CN105552944B - 一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法，属于可再生能源能量控制装置应用设计及其在可再生能源电力网络中的并网技术应用领域，本发明包括可再生能源交流发电系统、交流负载、能量路由器、双向AC/DC变流器和混合储能系统，其整体能与可再生能源发电快速、精确地进行功率的吞吐和能量交换，实现对可再生能源发电短时间功率快速波动的平抑和长时间能量的补充与存储；并同时满足高功率密度、大能量密度、长循环使用寿命和低价格水平的要求；该能量路由器能够根据需求实现不同储能元件充放电独立精确的控制和调节，从而在实现实时平抑分布式能源发电系统功率波动的过程中充分发挥各储能元件的性能优势。
Description
技术领域
本发明属于可再生能源能量控制装置应用设计及其在可再生能源电力网络中的并网技术应用领域，具体涉及一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法。
背景技术
随着先进科学技术的进步和全世界经济发展水平的提高，世界各国对于能源的需求也越来越多，传统的化石能源正趋于枯竭；因此，新能源的整合与开发越来越受到人们的关注和追捧，尤其是风能和太阳以其得天独厚的优势，得到更为广泛的开发和利用。然而，这二者能量来源完全受自然界影响且不可控，有很大的随机性和间歇性；伴随着分布式发电系统所发电能在电力系统中所占比例的增加，其功率输出的波动给电网安全运行带来了日趋严重的影响。
为了解决这一矛盾，储能技术就逐渐成为了关注的焦点；由于风能的波动尤为突出，电能的存储方法和方式与风力发电系统相结合的研究工作已迫在眉睫。储能的思路是在风力富裕、负荷较轻时将一部分能量存入储能设备，在风力波动或不足时输出存储的能量，保证功率的稳定，这样起到电力调峰平滑输出的作用；
电能的存储问题，它涉及多个学科、多个领域；在电力行业，储能一直以来是一项非常重要的技术，也是一个特别重要的环节，特别是当分布式电源并网技术、微电网技术、智能电网技术等开始实施后，储能技术的重要性更加显现；除了在电力行业具有重要作用外，储能技术也是通信、交通运输、航天等多行业的重要支撑技术，因此储能技术的发展关系到很多行业的进步。经过较长时间的发展，储能技术也获得了较大程度的发展；另外，储能的形式也是各式各样，大致可以分成物理储能，包括抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能等；电化学储能，包括铅酸、锂离子、液流、镍镉(Ni-Cd)、钠硫(Na-S)电池等；电磁储能即超导线圈储能和超级电容储能等等。世界上许多国家，都对储能技术投入了很大的研究力量，也获得了可观的成果；较之国外先进技术，还存在不小的差距；因此，储能技术的应用研究具有巨大的研究意义和实用价值。
然而，常见的抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、铅酸、锂离子、液流、镍镉(Ni-Cd)、钠硫(Na-S)电池、超导线圈储能和超级电容储能等单一的储能元件很难满足或者跟本就不能同时满足高频大功率波动、高能量密度、长循环寿命和低成本的要求，每种储能都有自己的优缺点，从整体来看，具有高能量密度的元件，一般功率密度小，循环使用寿命短如铅酸化学电池；高功率密度的元件，循环寿命长，能量密度却不高，如超级电容器；同时具有高能量密度和高功率密度的元件，成本造价却又十分昂贵，如锂离子电池；这就限制了单一储能元件在电力系统中的快速发展和广泛应用；超级电容器是最近几年来的新型的一种电力储能元件，以它相对较长的使用寿命、宽广的工作温度范围、较快的充放电速度和较大的功率密度等优点，恰好与蓄电池缺点相互有效的弥补，因此，使其具有了巨大的发展空间；
针对典型储能元件不同的工作特点，如化学超级电容器和电池，不断有专家提出了采用超级电容器和化学电池组成混合系统来储能电能；这使得混合储能系统兼具超级电容器高功率密度、长循环使用寿命和化学电池高能量密度的特点，满足尖峰功率的快速吞吐和大容量电能交换需求；采用混合储能系统在能够有效节约体积和重量的前提下，还可以大大改善储能系统的整体性能，又能减少初期的建设投资和维护费用，使其在当今世界人民生产和生活的各个方面拥有着广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法，使其整体可以与可再生能源发电快速、精确的进行功率的吞吐和能量交换，实现对可再生能源发电短时间功率快速波动的平抑和长时间能量的补充与存储；本发明这种包含储能和能量路由器的网络系统同时满足高功率密度、大能量密度、长循环使用寿命和低价格水平的要求，即实时满足平抑分布式新能源发电系统输出功率波动需求的特性；该能量路由器能够根据需求实现不同储能元件充放电独立精确的控制和调节，从而在实现实时平抑分布式能源发电系统功率波动的过程中充分发挥各储能元件的性能优势。
一种包含储能和能量路由器的网络系统，包括可再生能源交流发电系统、交流负载，该系统还包括、能量路由器、第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器、第三双向AC/DC变流器、第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统，其中，所述的能量路由器包括功率采集模块、计算模块、比较决策模块、荷电状态检测模块和选择接入动作执行装置；
