CN103683281A - 一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，控制系统内的蓄电池、发电机均按照该负荷曲线进行工作，使其输出曲线和预设负荷曲线一致，负荷峰值时域控制蓄电池放电和发电机工作，非负荷峰值时域控制蓄电池充电和发电机停机，蓄电池充电循环次数与负荷曲线中峰值数一致，同时发电机每日按固定时间段供电。对系统整体进行管理，根据负荷曲线、充电曲线达到蓄电池每日按预定次数进行充放电操作，兼顾放电深度，保证蓄电池可长时间正常工作；根据系统预设的负荷曲线在负荷较重时启动发电机，满足一定条件时切除发电机，使发电机日均工作时长不超过预设值，最终达到延长化石能源类发电机使用寿命的目的，增强系统的可靠性。

Description

一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法

技术领域

本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法。

背景技术

如附图1所示为现有直流母线的独立微电网系统结构框图，直流母线的独立微电网系统由能量产生环节、能量存储环节、能量消耗环节和控制中心4部分组成。能量产生环节又分为风力发电、光伏发电、柴油机组发电以及其他可利用的发电设备；能量储存环节为蓄电池；能量的消耗一般主要由直流负载、交流负载组成；控制中心主要负责系统的整体运行控制，包括系统运行状态的监测、蓄电池的保护功能、负载的运行控制以及发电机组的启停控制信号，保证整个发电系统稳定、可靠地运行。

蓄电池管理依靠蓄电池剩余容量SOC、蓄电池健康度SOH检测，被动地进行管理，当SOC高于定值时停止充电，当SOC低于定值时停止放电，充放电次数不受管控。蓄电池是关键部件，也属于薄弱环节之一，由于光伏、风机等可再生能源的特性及负荷波动性，且蓄电池无管理，蓄电池充放电较频繁，充放次数及深度较难保证，极易在较短时间内造成蓄电池的损坏。

柴油机等发电机在风、光、柴、储微电网中作为系统后备能源，依靠系统控制中心进行控制，当蓄电池SOC低于放电定值时，启动柴油机进行发电，当蓄电池SOC高于定值（或人为判断），进行切除柴油机的操作。由于柴油机属于机械部件，工作一段时间后，要进行保养，且机械磨损制约了其使用寿命，另外长期闲置也易造成发电机、柴油机的损坏。现有系统中柴油机工作无计划，造成柴油机工作时间过长，不利于节约化石能源，对柴油机的使用寿命也会产生影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，以解决现有系统对蓄电池及发电机无法协调控制易造成损坏的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，预设一个负荷曲线，系统内的蓄电池、发电机及负荷均按照该负荷曲线进行工作；该负荷曲线包括负荷峰值时域和非负荷峰值时域的交替循环，所述负荷峰值时域由大负荷的启动时刻及维持时长决定；在负荷峰值时域内，控制蓄电池放电和发电机工作；在非负荷峰值时域内，控制蓄电池充电及使发电机停止工作，同时等待并判断大负荷是否启动。

如果分布式发电源有发电，在负荷非峰值时域内控制发电机停机；如果分布式发电源无发电，则控制发电机在负荷峰值时域结束后仍工作，为蓄电池充电，待蓄电池剩余容量满足条件时，发电机才停止工作。

当负荷功率突变量大于定值ΔPcon，且在负荷峰值时域内，则启动蓄电池放电，同时启动发电机工作。

负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在负荷峰值时域，则蓄电池转入充电。

分布式发电电源功率大于无发电定值Pm，负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在负荷峰值时域内，则发电机停止工作或者分布式发电电源功率小于无发电定值Pm，负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在峰值时域内，并且蓄电池剩余容量大于定值时，发电机停止工作。

所述蓄电池上并联有一个超级电容。

本发明基于曲线控制的独立微电网协调控制方法预设一个负荷曲线，控制系统内的蓄电池、发电机均按照该负荷曲线进行工作，使其输出曲线和预设负荷曲线一致，负荷峰值时域控制蓄电池放电和发电机工作，非负荷峰值时域控制蓄电池充电和发电机停机，蓄电池充电循环次数与负荷曲线中峰值数一致，同时发电机每日按固定时间段供电。对系统整体进行管理，优化配置方案，根据负荷曲线、充电曲线达到蓄电池每日按预定次数进行充放电操作，兼顾放电深度，保证蓄电池可长时间正常工作；根据系统预设的负荷曲线在负荷较重时启动发电机，满足一定条件时切除发电机，使发电机日均工作时长不超过预设值，最终达到延长化石能源类发电机使用寿命的目的，增强系统的可靠性。

