CN104218611A - 分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，数个用户端通过分布式网络与一个电能监控器连接，每一个用户端包括光伏发电设备和储能设备，该控制方法包括：电能监控器与每一个用户端建立通信连接，构成分布式通信系统，设定统一的系统时间；根据系统时间选择白天模式或者是夜间模式；在白天模式中，依据光伏发电设备的开关机状态和储能设备的储能状态由储能设备对光伏发电设备的发电功率进行补偿；在夜间模式中，依据储能设备的储能状态和电价时段对储能设备进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网设备，更具体地说，涉及一种分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法。
背景技术
随着智能电网的快速发展，用户端大量接入了分布式光伏发电设备等可再生能源并网发电设备，但是，由于光伏能源是一种间歇性能源，并网运行时不可避免的存在发电功率随着光照强弱波动的缺点。因此，控制用户端并入电网的功率平滑、稳定，减小间歇性光伏能源对电网的扰动，是目前智能电网用户端面临的新问题。
申请号为200910243411.2，题为“一种平滑风电输出功率的储能装置监控系统”的中国专利申请揭示了一种平滑风电系统输出功率的储能装置的监控系统，具体涉及一种平滑风力发电输出功率的电池电力储能装置的监控系统。储能装置与风电系统输出线路并联在一个交流母线上，监控系统包括主服务器和子服务器，主服务器包括连接在维护信息总线上的监控主机、操作机、维持机、站长机和培训机，子服务器包括通过区域现场总线连接的换流器监控机、风机监测机、电网监测机和辅助设备监控机。本发明通过监控系统协调储能装置调整风力发电输出功率，有效减小风电并网时对电网的冲击和影响，提高风电输出功率与预测的一致性，保障电源电力供应的可信度，同时提高电力系统接纳风电的能力。
200910243411.2专利申请针对风电，风电与光伏设备比较，存在如下的区别：风电是24小时连续工作的设备，虽然也是间歇性的，但是白天和夜间并没有很大的区别。而光伏设备使用的是太阳能，只能在白天工作，夜间是无法进行工作的。于是光伏设备可处于白天发电与夜间关机两种状态，因此要求与光伏设备协调工作的储能设备也存在白天、夜间两种工作模式。对于此种需求，现有技术并不能够满足。
发明内容
本发明旨在提出一种针对光伏设备特点的发电与储能设备的协调工作方法。
根据本发明的一实施例，提出一种分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，数个用户端通过分布式网络与一个电能监控器连接，每一个用户端包括光伏发电设备和储能设备，该控制方法包括：
电能监控器与每一个用户端建立通信连接，构成分布式通信系统，设定统一的系统时间；
根据系统时间选择白天模式或者是夜间模式。
在白天模式中，包括如下的步骤：
D1. 采集来自一个用户端的光伏发电设备和储能设备的数据；
D2. 判断该用户端内的储能设备是否处于故障状态，如果处于故障状态，则退出当前模式，转入D7；如果储能设备处于正常状态，则进入D3；
D3. 判断该用户端内的光伏发电设备是否开机，如果光伏发电设备处于关机状态，则退出当前模式，转入D6；如果光伏发电设备处于开机状态，则进入D4；
D4. 判断所述光伏发电设备是否有故障报警，如果有故障报警，则储能设备进入待机状态，并进入D7；如果光伏发电设备正常运行，则进入D5；
D5. 判断所述储能设备剩余电量是否低于限值，如果剩余电量不低于限值，则发出储能设备放电命令，并根据光伏发电设备的发电功率，实时调整补偿的功率大小，之后进入D7；如果剩余电量低于限值，则发出储能设备切换进入充电模式命令，并进入D7；
D6. 判断所述储能设备剩余电量是否低于限值，如果剩余电量不低于限值，则使得储能设备处于待机状态并能接收手动放电命令，储能设备进入回馈电网发电状态，之后进入D7；如果剩余电量低于限值，则发出储能设备切换进入充电状态命令，并进入D7；
D7. 返回。
在夜间模式中，包括如下的步骤：
N1. 根据系统时间判断是否处于波谷电价时段，如果是波谷电价时段则进入N2，如果不是波谷电价时段则进入N3；
N2. 在波谷电价时段，判断所述储能设备的剩余电量是否低于限值，如果不低于限值则进入N4；如果低于限值则执行充电命令，并进入N4；
N3. 在非波谷电价时段，判断所述储能设备的剩余电量是否低于限值，如果不低于限值则使得储能设备处于待机状态并能接收手动放电命令；如果低于限值则进入N4；
N4. 返回。
在一个实施例中，数个用户端与所述电能监控器通过CAN总线连接，构成分布式网络。
在一个实施例中，数个用户端与电能监控器以多主方式工作，每一个用户端与电能监控器都采用系统时间。
在一个实施例中，每一个用户端与电能监控器具有唯一的消息标示符ID，每一个用户端和电能监控器发送的数据包含自身的消息标示符ID。
