發(fā)明專利｜一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法

2017-11-13 21:04:49 北極星輸配電網(wǎng)整理　點擊量：評論 (0)

摘要：本發(fā)明公開的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電領域。本發(fā)明公開的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括電源模塊、負荷模塊、儲能模塊、并網(wǎng)控制器、智能直流微電網(wǎng)連接功率電路、智能直

摘要：本發(fā)明公開的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電領域。本發(fā)明公開的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括電源模塊、負荷模塊、儲能模塊、并網(wǎng)控制器、智能直流微電網(wǎng)連接功率電路、智能直流微電網(wǎng)通信總線、智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊。本發(fā)明還公開用于上述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，以及用于上述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)即插即用的控制方法。本發(fā)明要解決的技術問題是實現(xiàn)充分發(fā)揮微電網(wǎng)分布式控制的優(yōu)點，從而提高微電網(wǎng)可靠性，并改善微電網(wǎng)雙向信息通訊能力和系統(tǒng)可擴展性。

申請人：北京理工大學

發(fā)明人：馬中靜陸志成段宏邵云峰楊楠汪小娟

1 .一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：包括電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)、并網(wǎng)控制器(4)、智能直流微電網(wǎng)連接功率電路(5)、智能直流微電網(wǎng)通信總線(6)、智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊(7);所述的電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)、并網(wǎng)控制器(4)、智能直流微電網(wǎng)連接功率電路(5)、智能直流微電網(wǎng)通信總線(6)、智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊(7)數(shù)量為一個及以上;

所述的電源模塊(1)用于向智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)提供電能，包括分布式電源(11)及與其相連的最大功率跟蹤器(12);所述的最大功率跟蹤器(12)集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊;

所述的負荷模塊(2)包括負荷(21)、變換器(22)，變換器(22)與負荷(21)相連;所述的變換器(22)集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊;所述的負荷(21)指任選不可控負荷或可控負荷之一，所述的變換器(22)指任選DC/DC變換器或DC/AC變換器之一;

所述的儲能模塊(3)用于通過電能儲存或釋放調節(jié)智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)功率平衡，包括蓄電池(31)、超級電容(31)等儲能裝置和雙向DC/DC變換器(32)，雙向DC/DC變換器(32)分別與蓄電池、超級電容等儲能裝置相連;所述的雙向DC/DC變換器(32)集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊;

所述的并網(wǎng)控制器(4)選用雙向DC/AC控制器，用于調節(jié)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡，并且用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)或孤島運行狀態(tài)的控制;所述的雙向DC/AC控制器集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊;

所述的智能直流微電網(wǎng)連接功率電路(5)用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)和并網(wǎng)控制器(4)之間的連接，并用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)和并網(wǎng)控制器(4)之間的電能傳輸;

所述智能直流微電網(wǎng)通信總線(6)用于電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)、并網(wǎng)控制器(4)、智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊和監(jiān)控模塊(7)之間的高速雙向信息通信;

所述智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊用于預測和優(yōu)化電源模塊(1)、負荷模塊(2)和儲能模塊(3)運行狀態(tài);所述智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化算法得到實時控制指令和預測控制指令，并通過智能直流微電網(wǎng)通信總線(6)發(fā)送給電源模塊(1)、負荷模塊(2)和儲能模塊(3);所述監(jiān)控模塊(7)包括監(jiān)控硬件和監(jiān)控軟件，硬件根據(jù)使用需求任意選擇PC機或者服務器;軟件包括智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊算法和智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控人機交互軟件平臺。

2.如權利要求1所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：所述的最大功率跟蹤器(12)、變換器(22)、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器(32)均集成有電壓電流感器模塊、微控制器模塊、故障處理模塊，用于直流微電網(wǎng)電能質量控制、故障動作等暫態(tài)控制，充分發(fā)揮智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)分布式控制的優(yōu)勢，并且能夠提高直流微電網(wǎng)可靠性;所述的最大功率跟蹤器(12)、變換器(22)、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器(32)均集成有CAN總線通信模塊，集成的CAN總線通信模塊通過直流微電網(wǎng)通信總線(6)相連接，能夠改善智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的雙向信息通信能力和系統(tǒng)的擴展性;所述智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊生成的優(yōu)化指令包括實時指令和預測指令;通信正常時，智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)實時指令運行;當通信故障時，智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)能根據(jù)預測指令繼續(xù)運行，改善傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)可靠性。

3.如權利要求1或2所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：所述CAN總線通信模塊主動與監(jiān)控模塊(7)校對時鐘，所有的最大功率跟蹤器(12)、變換器(22)、雙向DC/AC控制器(4)和雙向DC/DC變換器(32)與監(jiān)控模塊保持時鐘一致;同時CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡單易擴展，有利于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的雙向信息通信和系統(tǒng)的擴展。

