CN103683334A - 一种智能微网的能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能微网的能量管理方法，所述方法实时获取智能微网的上网功率P_dgrid、上网功率阈值P_dth和光伏电池的输出功率P_p；若P_p＝0，则切除智能微网中的所有光伏电池，修正储能装置的输出功率P_E；若P_p＞0，则依据储能装置的工作状态对光伏电池进行切除和投入操作。和现有技术相比，本发明提供的一种智能微网的能量管理方法，通过储能装置对联络线功率进行功率补偿，防止发生逆功率问题，并能够在环境突变、硬件环境不允许即时反应的情况下做到对智能微网的有效监控。

Description

一种智能微网的能量管理方法

技术领域

本发明涉及一种智能微网的能量管理方法，具体涉及一种包含光伏、锂电池、超级电容的智能微网的能量管理方法。

背景技术

智能微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从微观看，微网可以看做是小型的电力系统，它具备完整的发输配电功能，可以实现局部的功率平衡与能量优化，它与带有负荷的分布式发电系统的本质区别在于同时具有并网和独立运行能力。从宏观看，微网又可以认为是配电网中的一个“虚拟”的电源或负荷。

基于光伏、储能装置和不分级负荷的智能微网，其光伏发电单元的输出功率具有间歇性和随机性的特点，而负荷的变化也具有随机性，给智能微网的稳定运行造成负面影响。同时，储能装置尤其是大容量的电力储能装置往往需要频繁地吸收或释放较大功率，如作为常用储能装置的蓄电池在频繁的大功率充放电和深度放电过程中会出现温度升高、正负极板上的活性物质脱落等现象，导致蓄电池容量积累性亏损，并在短时间内快速下降，严重影响蓄电池的使用寿命，以及智能微网正常稳定的运行。因此需要对智能微网中分布式电源、储能装置和负荷进行能量管理，现有技术中主要采用场景模拟仿真的方式制定智能微网能量管理方法，然而并未解决由于现场硬件的通信时间，无法快速响应控制指令以及天气的多变和负荷快速变化带来的影响，从而导致与现场的实际情况相差很大，降低能量管理作用效果，因此，提供一种能够既能避免储能装置过度放电又能及时响应智能电网控制指令的管理方法显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需求，本发明提供了一种智能微网的能量管理方法，所述智能微网包括光伏电池和储能装置，所述方法实时获取智能微网的上网功率P_dgrid、上网功率阈值P_dth和光伏电池的输出功率P_p；若P_p＝0，则切除智能微网中的所有光伏电池，修正储能装置的输出功率P_E；若P_p＞0，则依据所述储能装置的工作状态对所述光伏电池进行切除和投入操作。

优选的，当所述光伏电池的输出功率P_p＝0时，修正所述输出功率P_E包括：获取所述储能装置的额定最大输出功率P_Emax，对所述上网功率P_dgrid与所述上网功率阈值P_dth进行比较；

若P_dgrid＜P_dth且P_E＜P_Emax，则增大所述储能装置的输出功率P_E的值；

若P_dgrid＜P_dth且P_E＞P_Emax，则将所述输出功率P_E的值调整至所述额定最大输出功率P_Emax；

若P_dgrid＞P_dth，则所述储能装置的输出功率P_E=P_dpower-(P_dgrid-P_dth)，其中所述P_dpower为储能装置的实时充放电功率；

优选的，当所述光伏电池的输出功率P_p＞0时，对所述光伏电池进行切除和投入操作包括：

步骤1：判断光伏总开关的工作状态，当所述光伏总开关断开时执行步骤2，当所述光伏总开关闭合时执行步骤3；

步骤2：若P_dgrid＜P_dth，则切除所有光伏电池；若P_dgrid＞P_dth，则调整储能装置的实时充放电功率P_dpower直至P_dgrid＜P_dth后切除所有光伏电池；

步骤3：依据所述储能装置的工作状态对所述光伏电池进行切除和投入操作，包括：

步骤3-1：获取未投入智能微网的光伏电池的个数M_p和额定功率P_N，计算满足所述上网功率阈值P_dth的储能装置的充放电功率P'_dpower=P_dpower-(P_dgrid-P_dth+P_N×M_p)；

步骤3-2：获取所述储能装置的充放电功率实际值与所述充放电功率P'_dpower的差值功率P_error；

若所述P_error＞P_N×M_p，则切除所述光伏电池的数目为

若所述0＜P_error≤P_N×M_p，则投入所述光伏电池的数目为

若所述P_error≤0，则投入所述光伏电池的数目为M_p；

优选的，所述储能装置包括锂电池和超级电容系统；所述储能装置实时检测联络线功率P_line，并对所述联络线功率进行功率补偿，包括：

步骤4-1：若所述P_line＜0，则调整所述超级电容的充电功率为P_line；

步骤4-2：获取超级电容电压U_sc、超级电容电压上限值U_scu和超级电容电压下限值U_scl；若U_sc≤U_scl，则超级电容系统进行数值为P₁的恒功率充电操作，所述锂电池的充电功率增加P₁；

