有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法及微电网系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法及微电网系统，其中，带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网还配置有柴油发电机组，在带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行过程中，柴油发电机组始终保持处于额定功率的工作状态；带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行方法包括在冲击性负荷启动时，柴油发电机组接入电网进行发电，柴油发电机组配合飞轮一起给冲击性负荷供电；当冲击性负荷结束后，柴油发电机提供的功率自动地转化为对飞轮进行充电，这样通过柴油发电机组与飞轮配合供电使柴油发电机组一直以额定功率供电的运行模式来减小对电网的冲击性。

【技术实现步骤摘要】
有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法及微电网系统
本专利技术属于微电网领域，尤其涉及一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法及微电网系统。
技术介绍
由于微电网的应用发展迅速，实现了更大范围内新能源发电资源的优化利用，偏远山区海岛与移动载具的电气化，促进了电力市场化的发展。微电网作为一个小范围的电网，其发电与负荷均存在大波动与不确定性，特别在军用领域，负荷波动更加不可能有效预测并且更加剧烈。其中冲击性负荷以时间短幅度大的特点对电网有着诸多危害但同时也是一些微电网的重要组成部。冲击性负荷的研究成果大致分为军用与民用，军用集中于电气化武器，冲击性负荷模型多为脉冲电容充放电，民用集中于钢铁厂的生产。冲击性负荷的危害主要体现在：(1)谐波污染；(2)电压波动和闪变；(3)三相不平衡；(4)系统频率振荡；(5)有功功率大幅变化影响发电机组的安全运行。对于冲击性负荷危害的治理上，多数的文献的应对措施为滤波与使用SVC装置。对于有功功率波动储能作为一种应对效果显著，可靠迅速并且经济。由于微电网其自身系统惯性系数小，阻尼不足，不具备大电网的抗扰动能力，所以在冲击性负荷下更加需要储能装置来调节。飞轮储能作为一种依靠飞轮旋转动能存储能量的储能设备，具有功率密度大与能量密度大的双重优势，并且放电深度大，对环境无污染，缺点是基建费用高。而且现有文献也论证了相对于其他储能设备，飞轮储能是电网调节的最佳选择并且性价比最高，同时在应对冲击性负荷上也是以飞轮储能效果最优。在应对冲击性负荷时，飞轮的传统运行方式为间接性供电。通过飞轮储能作为能量媒介，在冲击性负荷发生时，冲击性负荷需要的功率全部由飞轮储能提供。冲击性负荷停止后，电网给飞轮储能充电，由此电网间接地给冲击性负荷供给能量，冲击性负荷与电网完全隔离没有电气连接。这样电网发电机无法配合供能，同时频繁地投切也会造成冲击从而导致电网稳定性下降。当储能与电网自身的发电机配合调节时，由于发电机可以提够部分功率给冲击性负荷，从而可以降低对储能容量的需求。
技术实现思路
基于上述传统研究与应用存在的问题，本专利技术目的在于提出一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，其使电网发电机与飞轮一起协调运行，既可以防止冲击又可以使整个供电过程更加经济。本专利技术的一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，所述有冲击性负荷与飞轮储能的微电网还配置有柴油发电机组，在带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行过程中，柴油发电机组始终保持处于额定功率的工作状态；所述带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行方法，包括：在冲击性负荷启动时，柴油发电机组接入电网进行发电，柴油发电机组配合飞轮一起给冲击性负荷供电；当冲击性负荷结束后，柴油发电机提供的功率自动地转化为对飞轮进行充电，这样通过柴油发电机组与飞轮配合供电使柴油发电机组一直以额定功率供电的运行模式来减小对电网的冲击性。进一步的，所述柴油发电机组还与功率控制器相连，所述功率控制器用于控制柴油发电机组所输出的功率准确地输入至冲击性负荷。进一步的，所述功率控制器使用Cuk电路，Cuk电路通过控制信号来控制开关占空比，以实现功率控制。进一步的，所述冲击性负荷为周期性冲击性负荷。这样能够更加准确地控制柴油发电机组与飞轮配合的时间，最终达到避免对电网的冲击性。本专利技术的第二目的是提供一种微电网系统。该微电网系统采用上述所述的微电网运行方法。进一步的，所述柴油发电机组还与功率控制器相连，所述功率控制器用于控制柴油发电机组所输出的功率准确地输入至冲击性负荷。进一步的，所述功率控制器使用Cuk电路，Cuk电路通过控制信号来控制开关占空比，以实现功率控制。进一步的，所述冲击性负荷为周期性冲击性负荷。这样能够更加准确地控制柴油发电机组与飞轮配合的时间，最终达到避免对电网的冲击性。进一步的，所述微电网系统为直流电网。