直流电压,其中在分布式电源提供的第一电压是直流电压的情况下,变换器将该第一电压进行电压适配以获得适于在直流微电网母线上传输的第一直流电压 ;在分布式电源提供的第一电压是交流电压的情况下,变换器将该第一电压转换成第二直流电压并将第二直流电压进行电压适配以获得适于在直流微电网母线上传输的第一直流电压。

由于惯性思维导致行业内默认微电网母线上流的只能是交流电,但实际上对于一些小区域内的工厂、企业等微电网中的用户来说,也是可以用直流电工作。本发明实施例克服了现有领域中的技术偏见,引入直流微电网。由于直流微电网母线流的是直流电,从而降低对控制的要求,也可以最大限度地利用分布式能源,更可以节约电力电子器件。考虑到分布式电源可以是直流电源,也可以是交流电源,对于直流电源,用变换器将直流电源提供的第一电压转换成适于在直流微电网母线上传输的第一直流电压,对于交流电源,用变换器将该第一电压转换成第二直流电压并将第二直流电压进行电压适配以获得适于在直流微电网母线上传输的第一直流电压。这样,就达到了无论交直流分布式电源,都可以通过本发明实施例的配电系统将提供的电能输入母线的作用。

4.一种适用于电改的微电网经济运营优化方法和系统

一种适用于电改的微电网经济运营优化方法和系统,该发明的申请人为北京国电通网络技术有限公司、国家电网公司、国网天津市电力公司、国网浙江省电力公司。发明人为李思维、岳靓 、王茜、刘晓丹、付雪丹、厉俊、王思宁、刘茁出、王敏。

微电网运营

本发明公开了一种适用于电改的微电网经济运营优化方法和系统,包括获取微电网成本因素和微电网效益因素,分别建立微电网成本因素模型和微电网效益因素模型;确定微电网优化规划经济模型;根据建立的微电网成本因素模型和微电网效益因素模型,计算微电网优化规划经济模型。因此,所述的一种适用于电改的微电网经济运营优化方法和系统能够解决目前微电网运营模式没有考虑配电网多源、多用户能量交换、政府补贴及激励政策等方面带来的成本及收益的问题。

由微电网的技术经济特性可知,当微电网作为外部大电网的一部分时,其具有一定的可控性,既可以独立运行满足用户的用电需求,又可以迅速地为输配电网供应电力,保证外部大电网的供电可靠性。微电网有效运营的前提是相关主体之间成本和收益分配的合理性,因此从整体的角度识别并科学计量微电网的成本和效益,有利于微电网的可持续发展。

一般情况下,微电网系统包括靠近消费者的分布式发电设备、自产自销者、可控负荷、响应性需求的综合能源系统。微电网的能量交换可分为内部能量交换和外部能量交换,并各自对应着相应的经济关系。内部能量交换,即微电网系统的电力生产以及所覆盖用户的电力消费。外部能量交换,即微电网向外部电网输送电力或者购买电力。这两种能量交换下,需要充分考虑微电网所产生的成本和效益,以便于制定合理的成本和效益分摊机制,保证各相关主体成本和效益的合理性。

由国内外有关微电网的研究可知,微电网所产生的各种影响已经从技术和经济两方面得到了认知和计量。但是对于微电网(主要为分布式电源所发电力)的电价机制尚未明确,当前的一些电价机制仅考虑了由于微电网并网引起的附加成本,并将这些成本反映为电网的连接费用,尚未考虑微电网所能够带来的正向经济影响。根据微电网能量交换的方式,微电网的相关运营主体包括发电企业、电网公司、终端用户与社会,从正向和负向两个方面,分析微电网对不同主体的经济影响。

由微电网运营所带来的正向经济影响分析可知,某一项效益可能涉及到一个(如电网公司)或多个主体(如电网公司和终端用户)。举例来说,分布式发电所降低的损耗有利于电网公司实现地方政府规定的电网效率和节能减排目标。

另一方面,网损成本的减少将反映到终端用户的购电电价中,使其支付的电费减少。此外,损耗降低也意味着减少对环境造成的影响,使整个社会从中受益。从另一方面看,微电网在运营过程中也会带来一些负向的经济影响,主要原因是微电网中分布式电源的间歇性出力造成的。微电网屮的发电机组主要由分布式电源组成(尤其对于风电、光伏发电等间歇性不可控电力),由于分布式电源发电的间歇性,会造成电能的间歇性变化,此时若将微电网接入外部配电网中,会由于电能的不稳定性,造成外部配电网的额外的运营管理成本,具体的负向经济影响主要包括:分布式电源间歇性出力造成配电网的额外损失(增加电网公司的成本);分布式电源间歇性出力造成电压不稳定(增加电网公司的成本);分布式电源叫歇性出力造成配电/电网的升级改造(由于热值限制;电压限制;短路限制等情况);分布式电源间歇性出力造成额外的电能平衡成本和辅助服务成本等(尤其对于风电、光电等间歇性不可控电力)。

综上,传统的微电网运营模式仅仅考虑了用户与电网能量交换的经济运营模式,没有考虑基于电力体制改革和电网传输的多用户主体间能量交换的运营模式。

5.一种低压直流微电网实验平台

一种低压直流微电网实验平台,申请人为安徽大学,发明人为胡存刚,程莹,赵龙,罗亚桥,芮涛,张云雷。

摘要

本发明涉及一种低压直流微电网实验平台,主要包括控制器以及均与控制器通信连接的单相AC/DC变流器、直流微电网、电网连接开关;所述单相AC/DC变流器输入端能够通过电网连接开关接入交流电网;所述直流微电网包括MPPT控制器、带DC/DC变流器的储能系统、充电桩、重要负荷、可中断负荷、弹性负荷;所述MPPT控制器连接光伏电池板;所述单相AC/DC变流器输出端分别与直流微电网各单元并联连接。本发明的实验平台可以运行于并网模式,变流器限流模式以及孤岛模式,且可以进行各个模式无缝切换实验,且可以进行蓄电池充放电管理、电源侧优化管理研究,可以研究直流微电网经济需求、供电可靠性需求、电能质量等。

1 .一种低压直流微电网实验平台,其特征在于:包括控制器以及均与控制器通信连接的单相AC/DC变流器、直流微电网、电网连接开关;所述单相AC/DC变流器输入端能够通过电网连接开关接入交流电网;所述直流微电网包括MPPT控制器、带DC/DC变流器的储能系统、充电桩、重要负荷、可中断负荷、弹性负荷;所述MPPT控制器连接光伏电池板;所述单相AC/DC变流器输出端分别与直流微电网各单元并联连接;所述带DC/DC变流器的储能系统包括DC/DC变流器以及与其相连的蓄电池。

2.如权利要求1所述的一种低压直流微电网实验平台,其特征在于:所述单相AC/DC变流器、直流微电网各单元以及电网连接开关均通过RS485总线与控制器连接。

3 .如权利要求1所述的一种低压直流微电网实验平台,其特征在于:所述重要负荷、可中断负荷、弹性负荷分别与各自的开关串联后再与单相AC/DC变流器输出端并联连接;所述重要负荷、可中断负荷、弹性负荷的开关分别通过RS485总线与控制器连接。

目前微电网结构主要包括:交流微电网、直流微电网和混合微电网。以往的研究主要集中在交流微电网,然而随着直流负荷的不断增加,直流微电网相对于交流微电网具有能量转换次数少、效率高、成本低、控制结构简单、无需考虑频率和相位以及无功补偿设备等优势,促进了直流微电网的快速发展,然而直流微电网实验平台研究较少,难以对直流微电网研究方法进行实验验证。

发明内容

为了克服现有实验平台的不足及缺乏,提供一种低压直流微电网实验平台,本发明提供以下技术方案:

一种低压直流微电网实验平台,包括控制器以及均与控制器通信连接的单相AC/DC变流器、直流微电网、电网连接开关;所述单相AC/DC变流器输入端能够通过电网连接开关接入交流电网;所述直流微电网包括MPPT控制器、带DC/DC变流器的储能系统、充电桩、重要负荷、可中断负荷、弹性负荷;所述MPPT控制器连接光伏电池板;所述单相AC/DC变流器输出端分别与直流微电网各单元并联连接;所述带DC/DC变流器的储能系统包括DC/DC变流器以及与其相连的蓄电池。

所述直流微电网工作在并网模式时直流微电网通过单相AC/DC变流器连接交流电网,进行能量交换。所述直流微电网也可以运行于孤岛模式,稳定直流母线电压,给直流负载供电。当直流微电网并网时电网需要输出的功率超过所述变流器的额定功率,此时所述低压直流微电网工作在变流器限流控制模式。并且在所述直流微电网实验平台上可以进行离网到并网、并网到离网切换实验。

所述低压直流微电网实验平台可以进行蓄电池管理。控制器采集各蓄电池容量、SOC等信息进行判断蓄电池充电、放电,发出指令给DC/DC变流器,防止蓄电池过冲或过放,延长蓄电池使用寿命。所述控制器可以对所述低压直流微电网平台进行能量管理,控制器根据蓄电池SOC、微电网运行模式以及负荷曲线决定DC/DC变流器储能系统工作方式。

进一步的,所述单相AC/DC变流器、直流微电网各单元以及电网连接开关均通过RS485总线与控制器连接;各单元通过RS485总线把各自信息如电压、电流、输出功率、蓄电池电压、SOC等传递给控制器,控制器根据所得信息进行优化管理,再通过RS485总线传达命令给各单元。

进一步的,所述重要负荷、可中断负荷、弹性负荷分别与各自的开关串联后再与单相AC/DC变流器输出端并联连接;所述重要负荷、可中断负荷、弹性负荷的开关分别通过RS485总线与控制器连接。控制器根据蓄电池SOC、微电网运行模式以及负荷曲线决定储能系统工作方式以及决定重要负荷、可中断负荷、弹性负荷的接通和断开,所述控制器可以验证需求侧负荷优化管理功能,根据充电桩信息对负荷进行优化管理。

关键字:微电网

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