功率采集模块：用于采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
计算模块：用于获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
荷电状态检测模块：用于检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即所存储的能量值，并发送至比较决策模块中；
比较决策模块：用于将三个功率差值进行升序排序，将三个存储能量值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的存储能量值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
选择接入动作执行装置：用于将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器和第三双向AC/DC变流器：用于将第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统接入可再生能源交流发电系统中，完成能量双向流动；
第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统：用于对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑的能量存储装置。
所述的选择接入动作执行装置，由三个步进继电器组成。
所述的第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统，包括Na-S化学电池组、超级电容器组、两个双向DC/DC功率变换器；其中，Na-S化学电池组的输出端连接一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，超级电容器组的输入端连接另一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，两个双向DC/DC功率变换器的高压测并联作为混合储能系统的输出端。
采用包含储能和能量路由器的网络系统进行的能量调节方法，包括以下步骤：
步骤1、采用功率采集模块采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
步骤2、采用计算模块获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
步骤3、采用荷电状态检测模块检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即能量存储值，并将三个能量存储值发送至比较决策模块中；
步骤4、采用比较决策模块将三个功率差值进行升序排序，将三个能量存储值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的能量存储值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
步骤5、采用选择接入动作执行装置将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
步骤6、第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统分别通过第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器和第三双向AC/DC变流器实现能量存储和释放，完成对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑。
本发明优点：
1)在混合储能系统中两个双向DC/DC功率变换器的控制下，该并联式混合直流储能系统能够实现在Na-S化学电池和超级电容解耦控制的条件下，与可再生能源发电系统快速、精确的进行功率的吞吐和能量交换，从而实时平抑可再生能源发电系统功率的不断波动，实现系统功率平稳的持续输出，可以显著提高可再生能源发电系统的安全并网和可靠运行；
2)该并联式混合直流储能系统同时具有高功率密度、高能量密度和长循环使用寿命的特性；与传统的单一储能方式相比，该储能系统可以大大降低初期的建设投资和后期的运行维护成本，因此具有广阔的发展潜力和应用前景；
3)根据可再生能源发电系统输出功率的随机波动特性和超级电容器组、Na-S化学电池组的储能特性，超级电容器组以其高功率密度、长循环使用寿命的特性，负责平抑尖峰高频往复型功率波动，Na-S化学电池组以其高能量密度的特性，负责补充或者吸收稳态能量差值，充分发挥了超级电容器组、Na-S化学电池组各自的优势，有利于延长该混合储能系统使用寿命；
4)该混合储能系统的结构特点为实现储能系统充放电总功率在超级电容器组和Na-S化学电池组之间的灵活分配，为超级电容器组和Na-S化学电池组充分发挥各自的储能优势、分别平抑不同类型的功率波动奠定了坚实的结构基础；
5)通过两个双向DC/DC变换器的升压斩波作用，在提高储能系统电压等级、降低对的同时超级电容器组和Na-S化学电池组的电压等级要求的同时，更能保证储能系统输出电压的稳定性，为通过双向AC/DC变流器接入可再生交流发电系统或直接接入可再生直流发电系统提供方便；
