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CN210224976U - 基于可再生能源的微电网系统 - Google Patents

基于可再生能源的微电网系统 Download PDF

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CN210224976U
CN210224976U CN201921164130.3U CN201921164130U CN210224976U CN 210224976 U CN210224976 U CN 210224976U CN 201921164130 U CN201921164130 U CN 201921164130U CN 210224976 U CN210224976 U CN 210224976U
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China
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alternating current
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CN201921164130.3U
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Weijun Wang
王维俊
Guoping Zhang
张国平
Longbo Mao
毛龙波
Hongju Mi
米红菊
Wenqiang Wang
王文强
Hua Liu
刘华
Yadong Wen
温亚东
Jiaxin Lu
路嘉鑫
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Pla Military Service College
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本实用新型公开了基于可再生能源的微电网系统，涉及微电网供电技术领域，所述微电网系统包含，第一交流母线、第二交流母线、风力发电机组、蓄电池组、光伏发电组件、柴油发电机组和负荷单元；所述风力发电机组通过电能变换器连接至第一交流母线，所述蓄电池组通过双向变流器连接至第一交流母线，所述光伏发电组件通过逆变器连接至第一交流母线；所述第一交流母线通过第一断路器连接至第二交流母线；所述柴油发电机组连接至第二交流母线；所述负荷单元连接在所述第二交流母线上。本实用新型微电网系统采用交流母线模式，实现海岛持续可靠地供电，能够最大限度地使用新能源发电，减少燃油消耗，具有稳定、经济运行的特点。

Description

基于可再生能源的微电网系统
技术领域
本实用新型涉及微电网供电技术领域，具体涉及一种基于可再生能源的微电网系统。
背景技术
目前，海岛电力用户主要以柴油发电为主，首先柴油发电对会对环境产生极大的污染，其次轮船等运输工具对海岛不定期提供柴油也会产生较大费用。
近几十年来清洁能源产业应势而生，其中以风能、光伏能源为主要代表。由于风光发电的实效性受天气影响较大，以及储能设备本身的容量限制等问题，对海岛电力用户的生活质量产生一定影响。
如何为海岛电力用户提供稳定可靠的供电方案成为亟待解决的问题。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种基于可再生能源的微电网系统，实现海岛持续可靠地供电，最大限度地使用新能源发电，减少燃油消耗，实现稳定经济运行。
本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的：
基于可再生能源的微电网系统，所述微电网系统包含，第一交流母线、第二交流母线、风力发电机组、蓄电池组、光伏发电组件、柴油发电机组和负荷单元；
所述风力发电机组通过电能变换器接至第一交流母线，所述蓄电池组通过双向变流器连接至第一交流母线，所述光伏发电组件通过逆变器连接至第一交流母线；
所述第一交流母线通过第一断路器连接至第二交流母线；
所述柴油发电机组连接至第二交流母线；
所述负荷单元连接在所述第二交流母线上。
可选的，所述风力发电组包含多条并联设置的风力发电线路，每条风力发电线路包含依次连接的风力发电机、电能变换器和断路器。