若U_sc≥U_scu，则所述锂电池的充电功率减少P₂，超级电容系统进行数值为P₂的恒功率放电操作；

若U_scl＜U_sc＜U_scu，则调整所述超级电容的功率为0；

优选的，当U_scl＜U_sc＜U_scu时对所述超级电容进行功率调整包括：

若所述超级电容为充电状态，则减少锂电池的充电功率后调整所述超级电容的功率为0；

若所述超级电容为放电状态，则调整所述超级电容的功率为0后减少锂电池的放电功率。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用结合超级电容系统和锂电池的方式对联络线功率进行功率补偿，防止发生逆功率问题；

2、本发明技术方案中，针对储能装置设定额定最大输出功率，能够保护储能装置放电过限，及避免上网功率高于上网功率阈值；

3、本发明技术方案中，针对光伏电池的输出功率P_p的输出情况，分别采用两种工作方式调整光伏电池和储能装置的工作状态，便于智能微网的实时控制和维护；

4、本发明技术方案中，超级电容系统的逆变器直接监测联络线功率采集设备从其功率补偿的响应时间远小于上位机系统下发功率补偿的响应时间，增强了智能微网的稳定性和安全性；

5、本发明提供的一种智能微网的能量管理方法，不需要考虑硬件通讯时间和现场环境因素，从而根本上排除了硬件通讯时间对数据采集以及功率调整指令下发的影响，在采集到的智能微网数据已经不是当前状态数据以及光伏电池、储能装置得到的功率调整指令已经不是当前状态的最优指令的情况下仍然能够对智能微网进行有效的控制，并能够在环境突变、硬件环境不允许即时反应的情况下做到对智能微网的有效监控，在保持经济性的同时又最大限度地延长了储能装置的使用寿命。

6、本发明提供的一种智能微网的能量管理方法，相较于现有技术中上位机系统下发功率调整指令需不小于几百微秒的响应时间，能够实现半个周波内的快速响应。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种智能微网的能量管理方法流程图；

图2是：本发明实施例中储能装置的调整方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种包含光伏电池、超级电容系统和锂电池的智能微网的能量管理方法，光伏电池的输出功率具有间歇性和随机性的特点，因而负荷的变化也具有随机性，给智能微网的稳定运行造成负面影响。如果一次性投入所有满足上网阈值的光伏电池，在光照强度突变的情况下就会产生逆功率，使得逆功率保护开关断开；如若逆功率保护开关频繁断开，便会降低其使用寿命；因此本发明采用固定值逐点投入光伏功率的方法，即依据实际光照强度将光伏电池逐个接入智能微网，避免了光照强度的突然增加使上网功率P_dgrid超过上网功率阈值P_dth从而导致逆功率保护开关突然断开，延长了元件的使用寿命，增加了智能微网的稳定性。

如图1示出了本发明实施例中一种智能微网的能量管理方法流程图，具体步骤为：

实时获取智能微网的上网功率P_dgrid、上网功率阈值P_dth和光伏电池的输出功率P_p；若P_p＝0，则切除智能微网中的所有光伏电池，修正储能装置的输出功率P_E；若P_p＞0，则依据储能装置的工作状态对光伏电池进行切除和投入操作。

①：当光伏电池的输出功率P_p＝0时，获取储能装置的额定最大输出功率P_Emax，对上网功率P_dgrid与上网功率阈值P_dth进行比较；

若P_dgrid＜P_dth且P_E＜P_Emax，则增大储能装置的输出功率P_E的值；

若P_dgrid＜P_dth且P_E＞P_Emax，则将输出功率P_E的值调整至额定最大输出功率P_Emax；

若P_dgrid＞P_dth，则所述储能装置的输出功率P_E=P_dpower-(P_dgrid-P_dth)，其中P_dpower为储能装置的实时充放电功率。

②：当光伏电池的输出功率P_p＞0时，对光伏电池进行切除和投入操作包括：

步骤1：判断光伏总开关的工作状态，当光伏总开关断开时执行步骤2，当光伏总开关闭合时执行步骤3；

步骤2：若P_dgrid＜P_dth，则切除所有光伏电池；若P_dgrid＞P_dth，则调整储能装置的实时充放电功率P_dpower直至P_dgrid＜P_dth后切除所有光伏电池；

步骤3：依据储能装置的工作状态对光伏电池进行切除和投入操作，包括：

步骤3-1：获取未投入智能微网的光伏电池的个数M_p和每个光伏电池的额定功率P_N，计算满足上网功率阈值P_dth的储能装置的充放电功率P'_dpower=P_dpower-(P_dgrid-P_dth+P_N×M_p)；

步骤3-2：获取储能装置的充放电功率实际值与充放电功率P'_dpower的差值功率P_error；

若P_error＞P_N×M_p，则切除

个光伏电池；

若0＜P_error≤P_N×M_p，则投入

个光伏电池；

若P_error≤0，则投入M_p个光伏电池。

如图2示出了本发明实施例中储能装置的调整方法流程图，其具体步骤为：

①：储能装置实时检测联络线功率P_line，并对联络线功率进行功率补偿；若联络线功率P_line＜0，则将超级电容的充电功率调整为P_line的值；联络线功率P_line＜0为向电网送电，联络线功率P_line≥0为向电网购电；