6)通过该能量路由器能实现三相交流电力系统的功率和和能量的解耦平抑与调节，并在降低了混合储能系统的总容量的情况下，达到同样或理想的功率平抑效果和能量调节目的；同时借助储能系统实现从轻负载相吸收的能量转移到重负载相的任务，提高能量利用率；从而，大大减小建设初期的一次性资金投入；从长远来看，还能显著消减由于能量浪费而引起的运行成本的增加；
7)当可再生新能电力系统网络为直流系统时，该混合直流储能系统与电力系统直流母线直接并联使用，实现即插即用；当可再生新能电力系统网络为单相交流系统时，只须在混合直流储能系统的出口串接双向AC/DC变流器之后，再并联接在交流电力系统母线上使用即可，也能方便插接；若可再生新能电力系统网络为三相四线交流系统，只须将三个串接过双向AC/DC变流器的并联式混合直流储能系统通过该能量路由器接入电力系统网络。
附图说明
图1为本发明一种实施例的包含储能和能量路由器的网络系统结构图；
图2为本发明一种实施例的能量路由器组成结构图；
图3为本发明一种实施例的并联式混合直流储能系统内部组成结构图；
图4为本发明一种实施例的双向DC/DC功率变流器的结构原理图；
图5为本发明一种实施例的双向AC/DC功率变流器的结构原理图。
图6为本发明一种实施例的并联式混合直流储能系统接入直流电力网络系统的结构图；
图7为本发明一种实施例的并联式混合直流储能系统接入单相交流发电系统的结构图；
图8为本发明一种实施例的采用包含储能和能量路由器的网络系统进行的能量调节方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
本发明实施例中，如图1所示，包含储能和能量路由器的网络系统包括可再生能源交流发电系统、交流负载、能量路由器、第一双向AC/DC变流器(1)、第二双向AC/DC变流器(2)、第三双向AC/DC变流器(3)、第一混合储能系统a、第二混合储能系统b和第三混合储能系统c(图1中，1表示第一混合储能系统a，2表示第二混合储能系统b，3表示第三混合储能系统c)；
本发明实施例中，如图1所示，本系统接入三相四线制式的可再生能源交流电力网络系统(如风力发电、潮汐发电等系统)低压电力网络时，系统是由三个独立的储能系统分别串联一个双向AC/DC后经过能量路由器选择接入动作执行装置接入电力系统网络；假设初始状态为第一混合储能系统a、第二混合储能系统b和第三混合储能系统c分别与电力系统A、B、C三相分别相连，当三相负载不平衡时，假设A相负载最大，B相负载最小，C相负载大小适当，由于可再生三相交流发电系统发出的三相功率相等，导致储能系统a按照接入单相交流电力系统网络的规则持续放电，储能系统b按照接入单相交流电力系统网络的规则持续充电，导致储能系统c按照接入单相交流电力系统网络的规则有充有放，处于动态平衡。当储能系统a剩余电量不足或储能系统b逐渐被充满的时刻，能量路由器的选择接入动作执行装置投入工作，完成使储能系统a接入B相进行充电和储能系统b接入A相进行放电的交换，间接达到能量从B相向A相的转移，能有效减小储能系统总容量的配置，大大缩减建设的初期投资成本；
本发明实施例中，能源路由器把并联式混合储能系统用于三相交流电力系统时，实现三个独立储能系统对一个储能系统的代替，完成有能量剩余相向能量不足相能量转移；如图2所示，能量路由器包括功率采集模块1、功率采集模块2、计算模块、比较决策模块、荷电状态检测模块和选择接入动作执行装置。
本发明实施例中，功率采集模块用于采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
本发明实施例中，计算模块用于获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
本发明实施例中，荷电状态检测模块用于检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即所存储的能量值，并发送至比较决策模块中；
本发明实施例中，比较决策模块用于将三个功率差值进行升序排序，将三个存储能量值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的存储能量值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
本发明实施例中，选择接入动作执行装置用于将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
本发明实施例中，所述的选择接入动作执行装置，由三个步进继电器组成；
本发明实施例中，第一双向AC/DC变流器(1)、第二双向AC/DC变流器(2)和第三双向AC/DC变流器(3)用于将第一混合储能系统a、第二混合储能系统b和第三混合储能系统c接入可再生能源交流发电系统中，完成能量双向流动；
本发明实施例中，第一混合储能系统a、第二混合储能系统b和第三混合储能系统c用于对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑的能量存储装置。
