分布式能源接入系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分布式能源接入系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電網(wǎng)母線接入電網(wǎng)側(cè)；該系統(tǒng)包含：分布式發(fā)電裝置，其輸出端電路連接電網(wǎng)母線，發(fā)電并輸出電能至電網(wǎng)側(cè)；無功補償裝置，其電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線，降低電網(wǎng)無功補給；儲能裝置，其電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線，補償分布式發(fā)電裝置有功輸出的波動；控制系統(tǒng)，其通信連接分布式發(fā)電裝置、無功補償裝置和儲能裝置。本實用新型控制系統(tǒng)以功率因數(shù)為控制目標(biāo)，通過無功補償裝置降低電網(wǎng)無功補給，通過儲能裝置彌補分布式電源有功輸出的波動，可有效提高電網(wǎng)功率因數(shù)并維持穩(wěn)定。
【專利說明】
分布式能源接入系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種電力系統(tǒng)電能質(zhì)量領(lǐng)域，具體涉及一種分布式能源接入系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力工業(yè)是一個國家的經(jīng)濟命脈，在國民經(jīng)濟和人民生活中占有極重要的地位。當(dāng)下，傳統(tǒng)能源短缺、霧霾等環(huán)境污染問題促使清潔能源逐漸全面取代化石能源，清潔替代和電能替代將是未來世界能源可持續(xù)發(fā)展的重要方向。隨著單位千瓦電能生產(chǎn)價格的不斷下降以及政策層面的有力支持，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式能源發(fā)電應(yīng)用范圍越來越廣，并開始從特殊場合應(yīng)用向商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展，為政府機關(guān)、大型商務(wù)區(qū)、醫(yī)院等負(fù)荷供電，逐步形成了大電網(wǎng)與分布式發(fā)電技術(shù)相結(jié)合的新型供電模式。
[0003]分布式電源輸出功率具有很強的間歇性、隨機性和波動性，分布式能源接入電網(wǎng)會引起電壓波動和閃變、功率因數(shù)波動和降低、電力諧波、電壓暫降和偏差等問題，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)乃至輸電網(wǎng)的電能質(zhì)量。就功率因數(shù)而言，分布式電源和電網(wǎng)同時向負(fù)荷供電，導(dǎo)致電網(wǎng)所提供的有功功率降低且隨分布式電源輸出功率的波動而波動，引起電網(wǎng)的損耗增加，電能質(zhì)量降低，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞相關(guān)設(shè)備;更有甚者，用電單位甚至?xí)驗楣β室驍?shù)降低而導(dǎo)致被罰款。
[0004]為提高電能使用效率，原水利電力部、國家物價局于1983年出臺了《功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》，采用經(jīng)濟手段來對客戶用電的功率因數(shù)進行考核，對促進用戶加強無功管理，裝設(shè)無功補償設(shè)備，節(jié)約電能，起到了很大作用。但分布式電源輸出功率具有很強的間歇性、隨機性和波動性，僅依靠無功補償設(shè)備無法全時段維持高功率因數(shù);此外，對于無功需求量較小的負(fù)荷，無功補償設(shè)備(例靜止無功發(fā)生器，SVG)可能出現(xiàn)因達不到最小無功功率要求而不投入的情況。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型提供一種分布式能源接入系統(tǒng)，可提高并穩(wěn)定分布式能源接入電網(wǎng)后的功率因數(shù)，有利于提尚電能質(zhì)量。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種分布式能源接入系統(tǒng)，其特點是，該系統(tǒng)通過電網(wǎng)母線接入電網(wǎng)側(cè);該系統(tǒng)包含:
[0007]分布式發(fā)電裝置，其輸出端電路連接電網(wǎng)母線，發(fā)電并輸出電能至電網(wǎng)側(cè)；
[0008]無功補償裝置，其電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線，降低電網(wǎng)無功補給；
[0009]儲能裝置，其電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線，補償分布式發(fā)電裝置有功輸出的波動；
[0010]控制系統(tǒng)，其通信連接分布式發(fā)電裝置、無功補償裝置和儲能裝置。
[0011]上述系統(tǒng)還包含電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線的負(fù)荷。
[0012]上述無功補償裝置為靜止無功發(fā)生器。
[0013]上述儲能裝置為混合儲能系統(tǒng)。
