中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：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(lǐng)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(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。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(shí)現(xiàn)即插即用的控制方法。本發(fā)明要解決的技術(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。
申請(qǐng)人：北京理工大學(xué)
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(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)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(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊(7);所述的電源模塊(1)、負(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)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(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊(7)數(shù)量為一個(gè)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(fù)荷模塊(2)包括負(fù)荷(21)、變換器(22)，變換器(22)與負(fù)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(fù)荷(21)指任選不可控負(fù)荷或可控負(fù)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(chǔ)能模塊(3)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(31)、超級(jí)電容(31)等儲(chǔ)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(jí)電容等儲(chǔ)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(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(5)用于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)電源模塊(1)、負(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)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(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)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(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)能模塊(3)、并網(wǎng)控制器(4)、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(7)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(1)、負(fù)荷模塊(2)和儲(chǔ)能模塊(3)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(6)發(fā)送給電源模塊(1)、負(fù)荷模塊(2)和儲(chǔ)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(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)。
2.如權(quán)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(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(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(guò)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(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。
3.如權(quán)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(dòng)與監(jiān)控模塊(7)校對(duì)時(shí)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(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。
4.如權(quán)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(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。
5.如權(quán)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(guò)壓保護(hù)裝置、過(guò)流保護(hù)裝置和短路保護(hù)裝置。
6.用于權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)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(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(1)、負(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)能模塊(3)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(1)、負(fù)荷模塊(2)和儲(chǔ)能模塊(3);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(1)、負(fù)荷模塊(2)和儲(chǔ)能模塊(3)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(1)、負(fù)荷模塊(2)和儲(chǔ)能模塊(3)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(1)、負(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)能模塊(3)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(1)、負(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)能模塊(3)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。
7.如權(quán)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(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。
8.如權(quán)利要求6所述的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，其特征在于：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。
9.如權(quán)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(fù)荷模塊(2)、儲(chǔ)能模塊(3)具有即插即用(Plug-and-Play)功能。
10.如權(quán)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(shí)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(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(7)發(fā)送時(shí)鐘校對(duì)請(qǐng)求，并下一周期接受監(jiān)控模塊(7)的時(shí)鐘信息，完成與監(jiān)控模塊(7)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，完成故障繼電器開關(guān)自檢和電容預(yù)充電;
步驟6：基本初始化完成后，開始接受預(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)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電領(lǐng)域，微電網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)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(shù)
微電網(wǎng)系統(tǒng)主要包括電源模塊、負(fù)荷模塊、儲(chǔ)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(guó)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(diǎn)。并且微電網(wǎng)可以并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行，能夠改善能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用率。同時(shí)相比于交流微電網(wǎng)而言，直流微電網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便等優(yōu)點(diǎn)，具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?