本发明实施例中，如图3所示，第一混合储能系统a、第二混合储能系统b和第三混合储能系统c为并联式结构，具体包括Na-S化学电池组、超级电容器组、双向DC/DC功率变换器(1)和双向DC/DC功率变换器(2)；其中，Na-S化学电池组的输出端连接一个双向DC/DC功率变流器的低压侧，超级电容器组的输入端连接另一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，两个双向DC/DC功率变换器的高压测并联作为混合储能系统的输出端；本发明实施例中，如图4所示，所有的双向DC/DC功率变换器都选用完全相同的Buck-Boost型双向DC/DC变换器的拓扑结构，如图5所示，所有的双向AC/DC功率变流器结构亦相同；
本发明实施例中，由于超级电容器组本身的响应速度远远大于Na-S化学电池组，控制规则又是优先启动双向DC/DC功率变流器(1)，Na-S化学电池组作为后备电源，当超级电容器组的剩余容量或者剩余电量不足以满足系统功率波动的需求时，双向DC/DC功率变流器(2)才投入工作，该结构为实现超级电容器组和Na-S化学电池组的功率、能量的解耦控制奠定了基础，又能保证该并联式混合直流储能系统接口电压的稳定；即双向DC/DC功率变换器(1)和双向DC/DC功率变换器(2)可以独立完成各自的控制目标，二者的工作状态互不影响；双向DC/DC功率变换器(1)和双向DC/DC功率变换器(2)工作状态的共同决定该新型并联式混合直流储能系统的充放电总功率；以满足平抑可再生能源发电系统输出功率波动的需求；另外，当需要双向DC/DC功率变换器(2)工作时，双向DC/DC功率变换器(2)就以始终保持Na-S化学电池组工作在最佳充放电状态；
本发明实施例中，混合储能系统这种拓扑结构能实现对每种储能元件的直接控制，同时维持直流输出端电压恒定；并能优化Na-S化学电池组的充放电电流，充分延长其循环使用次数；超级电容器组能实现深度放电，因此其储能容量得以完全充分的利用，在优化储能系统容量配置时，发挥巨大的作用；另外，在该储能系统用于交流电力系统时，由于直流测电压恒定，大大降低了双向AC/DC变流器的控制复杂性，还能提高控制精准度。
本发明实施例中，并联式混合直流储能系统，根据可再生能源发电系统所要被平抑的功率波动，灵活控制双向DC/DC变换器(1)和双向DC/DC变换器(2)，使Na-S化学电池组和超级电容器组精确快速的进行功率交换和能量吞吐；在本并联式混合直流储能系统中，双向DC/DC变换器(1)和双向DC/DC变换器(2)的控制相互独立，很容易就能实现双向DC/DC变换器(1)和双向DC/DC变换器(2)的解耦控制；通过双向DC/DC变换器(1)和双向DC/DC变换器(2)的单独控制，就能实现功率和能量在Na-S化学电池组和超级电容器组之间的灵活分配，为Na-S化学电池组和超级电容器组用于平抑不同类型波动功率的波动奠定了坚实的结构基础。
本发明实施例中，超级电容器组具有功率密度大、循环寿命长、充放电快速响应的特性，适用于平抑可再生能源发电系统功率的高频尖峰波动；Na-S化学电池组具有能量密度大的优势，自然地成为本并联式混合直流储能系统中能量的主要来源；在平抑可再生能源发电系统的功率波动过程中，因为超级电容器组的存在，Na-S化学电池组的充放电响应频率大大降低，同时减少小循环充放电的次数，可实现恒功率充放电，因此可以显著延长Na-S化学电池组的使用寿命。
本发明实施例中，并联式混合直流储能系统中使用的超级电容一般采用将多个单体双电层电容器通过串并联组成的超级电容器组，提高超级电容器的耐压水平及电荷容量，同时在每个单体电容器的两端并联一个稳压管，防止制造工艺的误差，造成容量相对较小的单体电容器与其它串联使用的单体电容器，储存相同电荷时，电压偏高而被击穿，从而引起的连锁反应。
本发明实施例中，如图6所示，当本发明的系统接入可再生能源直流电力网络系统(如太阳能光伏发电系统)时，则可再生能源直流发电系统、直流负载与本发明的系统连接；在此系统中，混合直流储能系统(图6中的4)的输出端口直接并联接在直流电力系统网络的直流母线上；根据可再生能源直流发电系统实时输出功率与负载所需功率的差值，首先由超级电容器组通过图3的双向DC/DC功率变换器(1)控制其对可再生能源直流发电系统输出的波动功率进行平抑，使该混合直流储能系统输出功率与可再生能源直流发电系统输出功率之和等于负荷所需功率；另外根据超级电容器的荷电状态决定是否启动图3的双向DC/DC功率变换器(2)控制Na-S化学电池组以额定倍率进行充放电，来实时调节超级电容器组的荷电状态；
本发明实施例中，如图7所示，当本发明的系统接入单相可再生能源交流电力网络系统(如风力发电、潮汐发电等系统)时，则可再生能源交流发电系统、交流负载与与本发明的系统连接；在此系统中，双向AC/DC功率变流器直流侧接混合直流储能系统(图7中的5)的出入端口，交流侧接在可再生能源交流电力系统网络的交流母线上；根据可再生能源交流发电系统实时输出功率与对应负载所需功率的差值：当差值大于零，由超级电容器组通过图3的双向DC/DC功率变换器(1)控制及双向AC/DC功率变流器的整流作用对可再生交流发电系统输出的剩余功率进行吸收，达到对可再生交流电力系统波动功率进行平抑的目的，使可再生能源交流发电系统输出功率与混合直流储能系统吸收功率之差等于负荷所需功率；当差值小于零，由超级电容器组通过图3的双向DC/DC功率变换器(1)控制及双向AC/DC功率变流器的逆变作用对可再生交流发电系统输出功率的差额进行补充，达到对可再生能源交流电力系统波动功率进行平抑的目的，使可再生能源交流发电系统输出功率与混合直流储能系统释放功率之和等于负荷所需功率。另外，根据超级电容器的荷电状态决定是否启动图3的双向DC/DC功率变换器(2)控制Na-S化学电池组以额定倍率进行充放电，来实时调节超级电容器组的荷电状态；