可选的，所述蓄电池组包含至少一组磷酸铁锂电池组以及至少一组铅炭电池组，且所述磷酸铁锂电池组和铅炭电池组分别通过双向变流器连接至所述第一交流母线；
所述双向变流器与所述第一交流母线以及所述双向变流器与所述蓄电池组之间均设置有断路器。
可选的，单台风力发电线路的所述风力发电机的容量为50kW。
可选的，单组所述铅炭电池组的容量为600Ah，单组所述磷酸铁锂电池组的容量为300Ah。
可选的，与所述磷酸铁锂电池组连接的双向变流器的容量为100kW，与所述铅炭电池组连接的双向变流器的容量为300kW。
可选的，所述第二交流母线上还连接有保护控制设备，所述保护控制设备用于采集所述第二交流母线上的电气参数，在所述电气参数异常时断开连接在所述第二交流母线上的电源以及负荷。
可选的，所述逆变器为GP20KTO型号逆变器。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：
本实用新型微电网系统采用交流母线模式，风力发电和光伏发电直接并入交流母线，蓄电池通过双向逆变器进行充放电管理，实现岛礁持续可靠地供电。整个微电网供电系统最大限度地使用新能源发电，减少燃油消耗，具有稳定、经济运行的特点。
在上述方案的基础上配以保护控制设备，实现母线电压、电流、频率的监测，保证微电网稳定供电。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为本实用新型实施例微电网结构示意图；
图2为本实用新型实施例微电网光伏发电组件结构示意图；
图3为本实用新型实施例逆变器的结构图；
图4为本实用新型实施例双向变流器电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例，为实现海岛持续可靠地供电，本实用新型提供一种基于可再生能源的微电网系统，如图1所示，所述微电网系统包含，第一交流母线、第二交流母线、风力发电组、蓄电池组、光伏发电组件、柴油发电机组和负荷单元；
所述风力发电机组通过电能变换器连接至第一交流母线，所述蓄电池组通过双向变流器连接至第一交流母线，所述光伏发电组件通过逆变器连接至第一交流母线；
所述第一交流母线通过第一断路器连接至第二交流母线；
所述柴油发电机组连接至第二交流母线；
所述负荷单元连接在所述第二交流母线上。
可选的，所述风力发电机组包含多条并联设置的风力发电线路，每条风力发电线路包含依次连接的风力发电机、电能变换器和断路器。
可选的，所述蓄电池组包含至少一组磷酸铁锂电池组以及至少一组铅炭电池组，且所述磷酸铁锂电池组和铅炭电池组分别通过双向变流器连接至所述第一交流母线；
所述双向变流器与所述第一交流母线以及所述双向变流器与所述蓄电池组之间均设置有断路器。
可选的，单台风力发电线路的所述风力发电机的容量为50kW。
可选的，单组所述铅炭电池组的容量为600Ah，单组所述磷酸铁锂电池组的容量为300Ah。
可选的，与所述磷酸铁锂电池组连接的双向变流器的容量为100kW，与所述铅炭电池组连接的双向变流器的容量为300kW。
可选的，所述第二交流母线上还连接有保护控制设备，所述保护控制设备用于采集所述第二交流母线上的电气参数，在所述电气参数异常时断开连接在所述第二交流母线上的电源以及负荷。
可选的，所述逆变器为GP20KTO型号逆变器。
在本实施例中，采用分段式母线的方式进行供电能够保证柴油机以及清洁能源的分区供电进行，在频率可靠的情况下可并网同时运行，保证了对负荷侧供电的可靠性。
本实施例中，如图1所示，微电网系统由300kW双向储能变流器PCS(型号GES-500/100-1-3×100)、100kW双向储能变流器PCS(型号GES-500/100-1-1×100)、400kW光伏电池组、5×50kW风力发电机组、四组蓄电池及3×400kW柴油发电机组成。其中，400kW光伏电池组采用22个组串式逆变器直接逆变并网；风力发电机单台额定容量50kW，共5台，总容量250kW；蓄电池采用三组铅炭电池和一组磷酸铁锂电池，铅炭电池单体额定容量600Ah，额定电压为2.0V，每组由312个单体电池串联组成。