直流微電網(wǎng)是分布式電源模塊及相關(guān)負(fù)荷模塊、儲(chǔ)能模塊按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如總線結(jié)構(gòu)、環(huán)形母線結(jié)構(gòu)等)組成的網(wǎng)絡(luò)，但是目前的直流微電網(wǎng)多采用集中控制的方法，無(wú)法凸顯直流微電網(wǎng)分布式的特點(diǎn)。并且集中式控制依賴于可靠的信息通信技術(shù)，但目前的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信技術(shù)的可靠性不足以滿足微電網(wǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需求。
國(guó)家智能電網(wǎng)戰(zhàn)略同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)高速的雙向信息通信。目前大部分直流微電網(wǎng)平臺(tái)多采用RS232或者RS485串行總線。RS232和RS485都有一些明顯的缺點(diǎn)，包括通信距離短、總線利用率低、不易擴(kuò)展等。
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，完成故障繼電器開關(guān)自檢和電容預(yù)充電。
步驟6：基本初始化完成后，開始接受預(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;
圖2是本發(fā)明的控制方法的實(shí)施例的流程示意圖;
圖3是本發(fā)明用于結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的流程示意圖。
其中：1—電源模塊、2—負(fù)荷模塊、3—儲(chǔ)能模塊、4—并網(wǎng)控制器、5—智能直流微電網(wǎng)連接功率電路、6—智能直流微電網(wǎng)通信總線、7—監(jiān)控模塊、11—光伏電池、12—最大功率跟蹤器、21—負(fù)荷、22—變換器、31—鋰離子蓄電池組、32—可控型雙向DC/DC變換器
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
實(shí)施例1：
參閱圖1、圖2和圖3，本實(shí)施例公開的一種智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括至少一個(gè)以上電源模塊1、負(fù)荷模塊2、儲(chǔ)能模塊3、并網(wǎng)控制器、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(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊和監(jiān)控模塊7。所述電源模塊1包括光伏電池11及與其相連的最大功率跟蹤器12等;所述的負(fù)荷模塊2包括可控直流負(fù)荷21及與其相連的可控型單向DC/DC變換器22;所述的儲(chǔ)能模塊3包括鋰離子蓄電池組31及與其相連的可控型雙向DC/DC變換器32;所述的并網(wǎng)控制器4為可控型雙向DC/AC控制器。所述電源模塊1、負(fù)荷模塊2和儲(chǔ)能模塊3通過(guò)智能直流微電網(wǎng)連接功率電路5相互連接，實(shí)現(xiàn)電能流動(dòng)。所述的最大功率跟蹤器12、可控型單向DC/DC變換器22、可控型雙向DC/DC變換器32和可控型雙向DC/AC控制器均集成有CAN總線通信模塊，并且集成的CAN總線通信模塊通過(guò)智能直流微電網(wǎng)通信總線6實(shí)現(xiàn)電源模塊1、負(fù)荷模塊2、儲(chǔ)能模塊3、可控型雙向DC/AC控制器和監(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(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊運(yùn)行于監(jiān)控模塊7上，實(shí)現(xiàn)智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)優(yōu)化和預(yù)測(cè)控制。所述智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)可控型雙向DC/AC控制器與大電網(wǎng)相連，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，包括天氣信息，電價(jià)信息和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等，并通過(guò)CAN總線通訊獲得智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的電源模塊1、負(fù)荷模塊2、儲(chǔ)能模塊3和可控型雙向DC/AC控制器實(shí)時(shí)狀態(tài)和設(shè)備信息等。智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊根據(jù)獲得的信息，運(yùn)行基于智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行總損耗最小的優(yōu)化算法得到實(shí)時(shí)控制指令和對(duì)未來(lái)三小時(shí)內(nèi)的預(yù)測(cè)控制指令。智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通信正常可用時(shí)，電源模塊1、負(fù)荷模塊2和儲(chǔ)能模塊3獲得實(shí)時(shí)信息并按照實(shí)時(shí)控制指令運(yùn)行，并更新存儲(chǔ)預(yù)測(cè)控制指令;微電網(wǎng)通信異常時(shí)，無(wú)法獲得實(shí)時(shí)控制指令，或者獲得的控制指令明顯錯(cuò)誤時(shí)，按照電源模塊1、負(fù)荷模塊2和儲(chǔ)能模塊3已存儲(chǔ)的預(yù)測(cè)控制指令運(yùn)行，等待通信恢復(fù)后，重新更新為實(shí)時(shí)控制指令。所述的可控型雙向DC/AC控制器根據(jù)智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)補(bǔ)償因?yàn)橛?jì)算誤差和外部擾動(dòng)產(chǎn)生的功率誤差，通過(guò)向大電網(wǎng)釋放功率或者吸收功率來(lái)保持智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)功率平衡，并根據(jù)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行并網(wǎng)狀態(tài)和孤島狀態(tài)的平滑切換。
所述智能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)易于擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)即插即用(Plug-and-Play)。擴(kuò)展模塊可以是電源模塊1、負(fù)荷模塊2或者儲(chǔ)能模塊3。新接入的模塊的功率電路接入智能直流微電網(wǎng)連接功率電路5，CAN通信模塊接入微電網(wǎng)通信總線6，接入完成后CAN通信模塊首先完成初始化，包括配置CAN總線通訊節(jié)點(diǎn)模塊的地址，特征碼信息。CAN總線初始化完成后，新接入的模塊與監(jiān)控模塊7完成時(shí)鐘校對(duì)，保持時(shí)間一致。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，加入智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊算法的元素集合。新接入的模塊進(jìn)行功率電路初始化，完成故障繼電器開關(guān)自檢和電容預(yù)充電。下一個(gè)控制周期開始，智能直流微電網(wǎng)預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制模塊即可將該擴(kuò)展模塊加入預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制計(jì)算，并向該擴(kuò)展模塊發(fā)送實(shí)時(shí)控制指令和預(yù)測(cè)控制指令。此后，新加入的模塊開始正常地運(yùn)行。
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1、負(fù)荷模塊2、儲(chǔ)能模塊3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1、負(fù)荷模塊2和儲(chǔ)能模塊3。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1、負(fù)荷模塊2和儲(chǔ)能模塊3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1、負(fù)荷模塊2和儲(chǔ)能模塊3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1、負(fù)荷模塊2、儲(chǔ)能模塊3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1、負(fù)荷模塊2、儲(chǔ)能模塊3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。
以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
責(zé)編：杉杉