在一个实施例中，每一个用户端与电能监控器以统一的波特率工作。
在一个实施例中，每一个用户端与电能监控器根据系统时间，定时在分布式网络上广播并侦听数据。
本发明的分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法针对分布式光伏间歇性的缺点，实时控制储能设备进行补偿功率，用户端在白天模式下，通过光伏发电设备与储能设备的协调工作，很好的实现了每个用户端单元并入电网功率的平滑、稳定。并且，在夜间光伏发电设备处于不发电状态时，用户端进入储能设备单独工作的夜间模式，通过时间判断所处的电网电价时段，合理配置充电时间；也可以接收现场手动的放电控制命令，储能设备进入回馈电网发电状态，从而实现了电能的更灵活、有效配置。储能设备的工作模式是白天放电实时补偿光伏发电功率。夜间剩余电量不足时，根据实时时间判断电网的高峰、低谷电价，选择低谷电价时段自动控制储能设备进入充电状态；如果夜间有充足剩余电量也可接收现场手动命令，储能设备进入回馈电网发电状态，提高储能设备利用的经济性。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法的执行过程。
图2揭示了根据本发明的一实施例的由用户端与电能监控器构成的分布式网络的结构图。
图3揭示了本发明的一实施例的分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法使用的电能监控器的结构图。
具体实施方式
本发明提出一种分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，该方法的适用环境如下：数个用户端通过分布式网络与一个电能监控器连接，每一个用户端包括光伏发电设备和储能设备。在一个实施案例中，数个用户端与电能监控器通过CAN总线连接，构成分布式网络。数个用户端与电能监控器以多主方式工作，每一个用户端与电能监控器都采用相同的系统时间。每一个用户端与电能监控器具有唯一的消息标示符ID，每一个用户端和电能监控器发送的数据包含自身的消息标示符ID。每一个用户端与电能监控器以统一的波特率工作。每一个用户端与电能监控器根据系统时间，定时在分布式网络上广播并侦听数据。其中的电能监控器采集每个用户端内的光伏发电设备和储能设备的完整数据，包括运行状态、实时功率、剩余电量和故障报警等信息，然后发出相应的控制指令，从而实现用户端内光伏发电设备与储能设备的协调工作。图2揭示了根据本发明的一实施例的由用户端与电能监控器构成的分布式网络的结构图。在图2中示出了电能监控器100和用户端200，每一个用户端200包括光伏发电设备202和储能设备204。用户端200的总数小于110个，用户端200与电能监控器100通过CAN总线连接构成分布式网络。
参考图1所示，本发明的分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法的执行过程如下：
电能监控器与每一个用户端建立通信连接，构成分布式通信系统，设定统一的系统时间；
根据系统时间选择白天模式或者是夜间模式；
在白天模式中，包括如下的步骤：
D1. 采集来自一个用户端的光伏发电设备和储能设备的数据；
D2. 判断该用户端内的储能设备是否处于故障状态，如果处于故障状态，则退出当前模式，转入D7；如果储能设备处于正常状态，则进入D3；
D3. 判断该用户端内的光伏发电设备是否开机，如果光伏发电设备处于关机状态，则退出当前模式，转入D6；如果光伏发电设备处于开机状态，则进入D4；
D4. 判断光伏发电设备是否有故障报警，如果有故障报警，则储能设备进入待机状态，并进入D7；如果光伏发电设备正常运行，则进入D5；
D5. 判断储能设备剩余电量是否低于限值，如果剩余电量不低于限值，则发出储能设备放电命令，并根据光伏发电设备的发电功率，实时调整补偿的功率大小，之后进入D7；如果剩余电量低于限值，则发出储能设备切换进入充电模式命令，并进入D7；
D6. 判断储能设备剩余电量是否低于限值，如果剩余电量不低于限值，则使得储能设备处于待机状态并能接收手动放电命令，储能设备进入回馈电网发电状态，之后进入D7；如果剩余电量低于限值，则发出储能设备切换进入充电状态命令，并进入D7；
D7. 返回；
在夜间模式中，包括如下的步骤：
N1. 根据系统时间判断是否处于波谷电价时段，如果是波谷电价时段则进入N2，如果不是波谷电价时段则进入N3；
N2. 在波谷电价时段，判断储能设备的剩余电量是否低于限值，如果不低于限值则进入N4；如果低于限值则执行充电命令，并进入N4；
N3. 在非波谷电价时段，判断储能设备的剩余电量是否低于限值，如果不低于限值则使得储能设备处于待机状态并能接收手动放电命令；如果低于限值则进入N4；
N4. 返回。
