中國儲能網(wǎng)訊：摘要：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微電網(wǎng)控制裝置及電力系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電單元、風(fēng)電充電控制器、光伏發(fā)電單元、光伏充電控制器、儲能單元、控制單元以及執(zhí)行單元。風(fēng)電充電控制器分別與風(fēng)力發(fā)電單元和儲能單元連接，光伏充電控制器分別與光伏發(fā)電單元和儲能單元連接，控制單元分別與儲能單元和執(zhí)行單元連接。該微電網(wǎng)控制裝置通過檢測風(fēng)力發(fā)電單元以及光伏發(fā)電單元產(chǎn)生電量的狀態(tài)，以及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，從而維持功率平衡，避免風(fēng)力發(fā)電單元以及光伏發(fā)電單元的異常對電網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響。并且，通過設(shè)置儲能單元，可在微電網(wǎng)進(jìn)行孤島運(yùn)行時(shí)，抑制功率波動(dòng)，保持供電功率的穩(wěn)定性，提高了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
申請人：國網(wǎng)河南省電力公司內(nèi)黃縣供電公司
發(fā)明人：王俊 王忠森 肖松 王瑋 孫群鵬 宗肖閃 王延澤 王繼勇 連芳
1 .一種微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電單元、風(fēng)電充電控制器、光伏發(fā)電單元、光伏充電控制器、儲能單元、控制單元以及執(zhí)行單元，所述風(fēng)電充電控制器分別與所述風(fēng)力發(fā)電單元和所述儲能單元連接，所述光伏充電控制器分別與所述光伏發(fā)電單元和所述儲能單元連接，所述控制單元分別與所述儲能單元和所述執(zhí)行單元連接;所述風(fēng)力發(fā)電單元用于產(chǎn)生風(fēng)電能源，并將產(chǎn)生的風(fēng)電能源通過所述風(fēng)電充電控制器
輸送至所述儲能單元;所述光伏發(fā)電單元用于產(chǎn)生光電能源，并將產(chǎn)生的光電能源通過所述光伏充電控制器輸送至所述儲能單元;所述控制單元用于檢測所述儲能單元的電壓值，并將檢測得到的電壓值與額定電壓值
進(jìn)行比較，以計(jì)算出所述儲能單元的電量值，將計(jì)算出的電量值與預(yù)設(shè)電量下限值進(jìn)行比較，若計(jì)算出的電量值低于所述預(yù)設(shè)電量下限值，則控制所述執(zhí)行單元斷開所述儲能單元與負(fù)載之間的連接且控制所述執(zhí)行單元連通市網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)載之間的連接，以進(jìn)入并網(wǎng)模式;若計(jì)算出的電量值高于所述預(yù)設(shè)電量下限值，則控制所述執(zhí)行單元斷開市網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)載之間的連接且控制所述執(zhí)行單元連通所述儲能單元與負(fù)載之間的連接，以進(jìn)入孤網(wǎng)模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述微電網(wǎng)控制裝置還包括觸控單元，所述觸控單元與所述控制單元連接，所述觸控單元用于接收用戶輸入的控制信息并傳遞至所述控制單元，以及接收所述控制單元的處理結(jié)果并進(jìn)行顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電單元包括異步電機(jī)以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述異步電機(jī)分別與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和所述控制單元連接，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)在所述異步電機(jī)的帶動(dòng)下而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電單元還包括變頻器，所述變頻器分別與所述異步電機(jī)和所述控制單元連接;所述觸控單元接收用戶輸入的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和變速周期，并發(fā)送至所述控制單元;
所述變頻器通過所述控制單元根據(jù)所述控制單元接收到的模擬量改變所述異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)在所述異步電機(jī)的帶動(dòng)下而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電單元還包括由互感器和整流電路組成的自制元件;