如图2所示，光伏发电组件选用双玻单晶硅光伏组件，单块组件额定功率285W，额定电压31.8V，额定电流8.96A。光伏阵列由22个模块组成，每个模块串联22个单块组件，再3路并联，每个模块功率为18.81kW，如图2所示。光伏板共2×32×22＝1408块，光伏阵列22个模块总功率1408×285＝401.28kW，每个模块有3路分别接入逆变器GP20KTO(最大输入功率为22.5kW)，共22个组串式逆变器，编号为PV1-1—PV1-11、PV2-1—PV2-11，其中PV1-11和PV2-11只有两路输入，逆变器直接接入交流汇流箱与交流母线连接，PV1-1—PV1-11汇入1#汇流箱、PV2-1—PV2-11汇入2#汇流箱。逆变器输入电压为480～800V，确定光伏组件串联数为15～25块，取22块；并联路数为：20.625kW/(22×285W)＝3.3，取3路。
如图3所示，为本实施例GP20KTO逆变器的结构示意图，该逆变器的工作原理如下，
1.通过输入电流检测电路，分析各组串的工作状态，保证组串工作出现异常时，能够及时告警，提醒用户检修；
2.通过直流开关，实现逆变器的直流输入与内部电路之间的安全隔离，方便维护时进行人工操作；
3.通过直流浪涌保护器(类型Ⅱ)，为直流侧过电压能量提供泄放回路，防止直流侧过电压的冲击导致逆变器内部电路损坏；
4.通过输入/输出EMI滤波器，滤除逆变器内部的电磁干扰，保证逆变器能够满足电磁兼容标准的要求；
5.通过MPPT电路，实时检测PV组串的电压、电流值，并追踪最大功率点，保证系统以最高的效率输出；
6.通过DC/AC逆变电路，将直流电转变为交流电后馈入电网，同时保证输出指标满足电网的要求；
7.通过输出隔离继电器，实现逆变器的交流输出与电网隔离，在逆变器故障或者电网故障时，使逆变器安全脱离电网；
8.通过LC滤波器，滤除逆变器输出电流的高频分量，保证输出电流满足电网要求；
9.通过交流浪涌保护器(类型Ⅱ)，为交流侧过电压能量提供泄放回路，防止交流侧过电压的冲击导致逆变器内部电路损坏。
本实施例的微电网系统中的风力发电机组选用GHRE50型号的风力发电机，额定功率为50kW，共5台，额定发电功率250kW，与该型号风力发电机匹配的并网控制器本实施例中选用ZKW400G50K型并网控制器，用于风力发电机的并网控制。
本实施例中选用的铅炭电池单体额定容量600Ah，额定电压2V，每组由312只单体串联组成，磷酸铁锂电池单体额定容量75Ah，额定电压3.2V，每组由6只单体串联后2路并联，作为配合新能源发电接入，实现负荷补偿。
下面对本实施例中电池的充放电控制进行进一步说明
(1)铅炭电池
1)铅炭电池布置
铅炭电池共3个集装箱，每个集装箱共312个电池模块，组合方式为1串。每个电池模块的容量为600Ah，电压为2V，每组电池的容量为600Ah，电压为312×2＝624V，能量为624×600＝374kWh(充电电流为0.1C)。
2)铅炭电池充电模式(I-U-U模式充电)
第一阶段恒流充电模式：蓄电池组以恒流0.10C10A—0.30C10A电流充电至电压为2.35V/单体时，转入第二阶段充电；
第二阶段恒压充电模式：蓄电池组以恒压2.35V/单体电压充电至充电末期电流为0.03C10A转第三阶段充电；
第三阶段浮充充电模式：蓄电池组以恒压2.25V/单体电压充电，使保持蓄电池一直处于满充电的饱和状态。本系统没有第三阶段浮充充电模式，一是电池自身有自放电，本系统电池一直处于浮充状态不经济。
若长期不用的电池、新电池或在充电初期已经处于深度放电的蓄电池，为了提高蓄电池的充电效率，减小蓄电池的析气，保证蓄电池的使用寿命，不能立即按I-U-U模式充电，而是需先采取预充电。预充电模式(预充)：当开始充电前，系统检测到蓄电池开路电压低于2.0V电压值时，以0.05C10A的小电流进行恒流充电至电压2.0V转入I-U-U模式的恒流第一阶段恒流充电。
3)电池组充放电控制
i)充电控制
为了保证电池组的SOC水平以及单体一致性，电池组充电时，第一阶段0.1C10A-0.3C10A恒流充电至电池组达到，然后进入第二阶段2.35V/单体恒压模式继续充电，直至充电末期电流0.03C10A转入浮充阶段。
对于电池管理系统(BMS)监控储能电池组的单体电池电压上限设定值仅为作告警作用，不能为整组电池的充电终止条件。
ii)放电控制
可根据实际应用场景工况，电池组可以按照恒流放电模式或者恒功率放电模式进行运行工作。
(2)磷酸铁锂电池
1)磷酸铁锂电池布置