参考图3所示，图3揭示了本发明的一实施例的分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法使用的电能监控器的结构图。该电能监控器100具有双处理器结构，该电能监控器100具体包括：
第一处理器102，第一处理器102包括数据存储接口、网络接口的输入输出接口。在图1所示的实施例中，数据存储接口包括USB接口USB和SD卡接口SD。网络接口兼容以太网接口和无线局域网接口，在图1中，网络接口以以太网接口Ethernet为例进行示例。输入输出接口包括触摸输入接口In和视频输出接口LVDS。第一处理器102采用ARM芯片实现，第一处理器102实现如下的功能：在嵌入式操作系统环境下，提供图形界面应用软件，实现对用户端的智能配电设备、负荷设备、分布式可再生能源发电设备、储能单元设备等四类设备的可视化管理、信息查询与现场控制功能。在图1所示的实施例中，在第一处理器102上还具备用于与第二处理器108通信的串行外设接口SPI和连接到电源的电源接口RTC。
网络控制器104，网络控制器104连接到第一处理器102的网络接口。在图1所示的实施例中，网络控制器104是以太网控制器，连接到第一处理器102的网络接口Ethernet。
输入输出设备106，输入输出设备106连接到第一处理器的输入输出接口。在图1所示的实施例中，输入输出设备包括连接到触摸输入接口In的触摸屏和连接到视频输出接口LVDS的显示器。第一处理器102具备RGB数据信号输出能力，因此显示器可以使用10.2寸液晶屏，由LVDS驱动芯片160驱动。触摸屏是四线电阻屏。
第二处理器108，第二处理器108通过SPI（串行外设接口）总线连接到第一处理器102。第二处理器108具有串口通信接口SI、隔离IO接口IO、一组AD输入接口ADIN、一组RS485接口485和一组CAN接口CAN。在图1所示的实施例中，第二处理器108由DSP芯片实现。其中的隔离IO接口IO用于实现对现场设备的控制。
串口收发器180，串口收发器180连接到第二处理器108的串口通信接口SI。
一组AD信号处理器182，AD信号处理器182连接到第二处理器102的AD输入接口ADIN。AD信号处理器182通过电流互感器测量负荷实时功率。
一组RS485收发器184，RS485收发器184连接到第二处理器102的RS485接口485。RS485收发器184通过光耦隔离器188接收RS485总线信号。RS485总线用于储能系统，配电系统以及可再生能源设备与该电能监控器之间的运行状态、电能信息数据的现场信息查询与管理。
一组CAN收发器186，CAN收发器186连接到第二处理器102的CAN接口CAN。CAN收发器186通过光耦隔离器188接收CAN总线信号。CAN总线用于储能系统，配电系统以及可再生能源设备与该电能监控器之间的运行状态、电能信息数据的现场信息查询与管理。
在一个实施例中，第二处理器还连接到GPRS通信模块。GPRS模块用于向用户发送各种电能信息。
该电能监控器采用双处理器主从模式。其中，第一处理器（ARM）在嵌入式环境下，拓展显示驱动、电源管理、音频输出、10/100网络适配器等基本外围功能，并与第二处理器（DSP）结合，为负荷子系统，储能单元，可再生能源子系统和配电子系统的接入，提供RS485总线、CAN总线、以太网、无线局域网以及GPRS等连接功能，同时还附有A/D转换端口和数字I/O端口。显示模块利用驱动芯片驱动10.2寸液晶屏，协调来自处理器的视频信号。触摸输入接口通过四线电阻屏实现触摸式操作。对液晶显示的控制包括了触摸屏复位和背光控制等。人机基本功能模块包括了主从的USB接口，SD卡接口。可以让用户接入大容量储存设备或鼠标设备。
第一处理器（ARM）的主要作用是负责人机操作界面，显示模块驱动10.2寸液晶屏；触摸输入接口通过四线电阻屏实现触摸式操作；第一处理器（ARM）与第二处理器（DSP）之间通过SPI总线进行通信，将第二处理器（DSP）传递过来的光伏并网、储能设备实时运行参数、状态进行汇总统计，对历史故障、事件进行记录；通过液晶屏进行本地显示，供用户查询；并通过Ethernet将统计数据、记录历史故障、事件发送至远程上位机保存。
第二处理器（DSP）的主要作用是负责与底层设备的通信。采用CAN2.0总线协议与光伏并网逆变器、储能充放电控制权进行通信，采集实时数据、状态、发送控制命令，从而实现光伏发电与储能设备的协调工作；将光伏与储能设备故障信息通过GPRS短信方式发送到设定手机；并与第一处理器（ARM）处理器之间通过SPI总线进行通信，将实时数据传递到ARM进行处理、统计、存储。