[0014]無功補償裝置的選型及容量計算;儲能裝置的選型及容量計算;控制系統(tǒng)設(shè)定功率因數(shù)目標(biāo)值;控制系統(tǒng)采集分布式發(fā)電裝置、無功補償裝置、儲能裝置和電網(wǎng)側(cè)的狀態(tài)參數(shù);控制系統(tǒng)根據(jù)維持功率因數(shù)的目標(biāo)值，計算得儲能裝置和無功補償裝置的運行參數(shù);控制系統(tǒng)根據(jù)運行參數(shù)向儲能裝置和無功補償裝置發(fā)出控制命令。
[0015]本實用新型分布式能源接入系統(tǒng)及其電網(wǎng)功率因數(shù)提高方法和現(xiàn)有技術(shù)的分布式能源接入技術(shù)相比，其優(yōu)點在于，本實用新型控制系統(tǒng)以功率因數(shù)為控制目標(biāo)，通過無功補償裝置降低電網(wǎng)無功補給，通過儲能裝置彌補分布式電源有功輸出的波動，可有效提高電網(wǎng)功率因數(shù)并維持穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型分布式能源接入系統(tǒng)的電路模塊圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖，進一步說明本實用新型的具體實施例。
[0018]如圖1所示，為一種分布式能源接入系統(tǒng)的實施例。分布式能源接入系統(tǒng)通過電網(wǎng)母線105接入電網(wǎng)側(cè)106，該系統(tǒng)包含:分布式發(fā)電裝置101、無功補償裝置102、儲能裝置103、控制系統(tǒng)和負(fù)荷104。
[0019]分布式發(fā)電裝置101輸出端電路連接電網(wǎng)母線105，通過電網(wǎng)母線105接入電網(wǎng)側(cè)106，用于發(fā)電，并通過電網(wǎng)母線105向電網(wǎng)側(cè)106輸出電能。
[0020]無功補償裝置102采用靜止無功發(fā)生器(SVG)，其電路連接分布式發(fā)電裝置101輸出端和電網(wǎng)母線105，用于降低電網(wǎng)無功補給，從而控制功率因數(shù)。
[0021]儲能裝置103采用混合儲能系統(tǒng)(Hybrid Energy Storage System, HESS)，其電路連接分布式發(fā)電裝置101輸出端和電網(wǎng)母線105，用于補償分布式發(fā)電裝置有功輸出的波動，提高電網(wǎng)功率因數(shù)并維持穩(wěn)定。
[0022]負(fù)荷104電路連接分布式發(fā)電裝置101輸出端和電網(wǎng)母線105。
[0023]控制系統(tǒng)通信連接分布式發(fā)電裝置101、無功補償裝置102和儲能裝置103，其用于實時錄入和采集分布式發(fā)電裝置101、無功補償裝置102、儲能裝置103和電網(wǎng)側(cè)106的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，以維持功率因數(shù)為目標(biāo)值為控制目標(biāo)，分析計算得出儲能裝置103和無功補償裝置102需要達到的運行參數(shù)，并以此向儲能裝置103和無功補償裝置102發(fā)出控制指令。
[0024]本實用新型還公開了一種分布式能源接入系統(tǒng)電網(wǎng)功率因數(shù)的提高流程，具體包含:
[0025]步驟1、無功補償裝置的選型及容量計算。
[0026]步驟1.1、無功補償裝置的選型。
[0027]早期功率因數(shù)補償裝置的典型代表是同步調(diào)相機，同步調(diào)相機不僅能補償固定的無功功率，對變化的功率因數(shù)也能進行動態(tài)補償。至今在功率因數(shù)補償領(lǐng)域中這種裝置還在使用，而且隨著控制技術(shù)的進步，其控制性能還有所改善。
[0028]無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法之一，與同步調(diào)相機相比較在調(diào)節(jié)效果相近的情況下，無功補償電容器的費用要節(jié)省的多。因此，電容器的迅速發(fā)展幾乎取代了輸電系統(tǒng)中的同步調(diào)速機。但是，和同步調(diào)速機相比較，電容器適用于就地分散補償，但在系統(tǒng)中有諧波時，有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大，電容器因此而燒毀的事故時有發(fā)生。
[0029]靜止無功補償裝置(SVC)近年來獲得了很大發(fā)展，己被廣泛用于輸電系統(tǒng)波阻抗補償及長距離輸電的分段補償，也大量用于負(fù)載無功補償。其典型代表是固定電容器十晶閘管控制電抗器。晶閘管投切電容器也獲得了廣泛的應(yīng)用。靜止無功補償裝置的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率。這種連續(xù)調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)TCR中晶閘管的觸發(fā)延遲角Q得以實現(xiàn)的。TCS只能分組投切，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，它只有和TCR配合使用，才能實現(xiàn)補償裝置整體無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0030]比SVC更為先進的現(xiàn)代補償裝置是靜止無功發(fā)生器(SVG)。與傳統(tǒng)的以TCR為代表的SVC裝置相比，SVG的調(diào)節(jié)速度更快，運行范圍寬，而且在采取多重化、多電平或PffM技術(shù)等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。更重要的是，SVG使用的電抗器和電容元件遠比SVC中使用的電抗器和電容元件要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。SVG具有如此優(yōu)越的性能，顯示了動態(tài)無功補償裝置的發(fā)展方向。