4.如權利要求1或2所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：所述智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊用于生成控制直流微電網(wǎng)潮流優(yōu)化的預測優(yōu)化指令和實時優(yōu)化指令;所述潮流優(yōu)化基于日用電價格最低的優(yōu)化算法，達到用電價格最低的目的，或者優(yōu)選基于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)運行總損耗最小的優(yōu)化算法，達到節(jié)約能源，提高能源利用率的目的。

5.如權利要求1或2所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于：還包括過壓保護裝置、過流保護裝置和短路保護裝置。

6.用于權利要求1至5任意一項所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：包括如下步驟，步驟一：智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊獲取外部信息和智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)和并網(wǎng)控制器的模塊運行實時信息;

步驟二：智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化控制算法生成預測優(yōu)化指令和實時優(yōu)化指令，并通過CAN總線通信模塊下發(fā)給電源模塊(1)、負荷模塊(2)和儲能模塊(3);CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡單易擴展，有利于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的雙向信息通信和系統(tǒng)的擴展;

步驟三：檢測智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信狀態(tài);智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信正?？捎脮r，電源模塊(1)、負荷模塊(2)和儲能模塊(3)接受并執(zhí)行實時控制指令，同時接收并存儲預測控制指令;智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信異常時，電源模塊(1)、負荷模塊(2)和儲能模塊(3)提取已儲存的預測控制指令，并按照預測控制指令運行，同時報警并等待通信恢復;智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信異常使用已儲存的預測控制指令能夠提高智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性;

步驟四：電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)和并網(wǎng)控制器分別在實時控制指令的控制下獨立運行，實現(xiàn)分布式控制的優(yōu)點，能夠提高智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性;

步驟五：電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)和并網(wǎng)控制器自身集成的電壓電流傳感器測量得到模塊運行實時信息，并傳輸給智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊;

步驟六：重復上述步驟一到步驟五，使智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)持續(xù)可靠、高效和安全地運行。

7.如權利要求6所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的并網(wǎng)控制器不接受智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊的控制信息而獨立運行，用于補償因為計算誤差和外部擾動引起的功率不平衡，并用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)運行狀態(tài)或孤島運行狀態(tài)的控制。

8.如權利要求6所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)的控制方法，其特征在于：所述的智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化控制算法優(yōu)選基于日用電價格最低的優(yōu)化算法，達到用電價格最低的目的，或者優(yōu)選基于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)運行總損耗最小的優(yōu)化算法，達到節(jié)約能源，提高能源利用率的目的。

9.如權利要求6所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的電源模塊(1)、負荷模塊(2)、儲能模塊(3)具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

10.如權利要求9所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：實現(xiàn)即插即用(Plug-and-Play)的控制方法包括如下步驟，

步驟1：新接入的模塊接入上述的智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括功率電路的接入和通信電路的接入;

步驟2：控制器對CAN總線通信進行初始化，配置CAN總線通訊節(jié)點模塊的地址，特征碼信息;

步驟3：新接入的模塊主動向監(jiān)控模塊(7)發(fā)送時鐘校對請求，并下一周期接受監(jiān)控模塊(7)的時鐘信息，完成與監(jiān)控模塊(7)的時鐘校對，保持整個智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)時鐘一致;

步驟4：新接入的模塊向智能直流微電網(wǎng)預測和優(yōu)化控制模塊發(fā)送設備信息;

步驟5：新接入的模塊進行功率電路初始化，完成故障繼電器開關自檢和電容預充電;

步驟6：基本初始化完成后，開始接受預測控制指令和實時控制指令;

步驟7：新接入的模塊按照控制指令運行;

步驟8：重復步驟6和步驟7，新接入的設備進入正常運行狀態(tài)。

技術領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電領域，微電網(wǎng)系統(tǒng)領域，特別涉及一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術

微電網(wǎng)系統(tǒng)主要包括電源模塊、負荷模塊、儲能模塊和必要的通信與控制模塊組成。微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電單元多使用清潔的可再生能源，符合國家智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的要求，因此發(fā)展十分迅速。微電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)相比，具有低電壓、低成本、低污染、高效率的特點。并且微電網(wǎng)可以并網(wǎng)運行和孤島運行，能夠改善能源結構，提高能源利用率。同時相比于交流微電網(wǎng)而言，直流微電網(wǎng)具有結構簡單，控制方便等優(yōu)點，具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

直流微電網(wǎng)是分布式電源模塊及相關負荷模塊、儲能模塊按照一定拓撲結構(如總線結構、環(huán)形母線結構等)組成的網(wǎng)絡，但是目前的直流微電網(wǎng)多采用集中控制的方法，無法凸顯直流微電網(wǎng)分布式的特點。并且集中式控制依賴于可靠的信息通信技術，但目前的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信技術的可靠性不足以滿足微電網(wǎng)長期穩(wěn)定運行的需求。

國家智能電網(wǎng)戰(zhàn)略同時要求實現(xiàn)高速的雙向信息通信。目前大部分直流微電網(wǎng)平臺多采用RS232或者RS485串行總線。RS232和RS485都有一些明顯的缺點，包括通信距離短、總線利用率低、不易擴展等。