②：获取超级电容电压U_sc、超级电容电压上限值U_scu和超级电容电压下限值U_scl；

若U_sc≤U_scl，则超级电容系统进行数值为P₁的恒功率充电操作，锂电池的充电功率增加P₁；若U_sc≥U_scu，则锂电池的充电功率减少P₂，超级电容系统进行数值为P₂的恒功率放电操作；当U_scl＜U_sc＜U_scu时，若超级电容为充电状态，则减少锂电池功率后调整超级电容的功率为0；若超级电容为放电状态，则调整超级电容的功率为0后减少锂电池功率。

所述P₁和P₂，依据实际工况要求和锂电池的SOC状态设定，且P₁和P₂的值均不超过超级电容系统的额定功率；

超级电容系统根据联络线功率实时调整超级电容充放电功率，超级电容系统、锂电池和光伏电池协调工作，减少逆功率发生的可能。超级电容系统的逆变器直接监测联络线功率采集设备从其功率补偿的响应时间远小于上位机系统下发功率补偿的响应时间，增强了智能微网的稳定性和安全性。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种智能微网的能量管理方法，所述智能微网包括光伏电池和储能装置，其特征在于，所述方法实时获取智能微网的上网功率P_dgrid、上网功率阈值P_dth和光伏电池的输出功率P_p；若P_p＝0，则切除智能微网中的所有光伏电池，修正储能装置的输出功率P_E；若P_p＞0，则依据所述储能装置的工作状态对所述光伏电池进行切除和投入操作。

2.如权利要求1所述的一种智能微网的能量管理方法，其特征在于，当所述光伏电池的输出功率P_p＝0时，修正所述输出功率P_E包括：获取所述储能装置的额定最大输出功率P_Emax，对所述上网功率P_dgrid与所述上网功率阈值P_dth进行比较；

若P_dgrid＜P_dth且P_E＜P_Emax，则增大所述储能装置的输出功率P_E的值；

若P_dgrid＜P_dth且P_E＞P_Emax，则将所述输出功率P_E的值调整至所述额定最大输出功率P_Emax；

若P_dgrid＞P_dth，则所述储能装置的输出功率P_E=P_dpower-(P_dgrid-P_dth)，其中所述P_dpower为储能装置的实时充放电功率。

3.如权利要求1所述的一种智能微网的能量管理方法，其特征在于，当所述光伏电池的输出功率P_p＞0时，对所述光伏电池进行切除和投入操作包括：

步骤1：判断光伏总开关的工作状态，当所述光伏总开关断开时执行步骤2，当所述光伏总开关闭合时执行步骤3；

步骤2：若P_dgrid＜P_dth，则切除所有光伏电池；若P_dgrid＞P_dth，则调整储能装置的实时充放电功率P_dpower直至P_dgrid＜P_dth后切除所有光伏电池；

步骤3：依据所述储能装置的工作状态对所述光伏电池进行切除和投入操作，包括：

步骤3-1：获取未投入智能微网的光伏电池的个数M_p和额定功率P_N，计算满足所述上网功率阈值P_dth的储能装置的充放电功率P'_dpower=P_dpower-(P_dgrid-P_dth+P_N×M_p)；

步骤3-2：获取所述储能装置的充放电功率实际值与所述充放电功率P'_dpower的差值功率P_error；

若所述P_error＞P_N×M_p，则切除所述光伏电池的数目为

若所述0＜P_error≤P_N×M_p，则投入所述光伏电池的数目为

若所述P_error≤0，则投入所述光伏电池的数目为M_p。

4.如权利要求1所述的一种智能微网的能量管理方法，其特征在于，所述储能装置包括锂电池和超级电容系统；所述储能装置实时检测联络线功率P_line，并对所述联络线功率进行功率补偿，包括：

步骤4-1：若所述P_line＜0，则调整所述超级电容的充电功率为P_line；

步骤4-2：获取超级电容电压U_sc、超级电容电压上限值U_scu和超级电容电压下限值U_scl；若U_sc≤U_scl，则超级电容系统进行数值为P₁的恒功率充电操作，所述锂电池的充电功率增加P₁；

若U_sc≥U_scu，则所述锂电池的充电功率减少P₂，超级电容系统进行数值为P₂的恒功率放电操作；

若U_scl＜U_sc＜U_scu，则调整所述超级电容的功率为0。

5.如权利要求4所述的一种智能微网的能量管理方法，其特征在于，当U_scl＜U_sc＜U_scu时对所述超级电容进行功率调整包括：

若所述超级电容为充电状态，则减少锂电池的充电功率后调整所述超级电容的功率为0；

若所述超级电容为放电状态，则调整所述超级电容的功率为0后减少锂电池的放电功率。

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