锂电池共1个集装箱，每个集装箱共2组锂电池，每组各3个柜子，每个柜子有10个电池模块，每个模块有12个电芯，组合方式为2并6串。每个电芯单体的容量为75Ah，电压为3.2V，每组电池的容量为75×2＝150Ah，电压为3.2×6×10×3＝576V。锂电池总容量为150×2＝300Ah，电压为576V，能量为576×300＝172.8kWh。
2)磷酸铁锂电池单体充放电模式
i)单体充电模式
第一阶段恒流充电模式：电池以恒流0.20C-1C A(推荐0.20C A)电流充电至3.65V/单体时，转入第二阶段恒压充电；
第二阶段恒压充电模式：电池以恒压3.65V/单体电压充电至充电末期电流为0.05C A后截止；
ii)单体放电模式
根据实际应用工况进行恒流或者恒功率放电，但是最大放电电流建议不超过1CA。单体放电截止电压为2.5V。
3)磷酸铁锂电池组充放电控制
i)充电控制
设电池组为n串，为了保证电池组的SOC水平以及单体一致性，电池组充电时，第一阶段0.2C-1C A(推荐0.20C A)恒流充电至电池组达到n×3.65V，然后进入第二阶段n×3.65V恒压模式继续充电至充电末期电流为0.05C A后截止，其中电池组充电保护电压设置为n×3.8V，单体电池充电保护电压设置为3.85V。
ii)放电控制
可根据实际应用场景工况，电池组可以按照恒流放电模式或者恒功率放电模式进行运行工作，最大放电电流建议不超过1C A。电池组放电保护电压为n×2.5V，单体电池放电保护电压设置为2V。
双向变流器主回路拓扑如图4所示，直流侧接入蓄电池组，交流侧接入外部交流母线。在系统运行于柴发模式时，双向变流器工作在PQ模式，对蓄电池组自动充放电；系统运行于PCS模式时，变流器独立逆变，为系统提供恒压恒频的交流电源。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，所述微电网系统包含，第一交流母线、第二交流母线、风力发电机组、蓄电池组、光伏发电组件、柴油发电机组和负荷单元；
所述风力发电机组通过电能变换器连接至第一交流母线，所述蓄电池组通过双向变流器连接至第一交流母线，所述光伏发电组件通过逆变器连接至第一交流母线；
所述第一交流母线通过第一断路器连接至第二交流母线；
所述柴油发电机组连接至第二交流母线；
所述负荷单元连接在所述第二交流母线上。
2.根据权利要求1所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，所述风力发电组包含多条并联设置的风力发电线路，每条风力发电线路包含依次连接的风力发电机、电能变换器和断路器。
3.根据权利要求1所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，所述蓄电池组包含至少一组磷酸铁锂电池组以及至少一组铅炭电池组，且所述磷酸铁锂电池组和铅炭电池组分别通过双向变流器连接至所述第一交流母线；
所述双向变流器与所述第一交流母线以及所述双向变流器与所述蓄电池组之间均设置有断路器。
4.根据权利要求2所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，单台风力发电线路的所述风力发电机的容量为50kW。
5.根据权利要求3所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，单组所述铅炭电池组的容量为600Ah，单组所述磷酸铁锂电池组的容量为300Ah。
6.根据权利要求5所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，与所述磷酸铁锂电池组连接的双向变流器的容量为100kW，与所述铅炭电池组连接的双向变流器的容量为300kW。
7.根据权利要求3所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，所述第二交流母线上还连接有保护控制设备，所述保护控制设备用于采集所述第二交流母线上的电气参数，在所述电气参数异常时断开连接在所述第二交流母线上的电源以及负荷。
8.根据权利要求3所述的基于可再生能源的微电网系统，其特征在于，所述逆变器为GP20KTO型号逆变器。
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