进一步的，所述微电网系统包括两条母线，两条母线通过线路阻抗相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在本专利技术的飞轮储能与发电机组协调配合的优化运行方式下，将原本在电网中发生的周期性大幅度的冲击性负荷功率需求转化为了小幅度持续性的功率需求，保证了冲击性负荷的可靠供电的同时避免了其对电网的冲击，相对于传统的通过飞轮储能作为能量媒介间接的供电方式更加稳定可靠，同时节省发电机与飞轮储能配置所需的容量与运行消耗的柴油，更加经济。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是一种简化的军用微电网拓扑结构示意图；图2是符合实际的简化电网结构；图3是对冲击性负荷的供电运行示意图；图4(a)是电磁弹射冲击性负荷所获得的功率；图4(b)是电磁弹射冲击性负荷所获得的飞轮转速；图5柴油发电机给冲击性负荷提供的功率；图6基础负荷侧的功率；图7柴油发电机给冲击性负荷提供的功率；图8冲击性负荷获得的功率；图9基础负荷侧的功率。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术的一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，所述有冲击性负荷与飞轮储能的微电网还配置有柴油发电机组，在带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行过程中，柴油发电机组始终保持处于额定功率的工作状态；所述带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行方法，包括：在冲击性负荷启动时，柴油发电机组接入电网进行发电，柴油发电机组配合飞轮一起给冲击性负荷供电；当冲击性负荷结束后，柴油发电机提供的功率自动地转化为对飞轮进行充电，这样通过柴油发电机组与飞轮配合供电使柴油发电机组一直以额定功率供电的运行模式来减小对电网的冲击性。由于全电动力军舰是典型的带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网，本专利技术以一种简化的军用微电网拓扑结构为例，如图1所示，微电网有2台40MW的汽轮发电机，母线电压20kV，双母线，带有最大峰值为250MW持续1.5s的电磁弹射系统作为短时间大幅度的冲击负荷(发生周期约1分钟)，2台30MW的同步电动机为军舰推进系统，10MW的基础负荷。整个电网系统为直流电网。由于图1是为了实物实验仿真而简化的电网，主要减少了模拟电磁弹射冲击负荷的设备，而由实际的福特级航母微电网带有4台电磁弹射设备，同时依据图1的电网的轴对称性，可以只考虑一半的电网结构，所以可以建立如图2所示更符合实际的简化电网。以尼米兹航母为例，其带有8台核动力汽轮机与4台柴油机组，总发电功率为72MW(其中核电占64MW)，同时福特航母总发电功率为172MW，由于电磁弹射的冲击性负荷导致其总发电功率增加了100MW，可以这样推测：尼米兹航母配置有4台蒸汽弹射器，福特航母改用电磁弹射后一台电磁弹射设备充电功率为25MW，而且需要快速启动，总共需要100MW。核电机组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，所述有冲击性负荷与飞轮储能的微电网还配置有柴油发电机组，其特征在于，在带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行过程中，柴油发电机组始终保持处于额定功率的工作状态；所述带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行方法，包括：在冲击性负荷启动时，柴油发电机组接入电网进行发电，柴油发电机组配合飞轮一起给冲击性负荷供电；当冲击性负荷结束后，柴油发电机提供的功率自动地转化为对飞轮进行充电，这样通过柴油发电机组与飞轮配合供电使柴油发电机组一直以额定功率供电的运行模式来减小对电网的冲击性。

【技术特征摘要】
1.一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，所述有冲击性负荷与飞轮储能的微电网还配置有柴油发电机组，其特征在于，在带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行过程中，柴油发电机组始终保持处于额定功率的工作状态；所述带有冲击性负荷与飞轮储能的微电网的运行方法，包括：在冲击性负荷启动时，柴油发电机组接入电网进行发电，柴油发电机组配合飞轮一起给冲击性负荷供电；当冲击性负荷结束后，柴油发电机提供的功率自动地转化为对飞轮进行充电，这样通过柴油发电机组与飞轮配合供电使柴油发电机组一直以额定功率供电的运行模式来减小对电网的冲击性。2.如权利要求1所述的一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，其特征在于，所述柴油发电机组还与功率控制器相连，所述功率控制器用于控制柴油发电机组所输出的功率准确地输入至冲击性负荷。3.如权利要求2所述的一种有冲击性负荷与飞轮储能的微电网运行方法，其特征在于，所述功率控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，李和丰，贠志皓，张峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37