所述自制元件分別與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和所述控制單元連接，所述控制單元可采集所述自制元件兩端的電壓值和電流值，并根據(jù)采集到的電壓值和電流值計(jì)算得到所述風(fēng)力發(fā)電單元的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流以及瞬時(shí)輸出功率，并將計(jì)算得到的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流以及瞬時(shí)輸出功率發(fā)送至所述觸控單元以進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述光伏發(fā)電單元包括步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌、皮帶、射燈以及限位開關(guān);
所述皮帶設(shè)置于所述導(dǎo)軌上且與所述步進(jìn)電機(jī)連接，所述射燈設(shè)置于所述皮帶上，所述限位開關(guān)設(shè)置于所述導(dǎo)軌的兩端，所述步進(jìn)電機(jī)與所述控制單元連接;所述觸控單元接收用戶輸入的所述射燈的移動(dòng)速度，并發(fā)送至所述控制單元，所述控制單元控制所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述射燈可隨所述皮帶在所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下而移動(dòng)，當(dāng)所述射燈接觸所述限位開關(guān)時(shí)，所述控制單元?jiǎng)t控制所述步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述光伏發(fā)電單元還包括太陽能電池板、光敏電阻、伺服放大器以及伺服電機(jī)，所述光敏電阻設(shè)置于所述太陽能電池板，所述伺服放大器分別與所述伺服電機(jī)和所述控制單元連接，所述伺服電機(jī)與所述太陽能電池板連接;
所述控制單元與所述光敏電阻連接以獲取所述光敏電阻兩端的電壓值，并對獲取到的電壓值進(jìn)行分析對比以判斷所述射燈的位置，并根據(jù)所述射燈的位置通過所述伺服放大器驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)以改變所述太陽能電池板的位置以實(shí)現(xiàn)隨光功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述儲能單元包括風(fēng)能蓄電池和光能蓄電池;
所述風(fēng)能蓄電池分別與所述風(fēng)電充電控制器和所述控制單元連接，所述光能蓄電池分別與所述光伏充電控制器和所述控制單元連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)控制裝置，其特征在于，所述微電網(wǎng)控制裝置還包括保護(hù)單元，所述保護(hù)單元與控制單元連接，以用于過電壓和過電流保護(hù)，并且根據(jù)所述控制單元的控制指令確定是否斷開當(dāng)前連接電路。
10.一種電力系統(tǒng)，其特征在于，包括市網(wǎng)系統(tǒng)以及權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的微電網(wǎng)控制裝置，所述市網(wǎng)系統(tǒng)通過繼電器與所述微電網(wǎng)控制裝置連接。
微電網(wǎng)控制裝置及電力系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種微電網(wǎng)控制裝置及電力系統(tǒng)。
背景技術(shù)
微電網(wǎng)系統(tǒng)是一種包括分布式發(fā)電裝置、儲能裝置及負(fù)載，且具有一定調(diào)節(jié)和控制能力的小型配電子網(wǎng)。微電網(wǎng)系統(tǒng)既可接入市網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)模式，也可以以孤島模式運(yùn)行。微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了可再生能源的利用以及分布式發(fā)電的發(fā)展，是對大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。但如何實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及如何降低微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式和孤島模式之間轉(zhuǎn)換時(shí)的穩(wěn)定性，一直以來是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的問題。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于，提供一種微電網(wǎng)控制裝置及電力系統(tǒng)以解決上述問題。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種微電網(wǎng)控制裝置，包括風(fēng)力發(fā)電單元、風(fēng)電充電控制器、光伏發(fā)電單元、光伏充電控制器、儲能單元、控制單元以及執(zhí)行單元，所述風(fēng)電充電控制器分別與所述風(fēng)力發(fā)電單元和所述儲能單元連接，所述光伏充電控制器分別與所述光伏發(fā)電單元和所述儲能單元連接，所述控制單元分別與所述儲能單元和所述執(zhí)行單元連接;
所述風(fēng)力發(fā)電單元用于產(chǎn)生風(fēng)電能源，并將產(chǎn)生的風(fēng)電能源通過所述風(fēng)電充電控制器輸送至所述儲能單元;
所述光伏發(fā)電單元用于產(chǎn)生光電能源，并將產(chǎn)生的光電能源通過所述光伏充電控制器輸送至所述儲能單元;
所述控制單元用于檢測所述儲能單元的電壓值，并將檢測得到的電壓值與額定電壓值進(jìn)行比較，以計(jì)算出所述儲能單元的電量值，將計(jì)算出的電量值與預(yù)設(shè)電量下限值進(jìn)行比較，若計(jì)算出的電量值低于所述預(yù)設(shè)電量下限值，則控制所述執(zhí)行單元斷開所述儲能單元與負(fù)載之間的連接且控制所述執(zhí)行單元連通市網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)載之間的連接，以進(jìn)入并網(wǎng)模式;若計(jì)算出的電量值高于所述預(yù)設(shè)電量下限值，則控制所述執(zhí)行單元斷開市網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)載之間的連接且控制所述執(zhí)行單元連通所述儲能單元與負(fù)載之間的連接，以進(jìn)入孤網(wǎng)模式。
進(jìn)一步地，所述微電網(wǎng)控制裝置還包括觸控單元，所述觸控單元與所述控制單元連接，所述觸控單元用于接收用戶輸入的控制信息并傳遞至所述控制單元，以及接收所述控制單元的處理結(jié)果并進(jìn)行顯示。
進(jìn)一步地，所述風(fēng)力發(fā)電單元包括異步電機(jī)以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述異步電機(jī)分別與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和所述控制單元連接，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)在所述異步電機(jī)的帶動(dòng)下而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
進(jìn)一步地，所述風(fēng)力發(fā)電單元還包括變頻器，所述變頻器分別與所述異步電機(jī)和所述控制單元連接;
所述觸控單元接收用戶輸入的所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和變速周期，并發(fā)送至所述控制單元;
所述變頻器通過所述控制單元根據(jù)所述控制單元接收到的模擬量改變所述異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)在所述異步電機(jī)的帶動(dòng)下而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
進(jìn)一步地，所述風(fēng)力發(fā)電單元還包括由互感器和整流電路組成的自制元件;
所述自制元件分別與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和所述控制單元連接，所述控制單元可采集所述自制元件兩端的電壓值和電流值，并根據(jù)采集到的電壓值和電流值計(jì)算得到所述風(fēng)力發(fā)電單元的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流以及瞬時(shí)輸出功率，并將計(jì)算得到的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流以及瞬時(shí)輸出功率發(fā)送至所述觸控單元以進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
進(jìn)一步地，所述光伏發(fā)電單元包括步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌、皮帶、射燈以及限位開關(guān);
所述皮帶設(shè)置于所述導(dǎo)軌上且與所述步進(jìn)電機(jī)連接，所述射燈設(shè)置于所述皮帶上，所述限位開關(guān)設(shè)置于所述導(dǎo)軌的兩端，所述步進(jìn)電機(jī)與所述控制單元連接;
所述觸控單元接收用戶輸入的所述射燈的移動(dòng)速度，并發(fā)送至所述控制單元，所述控制單元控制所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述射燈可隨所述皮帶在所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下而移動(dòng)，當(dāng)所述射燈接觸所述限位開關(guān)時(shí)，所述控制單元?jiǎng)t控制所述步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。
進(jìn)一步地，所述光伏發(fā)電單元還包括太陽能電池板、光敏電阻、伺服放大器以及伺服電機(jī)，所述光敏電阻設(shè)置于所述太陽能電池板，所述伺服放大器分別與所述伺服電機(jī)和所述控制單元連接，所述伺服電機(jī)與所述太陽能電池板連接;
所述控制單元與所述光敏電阻連接以獲取所述光敏電阻兩端的電壓值，并對獲取到的電壓值進(jìn)行分析對比以判斷所述射燈的位置，并根據(jù)所述射燈的位置通過所述伺服放大器驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)以改變所述太陽能電池板的位置以實(shí)現(xiàn)隨光功能。
進(jìn)一步地，所述儲能單元包括風(fēng)能蓄電池和光能蓄電池;
所述風(fēng)能蓄電池分別與所述風(fēng)電充電控制器和所述控制單元連接，所述光能蓄電池分別與所述光伏充電控制器和所述控制單元連接。
進(jìn)一步地，所述微電網(wǎng)控制裝置還包括保護(hù)單元，所述保護(hù)單元與控制單元連接，以用于過電壓和過電流保護(hù)，并且根據(jù)所述控制單元的控制指令確定是否斷開當(dāng)前連接電路。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電力系統(tǒng)，包括市網(wǎng)系統(tǒng)以及上述的微電網(wǎng)控制裝置，所述市網(wǎng)系統(tǒng)通過繼電器與所述微電網(wǎng)控制裝置連接。
本發(fā)明實(shí)施例提供的微電網(wǎng)控制裝置及電力系統(tǒng)，通過檢測風(fēng)力發(fā)電單元以及光伏發(fā)電單元產(chǎn)生電量的狀態(tài)，以及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，從而維持功率平衡，避免風(fēng)力發(fā)電單元以及光伏發(fā)電單元的異常對電網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響。并且，通過設(shè)置儲能單元，可在微電網(wǎng)進(jìn)行孤島運(yùn)行時(shí)，抑制功率波動(dòng)，保持供電功率的穩(wěn)定性，提高了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種微電網(wǎng)控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
110
圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電單元的輸出電壓變化曲線。
130
圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電單元的輸出功率變化曲線。
圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的光伏發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)框圖。
圖6為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的光伏發(fā)電單元的輸出電壓變化曲線。
圖7為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的光伏發(fā)電單元的輸出功率變化曲線。
圖8為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的微電網(wǎng)控制裝置的電氣原理圖。
圖標(biāo)：100-微電網(wǎng)控制裝置;110-風(fēng)力發(fā)電單元;111-異步電機(jī);112-變頻器;113-風(fēng)力發(fā)電機(jī);114-自制元件;120-風(fēng)電充電控制器;130-光伏發(fā)電單元;131-步進(jìn)電機(jī);132-步進(jìn)控制器;133-限位開關(guān);134-太陽能電池板;135-光敏電阻;136-伺服放大器;137-伺服電機(jī);140-光伏充電控制器;150-儲能單元;160-控制單元;170-執(zhí)行單元;180-觸控單元。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“ 安裝”、“ 設(shè)置”、“ 連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
在我國，微電網(wǎng)研究正處于起步探索階段，在定義理論方面也還有待完善。但從各地微電網(wǎng)示范項(xiàng)目取得的初步成果來看，微電網(wǎng)符合我國電力發(fā)展的需要和方向，有著廣闊的發(fā)展前景。
近年來，我國大力推進(jìn)分布式可再生能源電力項(xiàng)目，而可再生能源發(fā)電具有不穩(wěn)定性，供電可靠性不強(qiáng)等弱點(diǎn)，容易對電網(wǎng)造成波動(dòng)嚴(yán)重影響用電安全。微電網(wǎng)作為一種小型的局域發(fā)配電系統(tǒng)，通過分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)很好的解決了這個(gè)問題。對于我國的偏遠(yuǎn)地區(qū)和可再生能源豐富地區(qū)，設(shè)計(jì)合理的微電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)供電，有利于充分發(fā)揮各地資源優(yōu)勢，解決用電問題的同時(shí)加快了我國的電力建設(shè)。2009年，我國正式提出“ 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”發(fā)展戰(zhàn)略，并在幾年間快速發(fā)展。微電網(wǎng)作為與大電網(wǎng)可分可并的獨(dú)立發(fā)配電系統(tǒng)，將成為智能電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行起著優(yōu)化作用。
除了美國、日本、歐洲、中國，印度、加拿大、澳大利亞等國也都在進(jìn)行微電網(wǎng)的研究，并且由于國情不同，對微電網(wǎng)家定義、研究應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)也不同。但微電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分，代表著電力行業(yè)服務(wù)意識、能源利用意識、環(huán)保意識的一種提高與改變。微電網(wǎng)將是未來電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個(gè)重要手段，是對大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。
請參閱圖1，為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種微電網(wǎng)控制裝置100的示意性結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，所述微電網(wǎng)控制裝置100包括風(fēng)力發(fā)電單元110、風(fēng)電充電控制器120、光伏發(fā)電單元130、光伏充電控制器140、儲能單元150、控制單元160以及執(zhí)行單元170。其中，所述風(fēng)電充電控制器120分別與所述風(fēng)力發(fā)電單元110和所述儲能單元150連接，所述光伏充電控制器140分別與所述光伏發(fā)電單元130和所述儲能單元150連接，所述控制單元160分別與所述儲能單元150和所述執(zhí)行單元170連接。
所述風(fēng)力發(fā)電單元110用于產(chǎn)生風(fēng)電能源，并將產(chǎn)生的風(fēng)電能源通過所述風(fēng)電充電控制器120輸送至所述儲能單元150。
所述光伏發(fā)電單元130用于產(chǎn)生光電能源，并將產(chǎn)生的光電能源通過所述光伏充電控制器140輸送至所述儲能單元150。
所述控制單元160用于檢測所述儲能單元150的電壓值，并將檢測得到的電壓值與額定電壓值進(jìn)行比較，以計(jì)算出所述儲能單元150的電量值。再將計(jì)算出的電量值與預(yù)設(shè)電量下限值進(jìn)行比較，若計(jì)算出的電量值低于所述預(yù)設(shè)電量下限值，則控制所述執(zhí)行單元170斷開所述儲能單元150與負(fù)載之間的連接且控制所述執(zhí)行單元170連通市網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)載之間的連接，以進(jìn)入并網(wǎng)模式。若計(jì)算出的電量值高于所述預(yù)設(shè)電量下限值，則控制所述執(zhí)行單元170斷開市網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)載之間的連接且控制所述執(zhí)行單元170連通所述儲能單元150與負(fù)載之間的連接，以進(jìn)入孤網(wǎng)模式。
可選地，在本實(shí)施例中，所述控制單元160為可編程邏輯控制器(PLC)，所述控制單元160包括PLC基礎(chǔ)模塊，其型號為FX1N-40MT，以及PLC功能模塊，包括模擬量輸出模塊FX2N-2DA以及模擬量輸入模塊FX2N-4AD。所述執(zhí)行單元170為斷路器，其型號為DZ47-60。所述斷路器的數(shù)量為3個(gè)，分別連接于所述風(fēng)力發(fā)電單元110與外部負(fù)載之間，所述光伏發(fā)電單元130與外部負(fù)載之間，以及市網(wǎng)系統(tǒng)與外部負(fù)載之間。所述儲能單元150包括風(fēng)能蓄電池和光能蓄電池。所述風(fēng)能蓄電池分別與所述風(fēng)電充電控制器120和PLC連接，所述光能蓄電池分別與所述光伏充電控制器140和PLC連接。
可選地，在本實(shí)施例中，所述微電網(wǎng)控制裝置100還包括觸控單元180，所述觸控單元180與所述控制單元160連接。用戶可以通過所述觸控單元180輸入相應(yīng)的控制參數(shù)，所述觸控單元180接收之后將其發(fā)送至所述控制單元160。并且，所述觸控單元180還可接收所述控制單元160的一些處理結(jié)果，并進(jìn)行顯示。在本實(shí)施例中，所述觸控單元180可以為觸控顯示屏，在觸控顯示屏上有進(jìn)行參數(shù)輸入的相應(yīng)輸入?yún)^(qū)域，以及進(jìn)行顯示的顯示區(qū)域。
請參閱圖2，可選地，在本實(shí)施例中，所述風(fēng)力發(fā)電單元110包括異步電機(jī)111、變頻器112以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)113。所述異步電機(jī)111分別與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113和所述控制單元160連接，所述變頻器112分別與所述異步電機(jī)111和所述控制單元160連接。其中，所述異步電機(jī)111的型號為TCO-12KW-1/6HP，所述變頻器112的型號為FR-E740-0.4K-CHT，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113的型號為NE-100。
其中，所述異步電機(jī)111采用立式結(jié)構(gòu)，所述異步電機(jī)111通過鋁型材與拐角相結(jié)合并利用螺絲固定懸掛與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113上方。鋁型材的下端通過拐角并利用螺絲固定在操作臺上。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113采用垂直軸，所述異步電機(jī)111和所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113通過聯(lián)軸器傳動(dòng)，從而使所述異步電機(jī)111帶動(dòng)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113轉(zhuǎn)動(dòng)，以利用所述異步電機(jī)111模擬風(fēng)速。
在實(shí)施時(shí)，用戶可以通過所述觸控單元180對所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113的最高轉(zhuǎn)速和變速周期進(jìn)行設(shè)置，所述觸控單元180將接收到的最高轉(zhuǎn)速和變速周期發(fā)送至所述PLC基礎(chǔ)模塊FX1N-40MT中。PLC基礎(chǔ)模塊FX1N-40MT根據(jù)接收到的最高轉(zhuǎn)速和變速周期并利用公式(1)計(jì)算得出風(fēng)力發(fā)電機(jī)113的頻率上限值。并利用所述變頻器112通過所述控制單元160改變所述異步電機(jī)111的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而帶動(dòng)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113轉(zhuǎn)動(dòng)。
其中，n為轉(zhuǎn)速，f為頻率，p為電機(jī)磁極對數(shù)。
此外，所述PLC基礎(chǔ)模塊FX1N-40MT根據(jù)接收到的變速周期以控制所述異步電機(jī)111的變速時(shí)間，并通過PLC的模擬量輸出模塊FX2N-2DA將PLC的電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出至所述變頻器112，利用所述變頻器112控制所述異步電機(jī)111的頻率從而改變轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113的轉(zhuǎn)速。
可選地，在本實(shí)施中，所述風(fēng)力發(fā)電單元110還包括由互感器和整流電路組成的自制元件114。所述自制元件114分別與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)113和PLC連接。其中，互感器可按比例縮小風(fēng)力發(fā)電機(jī)113的原電壓數(shù)值，將電壓值降低至PLC可讀取的范圍內(nèi)。PLC通過所述自制元件114讀取到風(fēng)力發(fā)電機(jī)113兩端的電壓值和電流值，并根據(jù)采集到的電壓值和電流值以及公式(2)和公式(3)計(jì)算出風(fēng)力發(fā)電單元110的瞬時(shí)電壓以及瞬時(shí)電流。
其中，U為瞬時(shí)電壓，x為PLC采集到的電壓數(shù)值，I為瞬時(shí)電流，y為PLC采集到的電流數(shù)值。
并且，PLC根據(jù)計(jì)算得到的瞬時(shí)電壓U和瞬時(shí)電流I，利用公式(4)計(jì)算得出風(fēng)力發(fā)電單元110的瞬時(shí)輸出功率。并將其計(jì)算出的瞬時(shí)功率實(shí)時(shí)發(fā)送至所述觸控單元180，以使所述觸控單元180進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。所述瞬時(shí)輸出功率P在所述觸控單元180上以曲線形式呈現(xiàn)。本實(shí)施例中，在具體實(shí)施時(shí)，得到的風(fēng)力發(fā)電單元110的輸出電壓U和輸出功率I的變化曲線如圖3和圖4所示。并且所述風(fēng)力發(fā)電單元110將產(chǎn)生的電能通過所述風(fēng)電充電控制器120輸送至所述風(fēng)能蓄電池進(jìn)行電能存儲?？蛇x地，在本實(shí)施例中，所述風(fēng)電充電控制器120的型號為FW03-12，所述風(fēng)能蓄電池的型號為OT7-12。
P=UI (4)
其中，P為瞬時(shí)輸出功率。
請參閱圖5，可選地，在本實(shí)施例中，所述光伏發(fā)電單元130包括步進(jìn)電機(jī)131、步進(jìn)控制器132、導(dǎo)軌、皮帶、射燈以及限位開關(guān)133。本實(shí)施例中，利用射燈的照射來模擬太陽光照射。其中，所述皮帶設(shè)置在所述導(dǎo)軌上，并且所述皮帶與所述步進(jìn)電機(jī)131連接。所述導(dǎo)致利用拐角固定在所述鋁型材上，鋁型材的另一端用拐角螺絲固定在操作臺上。所述射燈設(shè)置在所述皮帶上。本實(shí)施例中，所述限位開關(guān)133包括兩個(gè)，兩個(gè)所述限位開關(guān)133分別設(shè)置在所述導(dǎo)軌的兩端，并且與PLC連接。所述步進(jìn)電機(jī)131分別與PLC和步進(jìn)控制器132連接，在具體實(shí)施時(shí)，PLC通過控制所述步進(jìn)電機(jī)131的轉(zhuǎn)速使其在一分鐘內(nèi)保持不低于往復(fù)一次的
速度。所述射燈隨著所述皮帶在所述步進(jìn)電機(jī)131的帶動(dòng)下而作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)所述射燈接觸到任意一端的限位開關(guān)133時(shí)，所述限位開關(guān)133發(fā)送相應(yīng)的觸發(fā)信息至PLC，PLC在接收到觸發(fā)信息后則控制所述步進(jìn)電機(jī)131進(jìn)行反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)所述皮帶和所述射燈往反方向移動(dòng)。
在本實(shí)施例中，所述步進(jìn)電機(jī)131的型號采用42HP3412A4，所述限位開關(guān)133的型號采用XV-156-1C25，所述步進(jìn)控制器132的型號為M542。
本實(shí)施例中，所述光伏發(fā)電單元130還包括太陽能電池板134、光敏電阻135、伺服放大器136以及伺服電機(jī)137。所述光敏電阻135設(shè)置在所述太陽能電池板134的邊緣，并且在所述光敏電阻135的兩端加入一標(biāo)準(zhǔn)電壓。所述光敏電阻135與PLC連接，所述射燈的光照可照射在所述光敏電阻135和所述太陽能電池板134上。在所述射燈的移動(dòng)過程中，照射到所述光敏電阻135上的光照也會發(fā)生變化，從而引起所述光敏電阻135的阻值發(fā)生變化，進(jìn)而所述光敏電阻135兩端的電壓值也會隨之發(fā)生變化。PLC中的模擬量輸出模塊FX2N-2DA將所述光敏電阻135兩端的電壓值采集至PLC中，PLC計(jì)算出所述光敏電阻135兩端電壓值的差值，從而判斷得到當(dāng)前所述射燈的位置。
所述伺服放大器136分別與PLC以及伺服電機(jī)137連接。PLC中的模擬量輸出模塊FX2N-2DA根據(jù)分析到的所述射燈當(dāng)前的位置，并通過所述伺服放大器136驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)137以調(diào)整所述太陽能電池板134的位置，從而實(shí)現(xiàn)太陽能電池板134與所述射燈(模擬太陽)的聯(lián)動(dòng)，以模擬出實(shí)際太陽位置變化時(shí)太陽能電池板134的追蹤功能。在本實(shí)施例中，所述射燈與所述太陽能電池板134之間的距離設(shè)置為700mm左右。
其中，所述伺服電機(jī)137固定于金屬板中，太陽能電池板134的后方焊接有一垂直轉(zhuǎn)軸連接渦輪，伺服電機(jī)137與所述連接渦輪連接。所述太陽能電池板134和所述伺服電機(jī)137通過渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)相連接，以保證通過所述伺服電機(jī)137以精確地控制所述太陽能電池板134的位置。
可選地，所述太陽能電池板134兩端的電壓值和電流值可通過采集裝置采集至所述控制單元160，PLC根據(jù)采集到的電壓值和電流值并利用公式(2)至公式(4)計(jì)算得到所述光伏發(fā)電單元130的瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電流和瞬時(shí)輸出功率，并利用模擬量輸出模塊FX2N-2DA輸出至所述觸控單元180進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。本實(shí)施例中，在具體實(shí)施時(shí)，得到的光伏發(fā)電單元130的輸出電壓和輸出功率的變化曲線如圖6和圖7所示。此外，所述光伏發(fā)電單元130產(chǎn)生的電能通過所述光伏充電控制器140輸送至所述光能蓄電池進(jìn)行電能存儲。在本實(shí)施例中，所述光伏充電控制器140的型號為SCL-10A，所述光能蓄電池的型號為OT7-12。
可選地，在本實(shí)施例中，所述微電網(wǎng)控制裝置100還包括逆變器、變壓器以及繼電器。所述繼電器為多個(gè)，多個(gè)所述繼電器分別與所述風(fēng)力發(fā)電單元110的輸出端、所述光伏發(fā)電單元130的輸出端以及所述市網(wǎng)系統(tǒng)的輸出端連接，所述多個(gè)繼電器的另一端分別與所述逆變器連接，所述逆變器與所述變壓器連接，所述變壓器與外部負(fù)載連接。本實(shí)施例中，所述逆變器的型號為1200W，所述變壓器的型號為HS-35-24，所述繼電器的型號為DRM270024LT。本發(fā)明實(shí)施例提供的所述微電網(wǎng)控制裝置100的電氣原理圖如圖8所示。
在本實(shí)施例中，在所述風(fēng)力發(fā)電單元110和所述光伏發(fā)電單元130產(chǎn)生的電量不足以供給負(fù)載消耗時(shí)，需要接入市網(wǎng)系統(tǒng)給負(fù)載供電。此時(shí)PLC中的模擬量輸入模塊FX2N-4AD采集風(fēng)能蓄電池以及光能蓄電池中的電壓值，并將采集到的電壓值與額定電壓值進(jìn)行比較，以計(jì)算出風(fēng)能蓄電池和光能蓄電池中的電量。并且將計(jì)算出的電量與用戶通過觸控單元180設(shè)置的蓄電池下限電量進(jìn)行比較以判斷是否需要接入市網(wǎng)系統(tǒng)。若需要接入市網(wǎng)系統(tǒng)PLC則控制與所述風(fēng)力發(fā)電單元110和所述光伏發(fā)電單元130連接的繼電器斷開與所述逆變器之間的連接，并控制與所述市網(wǎng)系統(tǒng)連接的繼電器接通與所述逆變器之間的連接，以通過所述市網(wǎng)系統(tǒng)給負(fù)載供電。
當(dāng)所述風(fēng)力發(fā)電單元110和/或所述光伏發(fā)電單元130經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)電后，其補(bǔ)充的電能能夠供給負(fù)載消耗時(shí)，則PLC控制與市網(wǎng)系統(tǒng)連接的繼電器斷開與逆變器之間的連接，并接入所述風(fēng)力發(fā)電單元110和/或光伏發(fā)電單元130，此時(shí)微電網(wǎng)進(jìn)入孤島模式。
本發(fā)明另一較佳實(shí)施例還提供一種電力系統(tǒng)，該電力系統(tǒng)包括市網(wǎng)系統(tǒng)以及上述的微電網(wǎng)控制裝置100，所述市網(wǎng)系統(tǒng)通過繼電器接入所述微電網(wǎng)控制裝置100。
本發(fā)明實(shí)施例建立的微電網(wǎng)控制模型所用導(dǎo)線、設(shè)備(含部分自制設(shè)備)、連接工藝、布局均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。整體模型均由PLC控制，能夠較好的實(shí)現(xiàn)實(shí)際微電網(wǎng)的模擬功能，實(shí)現(xiàn)通過PLC控制微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的切換，即孤島運(yùn)行狀態(tài)與市電運(yùn)行間的切換。孤島運(yùn)行時(shí)風(fēng)力發(fā)電單元110考慮到實(shí)際發(fā)電功率采用異步電機(jī)111模擬自然風(fēng)，可較好地完成風(fēng)力發(fā)電的模擬并輸出電能供給負(fù)載。光伏發(fā)電單元130采用蝸輪蝸桿連接機(jī)械部分，光敏電阻135追蹤程序部分兩者結(jié)合可完全實(shí)現(xiàn)并較好地模擬實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)。兩組發(fā)電單元經(jīng)過多方面考慮、多次調(diào)試，最終結(jié)果報(bào)錯(cuò)幾率大大降低，且參數(shù)均由可由觸控屏進(jìn)行顯示。
此外，并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行切換平穩(wěn)，有效地保護(hù)了用電器延長負(fù)載的使用壽命，考慮到多方面因素，本實(shí)施例中采用自制元件114讀取參數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠。本實(shí)施例提出的微電網(wǎng)控制裝置100根據(jù)實(shí)際的微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行簡化后搭建，對發(fā)電部分、市電部分等實(shí)際問題進(jìn)行了較為全面的模擬，系統(tǒng)的正常運(yùn)行表明本實(shí)施例搭建的微電網(wǎng)具有實(shí)際的投資價(jià)值及理論參考價(jià)值，可進(jìn)一步升級改進(jìn)使微電網(wǎng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)用。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的微電網(wǎng)控制裝置100及電力系統(tǒng)，通過檢測風(fēng)力發(fā)電單元110以及光伏發(fā)電單元130產(chǎn)生電量的狀態(tài)，以及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，從而維持功率平衡，避免風(fēng)力發(fā)電單元110以及光伏發(fā)電單元130的異常對電網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響。并且，通過設(shè)置儲能單元150，可在微電網(wǎng)進(jìn)行孤島運(yùn)行時(shí)，抑制功率波動(dòng)，保持供電功率的穩(wěn)定性，提高了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
需要說明的是，在本文中，術(shù)語“ 包括”、“ 包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“ 包括一個(gè)… … ”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。
責(zé)編：杉杉
