一种支持即插即用的智能直流微电网系统

摘要

本发明涉及一种支持即插即用的智能直流微电网系统，所述的智能直流微电网系统包括能量管理系统EMS、通信总线、直流母线、智能适配终端、即插即用式直流微网接口和终端元素，所述的终端元素依次通过智能适配终端、即插即用式直流微网接口分别连接直流母线和通信总线，所述的通信总线连接能量管理系统EMS；所述的智能适配终端采用标准化的分布式适配终端，将其作为即插即用的接口，融合多种能源形式，从而实现即插即用的直流微电网。与现有技术相比，本发明具有标准化、可推广、即插即用和智能通信等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其是涉及一种支持即插即用的智能直流微电网系统。

背景技术

微电网作为一种供配电系统中提升分布式电源渗透率的新型区域电网系统，按照能量传输形式，现有微电网主要分为交流、直流、交直流混合三大类，相比于交流或混合型，直流微电网针对分布式可再生能源系统的接入更为友好，可以提高能源利用效率和实现需求侧管理。

经检索，现有专利的主要创新点集中于微电网的结构和控制策略，如中国专利申请号为201911300624.4公开了一种面向区域的交直流混合微电网系统，通过上中下三层控制策略完成不同层级微电网的协调与控制，虽然具有完整的结构和控制策略，但没有涉及主要结构和参数的标准化，同时也未能实现设备的即插即用；

通过进一步，现有中国专利申请号为202010763457.3公开了“一种离网型直流微电网的能量协调控制方法”，通过提前预设六种工作模式协调控制微网内各元素，各元素主要根据不同的母线电压切换不同工作模式，实现“无通信条件下的即插即用”。但实际上，这种“即插即用”需要预先在各微网元素中设置工作模式和参数，新的元素加入微网前仍需要增加可支持不同控制模式的控制模块，且不同的微网需要设置不同的模式参数。因此没有标准的结构、通信规约和控制指令，无法实现真正意义上微网的智能化即插即用，而目前未见相关成果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种支持即插即用的智能直流微电网系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种支持即插即用的智能直流微电网系统，所述的智能直流微电网系统包括能量管理系统EMS、通信总线、直流母线、智能适配终端、即插即用式直流微网接口和终端元素，所述的终端元素依次通过智能适配终端、即插即用式直流微网接口分别连接直流母线和通信总线，所述的通信总线连接能量管理系统EMS；

所述的智能适配终端采用标准化的分布式适配终端，将其作为即插即用的接口，融合多种能源形式，从而实现即插即用的直流微电网。

优选地，所述的能量管理系统EMS包括计算机、操作系统和EMS支撑系统，所述的能量管理系统EMS通过采集分布式发电电源点、线路和负荷实时信息，形成整个直流微网能量流的实时监视，并根据直流微网运行约束和能量平衡约束，实时调度调整直流微网的运行。

优选地，所述的通信总线用于设置物联通信通道，采用标准化通讯总线以及标准化的通信规约，网络总线以双向通信方式连接能量管理系统EMS与智能适配终端和终端元素，为直流微网的数据、指令上送和下发通道，其中所述的通信协议包括但不限于Modbus和CAN协议规范。

优选地，所述的直流母线作为微网网架主干，单极母线配置保护接地线，以标准化的电压作为母线电压运行范围，用于支持多个即插即用式直流微网接入直流母线，并于下级直流微网接口处配置断路器；

所述的母线电压为交流380V三相整流后电压的正负5％波动区间。

优选地，所述的智能适配终端作为微网内各类元素与系统的中间连接，包括断路器、熔丝、变流器和通信模块，用于连接储能、用户负荷、分布式光伏和分布式风电各类元素，所述的智能适配终端通过通信线连接的能量管理系统EMS连接，发送及接收数据与指令，并自动执行指令。

优选地，所述的智能适配终端包括标准储能适配终端、标准负荷适配终端和标准新能源适配终端类型。

优选地，当智能适配终端与储能电池管理系统通信时，自动配置变流器充放电策略。

优选地，所述的适配终端分为不同的标准容量，包括但不限于1kW、5kW、10kW、50kW、100kW、150kW、250kW和500kW，在选择终端元素时，根据对应容量进行配置。

