自形成微電網(wǎng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及電力網(wǎng)，且特別地涉及在沒有預(yù)先存在的公用電力的地區(qū)形成 的微電網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 世界上大部分地方還未享有可靠的電力。這包括發(fā)達(dá)世界的偏遠(yuǎn)地區(qū)以及發(fā)展中 世界的大部分。在發(fā)展中世界，公用電力通常由政府壟斷經(jīng)營，其經(jīng)常不具有用于創(chuàng)建及維 護(hù)可靠的、全國的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的治理結(jié)構(gòu)、專業(yè)知識(shí)和/或資本。
[0003] 但是，相對(duì)便宜、可再生的電力來源（例如，光伏（PV)板、或風(fēng)力渦輪機(jī)）的出現(xiàn) 已使小規(guī)模分布式發(fā)電對(duì)于個(gè)人屋主、創(chuàng)業(yè)者或企業(yè)家是可使用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本公開的一方面提供了一種微電網(wǎng)，其包括：多個(gè)電源域；以及電力電纜，用于將 多個(gè)電源域聯(lián)接在一起。電源域中的每個(gè)包括智能配電板，且電源域通過智能配電板聯(lián)接 至電力電纜。
[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中，電源域以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式聯(lián)接在一起。
[0006] 電源域可包括自主控制的電源域。
[0007] 微電網(wǎng)可與公用電網(wǎng)隔離。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，微電網(wǎng)還包括：智能并網(wǎng)，連接至公用電網(wǎng)；以及其它電力電 纜，聯(lián)接在智能并網(wǎng)與電源域中的一個(gè)電源域之間。
[0009] 每個(gè)電源域可包括：電氣負(fù)荷、發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)，該至少一個(gè)聯(lián)接 至電源域的智能配電板。
[0010] 每個(gè)電源域的每個(gè)智能配電板可包括：至少一個(gè)域插口，用于連接至相應(yīng)的電源 域內(nèi)的電氣負(fù)荷、發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)；至少一個(gè)電網(wǎng)插口，用于通過電力電纜 中相應(yīng)的一條電力電纜連接至另一個(gè)電源域中；內(nèi)部電源總線，聯(lián)接至至少一個(gè)域插口，且 聯(lián)接至至少一個(gè)電網(wǎng)插口；以及控制器，用于通過至少一個(gè)域插口，開關(guān)式地將電氣負(fù)荷、 發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)連接至內(nèi)部電源總線，且用于通過至少一個(gè)電網(wǎng)插口，開 關(guān)式地將電力電纜中相應(yīng)的一條連接至內(nèi)部電源總線。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)智能配電板還包括通信模塊，通信模塊用于實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)的 電源域內(nèi)的電氣負(fù)荷、發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)中的任意一個(gè)或多個(gè)之間的通信， 與電源域中的另一個(gè)電源域之間的通信，或與電源域內(nèi)的以及與電源域中的另一個(gè)電源域 之間通信。
[0012] 智能配電板中的每一個(gè)可響應(yīng)于微電網(wǎng)的狀態(tài)，控制其相應(yīng)的電源域內(nèi)的電氣負(fù) 荷、發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)的運(yùn)行。
[0013] 智能配電板中的每個(gè)智能配電板的至少一個(gè)電網(wǎng)插口中的每個(gè)電網(wǎng)插口可包括： 開關(guān)，用于開關(guān)式地將內(nèi)部電源總線連接至電力電纜中相應(yīng)的一條。
[0014] 當(dāng)感測到故障狀態(tài)時(shí)，電力電纜中通過電源域中的兩個(gè)電源域的智能配電板的相 應(yīng)電網(wǎng)插口將這兩個(gè)電源域聯(lián)接在一起的一條電力電纜，通過相應(yīng)電網(wǎng)插口的開關(guān)與這兩 個(gè)電源域隔離。