本发明的分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法针对分布式光伏间歇性的缺点，实时控制储能设备进行补偿功率，用户端在白天模式下，通过光伏发电设备与储能设备的协调工作，很好的实现了每个用户端单元并入电网功率的平滑、稳定。并且，在夜间光伏发电设备处于不发电状态时，用户端进入储能设备单独工作的夜间模式，通过时间判断所处的电网电价时段，合理配置充电时间；也可以接收现场手动的放电控制命令，储能设备进入回馈电网发电状态，从而实现了电能的更灵活、有效配置。储能设备的工作模式是白天放电实时补偿光伏发电功率。夜间剩余电量不足时，根据实时时间判断电网的高峰、低谷电价，选择低谷电价时段自动控制储能设备进入充电状态；如果夜间有充足剩余电量也可接收现场手动命令，储能设备进入回馈电网发电状态，提高储能设备利用的经济性。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (6)
1.一种分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，其特征在于，数个用户端通过分布式网络与一个电能监控器连接，每一个用户端包括光伏发电设备和储能设备，该控制方法包括：
电能监控器与每一个用户端建立通信连接，构成分布式通信系统，设定统一的系统时间；
根据系统时间选择白天模式或者是夜间模式；
在白天模式中，包括如下的步骤：
D1. 采集来自一个用户端的光伏发电设备和储能设备的数据；
D2. 判断该用户端内的储能设备是否处于故障状态，如果处于故障状态，则退出当前模式，转入D7；如果储能设备处于正常状态，则进入D3；
D3. 判断该用户端内的光伏发电设备是否开机，如果光伏发电设备处于关机状态，则退出当前模式，转入D6；如果光伏发电设备处于开机状态，则进入D4；
D4. 判断所述光伏发电设备是否有故障报警，如果有故障报警，则储能设备进入待机状态，并进入D7；如果光伏发电设备正常运行，则进入D5；
D5. 判断所述储能设备剩余电量是否低于限值，如果剩余电量不低于限值，则发出储能设备放电命令，并根据光伏发电设备的发电功率，实时调整补偿的功率大小，之后进入D7；如果剩余电量低于限值，则发出储能设备切换进入充电模式命令，并进入D7；
D6. 判断所述储能设备剩余电量是否低于限值，如果剩余电量不低于限值，则使得储能设备处于待机状态并能接收手动放电命令，储能设备进入回馈电网发电状态，之后进入D7；如果剩余电量低于限值，则发出储能设备切换进入充电状态命令，并进入D7；
D7. 返回；
在夜间模式中，包括如下的步骤：
N1. 根据系统时间判断是否处于波谷电价时段，如果是波谷电价时段则进入N2，如果不是波谷电价时段则进入N3；
N2. 在波谷电价时段，判断所述储能设备的剩余电量是否低于限值，如果不低于限值则进入N4；如果低于限值则执行充电命令，并进入N4；
N3. 在非波谷电价时段，判断所述储能设备的剩余电量是否低于限值，如果不低于限值则使得储能设备处于待机状态并能接收手动放电命令；如果低于限值则进入N4；
N4. 返回。
2.如权利要求1所述分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，其特征在于，所述数个用户端与所述电能监控器通过CAN总线连接，构成分布式网络。
3.如权利要求1所述分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，其特征在于，数个用户端与电能监控器以多主方式工作，每一个用户端与电能监控器都采用所述系统时间。
4.如权利要求1所述分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，其特征在于，每一个用户端与电能监控器具有唯一的消息标示符ID，每一个用户端和电能监控器发送的数据包含自身的消息标示符ID。
5.如权利要求1所述分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，其特征在于，每一个用户端与电能监控器以统一的波特率工作。
6.如权利要求1所述分布式光伏并网发电与储能设备的控制方法，其特征在于，每一个用户端与电能监控器根据所述系统时间，定时在分布式网络上广播并侦听数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20151109 Address after: 316199, room 125, No. 222-223, general Avenue, Donggang street, Putuo District, Zhejiang, Zhoushan Applicant after: ZHOUSHAN JIBANG ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: Changshou City Lianfeng road Suzhou City, Jiangsu province 215500 No. 58 Applicant before: SUZHOU TONGYU NEW ENERGY SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141217 |