發(fā)明專(zhuān)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(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘要：本發(fā)明公開(kāi)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(lǐng)域。本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)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

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有直流微電網(wǎng)的集中控制和通信技術(shù)造成的直流微電網(wǎng)可靠性不高的問(wèn)題，以及直流微電網(wǎng)雙向信息通信能力弱和系統(tǒng)擴(kuò)展性差的問(wèn)題。本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)充分發(fā)揮微電網(wǎng)分布式控制的優(yōu)點(diǎn)，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(kuò)展性。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)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(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊。所述的電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)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(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊在一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)量為一個(gè)及以上。

所述的電源模塊用于向智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)提供電能，包括分布式電源及與其相連的最大功率跟蹤器。所述的最大功率跟蹤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。

所述的負(fù)荷模塊包括負(fù)荷、變換器，變換器與負(fù)荷相連。所述的變換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。所述的負(fù)荷指任選不可控負(fù)荷或可控負(fù)荷之一，所述的變換器指任選DC/DC變換器或DC/AC變換器之一。

所述的儲(chǔ)能模塊用于通過(guò)電能儲(chǔ)存或釋放調(diào)節(jié)智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)功率平衡，包括蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能裝置和雙向DC/DC變換器，雙向DC/DC變換器分別與蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能裝置相連。所述的雙向DC/DC變換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。

所述的并網(wǎng)控制器可選用雙向DC/AC控制器，用于調(diào)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(yùn)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)連接功率電路用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊和并網(wǎng)控制器之間的連接，并用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊和并網(wǎng)控制器之間的電能傳輸。

所述智能直流微電網(wǎng)通信總線用于電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊、并網(wǎng)控制器、智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊和監(jiān)控模塊之間的高速雙向信息通信。

所述智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊用于預(yù)測(cè)和優(yōu)化電源模塊、負(fù)荷模塊和儲(chǔ)能模塊運(yùn)行狀態(tài)。所述智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊使用預(yù)測(cè)和優(yōu)化算法得到實(shí)時(shí)控制指令和預(yù)測(cè)控制指令，并通過(guò)智能直流微電網(wǎng)通信總線發(fā)送給電源模塊、負(fù)荷模塊和儲(chǔ)能模塊。

所述監(jiān)控模塊包括監(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(jī)或者服務(wù)器;軟件包括智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)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(jī)交互軟件平臺(tái)。

所述的最大功率跟蹤器、變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器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(zhì)量控制、故障動(dòng)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(shì)，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、變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器均集成有CAN總線通信模塊，集成的CAN總線通信模塊通過(guò)直流微電網(wǎng)通信總線相連接，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(kuò)展性。所述智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊生成的優(yōu)化指令包括實(shí)時(shí)指令和預(yù)測(cè)指令。通信正常時(shí)，智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)指令運(yùn)行;當(dāng)通信故障時(shí)，智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)能根據(jù)預(yù)測(cè)指令繼續(xù)運(yùn)行，改善傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)可靠性。

進(jìn)一步的，所述CAN總線通信模塊主動(dòng)與監(jiān)控模塊校對(duì)時(shí)鐘，所有的最大功率跟蹤器、變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器與監(jiān)控模塊保持時(shí)鐘一致;同時(shí)CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡(jiǎn)單易擴(kuò)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(kuò)展。

進(jìn)一步的，所述智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)優(yōu)化指令和實(shí)時(shí)優(yōu)化指令。所述潮流優(yōu)化基于日用電價(jià)格最低的優(yōu)化算法，達(dá)到用電價(jià)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(yùn)行總損耗最小的優(yōu)化算法，達(dá)到節(jié)約能源，提高能源利用率的目的。

進(jìn)一步的，為加強(qiáng)智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性，所述的智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)還包括過(guò)壓保護(hù)裝置、過(guò)流保護(hù)裝置和短路保護(hù)裝置。

本發(fā)明還公開(kāi)用于上述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

步驟一：智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)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、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊和并網(wǎng)控制器的模塊運(yùn)行實(shí)時(shí)信息。