[0015] 每個(gè)智能配電板的至少一個(gè)電網(wǎng)插口中的每個(gè)電網(wǎng)插口還可包括：電流傳感器， 用于感測電網(wǎng)插口電流。故障狀態(tài)可以是由智能配電板的相應(yīng)電網(wǎng)插口中的至少一個(gè)電網(wǎng) 插口的電流傳感器感測的過流狀態(tài)，由相應(yīng)電網(wǎng)插口的電流傳感器感測的電流失衡狀態(tài)， 或由相應(yīng)電網(wǎng)插口中的一個(gè)電網(wǎng)插口的電流傳感器感測的電流失衡狀態(tài)。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，智能配電板中的每個(gè)智能配電板的至少一個(gè)電網(wǎng)插口中的每個(gè) 電網(wǎng)插口包括：電壓傳感器，用于感測電網(wǎng)插口電壓。在包括發(fā)電機(jī)的電源域中，電網(wǎng)插口 的電壓傳感器可測量多個(gè)電力電纜中的電力電纜的電壓頻率和相位。然后，在通過電網(wǎng)插 口的開關(guān)連接至電力電纜之前，電源域中的電網(wǎng)插口的控制器可使發(fā)電機(jī)的電壓頻率和相 位與所測量的電力電纜的頻率和相位同步。
[0017] 電源域在嘗試連接至電力電纜之前，可等待隨機(jī)的時(shí)間間隔。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，電力電纜具有相同的額定載流量。
[0019] 電力電纜還可或替代地可具有相同的相位類型。
[0020] 一種智能配電板，包括：多個(gè)插口，用于實(shí)現(xiàn)智能配電板通過相應(yīng)的電力連接與電 源域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)組件之間以及一個(gè)或多個(gè)其它電源域之間的連接；內(nèi)部電源總線，聯(lián) 接至多個(gè)插口；控制器，聯(lián)接至插口，用于控制一個(gè)或多個(gè)組件以及相應(yīng)的電力連接與內(nèi)部 電源總線之間的連接性。
[0021] 智能配電板還可包括：控制總線，聯(lián)接至控制器以及插口。
[0022] 電源域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)組件可包括電氣負(fù)荷、發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，智能配電板還可包括：通信模塊，通信模塊用于實(shí)現(xiàn)與電源域 內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)組件中的組件之間的通信，與一個(gè)或多個(gè)其它電源域中的電源域之間的通 信，或者與電源域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)組件中的組件以及與一個(gè)或多個(gè)其它電源域中的電源域 之間的通信。
[0024] 當(dāng)感測到故障狀態(tài)時(shí)，控制器可控制插口，以將電力連接與內(nèi)部電源總線隔離。每 個(gè)插口可包括：電流傳感器，用于感測插口電流，電流傳感器聯(lián)接至控制器。故障狀態(tài)可包 括：（i)由插口的電流傳感器感測的過流狀態(tài)；或（ii) (a)由電流傳感器或（b)由電流傳感 器以及一個(gè)或其它電源域中的電源域中的智能配電板的插口的電流傳感器感測的電流失 衡狀態(tài)。
[0025] 插口可包括還具有電壓傳感器的插口，電壓傳感器用于測量相應(yīng)電力連接中連接 至一個(gè)或多個(gè)其它電源域中的電源域的電力連接處的電壓頻率和相位。電壓傳感器聯(lián)接至 控制器，且在將電力連接連接至智能配電板的內(nèi)部電源總線之前，控制器可使電源域內(nèi)的 發(fā)電機(jī)的電壓頻率和相位與電壓傳感器測量的頻率和相位同步。
[0026] 控制器在嘗試將電力連接連接至內(nèi)部電源總線之前，可等待隨機(jī)的時(shí)間間隔。
[0027] 每個(gè)插口可包括電流傳感器，電流傳感器聯(lián)接至控制器，用于感測插口電流。
[0028] 在一些實(shí)施例中，插口可包括用于實(shí)現(xiàn)智能配線板與包括電力線和中性線的電力 連接之間的連接的插口，其中，插口可包括：第一電流傳感器，用于感測插口處的電力線插 口電流；以及第二電流傳感器，用于感測插口處的中性線插口電流。
[0029] 電力連接可包括一條或多條其它電力線，其中，插口可包括相應(yīng)的其它電流傳感 器，用于感測一條或多條其它電力線中每條電力線在插口處的相應(yīng)電力線插口電流。
[0030] 插口可包括用于實(shí)現(xiàn)智能配線板與包括多條電力線的電力連接之間的連接的插 口，插口包括相應(yīng)的電流傳感器，用于感測多條電力線中每個(gè)電力線在插口處的相應(yīng)電力 線插口電流。
[0031] 插口可包括電壓傳感器，用于感測相應(yīng)電力連接在電力連接處的電壓。
[0032] 插口包括用于實(shí)現(xiàn)智能配線板與包括電力線和中性線的電力連接之間的連接的 插口時(shí)，插口可包括電壓傳感器，用于感測電力線和中性線之間的電壓。
[0033] 電力連接進(jìn)一步包括一條或多條其它電力線，且插口可包括：相應(yīng)的其它電壓傳 感器，用于感測一條或多條其它電力線中的每一條與中性線之間相應(yīng)的電壓。
[0034] 插口可包括用于實(shí)現(xiàn)智能配線板與包括多條電力線的電力連接之間的連接的插 口，且插口可包括相應(yīng)的電壓傳感器，用于感測多條電力線的相應(yīng)對(duì)之間相應(yīng)的電壓。
【附圖說明】
[0035] 圖1A是自形成微電網(wǎng)（SFMG)的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0036] 圖1B是具有額外的發(fā)電和傳輸能力的另一示例性SFMG的框圖。
[0037] 圖2是傳統(tǒng)的樹型電網(wǎng)拓?fù)涞氖疽鈭D。
[0038] 圖3A是示例性智能配電板（IDP)的框圖。
