一种微网能量管理系统及方法

摘要

本发明公开了一种微网能量管理系统，旨在提供一种可充分利用微网内的智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷以降低微网建设成本的微网能量管理系统，其包括微网，所述微网内设置有智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷，所述微网能量管理系统还包括一与所述智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷连接且在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热或制冷设备的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷的微网控制中心。本发明还公开了一种微网能量管理方法。本发明可用于微网。

权利要求

1.一种微网能量管理系统，其特征在于包括：

微网，所述的微网内设置有分布式电源，包括光伏发电、风力发电、内燃机发电、天然气发电；储能装置、敏感负荷和非敏感负荷，所述的非敏感负荷包括智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷、可控电容电感控制柜，所述的分布式电源通过逆变装置及开关连接到公共馈线上，所述的储能装置通过功率调节装置及开关连接到公共馈线上，所述的敏感负荷和非敏感负荷均通过开关连接到公共馈线上，以实现可单独控制，所述的公共馈线通过一开关与大电网相连；

和微网控制中心，所述的微网控制中心通过通讯线路与所述微网中的智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷及可控电容电感控制柜进行通讯，控制微网的功率平衡，所述微网控制中心收集采集各个节点上智能电表提供的信息，控制分布式电源发电设备以及发电的燃料；控制智能加热可调负荷加热或控制智能制冷可调负荷制冷以及可控电容电感控制柜；控制储能装置的充放电，且在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷；

所述智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷包括一供用户设定授权信息的授权模块；

所述微网控制中心包括一获取用户设定的授权信息，并根据所述授权信息控制所述智能加热可调负荷加热或控制智能制冷可调负荷制冷的授权获取模块。

2.根据权利要求1所述的微网能量管理系统，其特征在于：所述授权信息包括控制权限、用户授权的时间范围、水温、水量、水温允许范围、加热的最大功率、加热到某一温度所需时间。

3.根据权利要求1所述的微网能量管理系统，其特征在于：所述智能加热可调负荷包括智能电锅炉、智能热水器或智能饮水机，所述智能制冷可调负荷包括制冰机、冷水机、冷库、和空调。

4.一种权利要求1所述微网能量管理系统的微网能量管理方法，其特征在于，包括下列步骤：

获取微网的发电量是否过剩；

在发电量过剩时，检测储能装置是否满足储能要求；

若无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷；

所述微网能量管理方法还包括用户对智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷设定授权信息，所述微网控制中心获取用户设定的授权信息，并根据所述授权信息控制所述智能加热可调负荷加热或控制智能制冷可调负荷制冷。

5.根据权利要求4所述的微网能量管理方法，其特征在于：所述授权信息包括控制权限、用户授权的时间范围、水温、水量、水温允许范围、加热的最大功率或加热到某一温度所需时间。

6.根据权利要求4所述的微网能量管理方法，其特征在于：所述智能加热可调负荷包括智能电锅炉、智能热水器或智能饮水机，所述智能制冷可调负荷包括制冰机、冷水机、冷库、和空调。

7.根据权利要求4所述的微网能量管理方法，其特征在于： 所述微网能量管理方法还包括当微网并网运行时，如果微网发电量满足不了负荷要求，则控制微网向大电网购买市电。

8.根据权利要求4所述的微网能量管理方法，其特征在于：所述微网能量管理方法还包括当微网并网运行时，如果微网发电量过剩，卖电价格较高时，控制微网向大电网卖电，卖电价格较低时，将能量优先储存在储能装置中，如果储能装置储满，则控制微网向智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷卖电。

说明书

一种微网能量管理系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微网，尤其是涉及一种微网能量管理系统及方法。

背景技术

[0002] 微网也称微电网，是智能电网的重要组成部分。现有技术中，微网可配合储能单元稳定自主地脱网运行，实现各分布式发电单元与负载、储能单元之间能量的优化调度和网络的经济运行。与传统的大容量火力发电相比，微网中存在分布式能源的波动性问题。为了较好的实现微网的稳定运行，除了作为不间断电源的储能要能满足负荷对电能容量的要求之外，还需要一定的储能容量以满足负荷调节。