步驟二：智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊使用預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制算法生成預(yù)測(cè)優(yōu)化指令和實(shí)時(shí)優(yōu)化指令，并通過(guò)CAN總線通信模塊下發(fā)給電源模塊、負(fù)荷模塊和儲(chǔ)能模塊。CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡(jiǎn)單易擴(kuò)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(kuò)展。

步驟三：檢測(cè)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(shí)，電源模塊、負(fù)荷模塊和儲(chǔ)能模塊接受并執(zhí)行實(shí)時(shí)控制指令，同時(shí)接收并存儲(chǔ)預(yù)測(cè)控制指令;智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信異常時(shí)，電源模塊、負(fù)荷模塊和儲(chǔ)能模塊提取已儲(chǔ)存的預(yù)測(cè)控制指令，并按照預(yù)測(cè)控制指令運(yùn)行，同時(shí)報(bào)警并等待通信恢復(fù)。智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信異常使用已儲(chǔ)存的預(yù)測(cè)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、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊和并網(wǎng)控制器分別在實(shí)時(shí)控制指令的控制下獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)分布式控制的優(yōu)點(diǎn)，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、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊和并網(wǎng)控制器自身集成的電壓電流傳感器測(cè)量得到模塊運(yùn)行實(shí)時(shí)信息，并傳輸給智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊。

步驟六：重復(fù)上述步驟一到步驟五，使智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)可靠、高效和安全地運(yùn)行。

進(jìn)一步的，所述的并網(wǎng)控制器不接受智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊的控制信息而獨(dú)立運(yùn)行，用于補(bǔ)償因?yàn)橛?jì)算誤差和外部擾動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)或孤島運(yùn)行狀態(tài)的控制。

進(jìn)一步的，所述的智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊使用預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制算法優(yōu)選基于日用電價(jià)格最低的優(yōu)化算法，達(dá)到用電價(jià)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(yùn)行總損耗最小的優(yōu)化算法，達(dá)到節(jié)約能源，提高能源利用率的目的。

進(jìn)一步的，為了更好地實(shí)現(xiàn)分布式的優(yōu)點(diǎn)，所述的電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

本發(fā)明公開(kāi)的用于上述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)即插即用(Plug-andPlay)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(duì)CAN總線通信進(jìn)行初始化，配置CAN總線通訊節(jié)點(diǎn)模塊的地址，特征碼信息。

步驟3：新接入的模塊主動(dòng)向監(jiān)控模塊發(fā)送時(shí)鐘校對(duì)請(qǐng)求，并在下一周期接受監(jiān)控模塊的時(shí)鐘信息，完成與監(jiān)控模塊的時(shí)鐘校對(duì)，保持整個(gè)智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)鐘一致。

步驟4：新接入的模塊向智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊發(fā)送設(shè)備信息。

步驟5：新接入的模塊進(jìn)行功率電路初始化，完成故障繼電器開(kāi)關(guān)自檢和電容預(yù)充電。

步驟6：基本初始化完成后，開(kāi)始接受預(yù)測(cè)控制指令和實(shí)時(shí)控制指令。

步驟7：新接入的模塊按照控制指令運(yùn)行。

步驟8：重復(fù)步驟6和步驟7，新接入的設(shè)備進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

有益效果

1、本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)所使用的最大功率跟蹤器、DC/DC變換器、DC/AC變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器均集成有電壓電流傳感器、控制器、故障處理模塊，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(shì)，并且能夠提高直流微電網(wǎng)可靠性。

2、本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，使用的CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡(jiǎn)單易擴(kuò)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(kuò)展。

3、本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，在智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信異常時(shí)，使用已儲(chǔ)存的預(yù)測(cè)控制指令能夠提高智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。

4、本發(fā)明公開(kāi)的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及控制方法，為了更好地實(shí)現(xiàn)分布式的優(yōu)點(diǎn)，所述的電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;

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