[0039] 圖3B是示例性域插口的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0040] 圖3C是示例性域插口的另一實(shí)施例的框圖。
[0041] 圖4是示例性三相域插口的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0042] 圖5A是顯示兩個(gè)IDP且用于圖示SFMG中的示例性故障清除方法的示意圖。
[0043] 圖5B是示例性故障清除方法的流程圖。
[0044] 圖6A是顯示了示例性電源域連接方法的流程圖。
[0045] 圖6B是具有外部訓(xùn)練時(shí)鐘的示例性電源域的框圖。
[0046] 圖7是連接至主電網(wǎng)的示例性SFMG的框圖。
[0047] 圖8是示例性智能并網(wǎng)（IGT)的框圖。
[0048] 圖9是圖示示例性輸出控制方法的流程圖。
[0049] 圖10是圖不不例性甩負(fù)荷方法的流程圖。
[0050] 圖11是圖示示例性電流減小方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 本公開包含一種新型電網(wǎng)，被稱為自形成微電網(wǎng)（SFMG)。
[0052] 在一實(shí)施例中，通過將單獨(dú)的發(fā)電機(jī)、電存儲(chǔ)器、以及負(fù)荷結(jié)合為配電網(wǎng)來創(chuàng)建自 形成微電網(wǎng)（SFMG)。但是，與普通的微電網(wǎng)不同，SFMG可從一個(gè)電源域循序漸進(jìn)地發(fā)展，而 不需要與公用電網(wǎng)連系，或要求中央控制權(quán)限。SFMG可消除創(chuàng)建電網(wǎng)的許多傳統(tǒng)障礙，例 如，較大的前期資本投資、較深的技術(shù)知識(shí)、或中央控制權(quán)的建立。SFMG利用地方自主性、企 業(yè)本能、以及小規(guī)模投資的可用性。SFMG可以以對(duì)等的方式運(yùn)行，不需要監(jiān)督電網(wǎng)的中央控 制器。在一個(gè)實(shí)施例中，控制功能分布于電網(wǎng)之間，而不是集中式的。例如，新的電源域可 以以即插即用的方式增加到已有的SFMG，不需要電網(wǎng)的手動(dòng)重配置。SFMG可自動(dòng)識(shí)別新連 接的電源域。在一個(gè)實(shí)施例中，SFMG自監(jiān)控且自調(diào)節(jié)。因此，可不需要為安裝和維護(hù)電網(wǎng) 的高水平的電力工程專業(yè)知識(shí)。
[0053] 圖1A是SFMG的一個(gè)實(shí)施例的框圖。示例性SFMG100包括電源域110、120、130、 140。SFMG中的各電源域可包含負(fù)荷、發(fā)電機(jī)和電存儲(chǔ)設(shè)備的任意組合。例如，電源域110 包含負(fù)荷114、作為電存儲(chǔ)或存儲(chǔ)器116的一個(gè)或多個(gè)電存儲(chǔ)設(shè)備、以及發(fā)電機(jī)118。而電 源域130包含發(fā)電機(jī)134、136、138但沒有負(fù)荷和存儲(chǔ)設(shè)備，電源域140包含負(fù)荷144、145、 146、148但沒有發(fā)電機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備。電源域組件在電源域內(nèi)彼此連接，且通過智能配電板 (IDP)連接至相鄰電源域。電源域內(nèi)的每個(gè)組件聯(lián)接至該電源域的IDP112、122、132、142。 電源域110、120、130、140均包含IDP112、122、132、142,且通過IDP聯(lián)接至電力電纜152、 154、156、158。
[0054] 電源域內(nèi)的發(fā)電機(jī)可包括但不限于：風(fēng)力渦輪機(jī)、光伏發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和/或柴 油發(fā)電機(jī)。電源域內(nèi)的電存儲(chǔ)設(shè)備可包括但不限于：電池、燃料電池、壓縮空氣存儲(chǔ)器和/ 或液力存儲(chǔ)器。電源域負(fù)荷可包括但不限于：燈具、水泵、家用電器、娛樂設(shè)備、加熱器和/ 或工業(yè)設(shè)備。SFMG中的電源域可為或可包括一個(gè)家庭住宅、公寓、小企業(yè)和/或臨時(shí)結(jié)構(gòu) (例如，野戰(zhàn)醫(yī)院、野戰(zhàn)廚房）、通信設(shè)施和/或生活區(qū)。
[0055] 在一個(gè)實(shí)施例中，電源域110、120、130、140在管理或控制方面是自主的，且獨(dú)立 于其它電源域。一些電源域甚至還能夠在與其它電源域或SFMG隔離時(shí)運(yùn)行。例如，電源域 110、120包括發(fā)電機(jī)118、126以及至少存儲(chǔ)器116、124。電源域110還包括負(fù)荷114。這 樣的電源域不需要為了運(yùn)行而連接至其它電源域或SFMG。例如，電源域130僅包括發(fā)電機(jī) 134、136、138且能夠在不連接至另一個(gè)包括負(fù)荷的電源域的情況下運(yùn)行，盡管發(fā)電機(jī)電源 域在沒有需要供電的負(fù)荷時(shí)運(yùn)彳丁是不太可能的。在電源域140中，負(fù)荷144、145、146可處 于運(yùn)行狀態(tài)，但將需要從電源、或發(fā)電機(jī)或存儲(chǔ)器供電，以實(shí)際上運(yùn)行。這樣的電源域也不 需要依賴于任何其它特定的電源域供電。具有可作為電存儲(chǔ)和/或發(fā)電機(jī)的電源的任意其 它電源域可向負(fù)荷114