本发明实施例中，采用所述的包含储能和能量路由器的网络系统进行的能量调节方法，方法流程图如图8所示，包括以下步骤：
步骤1、采用功率采集模块1测量可再生能源发电系统输出功率PA、PB、PC和；采用功率采集模块2用于测量各相负载功率PA′、PB′、PC′，并将采集的功率值发送至计算模块中；
步骤2、采用计算模块获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值ΔPA＝PA′-PA、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值ΔPB＝PB′-PB、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值ΔPC＝PC′-PC，并将获得的三个功率差值ΔPA、ΔPB、ΔPC发送至比较决策模块中；
步骤3、采用荷电状态检测模块检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态Qa、Qb和Qc，并将三个存储能量值发送至比较决策模块中；
步骤4、采用比较决策模块将三个功率差值ΔPA、ΔPB、ΔPC进行升序排序，将三个存储能量值Qa、Qb、Qc也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的存储能量值按顺序对应组合，获得电网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
本发明实施例中，需要判断荷电状态Qa、Qb和Qc是否存在越限，若三者都没有越限，则继续对下一组数据进行越限检查；若存在Qa、Qb或Qc单个越限，则进行ΔPA、ΔPB、ΔPC和Qa、Qb、Qc大小的分别比较，将ΔP升序、Q也升序排列，使相同位置一一对应，得到A、B、C三相与混合储能系统a、b、c的连接状态；
步骤5、采用选择接入动作执行装置将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
本发明实施例中，选择接入动作执行装置是由三个步进继电器主接线柱分别接A、B、C三相、副接线柱分别接混合储能系统a、b、c，即可构成能完成储能系统a、b、c与A、B、C三相电源的自由交叉混合联接的选择接入动作执行模块器，即(A，B，C)T＝Eij·(a，b，c)T，其中，i，j＝1，2，3且i≠j；Eij＝Eji表示单位三阶方阵E(3)的第i行与第j行交换后所得矩阵；
步骤6、第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统分别通过第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器和第三双向AC/DC变流器实现能量存储和释放，完成对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑。
本发明实施例中，在实时平抑可再生能源发电系统输出功率波动的波动过程中，为了达到Na-S化学电池组和超级电容器组各自充分发挥各自的优势、延长Na-S化学电池组使用寿命的目的，该并联式混合直流储能系统正常运行的能量管理规则为：在储能系统进行能量和功率交换的过程中，始终遵循超级电容器组优先充放电的原则，Na-S化学电池组作为后备储能装置，当超级电容器的荷电状态高于或低于某一限定值的时候，双向DC/DC变换器(2)才开始工作——使Na-S化学电池组接入电路，开始吸收或者释放能量，用于完成对超级电容器组荷电状态的实时调节：按照预定的能量管理规则，该并联式混合直流储能系统的工作运行过程如下：
本发明实施例中，当需要该混合储能系统释能(假设为PN0)时，首先双向DC/DC功率变换器(1)投入工作，工作升压斩波状态，超级电容器组以功率P＝PN0放电，直到荷电状态达到某下限值(假设35％QN)时，双向DC/DC功率变换器(2)开始投入工作，Na-S化学电池组开始以额定功率PN2放电，若PN2＞PN0，双向DC/DC功率变换器(1)改变工作状态，还是进行降压斩波对超级电容器组充电，充电功率P＝PN2-PN0，超级电容器组电压开始升高，当达到某一预设值(假设70％QN)，双向DC/DC功率变换器(2)停止工作；若PN2＜PN0，双向DC/DC功率变换器(1)继续工作在升压斩波状态，超级电容器组继续放电，放电功率P＝PN0-PN2；
本发明实施例中，当需要该并联式混合直流储能系统储能(假设为PN0)时，首先双向DC/DC功率变换器(1)投入工作，工作降压斩波状态，超级电容器组以功率P＝PN0放电，直到荷电状态达到某上限值(假设90％QN)时，双向DC/DC功率变换器(2)开始投入工作，Na-S化学电池组开始以额定功率PN2充电，若PN2＞PN0，双向DC/DC功率变换器(1)改变工作状态，开始进行升压斩波对超级电容器组放电，放电功率P＝PN2-PN0，超级电容器组电压开始降低，当达到某一预设值(假设也为70％QN)，双向DC/DC功率变换器(2)停止工作；若PN2＜PN0，双向DC/DC功率变换器(1)继续工作在降压斩波状态，超级电容器组继续充电，放电功率P＝PN0-PN2；