附图说明

图1为现有直流母线的独立微电网系统结构框图；

图2为本发明独立微电网系统的结构框图；

图3为一种曲线控制实施例的曲线原理图；

图4为独立微电网系统真实负荷曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图2所示为本发明独立微电网系统的结构框图，由图可知，该系统包括分布式可再生发电源、发电机、蓄电池及就地控制装置等关键部件，可再生发电源包括风机、光伏电池等分布式发电源，为系统的常规供电源，具有波动性强、能源密度低的特点，但在海岛等条件较艰苦的地域，分布式电源较传统的柴油发电机具有低补给、少维护的优点，其发出的电能应尽可能多的利用本系统中考虑一般性以可再生能源为独立微电网的主发电源。

蓄电池在独立微电网中为电储能设备，包括铅酸蓄电池、磷酸铁锂蓄电池、氢镍类蓄电池、镉类蓄电池及矾液流电池等，作用是平抑发电源波动，并在无发电时给负荷供电。

超级电容并接入蓄电池两侧，当太阳能发电或负荷波动时，超级电容进行平抑操作，不影响蓄电池的充放电策略。当有短暂遮蔽等现象发生时，光伏发电会产生波动，这是分布式能源的缺点，此时负荷仍维持在故障前状态，因此需要超级电容在蓄电池动作前，对这种波动现象进行抑制。

发电机包括柴油及其他化石能源发电机、水轮机、汽轮机等，为独立微电网的后备能源，当可再生发电源及蓄电池不足以提供负荷足够的能源时启动，为系统提供能源支撑。发电机主要用于在启动后给负荷提供能量支撑，其调节目标为日工作时间短、启动次数少。另外，当蓄电池剩余容量SOC过低时，也可以启动发电机对负荷进行供电，对蓄电池进行能量补充。

如图3所示为本发明基于曲线控制的独立微电网协调控制方法曲线控制实施例的曲线原理图，由图可知，预设一个负荷曲线，系统内的蓄电池、发电机及负荷均按照该负荷曲线进行工作；该负荷曲线包括负荷峰值时域和非负荷峰值时域的交替循环，负荷峰值时域由大负荷的启动时刻及维持时长决定；在负荷峰值时域内，控制蓄电池放电和发电机工作；在非负荷峰值时域内，控制蓄电池充电及使发电机停止工作，同时等待并判断大负荷是否启动。

本实施例就地控制装置根据预设的负荷峰值点、负荷工作时域，拟制多峰值的负荷曲线，按照负荷曲线控制蓄电池、发电机工作，使其输出曲线和预设曲线一致。负荷曲线可由就地控制装置中输入定值或输入曲线实现，如由大负荷启动时刻、维持时长参数来确定负荷的峰值分布，在时序图中对应出非峰值区域，最终得到负荷曲线。

如果分布式发电源有发电，在负荷非峰值时域内控制发电机停机；如果分布式发电源无发电，则控制发电机在负荷峰值时域结束后仍工作，为蓄电池充电，待蓄电池剩余容量满足条件时，发电机才停止工作。

蓄电池、发电机的曲线管理可由如下定值实现：大负荷启动时刻ti，1≤i≤n,n代表有N个负荷峰值时域；维持时长Δt,即负荷峰值时域长度；无发电功率定值Pm；大负荷定值Pn，表示负荷较大状态；功率突变量定值ΔPcon，该定值为大负荷启动判据；蓄电池剩余容量信息，包括蓄电池剩余容量低定值SOCL、蓄电池剩余容量满足无分布式发电负荷消耗值SOCM和蓄电池剩余容量高定值SOCH。

蓄电池及柴油机依据负荷曲线进行控制，其转换的判据条件如下：

蓄电池充电转放电判据：当负荷功率突变量大于定值ΔPcon，且在负荷峰值时域(ti～ti+Δti)内，则启动蓄电池放电。发电机启动前放电由负荷确定，发电机启动后按曲线控制方法执行。

发电机启动判据：当负荷功率突变量大于定值ΔPcon，且满足在负荷曲线的负荷峰值时域(ti～ti+Δti)内，则启动发电机工作。

蓄电池放电转充电判据：负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在负荷峰值时域(ti～ti+Δti)，则蓄电池转入充电。

分布式发电电源功率大于无发电定值Pm，负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在负荷峰值时域(ti～ti+Δti)内，则发电机停止工作；或者分布式发电电源功率小于无发电定值Pm，负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在峰值时域(ti～ti+Δti)内，并且蓄电池剩余容量SOC大于SOCM定值时，发电机停止工作。

