[发明专利]一种高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统及控制方法，包括风机组件、光伏阵列组件、抽蓄机组、及微网中央处理器；风机组件、光伏阵列组件、抽蓄机组连接在低压母线上；主电网能提供可靠的能源支持；微网和主电网由并网变压器、并网开关、公共连接点连接；微网中央处理器根据可再生能源的发电量和负荷需求量，管理调度系统能量分配；并实时监控系统状态，及时处理各类故障，实现微网在并网、离网两种模式间的无缝切换。本发明将可再生能源集成在高层建筑中，能源结构可持续发展，并利用建筑高程差将抽水蓄能机组作为储能设备，具有对电网负荷变化反应快速、调节灵活，调峰、填谷、调频、调相和事故备用的良好运行性能。

主权项

1.一种高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统，其特征在于，包括：风机组件、光伏阵列组件、抽蓄机组和微网中央处理器；所述风机组件、所述光伏阵列组件和所述抽蓄机组均连接在低压母线上，所述抽蓄机组包括上水库、下水库、引水管道、水泵水轮机和发电机；上水库设置在高层建筑的顶部，下水库设置在地面，水泵水轮机的一端通过引水管道连接至上水库，水泵水轮机的另一端连接下水库；发电机与水泵水轮机同轴连接；在抽蓄机组发电工况下，上水库将水放出，经引水管道流入水泵水轮机，带动转轮旋转，从而带动同轴连接的发电机发电产生电能，最后水流入下水库；在抽蓄机组抽水工况下，电动机消耗电能带动水泵水轮机反方向旋转，从下水库往上抽水，经过引水管道，将水储存在上水库；所述微网中央处理器与风机组件、光伏阵列组件和抽蓄机组均连接，用于根据可再生能源的发电量和负荷需求量，管理调度系统能量分配；实时监控系统内风机组件、光伏阵列组件和抽蓄机组状态，及时处理和报告各类故障；实现所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统在并网、离网两种模式间的无缝切换；所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统的优化运行模式有两种：并网运行模式和离网运行模式；并网运行模式和离网运行模式的切换由所述微网中央处理器智能分析所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统状态，控制并网开关做出开闭动作；并网开关处于常闭状态，将所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统与主电网相连；当主电网发生故障时，并网开关迅速断开，使所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统脱离主电网，以免影响所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统正常运行，所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统运行在孤岛模式；并网运行模式下，以15分钟作为所述微网中央处理器控制能量调配的单位控制时间，所述微网中央处理器根据所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中单位控制时间内可再生能源发电量、负荷需求量和设备状态安排设备具体运行方式；在保证上水库储水量最大原则前提下，当所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中负荷需求量小于可再生能源发电量时，可再生能源发电量能提供全部需求且有多余的电力，此时主电网视所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统为一个电源模型，所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统通过连接设备向主电网出售多余电力；当所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中单位控制时间内负荷需求量大于等于可再生能源发电量时，主电网将所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统看作一个可控的负荷模型；为缓解所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统等效负荷波动过大对主电网造成冲击，利用所述抽蓄机组的优异削峰填谷性能降低所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统负荷峰值的高度，填平负荷低谷；统计所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统负荷日平均功率曲线，预测可再生能源发电功率曲线，获得等效负荷曲线，根据等效负荷曲线获得波峰及波谷对应的负荷功率大小，所述微网中央处理器根据波峰、波谷的值和上水库、下水库库容大小设定削峰越界值和填谷越界值；根据所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统等效负荷功率大小来控制所述抽蓄机组的运行，如果所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统等效负荷功率超过削峰越界值，则控制所述抽蓄机组进入发电状态，越界部分功率由所述抽蓄机组发电补偿；如果所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统等效负荷小于填谷越界值，则控制所述抽蓄机组进入抽水状态，低于越界部分功率由所述抽蓄机组抽水将电能转换为上水库水的势能，增大微网等效负荷；如果所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统等效负荷既不大于削峰越界值，也不小于填谷越界值，则所述抽蓄机组处于静止状态；当主电网发生故障时，所述微网中央处理器控制并网开关迅速断开，所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统处于离网运行模式下，以15分钟作为所述微网中央处理器控制能量调配的单位控制时间，所述微网中央处理器根据所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中单位控制时间内可再生能源发电量、负荷需求量和设备状态安排设备具体运行方式，建立微网电压和频率，维持所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统潮流平衡；当所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中单位控制时间内负荷需求量小于可再生能源发电量时，可再生能源发电量能提供全部能量需求，并且启动所述抽蓄机组水泵将多余的电能转化为上水库水的势能；当所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中单位控制时间内负荷需求量大于等于可再生能源发电量时，投入所述抽蓄机组进行发电维持所述高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统功率平衡；单位控制时间内可再生能源和所述抽蓄机组发电总量不能满足负荷需求量时，切除所述系统中重要等级低的负荷；其中，将高层建筑抽蓄储能风光智能微网系统中负荷日平均功率曲线与可再生能源发电功率曲线相减后获得等效负荷功率曲线，根据等效负荷功率曲线获得所述等效负荷功率曲线中波峰的值和波谷的值；根据等效负荷功率曲线中波峰的值、波谷的值和上水库、下水库的库容大小获得削峰越界值和填谷越界值；削峰越界值的设定原则为：削峰越界值与波峰的值所包含区域内需要补充的电能等于上水库流出一半库容所产生的电能；填谷越界值的设定原则：填谷越界值与波谷的值所包含区域内需要增加负荷的耗电量等于下水库抽一半库容的水到上水库所需要消耗的电能；所述上水库库容Vup等于所述下水库库容Vdown，且上水库库容为在抽蓄机组额定流量下可使机组运行2小时。