[0031]終上所述，本實用新型中的無功補償裝置102選用靜止無功發(fā)生器。
[0032]步驟1.2、無功補償裝置容量的確定。
[0033]無功最佳補償容量的確定主要采用傳統(tǒng)優(yōu)化算法以及禁忌搜索算法、模擬退火算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等人工智能方法。分布式供電系統(tǒng)一般用戶數(shù)量少，系統(tǒng)容量小，補償容量采用傳統(tǒng)優(yōu)化法進行計算相對比較合理，即從網(wǎng)損最小、年運行費最小、年支出費用最小的觀點，求出最佳補償容量。
[0034]綜上，本實用新型采用傳統(tǒng)優(yōu)化算法進行無功補償裝置容量的確定。
[0035]步驟2、儲能裝置的選型及容量計算。
[0036]步驟2.1、儲能裝置的選型。
[0037]常用的儲能方式包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、蓄電池儲能、超導(dǎo)磁儲能以及超級電容器儲能等。其中抽水蓄能、壓縮空氣儲能和蓄電池儲能為能量型儲能系統(tǒng)，具有能量密度高、響應(yīng)速度慢或不宜充放電頻繁轉(zhuǎn)換等特點;超導(dǎo)磁儲能、超級電容器為功率型儲能系統(tǒng)，具有功率密度高、響應(yīng)速度快及儲能容量低等特點。目前，由多種儲能方式相結(jié)合構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)因兼具多種儲能技術(shù)的優(yōu)點具有更高的實際應(yīng)用價值。
[0038]超級電容和儲能電池混合儲能(混合儲能系統(tǒng)，Hybrid Energy Storage System，簡稱HESS)能夠有效發(fā)揮互補特性，充分利用儲能設(shè)備各自的優(yōu)點。
[0039]綜上，本實用新型的儲能裝置103選用混合儲能系統(tǒng)。
[0040]步驟2.2、儲能裝置容量的確定。
[0041 ]為滿足平滑分布式能源功率輸出波動的需求，儲能裝置103應(yīng)具備足夠大的容量。儲能裝置103所需的最大容量同樣可以利用仿真法獲得。
[0042]步驟3、控制系統(tǒng)對無功補償裝置102和儲能裝置103的運行統(tǒng)一控制。
[0043]步驟3.1、控制系統(tǒng)設(shè)定功率因數(shù)的目標(biāo)值。
[0044]步驟3.2、控制系統(tǒng)錄入分布式發(fā)電裝置101、儲能轉(zhuǎn)置103、無功補償裝置102參數(shù)及電網(wǎng)側(cè)106相關(guān)參數(shù)。
[0045]步驟3.3、控制系統(tǒng)采集分布式發(fā)電裝置101、儲能轉(zhuǎn)置103、無功補償裝置102及電網(wǎng)側(cè)106的相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0046]步驟3.4、控制系統(tǒng)以維持功率因數(shù)為目標(biāo)值為控制目標(biāo)，分析計算后，得出儲能裝置103和無功補償裝置102的運行需求。
[0047]步驟3.5、控制系統(tǒng)向儲能轉(zhuǎn)置103、無功補償裝置102發(fā)出控制命令。
[0048]盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1.一種分布式能源接入系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)通過電網(wǎng)母線接入電網(wǎng)側(cè);該系統(tǒng)包含: 分布式發(fā)電裝置，其輸出端電路連接電網(wǎng)母線，發(fā)電并輸出電能至電網(wǎng)側(cè)； 無功補償裝置，其電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線，降低電網(wǎng)無功補給； 儲能裝置，其電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線，補償分布式發(fā)電裝置有功輸出的波動； 控制系統(tǒng)，其通信連接分布式發(fā)電裝置、無功補償裝置和儲能裝置。2.如權(quán)利要求1所述的分布式能源接入系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包含電路連接分布式發(fā)電裝置輸出端和電網(wǎng)母線的負(fù)荷。3.如權(quán)利要求1所述的分布式能源接入系統(tǒng)，其特征在于，所述無功補償裝置為靜止無功發(fā)生器。4.如權(quán)利要求1所述的分布式能源接入系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能裝置為混合儲能系統(tǒng)。
【文檔編號】H02J3/28GK205544325SQ201620103817
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】陳金熠, 馮宇虹, 袁晨, 趙靜, 曹煒煒, 寧連營, 曲知音, 顧趙明, 倪輝忠, 桑永東, 董偉毅, 徐劍峰, 陸忠雷, 劉嵐, 張建, 瞿慶軍, 邵建華, 徐建華
【申請人】國網(wǎng)上海市電力公司, 上海交通大學(xué)