CN106451507B - 综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法和装置，该方法包括：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，则计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，则根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。该方法可有效维持微电网内部的电压和功率平衡，实现微电网的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法和装置，属于微电网控制技术领域。
背景技术
微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统。微电网可以实现分布式电源的灵活、高效应用，解决了数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。但是微电网内部的电源大多为没有转动惯性或小惯性电源，在微电网离网运行时，如果负荷需求发生大幅度波动，微型电源的反应时间比较长(10～200s)，不能实时跟踪负荷变化，微电网的频率和电压稳定性就会受到冲击，甚至造成微电网系统的崩溃。当一部分微型电源退出运行或者输出波动时，微电网频率和电压稳定性同样会受到冲击。因此微电网系统中必须配置带有储能性质的设备(主要是超级电容和储能电池)以便负荷或电源发生变化时及时供电或存储多余电能，保证微电网系统内负荷的供需平衡。
超级电容体积小、质量轻，具有动态响应快、功率密度高的优点，是处理尖峰负荷的最佳选择，可用于短期储能。各种储能电池能量密度大，输出稳定，动态响应较慢，可以频繁进行充放电控制，适用于长期储能。因此综合利用超级电容和蓄电池作为微电网必要的能量缓冲环节，对于维持微电网能量平衡和稳定运行具有重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法和装置，充分应用超级电容和蓄电池在动态响应速度和充放电能力上的互补性，以解决在微电网内部发生负荷和频率变化的情况下，维持微电网内部的电压和功率平衡，实现微电网的安全稳定运行的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，方法方案一：包括
监测步骤：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；
控制步骤：若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，则计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，则根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。
方法方案二：在方法方案一的基础上，所述电流突然增大且系统频率小于设定值对应的条件为：增大后的电流大于最小电流门槛值Imin，电流的突增值大于最小电流突增门槛值ΔImin，系统频率小于最小频率门槛值fmin。
方法方案三：在方法方案一的基础上，所述电流突然减小且系统频率大于设定值对应的条件为：减小后的电流小于最大电流门槛值Imax，电流的突减值大于最大电流突减门槛值ΔImax，系统频率大于最大频率门槛值fmax。
方法方案四：在方法方案一的基础上，所述超级电容和蓄电池的放电策略为：
(1)若功率缺额Em小于超级电容的放电容量，首先投入超级电容放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，投入蓄电池放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
(2)若功率缺额Em大于超级电容的放电容量，同时投入超级电容和蓄电池放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
所述超级电容和蓄电池的充电策略为：
1)若超级电容处于欠电状态，首先投入超级电容充电，当达到超级电容的极限充电容量时，退出超级电容充电，投入蓄电池充电；
2)当超级电容处于满电状态时，仅投入蓄电池充电。
方法方案五：在方法方案一或方法方案四的基础上，在超级电容和蓄电池充放电过程中，若负荷节点的电流值和系统频率发生变化，立刻终止充放电过程，重新执行控制步骤。
本发明还提供了一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，装置方案一：包括
监测单元：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；
控制单元：若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，则计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，则根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。
装置方案二：在装置方案一的基础上，所述电流突然增大且系统频率小于设定值对应的条件为：增大后的电流大于最小电流门槛值Imin，电流的突增值大于最小电流突增门槛值ΔImin，系统频率小于最小频率门槛值fmin。
装置方案三：在装置方案一的基础上，所述电流突然减小且系统频率大于设定值对应的条件为：减小后的电流小于最大电流门槛值Imax，电流的突减值大于最大电流突减门槛值ΔImax，系统频率大于最大频率门槛值fmax。
装置方案四：在装置方案一的基础上，所述超级电容和蓄电池的放电策略为：
(1)若功率缺额Em小于超级电容的放电容量，首先投入超级电容放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，投入蓄电池放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
(2)若功率缺额Em大于超级电容的放电容量，同时投入超级电容和蓄电池放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
所述超级电容和蓄电池的充电策略为：
1)若超级电容处于欠电状态，首先投入超级电容充电，当达到超级电容的极限充电容量时，退出超级电容充电，投入蓄电池充电；
2)当超级电容处于满电状态时，仅投入蓄电池充电。
装置方案五：在装置方案一或装置方案四的基础上，所述装置还包括用于在超级电容和蓄电池充放电过程中，若负荷节点的电流值和系统频率发生变化，立刻终止充放电过程，重新执行控制单元中的控制策略的单元。
本发明的有益效果是：当负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值时，则根据负荷功率缺额与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；当负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值时，根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。该方法通过控制微电网内超级电容和蓄电池的充放电策略，可有效维持微电网内部的电压和功率平衡，实现微电网的安全稳定运行。
附图说明
图1是综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细介绍。
本发明提供了一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，其流程图如图1所示，具体包括：
监测步骤：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；
控制步骤：若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。
其中，电流突然增大且系统频率小于设定值对应的条件为：增大后的电流大于最小电流门槛值Imin，电流的突增值大于最小电流突增门槛值ΔImin，系统频率小于最小频率门槛值fmin。作为其他实施方式，电流突然增大且系统频率小于设定值对应的条件也可以是上述条件的各种等效变形。