[0003] 目前，蓄电池储能技术是最成熟、商业普及最广的储能技术，在微网中的应用也最为广泛，如荷兰Continuon微网，希腊NTUA微网，日本Wakkanai微网等均是以蓄电池装置为主控单元的主从控制模式微网系统。

[0004] 现阶段由于储能装置价格昂贵且维护成本高，如果储能装置的设计既满足了不间断电源的储能要求，又满足负荷调节要求，那么势必在微网中将采用大量的储能装置，这将使得微网系统建设成本过高，发电成本也没有优势，从而阻碍了微网的发展。

[0005] 关于微网的研究成果非常丰富，如：2011年4月发表的合肥工业大学博士学位论文“微网系统的运行优化与能量管理研究”。该文指出：在微网系统中，分布式储能单元可用于平抑负荷波动、进行削峰填谷；与风力发电、光伏发电等可再生能源发电技术相配合，以稳定系统的功率输出，增强可再生能源发电系统的可调度性能；保证电能质量，提高用户侧可靠性；提供频率调节、瞬时响应备用、旋转备用等辅助服务功能；可通过参与电力市场，利用峰谷电价差异使储能系统拥有者获得一定的经济收益；与此同时可提高电网的输配电能力、延缓电网升级扩建、降低电网投资成本等。

[0006] 该文同时指出：风力发电、光伏发电等可再生能源发电的大面积推广应用面临着能源供应的间歇性和不可预测性这一基本技术难点。储能技术对于处理这一问题，将发挥重要甚至是关键性的作用：可平抑可再生能源发电单元的短期随机波动（分秒级），平滑可再生能源发电单元的功率输出曲线，稳定系统频率；可平抑可再生能源发电单元的长期波动（小时级），以使可再生能源发电单元成为可调度型发电单元，增加其功率输出的稳定性；可缓解可再生能源发电的预测偏差所带来的影响，根据可再生能源发电的预测情况，储能配合辅助输出，可提高单元输出的可靠度，尤其在参与电力市场的情形下更为重要。

[0007] 从该文可以得知，储能技术在微网的稳定运行至关重要。但如果一味的追求高性能的微网系统，需要在微网系统中设置大量的储能装置。而现阶段，由于储能装置价格昂贵，大量的储能装置势必会降低微网发电的性价比。

[0008] 又如华北电力大学（北京）硕士学位论文“微网的经济运行研究”，根据该论文及论文中的图2－2可知，从燃料输入到能量终端用户，微网中主要的能量流有电能流和热能流。能量终端用户被分为四类：电力负荷如照明灯；供冷负荷就是利用余热来满足任何标准的压缩机制冷需要；热水和空间加热负荷就是利用余热发电机或者直接用天然气来满足需要。微网内热负荷是由热电联供的微电源来满足，它们产生的热量除了有少量废热外，其余的通过换热器后，一部分用来满足热负荷需求，另一部分储存在热储存器里。储存起来的热能在热负荷增加时释放出来供用户使用，期间会有一定比例的热量损耗掉。该文中的热水和空间加热负荷是利用余热发电机或者天然气来满足要求，并且该文仅给出了热水和空间加热负荷的来源。

[0009] 又如刊于《电网技术》2009年第33卷第20期的“基于粒子群优化算法的含多种供能系统的微网经济运行分析”。该文给出微网中主要的能量流有电能流、热能流和天然气流，其流向为从燃料输入到能量终端用户。能量终端用户分为电力负荷、供冷负荷、热水和空间加热负荷、天然气负荷5类。但是，该文未给出热水和空间加热负荷的具体定义、来源以及使用方法。

[0010] 再如高研的合肥工业大学硕士学位论文“基于CIM的分布式发电系统图形平台的研究”。该文给出微电网和大电网通过PCC进行能量交换，双方互为备用，从而提高了供电的可靠性。图6所示为由微型燃气轮机、风力发电、光伏发电、生物质能发电、燃料电池和储能装置构成的微电网系统，其中部分微电源接在热负荷附近，可以为当地用户供热，从而提高了能源的利用效率。该文中的热负荷热量的来源于燃料电池。

[0011] 又再如公开号为CN101789608A的中国发明专利，该发明公开一种孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其包括负荷分配系统和DEH系统，所述的DEH系统的控制器内置有DEH特殊控制程序；汽轮机运行过程中的状态信号和参数，以及Dcs系统、电气系统和锅炉FSSS系统的状态信号、运行参数以信号方式被负荷分配系统接收，经过负荷分配程序判断、处理后将控制信号发送到各DEH系统，由内置的DEH控制逻辑对机组负荷进行分配；该发明实现孤立电网多台机组并行的负荷分配、转移，可显示各机组运行状态，根据机组的运行参数选择合适的运行方式，自由设定负荷分配比例，实现机组并网后的频率控制方式或负荷控制方式及负荷的计划性调度，保证各汽轮机组能同时安全、可靠运行。该发明主要是针对孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其中锅炉FSSS系统是发电运行使用的设备，并非热负荷。

[0012] 又再如天津大学硕士学位论文“微网试验系统研究”，该文中给出微网中的负荷包括三部分：本地实际的单相照明和三相空调负荷（共17.6kW），动模实验室的电机和电阻负荷，为保证微网功率平衡而配置的可调电容-电阻-电感负载柜。其中，动模实验室负荷可以通过可调负载柜调节负荷的大小，并通过对开关Q1至Q9的控制，实现任意单独分布式电源和动模实验室负荷组网运行的研究。

[0013] 综上所述可知，现阶段微网中对热负荷的供应源头来自系统发电的余热，并未对用户的智能加热可调负荷进行详细的利用和控制。为了保证微网的功率平衡，文献中也有采用可调电容-电阻－电感负载柜，此种方式为了调节功率将过多的能量浪费在可调电容-电阻－电感负载柜，并没有充分利用用户端的智能加热可调负荷。

发明内容

[0014] 本发明为了解决现有技术微网没有充分利用用户端的智能加热可调负荷的技术问题，提供了一种微网能量管理系统及方法。

[0015] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为设计一种微网能量管理系统，包括微网，所述微网内设置有智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷，所述微网能量管理系统还包括一与所述智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷连接且在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷的微网控制中心。

[0016] 所述智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷包括一供用户设定授权信息的授权模块；所述微网控制中心包括一获取用户对智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷设定的授权信息，并根据所述授权信息控制所述智能加热可调负荷加热或控制智能制冷可调负荷制冷的授权获取模块。

[0017] 所述授权信息包括控制权限、用户授权的时间范围、水温、水量、水温允许范围、加热的最大功率、加热到某一温度所需时间。

[0018] 所述智能加热可调负荷包括智能电锅炉、智能热水器或智能饮水机，所述智能制冷可调负荷包括制冰机、冷水机、冷库、和空调。

[0019] 本发明还提供了一种微网能量管理方法，包括在微网内设置智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷，所述微网能量管理方法还包括下列步骤：

[0020] 获取微网的发电量是否过剩；

[0021] 在发电量过剩时，检测储能装置是否满足储能要求；

[0022] 若无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷。

[0023] 所述微网能量管理方法还包括用户对智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷设定授权信息。

[0024] 所述授权信息包括控制权限、用户授权的时间范围、水温、水量、水温允许范围、加热的最大功率或加热到某一温度所需时间。

[0025] 所述智能加热可调负荷包括智能电锅炉、智能热水器或智能饮水机，所述智能制冷可调负荷包括制冰机、冷水机、冷库、和空调。

[0026] 所述微网能量管理方法还包括当微网并网运行时，如果微网发电量满足不了负荷要求，则控制微网向大电网购买市电。

[0027] 所述微网能量管理方法还包括当微网并网运行时，如果微网发电量过剩，卖电价格较高时，控制微网向大电网卖电，卖电价格较低时，将能量优先储存在储能装置中，如果储能装置储满，则控制微网向智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷卖电。

[0028] 本发明通过设置微网控制中心，在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷，将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。充分利用了智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷，从而可以减少系统储能装置的容量，降低储能装置的成本和维护费用，有效的减少了能源的浪费。本发明可以节约微网建设成本，通过优化控制使微网中的授权用户可以低电价获得电能，提高微网发电的性价比。

附图说明

[0029] 下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

[0030] 图1是本发明微网能量管理系统的原理图；

[0031] 图2是本发明微网的结构原理图；

[0032] 图3是图2中的微网与微网控制中心的连接原理图；

[0033] 图4是本发明微网能量管理系统的一具体实施例结构图；

[0034] 图5是本发明微网能量管理方法的流程图；

[0035] 图6是现有技术微电网系统结构图。

具体实施方式

[0036] 请参见图1。本发明微网能量管理系统包括微网和与微网连接的微网控制中心。其中：

[0037] 微网内设置有智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷、可控电容电感控制柜和储能装置。智能加热可调负荷包括智能电锅炉、智能热水器或智能饮水机等。智能制冷可调负荷包括制冰机、冷水机、冷库、空调等。智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷上设置有供用户设定授权信息的授权模块，用户通过授权模块可设定智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的授权信息，如设置智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的权限及授权使用时间等，授权微网控制中心对智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的操作。在设计微网时，为了降低建设成本，设计的储能装置容量需满足敏感负荷的最基本要求。

[0038] 微网控制中心与智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷和可控电容电感控制柜连接并可以控制智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷和可控电容电感控制柜。微网控制中心主要用于在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷，从而将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。微网控制中心通过通讯线路与智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷及可控电容电感控制柜进行通讯，控制微网的功率平衡。

[0039] 为了在实现控制的同时还能满足用户的需求，微网控制中心包括一授权获取模块，其用于获取用户对智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷设定的授权信息，并根据所述授权信息控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷。授权信息包括控制权限、用户授权的时间范围、水温、水量、水温允许范围、加热的最大功率、加热到某一温度所需时间等。

[0040] 以智能制冰机为例，用户将自己的智能制冰机进行设置，比如可制冰时间区间、制冰的电费不大于多少、制冰的数量等等，当微网产生过剩的电量，并可向智能制冰机提供能量时，微网可以根据用户的定义将电能卖给制冰用户，当不满足用户设定的条件，则停止提供电力给制冰用户。

[0041] 当发电量大于负荷时，配合储能装置，微网控制中心控制智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷及可控电容电感控制柜来进行负荷调节。在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求（如储满）时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷，从而将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。从而充分利用了智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷，可以减少系统储能装置的容量，降低储能装置的成本和维护费用，有效的减少了能源的浪费。本发明可以节约微网建设成本，通过优化控制使微网中的授权用户可以低电价获得电能，提高微网发电的性价比。同时，微网控制中心还可以通过控制可控电容电感控制柜来控制无功能量。

[0042] 请一并参见图2和图3。微网内设置有分布式电源、储能装置、敏感负荷和非敏感负荷，微网通过一开关与大电网相连。分布式电源通过逆变装置及开关连接到公共馈线上，储能装置通过功率调节装置及开关连接到公共馈线上，敏感负荷和非敏感负荷均通过开关连接到公共馈线上，以实现可单独控制。非敏感负荷包括智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷、可控电容电感控制柜和其他非敏感负荷。微网控制中心与逆变装置、功率调节装置、智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷、可控电容电感控制柜以及所有用于控制的开关连接。

[0043] 当微网脱离大电网独立运行时，如果发电量满足不了负荷要求，可逐步切断非敏感负荷，最终可只保留敏感负荷。

[0044] 当微网脱离大电网独立运行时，如果发电量大于负荷要求，即发电量过剩时，配合储能装置，并控制智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷和可控电容电感控制柜，将有功能量储存在储能装置及智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。储能装置储满后，系统将有功能量储存智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中，如果储能装置及智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷均储满后，切断部分分布式电源使功率达到平衡。

[0045] 当微网并网运行时，如果微网发电量满足不了负荷要求，还可通过微网控制中心向大电网购买市电。

[0046] 当微网并网运行时，如果微网发电量大于负荷要求，即发电量过剩，此时，当卖电价格较高时，可通过微网控制中心的控制向大电网卖电，而当卖电价格较低时，将能量优先储存在储能装置中，如果储能装置储满，则可以读取智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷用户信息及相关设置，控制微网向智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷以较低价格卖电并将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。

[0047] 请一并参见图4。在本具体实施例中，分布式电源包括光伏发电11、风力发电12、内燃机发电13、天然气发电14等。敏感负荷包括微网控制系统21、网络设备22等。非敏感负荷包括独立家庭用户31、智能加热可调负荷和可控电容电感控制柜33。智能加热可调负荷包括热水器321、电锅炉322和饮水机323等。智能电表4具有计量和控制继电器开关的作用。微网控制中心5收集采集各个节点上智能电表提供的信息，主要用于：控制分布式电源发电设备以及发电的燃料如柴油天然气等；控制热水器、电锅炉和饮水机等智能加热可调负荷以及可控电容电感控制柜；控制储能电池6的充放电。

[0048] 请参见图5。本发明微网能量管理方法包括下列步骤：

[0049] 第一步、在微网内设置智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷。

[0050] 智能加热可调负荷包括智能电锅炉、智能热水器或智能饮水机等。智能制冷可调负荷包括制冰机、冷水机、冷库、和空调等。

[0051] 第二步、获取微网的发电量是否过剩。

[0052] 当微网脱离大电网独立运行时，如果发电量满足不了负荷要求，可逐步切断非敏感负荷，最终可只保留敏感负荷。

[0053] 当微网并网运行时，如果微网发电量满足不了负荷要求，则控制微网向大电网购买市电。

[0054] 第三步、在发电量过剩时，检测储能装置是否满足储能要求。

[0055] 第四步、若无法满足储能要求时，按微网实时的情况根据智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷的用户实际设定控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷。

[0056] 在此过程中，将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。

[0057] 所述微网能量管理方法还包括用户对智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷设定授权信息。所述授权信息包括控制权限、用户授权的时间范围、水温、水量、水温允许范围、加热的最大功率或加热到某一温度所需时间。

[0058] 当微网脱离大电网独立运行时，如果发电量大于负荷要求，即发电量过剩时，配合储能装置，并控制智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷和可控电容电感控制柜，将有功能量储存在储能装置及智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。储能装置储满后，系统将有功能量储存智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中，如果储能装置及智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷均储满后，切断部分分布式电源使功率达到平衡。

[0059] 当微网并网运行时，如果微网发电量大于负荷要求，即发电量过剩，此时，当卖电价格较高时，可通过微网控制中心的控制向大电网卖电，而当卖电价格较低时，将能量优先储存在储能装置中，如果储能装置储满，则可以读取智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷用户信息及相关设置，控制微网向智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷以较低价格卖电，以将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。

[0060] 本发明通过设置微网控制中心，在微网发电量过剩并且储能装置无法满足储能要求时，微网控制中心控制所述智能加热可调负荷加热或控制所述智能制冷可调负荷制冷，将过剩的发电量转化成热能或冷能存储在智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷中。充分利用了智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷，从而可以减少系统储能装置的容量，降低储能装置的成本和维护费用，有效的减少了能源的浪费。本发明可以节约微网建设成本，通过优化控制使微网中的授权用户可以低电价获得电能，提高微网发电的性价比。

[0061] 本发明采用智能加热可调负荷或智能制冷可调负荷来平衡负荷调节的要求，从而尽可能的减少微网储能的容量，降低微网系统的储能装置的成本，降低微网建设、维护和发电成本。

[0062] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。