DQZHAN技術訊：一種微電網系統(tǒng)及微電網系統(tǒng)的控制方法

摘要：本發(fā)明提供了一種微電網系統(tǒng)及微電網系統(tǒng)的控制方法，涉及微電網技術領域，可實現(xiàn)微電網系統(tǒng)由并網到離網的平滑切換。其中，微電網系統(tǒng)包括**區(qū)塊、**區(qū)塊和微電網中央控制模塊;在系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行前，**區(qū)塊的中壓儲能模塊為系統(tǒng)中的全部負荷提供功率;在系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行后，**區(qū)塊的微電網供用能模塊中的微電源單元向負荷單元供應功率;微電網中央控制模塊對中壓儲能模塊的*大放電功率、微電源單元可供應的功率和負荷單元所需的功率進行預測;并在系統(tǒng)處于離網狀態(tài)后，下發(fā)指令;**區(qū)塊的末端數據采集及控制模塊在指令的控制下，對負荷進行投入或切除。上述微電網系統(tǒng)用于在離網狀態(tài)時獨立向負荷供電。

技術背景：

微電網系統(tǒng)是一種將分布式發(fā)電系統(tǒng)、儲能以及末端負荷相結合的智能可控小型 電網系統(tǒng)，并且是可以實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。

微電網系統(tǒng)主要包括用于供 應功率的微電源單元和用于消耗功率的負荷單元。其中，微電源單元包括至少一個微電源，所述負荷單元包括至少一個負荷。相對于外部電網，微電網系統(tǒng)有并網和離網兩種運行模 式：當外部電網正常供電時，微電網系統(tǒng)中的微電源作為輔助電源并入，與外部電網共同為 負荷輸送功率;當外部電網發(fā)生故障時，微電網系統(tǒng)與外部電網斷開連接，形成孤島，獨立向負荷輸送功率。

但是，現(xiàn)有的微電網系統(tǒng)普遍存在如下問題：當外部電網發(fā)生突發(fā)故障時，現(xiàn)有的 微電網系統(tǒng)不能立即根據微電源單元可供應的功率與負荷單元所需的功率劃分一合適的 孤島范圍，而在劃分出合適的孤島范圍之前，微電源單元中的微電源并不足以向負荷單元 中所有負荷進行供電，從而導致在劃分出合適的孤島范圍之前，微電網系統(tǒng)中的全部負荷 都處于停電狀態(tài)，也就是說，當外部電網發(fā)生突發(fā)故障時，現(xiàn)有的微電網系統(tǒng)并不能夠保證 平滑無縫地由并網狀態(tài)切換到離網狀態(tài)。此外，現(xiàn)有的微電網系統(tǒng)僅能對孤島范圍進行一 次劃分，不能保證微電源單元可供應的功率與負荷單元所需的功率之間維持平衡關系，從 而降低了微電網系統(tǒng)運行的**可靠性和能源利用率。

發(fā)明內容：

本發(fā)明提供了一種微電網系統(tǒng)及微電網系統(tǒng)的控制方法，可實現(xiàn)微電網系統(tǒng)由并 網狀態(tài)到離網狀態(tài)的平滑無縫切換，并提高微電網系統(tǒng)運行的**可靠性和能源的利用 率。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明**方面提供了一種微電網系統(tǒng)，所述微電網系統(tǒng)包括至少一個**區(qū) 塊、至少一個**區(qū)塊、以及與各所述**區(qū)塊和各所述**區(qū)塊相連的微電網中央控制 模塊，所述**區(qū)塊包括相連的微電網供用能模塊和末端數據采集及控制模塊，所述** 區(qū)塊包括中壓儲能模塊;其中，在所述微電網系統(tǒng)處于并網狀態(tài)時，所述中壓儲能模塊與外 部電網相連，在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)時，所述中壓儲能模塊與外部電網斷開;所述 中壓儲能模塊用于在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模式之前，為所述微電網 系統(tǒng)中的全部負荷提供功率;在所述微電網系統(tǒng)處于并網狀態(tài)時，所述微電網供用能模塊 與外部電網相連，在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)時，所述微電網供用能模塊與外部電網 斷開;所述微電網供用能模塊包括微電源單元和負荷單元，所述微電源單元包括至少一個 微電源，所述負荷單元包括至少一個負荷，在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模式后，所述微電源單元用于向所述負荷單元供應功率;所述微電網中央控制模塊用于：對 所述中壓儲能模塊的*大放電功率、所述微電源單元可供應的功率以及所述負荷單元所需 的功率進行實時預測;在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模式之前，根據對所 述*大放電功率進行實時預測的預測數據下發(fā)相應的控制指令，控制所述中壓儲能模塊向 所述微電網系統(tǒng)中的全部負荷提供功率;在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模 式后，根據對所述微電源單元可供應的功率、所述負荷單元所需的功率進行實時預測的預 測數據及所述微電網系統(tǒng)的供用能平衡滯環(huán)裕量不斷調整孤島范圍，然后根據所調整的孤 島范圍及所述負荷單元中各負荷的重要性確定需要投入的負荷和需要切除的負荷，并下發(fā)相應的控制指令;所述末端數據采集及控制模塊用于在所述微電網中央控制模塊所下發(fā)控 制指令的控制下，對所述負荷單元中的負荷進行相應的投入或切除，使所述微電源單元可 供應的功率與所述負荷單元所需的功率保持平衡。