优选地，所述的终端元素包括可控类元素和不可控类元素；

所述的可控类元素包括储能和一部分可控负载；

所述的不可控类元素包括光伏分布式能源和剩下部分的负载。

优选地，所述的即插即用式直流微网接口为设置的多个分布式接口，实现物理空间上分散布置的同时实现了即插即用，且具备智能通信功能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、解决了直流微网结构和元素标准化问题，确保在物理空间上分散布置的同时实现即插即用的功能；

2、解决了直流微网通信标准化问题，通信接口、规约与协议的统一性以及上下级信息传输实时性；

3、通过解决以上两个问题，本发明具备推动直流微电网更广泛地在用户侧应用的基础，助力直流配电技术的推广。

附图说明

图1是本发明的智能直流微电网系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

由于其规模小、电源分布多、用户参与度高等特点，微网智能化与即插即用是必须具备的重要功能，唯有建立标准化的智能直流微网结构和技术规范，上下游产业链才有的放矢，能够针对性的生产设备和积累技术产品，以实现真正的智能发电、配电和用电，并且能够无障碍地接纳即插即用的各类微网元素，直流微网技术才能够真正得到长远的发展。这就对源储荷元素与系统交互与控制方面提出了很高的要求，本发明就是为了实现上述功能提出的方案。

如图1所示，一种支持即插即用的智能直流微电网系统，所述的智能直流微电网系统包括能量管理系统EMS、通信总线、直流母线、智能适配终端、即插即用式直流微网接口和终端元素，所述的终端元素依次通过智能适配终端、即插即用式直流微网接口分别连接直流母线和通信总线，所述的通信总线连接能量管理系统EMS。

所述的能量管理系统EMS包括计算机、操作系统和EMS支撑系统，所述的能量管理系统EMS通过采集分布式发电电源点、线路和负荷实时信息，形成整个直流微网能量流的实时监视，并根据直流微网运行约束和能量平衡约束，实时调度调整直流微网的运行。通过EMS云平台将能源生产端、能源传输端、能源消费端的设备连接起来，形成能源互联网的“物联基础”。在该平台下，智能发电、用电、储能设备，最终都将接入网络，汇集于网络总线，借助信息流，形成自我对话，从而大幅度提升能源生产和消费的效率。

所述的通信总线用于设置物联通信通道，采用标准化通讯总线以及标准化的通信规约，网络总线以双向通信方式连接能量管理系统EMS与智能适配终端和终端元素，为直流微网的数据、指令上送和下发通道。接口与可控元素(储能及可控负载控制系统)之间的通信接口与协议也保持统一。所述的通信协议包括但不限于Modbus和CAN协议规范。

所述的直流母线作为微网网架主干，单极母线配置保护接地线，以标准化的电压作为母线电压运行范围，用于支持多个即插即用式直流微网接入直流母线，并于下级直流微网接口处配置断路器。所述的母线电压为交流380V三相整流后电压的正负5％波动区间，即510V±25V。

所述的智能适配终端作为微网内各类元素与系统的中间连接，包括断路器、熔丝、变流器和通信模块，用于连接储能、用户负荷、分布式光伏和分布式风电各类元素，所述的智能适配终端通过通信线连接EMS连接，上送及接收数据与指令，并自动执行指令。

所述的智能适配终端包括标准储能适配终端、标准负荷适配终端和标准新能源适配终端类型。当智能适配终端与储能电池管理系统通信时，自动配置变流器充放电策略。所述的适配终端分为不同的标准容量，包括但不限于1kW、5kW、10kW、50kW、100kW、150kW、250kW和500kW，在选择终端元素时，根据对应容量进行配置。

所述的终端元素包括可控类元素和不可控类元素，所述的可控类元素包括储能(控充放电)和少部分可控负载(只控简单通断，如有通信接口和内控系统支持，可扩展控制功能)；所述的不可控类元素(保护性切断除外)包括光伏分布式能源和大多数的负载。

所述的储能电池管理系统内部包括串并联组成的电池组、线缆和通讯线，所述的电池组连接于适配终端(储能)并通过内部变流器并网。电池模块配置通讯接口与EMS通讯，实现电池组充放电控制。同时细化对电池状态信息监测，可针对单块电池状态信息有效监测，快速定位。

储能组串的恒压充电点可以接近直流母线优选电压，即510V±25V。所述的线缆作为各元素之间的连接。

所述的通讯线为根据标准化网络协议适配标准化通讯线。各分布式设备与网络总线利用标准化协议通过通讯线连接，进行实时双向通讯。所述的即插即用式直流微网接口为设置的多个分布式接口，实现物理空间上分散布置的同时实现了即插即用，且具备智能通信功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。