电流突然减小且系统频率大于设定值对应的条件为：减小后的电流小于最大电流门槛值Imax，电流的突减值大于最大电流突减门槛值ΔImax，系统频率大于最大频率门槛值fmax。作为其他实施方式，电流突然减小且系统频率大于设定值对应的条件也可以是上述条件的各种等效变形。
超级电容和蓄电池的放电策略为：
(1)若功率缺额Em小于超级电容的放电容量，首先投入超级电容放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，投入蓄电池放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em。
(2)若功率缺额Em大于超级电容的放电容量，同时投入超级电容和蓄电池放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em。
上述超级电容和蓄电池的放电策略根据功率缺额与超级电容放电容量的大小关系来确定超级电容和蓄电池的放电投入次序。另外，退出超级电容放电的条件也可根据具体情况进行相应调整，如当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的90％时，退出超级电容放电。
超级电容和蓄电池的充电策略为：
1)若超级电容处于欠电状态，首先投入超级电容充电，当达到超级电容的极限充电容量时，退出超级电容充电，投入蓄电池充电。
2)当超级电容处于满电状态时，仅投入蓄电池充电。
上述超级电容和蓄电池的充电策略根据超级电容是否处于欠电状态来确定超级电容和蓄电池的充电投入次序。
在超级电容和蓄电池充放电过程中，微电网仍实时监测各个负荷节点的电流值和系统频率，当负荷节点的电流值和系统频率发生变化时，即使超级电容和蓄电池的充放电过程还没有结束，也立刻终止充放电过程，重新执行控制步骤。
综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，包括：
监测单元：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；
控制单元：若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，则计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，则根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。
上述综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，实际上是建立在综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法上的一种计算机解决方案，即一种软件构架，该软件可以运行于微电网功率平衡控制设备或者其它包含了本发明所述功能的控制设备中。由于已对上述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法进行了足够清晰完整的介绍，故对该装置中每个单元不再做详细描述。
Claims (10)
1.一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
监测步骤：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；
控制步骤：若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，则计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，则根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。
2.根据权利要求1所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，其特征在于，所述电流突然增大且系统频率小于设定值对应的条件为：增大后的电流大于最小电流门槛值Imin，电流的突增值大于最小电流突增门槛值ΔImin，系统频率小于最小频率门槛值fmin。
3.根据权利要求1所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，其特征在于，所述电流突然减小且系统频率大于设定值对应的条件为：减小后的电流小于最大电流门槛值Imax，电流的突减值大于最大电流突减门槛值ΔImax，系统频率大于最大频率门槛值fmax。
4.根据权利要求1所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，其特征在于，所述超级电容和蓄电池的放电策略为：
(1)若功率缺额Em小于超级电容的放电容量，首先投入超级电容放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，投入蓄电池放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
(2)若功率缺额Em大于超级电容的放电容量，同时投入超级电容和蓄电池放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
所述超级电容和蓄电池的充电策略为：
1)若超级电容处于欠电状态，首先投入超级电容充电，当达到超级电容的极限充电容量时，退出超级电容充电，投入蓄电池充电；
2)当超级电容处于满电状态时，仅投入蓄电池充电。
5.根据权利要求1或4所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡方法，其特征在于，在超级电容和蓄电池充放电过程中，若负荷节点的电流值和系统频率发生变化，立刻终止充放电过程，重新执行控制步骤。
6.一种综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，其特征在于，包括：
监测单元：实时监测微电网中各个负荷节点的电流值和系统频率；
控制单元：若任一负荷节点的任一相电流突然增大且系统频率小于设定值，则计算功率缺额Em，并根据功率缺额Em与超级电容的放电容量决定超级电容和蓄电池的放电策略；若任一负荷节点的任一相电流突然减小且系统频率大于设定值，则根据超级电容的电量情况决定超级电容和蓄电池的充电策略。
7.根据权利要求6所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，其特征在于，所述电流突然增大且系统频率小于设定值对应的条件为：增大后的电流大于最小电流门槛值Imin，电流的突增值大于最小电流突增门槛值ΔImin，系统频率小于最小频率门槛值fmin。
8.根据权利要求6所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，其特征在于，所述电流突然减小且系统频率大于设定值对应的条件为：减小后的电流小于最大电流门槛值Imax，电流的突减值大于最大电流突减门槛值ΔImax，系统频率大于最大频率门槛值fmax。
9.根据权利要求6所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，其特征在于，所述超级电容和蓄电池的放电策略为：
(1)若功率缺额Em小于超级电容的放电容量，首先投入超级电容放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，投入蓄电池放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
(2)若功率缺额Em大于超级电容的放电容量，同时投入超级电容和蓄电池放电，当超级电容的放电能量达到超级电容极限放电深度的80％时，退出超级电容放电，超级电容和蓄电池的总放电容量为Em；
所述超级电容和蓄电池的充电策略为：
1)若超级电容处于欠电状态，首先投入超级电容充电，当达到超级电容的极限充电容量时，退出超级电容充电，投入蓄电池充电；
2)当超级电容处于满电状态时，仅投入蓄电池充电。
10.根据权利要求6或9所述的综合应用超级电容和蓄电池的微电网功率平衡装置，其特征在于，所述装置还包括用于在超级电容和蓄电池充放电过程中，若负荷节点的电流值和系统频率发生变化，立刻终止充放电过程，重新执行控制单元中的控制策略的单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |