一种体育场馆交直流混合供配电系统及柔性控制方法

摘要

本发明公开了一种体育场馆交直流混合供配电系统及其柔性控制方法，包括：与交流供配电系统连接的移动式柴油发电机、与移动式柴油发电机的接口连接的AC/DC双向变换器及与AC/DC双向变换器互联的直流母线；直流母线上连接有直流电源、储能电池及直流负荷设备；直流电源包括光伏系统或燃料电池，储能电池包括固定式电池储能系统及与储能电池匹配的移动式储能接口。根据本发明，在满足比赛场地照明及部分赛时重要负荷用电的基础上，同时解决非赛事期间的光伏消纳问题，实现体育场馆供配电系统的绿色低碳化，促进支撑体育场馆的双碳目标实现。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑直流配电的技术领域，特别涉及一种体育场馆交直流混合供配电系统柔性控制方法。

背景技术

体育建筑是作为体育教育、竞技运动、身体锻炼和体育娱乐等用途的建筑。体育场馆具有了较大的占地面积与空间，其照明、空调等系统需要较多电力来维持运行。体育建筑区别于居住建筑、商业建筑，其用能特点为：在非赛事期间能耗水平低，在体育赛事期间能耗水平高。

在实际应用中，较多体育场馆在设计之初并未考虑承接大型体育赛事。且在大型赛事举办期间，各项技术要求较高，因此用电负荷水平也随之增大，原有的供电设备不满足相关要求，故通常通过设置临时电源对原有供配电系统进行增容，移动式柴油发电机是常见的临时电源。

然而，现有的体育场馆供配电系统存在着以下问题：

一是，移动式柴油发电机作为临时电源，在其工作期间，带来了诸如高排放、高污染、高噪音等问题，降低了体育场馆舒适性。

二是，对体育场馆加装光伏进行绿色低碳改造过程中，由于非赛事期间体育场馆负荷较小、特别是非赛事期间的白天负荷更小，光伏发电难以消纳。现有体育场馆配电系统缺少与可再生能源互动，阻碍了体育场馆的双碳目标实现。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种体育场馆交直流混合供配电系统，在满足比赛场地照明及部分赛时重要负荷用电的基础上，同时解决非赛事期间的光伏消纳问题，实现体育场馆供配电系统的绿色低碳化，促进支撑体育场馆的双碳目标实现。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种体育场馆交直流混合供配电系统，交流供配电系统，包括：

与交流供配电系统连接的移动式柴油发电机、与移动式柴油发电机的接口连接的AC/DC双向变换器及与AC/DC双向变换器互联的直流母线；

直流母线上连接有直流电源、储能电池及直流负荷设备；

直流电源包括光伏系统或燃料电池，储能电池包括固定式电池储能系统及与储能电池匹配的移动式储能接口。

优选的，直流负荷设备包括照明直流系统、电动汽车直流充电设施以及其他直流设备，且直流负荷设备包括不可调节的刚性负荷与可调节的柔性负荷。

优选的，移动式柴油发电机的接口的用于接入体育场馆供配电系统，保障部分比赛场地照明及部分赛时重要负荷用电。

优选的，光伏系统用于为直流照明系统供电以及剩余的电能再进交流供电系统。

优选的，固定式电池储能系统用于为体育场馆配电系统的储能，存储多余的分布式发电或者在赛事期间可为电力负荷高峰提供电力支撑。

优选的，移动式储能接口用于将移动式电池储能系统接入配电系统，在赛事期间可为电力负荷高峰提供电力支撑。

一种体育场馆交直流混合供配电系统的柔性控制方法，包括以下步骤：

S1、通过智能电表与配电系统内各个设备相连，监测交直流配电系统的负荷情况，并实时监测变压器的负荷率；

S2、基于系统监测数据，对体育场馆交直流配电系统进行优化控制；

S3、当体育场馆无赛事期间，电池储能系统执行光储一体化充放电，存储白天剩余的光伏电能用以夜间照明使用，首先引入净负荷的概念，其定义为负荷与光伏出力之差，其表达式为：

P

其中，P

S4、当体育场馆赛事期间，通过传感器实时监测变压器负载率，当其超过设定的阈值时采取柔性调控，使得变压器负载率处在高效工作区间内，其优化包括交流供电优化、直流电源供电、储能电池供电及可调负荷优化。

优选的，步骤S3中，当净负荷小于零时，将多余的光伏储存到储能系统中；若储能系统已充满则，启动柔性可调负荷让其工作，将多余的光伏通过可调柔性负荷消耗掉；当净负荷大于零时，超出的负荷部分由储能系统放电来进行平衡，必要时从交流配电网来平衡功率。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：由于光伏系统与储能系统接入，提高了可再生能源利用率，助力实现体育场馆的绿色低碳化。通过光储直柔管理系统，光储直柔管理系统可有效缓解光伏发电上网难问题，使得体育建筑自身具有实时电力供需平衡的调节能力，并且还能大幅提高建筑用电可靠性，减少由断电造成的经济损失。

附图说明

图1为根据本发明的体育场馆交直流混合供配电系统及其柔性控制方法的网络架构示意图；

图2为根据本发明的体育场馆交直流混合供配电系统及其柔性控制方法的柔性控制方法控制原理图；

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-2，一种体育场馆交直流混合供配电系统，包括：参照图1，面向体育场馆绿色低碳改造的交直流混合供配电系统及其柔性调控方法，包括：体育场馆交直流供配电系统架构和体育场馆交直流供配电系统柔性调节策略。所述体育场馆交直流供配电系统架构在原有交流配电系统基础上接入移动式柴油发电机接口，并通过AC/DC双向变换器建立体育场馆内直流母线。所述体育场馆内直流母线与直流用电设备连接，包括照明直流系统、光伏系统、固定式电池储能系统、电动汽车（EV）充电设施以及其他直流设备，并配置移动式储能接口。所述体育场馆交直流供配电系统柔性调节策略通过智能电表与配电系统内各个设备相连，实时监测变压器负荷率并在必要时对储能设备和柔性负荷进行调节。柔性调节方法的实施需海量实时采集数据的支撑，数据以海量、实时性、结构化数据为主要特点。因此，结合建筑自身的建筑自动化系统、能耗监测系统以及公共互联网通信基础设施，通过统一的服务化平台为平台的各类业务应用提供数据支撑，并指导运营工作开展；