在本發(fā)明所提供的微電網系統(tǒng)中，增設了中壓儲能模塊，中壓儲能模塊可提供的 功率足以滿足微電網系統(tǒng)中的全部負荷所需的功率，因而當外部電網發(fā)生突發(fā)故障，需要 與微電網系統(tǒng)斷開連接時，微電網系統(tǒng)可在由并網狀態(tài)切換至離網狀態(tài)的過程中，首先利 用中壓儲能模塊向微電網系統(tǒng)中的所有負荷供電，這就為微電網系統(tǒng)劃分一合適的孤島范 圍預留了一定時間，從而保證了微電網系統(tǒng)由并網狀態(tài)到離網狀態(tài)的平滑無縫切換。此外， 利用本發(fā)明所提供的微電網系統(tǒng)，通過對微電網系統(tǒng)中微電源可供應的電能以及負荷所需 的電能進行實時預測，可判斷出二者之間的關系，當二者處于非平衡態(tài)時，通過調整孤島范圍，對負荷進行投入或切除，從而使微電源可供應的電能與負荷所需的電能的關系快速恢 復平衡，提高了微電網系統(tǒng)運行的**可靠性和能源利用率。

本發(fā)明**方面提供了一種微電網系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法應用于如本發(fā) 明**方面所述的微電網系統(tǒng)中，其特征在于，所述微電網控制方法包括：步驟S1：實時預 測中壓儲能模塊的*大放電功率、微電源單元中各微電源可供應的功率、以及負荷單元中 各負荷所需的功率;步驟S2：實時計算所述微電網系統(tǒng)全部負荷所需的總功率;步驟S3：實 時判斷所述微電網系統(tǒng)與外部電網之間是否需要斷開，如果是，則判斷當前時間點所預測 的中壓儲能模塊的*大放電功率是否大于或等于所計算的微電網系統(tǒng)中全部負荷所需的 總功率，如果是，則進入步驟S4，如果否，則進入步驟S7;步驟S4：計算中壓儲能模塊對所述 微電網系統(tǒng)全部負荷的*大供電時間;步驟S5：斷開所述微電網系統(tǒng)與外部電網之間的連 接，在所述*大供電時間內，通過所述中壓儲能模塊對所述微電網系統(tǒng)中全部負荷進行供 電，并根據實時預測的微電源單元中各微電源可供應的功率、負荷單元中各負荷所需的功 率確定**孤島范圍，使所述微電網系統(tǒng)進入孤島運行模式;步驟S6：實時判斷微電源單元 可供應的功率與當前孤島范圍內所覆蓋的全部負荷所需的功率是否保持平衡，如果否，則 重新調整孤島范圍，使微電源單元可供應的功率與調整后的孤島范圍所覆蓋的全部負荷所 需的功率重新達到平衡;步驟S7：保持所述微電網系統(tǒng)與外部電網之間繼續(xù)連接，所述微電 網系統(tǒng)不進行工作。

本發(fā)明**方面提供的微電網系統(tǒng)的控制方法的有益效果與**方面提供的微 電網系統(tǒng)的有益效果相同，此處不再贅述。

發(fā)明實現(xiàn)基本情況描述：

1 .一種微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網系統(tǒng)包括至少一個**區(qū)塊、至少一個第 二區(qū)塊、以及與各所述**區(qū)塊和各所述**區(qū)塊相連的微電網中央控制模塊，所述**區(qū)塊包括相連的微電網供用能模塊和末端數據采集及控制模塊，所述**區(qū)塊包括中壓儲 能模塊;其中，在所述微電網系統(tǒng)處于并網狀態(tài)時，所述中壓儲能模塊與外部電網相連，在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)時，所述中壓儲能模塊與外部電網斷開;

所述中壓儲能模塊用于在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模式之前，為所述微電網系統(tǒng)中的全部負荷提供 功率; 在所述微電網系統(tǒng)處于并網狀態(tài)時，所述微電網供用能模塊與外部電網相連，在所述 微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)時，所述微電網供用能模塊與外部電網斷開;

所述微電網供用能模塊包括微電源單元和負荷單元，所述微電源單元包括至少一個微電源，所述負荷單元包括至少一個負荷，在所述微電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模式后，所述微電源單元用于向所述負荷單元供應功率;

所述微電網中央控制模塊用于：對所述中壓儲能模塊的*大放電功率、所述微電源單元可供應的功率以及所述負荷單元所需的功率進行實時預測;在所述微電網系統(tǒng)處于離網 狀態(tài)進入孤島運行模式之前，根據對所述*大放電功率進行實時預測的預測數據下發(fā)相應的控制指令，控制所述中壓儲能模塊向所述微電網系統(tǒng)中的全部負荷提供功率;在所述微 電網系統(tǒng)處于離網狀態(tài)進入孤島運行模式后，根據對所述微電源單元可供應的功率、所述負荷單元所需的功率進行實時預測的預測數據及所述微電網系統(tǒng)的供用能平衡滯環(huán)裕量 不斷調整孤島范圍，然后根據所調整的孤島范圍及所述負荷單元中各負荷的重要性確定需 要投入的負荷和需要切除的負荷，并下發(fā)相應的控制指令;

所述末端數據采集及控制模塊用于在所述微電網中央控制模塊所下發(fā)控制指令的控制下，對所述負荷單元中的負荷進行相應的投入或切除，使所述微電源單元可供應的功率與所述負荷單元所需的功率保持平衡。

2.根據權利要求1所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述中壓儲能模塊包括至少一個功率型儲能微電源。

3.根據權利要求2所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述**區(qū)塊還包括：

至少一個功率型儲能微電源控制器，至少一個所述功率型儲能微電源控制器一一對應 地與所述中壓儲能模塊所包括的至少一個功率型儲能微電源相連，所述功率型儲能微電源 控制器用于接收所述微電網中央控制模塊所下發(fā)的控制指令，控制對應的功率型儲能微電 源進行離網/并網工作模式切換，并向所述微電網中央控制模塊反饋對應的功率型儲能微電源的工作狀態(tài)。

4.根據權利要求3所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述**區(qū)塊還包括：至少一個可控功率型儲能微電源開關，至少一個所述可控功率型儲能微電源開關一一對應地與各功率型儲能微電源及其所對應的功率型儲能微電源控制器相連; 變壓器; 用于連接所述變壓器的低壓端與各可控功率型儲能微電源開關的低壓母線; 用于連接所述變壓器的高壓端與外部電網的中壓母線。

5.根據權利要求4所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述末端數據采集及控制模塊包括：

至少一個微電源控制器，所述至少一個微電源控制器一一對應地與所述微電源單元所 包括的至少一個微電源相連，所述微電源控制器用于控制對應的微電源進行離網/并網工 作模式切換，控制對應的微電源的工作功率，并向所述微電網中央控制模塊反饋對應的微 電源的工作狀態(tài)，所述微電源控制器還用于接收所述微電網中央控制模塊所下發(fā)的指令;

至少一個**負荷控制器，所述至少一個**負荷控制器一一對應地與所述負荷單元 所包括的至少一個負荷相連，所述**負荷控制器用于控制對應的負荷投入或切除，還用 于接收所述微電網中央控制模塊所下發(fā)的指令; **負荷控制器，各微電源控制器和各**負荷控制器均與所述**負荷控制器相 連，所述**負荷控制器用于接收所述微電網中央控制模塊所下發(fā)的指令;

與所述**負荷控制器相連的數據采集監(jiān)測單元，所述數據采集監(jiān)測單元還和各微電 源控制器及各**負荷控制器相連，所述數據采集監(jiān)測單元用于：通過各微電源控制器實 時采集各微電源的實時電氣參數，監(jiān)測各微電源的運行狀態(tài);通過各**負荷控制器實時 采集各負荷的實時電氣參數，監(jiān)測各負荷的運行狀態(tài);并將各微電源的電氣參數、各負荷的 電氣參數、各微電源的運行狀態(tài)數據和各負荷的運行狀態(tài)數據傳輸至所述微電網中央控制 模塊。

6.根據權利要求5所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網供用能模塊還包括：

至少一個可控微電源開關，所述至少一個可控微電源開關一一對應地與各微電源及其 所對應的微電源控制器相連;

至少一個可控負荷開關，所述至少一個可控負荷開關一一對應地與各負荷及其所對應 的負荷控制器相連;

變壓器：

用于連接所述變壓器的低壓端與各可控微電源開關和各可控負荷開關的低壓母線;

設置于所述低壓母線上的可控電壓開關，所述可控電壓開關與所述**負荷控制器相連;

用于連接所述變壓器的高壓端與外部電網的中壓母線;

設置于所述中壓母線上的并網/離網控制開關。

7 .根據權利要求6所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網系統(tǒng)還包括：

設置在各所述**區(qū)塊和各所述**區(qū)塊以外的第三負荷控制器，所述第三負荷控制 器和與所述并網/離網控制開關相連，所述第三負荷控制器用于接收所述微電網中央控制 模塊所下發(fā)的指令;

設置在各所述**區(qū)塊和各所述**區(qū)塊以外的總數據采集監(jiān)測單元，所述總數據采 集監(jiān)測單元和所述第三負荷控制器相連，所述總數據采集監(jiān)測單元用于：從各**區(qū)塊的 數據采集監(jiān)測單元中獲取各**區(qū)塊中各微電源的電氣參數、各負荷的電氣參數、各微電 源的運行狀態(tài)數據和各負荷的運行狀態(tài)數據，監(jiān)測各**區(qū)塊的運行狀態(tài);并將各微電源 的電氣參數、各負荷的電氣參數、各微電源的運行狀態(tài)數據、各負荷的運行狀態(tài)數據和各**區(qū)塊的運行狀態(tài)數據傳輸至所述微電網中央控制模塊。

8.根據權利要求7所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述**區(qū)塊和所述**區(qū)塊還包 括網絡管理單元，所述**區(qū)塊的網絡管理單元通過用戶端通訊總線與所在區(qū)塊的數據采集監(jiān)測單元、**負荷控制器、各微電源控制器和各**負荷控制器相連，所述**區(qū)塊的 網絡管理單元通過用戶端通訊總線與所在區(qū)塊的功率型儲能微電源控制器相連;

所述微電網系統(tǒng)還包括：

設置于各所述**區(qū)塊和各所述**區(qū)塊以外的總網絡管理單元，所述總網絡管理單元通過所述用戶端通訊總線與所述總數據采集監(jiān)測單元和所述第三負荷控制器相連;

設置于各所述**區(qū)塊和各所述**區(qū)塊以外的系統(tǒng)端通訊變換器，所述系統(tǒng)端通訊變換器、所述總網絡管理單元和各所述網絡管理單元通過網絡通訊總線串接，且所述系統(tǒng)端通訊變換器還通過網絡通訊總線與所述微電網中央控制模塊相連。

9.根據權利要求8所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述網絡管理單元包括：

用戶端通訊變換器，所述網絡管理單元的各用戶端通訊變換器、所述系統(tǒng)端通訊變換 器和所述總網絡管理單元通過網絡通訊總線串接;

通訊管理機，所述通訊管理機通過用戶端通訊總線所述用戶端通訊變換器相連。

10.根據權利要求1所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網中央控制模塊包括：

中壓儲能預測單元，所述中壓儲能預測單元用于對所述中壓儲能模塊的*大放電功率 進行實時預測;

微電源預測單元，所述微電源預測單元用于對所述微電源單元可供應的功率進行實時 預測;

負荷預測單元，所述負荷預測單元用于對所述負荷單元所需的功率進行實時預測;

與所述中壓儲能預測單元、所述微電源預測單元和所述負荷預測單元相連的數據庫，

所述數據庫用于向所述中壓儲能預測單元、所述微電源預測單元和所述負荷預測單元提供進行實時預測所需要的數據，且所述數據庫中預先存儲有所述微電網系統(tǒng)的供用能平衡滯環(huán)裕量數據;

與所述中壓儲能預測單元、所述微電源預測單元、所述負荷預測單元和所述數據庫相 連的微電網中央控制器，所述微電網中央控制器用于：從所述中壓儲能預測單元中獲取實 時預測的預測數據，根據實時預測的預測數據下發(fā)相應的控制指令，控制所述中壓儲能模 塊向所述微電網系統(tǒng)中的全部負荷供電;從所述微電源預測單元和所述負荷預測單元中獲 取實時預測的預測數據，并從所述數據庫中獲取所述供用能平衡滯環(huán)裕量數據，根據實時 預測的預測數據及所述微電網系統(tǒng)的供用能平衡滯環(huán)裕量不斷調整孤島范圍，然后根據所 調整的孤島范圍及所述負荷單元中各負荷的重要性確定所述負荷單元中的需要投入的負 荷和需要切除的負荷，并下發(fā)相應的控制指令。

11 .根據權利要求10所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述微電源單元包括光伏發(fā)電微 電源、風力發(fā)電微電源、發(fā)電機微電源和能量型儲能微電源中的至少一種微電源。

12.根據權利要求11所述的微電網系統(tǒng)，其特征在于，所述微電源單元包括光伏發(fā)電微 電源和風力發(fā)電微電源中的至少一種微電源; 所述微電源預測單元包括光伏發(fā)電預測子單元和風力發(fā)電預測子單元中的至少一種 預測子單元，所述微電源預測單元所包括的預測子單元的種類與所述微電源單元所包括的微電源的種類相同;

所述微電網中央控制模塊還包括與所述數據庫相連的天氣預報單元，所述天氣預報單 元用于獲取天氣數據，并將所獲取的天氣數據作為進行實時預測所需要的一類數據傳輸至所述數據庫。

13.一種微電網系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法應用于如權利要求1～12所述的微電網 系統(tǒng)中，其特征在于，所述微電網控制方法包括：

步驟S1：實時預測中壓儲能模塊的*大放電功率、微電源單元中各微電源可供應的功 率、以及負荷單元中各負荷所需的功率;

步驟S2：實時計算所述微電網系統(tǒng)全部負荷所需的總功率;

步驟S3：實時判斷所述微電網系統(tǒng)與外部電網之間是否需要斷開，如果是，則判斷當前 時間點所預測的中壓儲能模塊的*大放電功率是否大于或等于所計算的微電網系統(tǒng)中全 部負荷所需的總功率，如果是，則進入步驟S4，如果否，則進入步驟S7;

步驟S4：計算中壓儲能模塊對所述微電網系統(tǒng)全部負荷的*大供電時間;

步驟S5：斷開所述微電網系統(tǒng)與外部電網之間的連接，在所述*大供電時間內，通過所 述中壓儲能模塊對所述微電網系統(tǒng)中全部負荷進行供電，并根據實時預測的微電源單元中 各微電源可供應的功率、負荷單元中各負荷所需的功率確定**孤島范圍，使所述微電網 系統(tǒng)進入孤島運行模式;

步驟S6：實時判斷微電源單元可供應的功率與當前孤島范圍內所覆蓋的全部負荷所需 的功率是否保持平衡，如果否，則重新調整孤島范圍，使微電源單元可供應的功率與調整后 的孤島范圍所覆蓋的全部負荷所需的功率重新達到平衡;

步驟S7：保持所述微電網系統(tǒng)與外部電網之間繼續(xù)連接，所述微電網系統(tǒng)不進行工作。