正常情况下，蓄电池、发电机及超级电容，由就地控制装置按照策略进行协调工作，当负荷波动较大造成蓄电池不能按照预定曲线工作时，根据实时信息，对负荷和发电源进行管理，必要时投切负荷(按负荷等级由低到高)或调发电源的出力，优先保证蓄电池、发电机按照曲线进行工作。

如图3所示，系统按照负荷曲线进行控制，实线为蓄电池SOC曲线、虚线为负荷曲线、单点划线为柴油机启停时序。如实线所示，每日分布式发电源启动时刻定义为t0，则t0～t1时域为蓄电池充电时域，此时域仅接入较小负荷，发电量大于负荷需求；t1～t1+Δt1时域为蓄电池放电时域，此时域可以接入较大负荷（ΔP>ΔPcon时），此时域定义为负荷峰值区；t1+Δt1～t2时域为蓄电池充电时域，t2～t2+Δt2时域为蓄电池放电区域，以此类推，通过系统定值设置n个负荷峰值区域，对应的蓄电池n个充电循环。如图中虚线所示柴油机启动n次，柴油机日工作时间长度约为

还需要考虑柴油机补充蓄电池能量所需时间。

如图4所示即为按照本发明的协调控制方法的真实负荷曲线图，该系统配置有光伏发电源、蓄电池、柴油机及集成微电网曲线控制的智能控制系统。

结合分布式发电的曲线（如光伏发电的功率曲线，7点到14点为上升曲线,14点到18点为下降曲线）。

在控制系统中建立负荷曲线：将日负荷峰值拟定为3个，分别处在7点～14点，14点～19点，19点～7点（第二天）区间，其中峰值点约处于11:00、17:00、21:00。结合负荷曲线，自动生成蓄电池的充放电曲线和柴油机的启停曲线。

系统的调节目标为：蓄电池按曲线工作，发电机按曲线启停，执行的蓄电池充电曲线为：9点～11点充电，11点～14点放电，14点～17点充电，17点～19点放电，19点～21点充电，21点～9点（第二天）放电；柴油机启停策略为：柴油机启机由负荷突变量及蓄电池剩余容量（SOCL）决定，停机由实时功率值及蓄电池剩余容量（SOCH）决定。10点～14点、17点～21点为预启动区间。

系统的工作过程为：

9点～11点，系统由分布式发电提供能源，此区间负荷较少，蓄电池处于充电状态；

11点～14点，负荷逐渐增大，一天中最大的负荷在此区间出现，此时分布式发电量同样处于增的过程，若大负荷启动，则策略控制启动柴油机，蓄电池开始放电。

14点～17点，此区间内功率满足柴油机停机条件时，柴油机停止工作，蓄电池按照充电策略执行。

17点～19点，分布式发电电源的出力逐渐减小，蓄电池转入放电策略。此时若蓄电池剩余容量不足则启动柴油机，蓄电池维持放电。

19点～21点，分布式发电提供功率不足，此时若柴油机未启动，则启动柴油机，蓄电池转入充电，根据蓄电池容量（SOCH）关闭柴油机。

21点～9点（第二天），负荷较少，根据蓄电池容量（SOCH）关闭柴油机，关闭柴油机后蓄电池转入放电。

Claims (6)

1.一种基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，其特征在于：预设一个负荷曲线，系统内的蓄电池、发电机及负荷均按照该负荷曲线进行工作；该负荷曲线包括负荷峰值时域和非负荷峰值时域的交替循环，所述负荷峰值时域由大负荷的启动时刻及维持时长决定；在负荷峰值时域内，控制蓄电池放电和发电机工作；在非负荷峰值时域内，控制蓄电池充电及使发电机停止工作，同时等待并判断大负荷是否启动。

2.根据权利要求1所述的基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，其特征在于：如果分布式发电源有发电，在负荷非峰值时域内控制发电机停机；如果分布式发电源无发电，则控制发电机在负荷峰值时域结束后仍工作，为蓄电池充电，待蓄电池剩余容量满足条件时，发电机才停止工作。

3.根据权利要求1所述的基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，其特征在于：当负荷功率突变量大于定值ΔPcon，且在负荷峰值时域内，则启动蓄电池放电，同时启动发电机工作。

4.根据权利要求3所述的基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，其特征在于：负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在负荷峰值时域，则蓄电池转入充电。

5.根据权利要求2所述的基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，其特征在于：分布式发电电源功率大于无发电定值Pm，负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在负荷峰值时域内，则发电机停止工作或者分布式发电电源功率小于无发电定值Pm，负荷实时功率小于大负荷定值Pn，且不在峰值时域内，并且蓄电池剩余容量大于定值时，发电机停止工作。

6.根据权利要求1所述的基于曲线控制的独立微电网协调控制方法，其特征在于：所述蓄电池上并联有一个超级电容。

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