所述体育场馆内直流母线与直流用电设备连接，包括照明直流系统、光伏系统、固定式电池储能系统、电动汽车（EV）充电设施以及其他直流设备，并配置移动式储能接口。进一步的，所述照明直流系统，其特征在于，将体育场馆照明灯具更换为采用直流电的LED灯具，并建设照明直流供电系统，利用直流母线供电，降低后续光伏设施、电池系统接入的能源转换损失，提高供电系统能源效率。

进一步的，所述体育场馆交直流供配电系统架构：在现有交流供配电系统基础上，通过移动式柴油发电机接口，与AC/DC双向变换器联接，AC/DC双向变换器与新建的体育场馆直流母线互联。

进一步的，所述体育场馆直流母线，与直流电源、储能电池、直流负荷设备连接，体育场馆直流母线电压等级可以包括但不限于DC750V、DC375V等电压等级。其中，直流电源包括但不限于光伏系统或燃料电池等；储能电池包括但不限于固定式电池储能系统、并配置移动式储能接口，电池类型不限于各类锂基电池、铅酸电池等。直流负荷设备包括但不限于照明直流系统、电动汽车(EV)直流充电设施以及其他直流设备，直流负荷包括不可调节的刚性负荷、电动汽车(EV)等可调节的柔性负荷。

进一步的，所述的移动式柴油发电机接口，其特征在于，在大型赛事期间，移动式柴油发电机通过该接口，接入体育场馆供配电系统，保障部分比赛场地照明及部分赛时重要负荷用电，确保大型赛事期间比赛的顺利进行。

进一步的，所述的光伏系统，其特征在于，充分利用体育场馆的屋顶及周边停车场，建设光伏设施，并接入直流供电系统，为直流照明系统，剩余的电能再进交流供电系统，提高可再生能源利用率。此外，在非赛事期间，为避免浪费大规模光伏电力，可为周边充电设施提供充足电力。

进一步的，所述的固定式电池储能系统，其特征在于，平时作为体育场馆配电系统的储能，存储多余的分布式发电，实现对新能源的消纳。此外，在赛事期间，由于负荷较大，可为电力负荷高峰提供电力支撑。

进一步的，所述的移动式储能接口，其特征在于，将移动式电池储能系统作为临时电源，通过该接口接入配电系统，实现无污染、无噪音的临时供电。特别是，在赛事期间，由于负荷较大，可为电力负荷高峰提供电力支撑。

进一步的，所述的照明直流系统，其特征在于，将体育场馆照明灯具更换为采用直流电的LED灯具，并建设照明直流供电系统，利用直流母线供电，降低后续光伏设施、电池系统接入的能源转换损失，提高供电系统能源效率。

进一步的，所述体育场馆交直流供配电系统柔性调节：通过智能电表与配电系统内各个设备相连，监测交直流配电系统的负荷情况，并实时监测变压器的负荷率。然后，基于系统监测数据，并根据提出的优化控制和柔性调控策略，对体育场馆交直流配电系统进行优化控制，达到最大程度消纳光伏、体育场馆供电、电动汽车(EV)充电等用电保障和绿色低碳目标。储能系统(包括固定式电池储能、移动式储能)充放电功率可由下式计算：

P

P

其中：P

进一步的，所述的优化控制和柔性调控策略，在体育场馆无赛事期间采取常规的光储直柔控制策略。为应对光伏发电具有的随着天气而波动的特性，电池储能系统执行光储一体化充放电策略。存储白天剩余的光伏电能用以夜间照明使用，从而提高可再生能源利用率。首先引入净负荷的概念，其定义为负荷与光伏出力之差，其表达式为：

P

其中，P

①当净负荷小于零时，将多余的光伏储存到储能系统中；若储能系统已充满，启动柔性可调负荷让其工作，将多余的光伏通过可调柔性负荷消耗掉。

②当净负荷大于零时，超出的负荷部分由储能系统放电来进行平衡，必要时从配电网购电来平衡功率。

进一步的，所述的优化控制和柔性调控策略，在体育场馆赛事期间，通过传感器实时监测变压器负载率，当其超过设定的阈值时采取柔性调控策略，使得变压器负载率处在高效工作区间内。

①交流供电优化：在原有的交流系统中，通过降低配电网购电功率来降低变压器负载率，并在必要时通过接口接入移动式柴油发电机来填补交流系统中缺失的部分供电功率。

②直流电源供电：在改造后的直流配电系统中，将太阳能光伏的电力全部消纳，并在必要时使用燃料电池发电来填补在阴雨天或夜间光伏功率不足导致的供电功率空缺。

③储能电池供电：在改造后的直流配电系统中，固定式电池储能将之前存储的电能释放，并在必要时(如固定式电池储能电量用尽时)通过接口接入移动式储能进行供电。

④可调负荷优化：当采用上述三个优化策略之后体育场馆负荷仍然过大导致配电系统内功率难以平衡，可降低甚至卸载部分可调负荷。其主要包括在改造后的交直流混合供配电系统中的EV充电桩负荷、室外景观照明负荷、闲置储物间及设备间的负荷以及其他非必要的可调负荷等柔性负荷。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。