由上述分析可知，在并联式混合直流储能系统中，双向DC/DC功率变换器(1)和双向DC/DC功率变换器(2)共同决定该并联式混合直流储能系统的充放电状态，以满足实时平抑可再生能源发电系统输出功率波动的需求，这就需要二者具有较快的响应速度和灵活可控的能量双向流动特性；Na-S化学电池组的充放电符合理想充放电方式，有利于延长其使用寿命。
Claims (4)
1.一种包含储能和能量路由器的网络系统，包括可再生能源交流发电系统、交流负载，其特征在于，该系统还包括：能量路由器、第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器、第三双向AC/DC变流器、第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统，其中，所述的能量路由器包括功率采集模块、计算模块、比较决策模块、荷电状态检测模块和选择接入动作执行装置；
功率采集模块：用于采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
计算模块：用于获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
荷电状态检测模块：用于检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即所存储的能量值，并发送至比较决策模块中；
比较决策模块：用于将三个功率差值进行升序排序，将三个存储能量值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的存储能量值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
选择接入动作执行装置：用于将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器和第三双向AC/DC变流器：用于将第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统接入可再生能源交流发电系统中，完成能量双向流动；
第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统：用于对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑的能量存储装置。
2.根据权利要求1所述的包含储能和能量路由器的网络系统，其特征在于，所述的选择接入动作执行装置，由三个步进继电器组成。
3.根据权利要求1所述的包含储能和能量路由器的网络系统，其特征在于，所述的第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统，包括Na-S化学电池组、超级电容器组、两个双向DC/DC功率变换器；其中，Na-S化学电池组的输出端连接一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，超级电容器组的输入端连接另一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，两个双向DC/DC功率变换器的高压侧 并联作为混合储能系统的输出端。
4.采用权利要求1所述的包含储能和能量路由器的网络系统进行的能量调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用功率采集模块采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
步骤2、采用计算模块获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
步骤3、采用荷电状态检测模块检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即能量存储值，并将三个能量存储值发送至比较决策模块中；
步骤4、采用比较决策模块将三个功率差值进行升序排序，将三个能量存储值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的能量存储值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
步骤5、采用选择接入动作执行装置将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
步骤6、第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统分别通过第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器和第三双向AC/DC变流器实现能量存储和释放，完成对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑。
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