CN107947227A - 方位控制装置、光伏发电设备、微电网系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方位控制装置、光伏发电设备、微电网系统及控制方法。微电网系统，包括：光伏发电设备，用于将接收的光能转换为电能，电能对负载进行供电或者被接入市电网；其中，光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；储能系统，用于对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；集中控制器，监测微电网系统中各设备的运行状况，根据监测结果控制各设备的运行；以及网关装置，根据集中控制器的指示，将微电网接入市电网或从市电网断开。本发明的微电网系统提高了发电效率及智能化程度。

Description

方位控制装置、光伏发电设备、微电网系统及控制方法

技术领域

本发明涉及微电网领域，具体而言，涉及一种方位控制装置、光伏发电设备、微电网系统及控制方法。

背景技术

能源是人类社会生存和发展的物质基础。以煤炭、石油、天然气等化石燃料为基础的常规能源的大规模开采和使用，已使全球资源日益枯竭、环境不断恶化。随着各国经济持续健康发展和人民生活水平不断提高，社会对于能源的需求也不断增加，这是导致人类社会能源安全、环境污染、生态恶化的根本原因之一。

分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

分布式能源系统建在用户附近，大大减少线损，减少大型管网和输配电的建设和运行的费用。但分布式能源具有间歇性、波动性、孤岛保护等特点，分布式能源电能质量差，分布式能源设备利用率没有被充分发掘。

为应对分布式能源具有间歇性、波动性特点，为了保障用户在夜间的基本用电需求，可将分布式能源系统与储能系统配套建设。

随着智能电网技术的发展，智能微电网的概念及技术应运而生。作为智能电网的一个有机组成部分，智能微电网的发展是大电网的有力补充和有效支持，其核心功能是接纳清洁能源，增强电网综合服务能力，推动主动式配电网的发展，实现能源优化配置，提高用电效率，促进节能减排，保证用户用电的可靠、低碳和经济性。智能微电网将分布式发电与强大的电网结合了起来，按照常规的做法，分布式发电必须配备孤岛保护，在大电网停电时自动与主网断开。而智能微电网可以在与大电网脱离后独立运行，由分布式发电维持区域内所有或部分重要负荷的供电，能够发挥出分布式发电在提高供电可靠性方面的作用。

光伏-储能微电网建设项目研究智能微电网运行控制等智能电网关键技术，开展光伏发电和储能装置等新能源并网关键技术的研究和应用。通过对可再生能源、分布式并网系统和蓄电池充放电技术的研究，可以掌握分布式电源中发电系统的运行技术、监控技术、并网技术和互动性技术等。这将为国家推广节能减排和发展清洁能源提供有价值的经验和参考，为国家建设统一的坚强智能电网做出突出贡献，为开展微电网及可再生能源、光伏并网关键技术应用、智能电网新技术、智能家居工程应用、蓄电池充电原理等研究提供一个示范基地。

目前的微电网及可再生能源还存在诸多缺陷，例如光伏发电的效率还有待进一步提高，微电网的运行控制的智能化、稳定性、故障恢复能力等还有待进一步完善。

发明内容

本发明实施例提供了方位控制装置、光伏发电设备、微电网系统及控制方法，以至少解决现有技术中，动画特效表现方式影响游戏效果或者游戏包体积大占用过多资源、开发成本高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种方位控制装置，包括：承载机构，用于承载光能接收装置；控制单元，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳的轨迹控制传动机构的动作；传动机构，与承载机构机械连接，用于在控制单元的控制下调整承载机构的方位，以使承载机构所承载的光能接收装置的光接收面朝向太阳。进一步地，承载机构在传动机构的驱动下能够实现两个自由度旋转。

进一步地，两个自由度的旋转角度为0°至360°。

进一步地，传动机构包括：支撑立柱；第一轴，其轴线与支撑立柱垂直，位于支撑立柱上；第二轴，其轴线垂直于第一轴的轴线，并与第一轴连接，第二轴的两端安装有轴承，第二轴相对于支撑立柱有一个旋转自由度，并且第二轴的两端与位于第二轴上方的承载机构连接。

进一步地，第一轴两端安装有轴承，第二轴与第一轴之间为固定连接；或者第一轴两端与支撑立柱固定连接，第二轴与第一轴之间为活动连接，从而能够围绕第一轴转动。

进一步地，传动机构包括：第一滑轮；第二滑轮；第一电机，用于驱动第一滑轮；第二电机，用于驱动第二滑轮；第一组绳索，各自的一端固定于承载机构的第一预定位置，与第一滑轮配合，用于拉动承载机构实现第一自由度的运动；以及第二组绳索，各自的一端固定于承载机构的第二预定位置，与第二滑轮配合，用于拉动承载机构实现第二自由度的运动。

进一步地，在第一组绳索中的至少一根绳索和/或第二组绳索中的至少一根绳索的预定部位连接有弹簧，以对绳索施加侧向张紧力。

进一步地，控制单元中配置有计算太阳轨迹的万年历程序，通过设定光能接收装置所在位置的经纬度、日期、时间，控制单元以预定的时间周期计算太阳的轨迹。

进一步地，方位控制装置还包括：角度传感器，用于感测光接收面的法线与太阳方位角之间的差异，将差异反馈给控制单元，以便控制单元对承载机构的方位进行校正。

进一步地，控制单元能够通过网络实时与外界通信，并根据相应的控制而进入正常工作模式或安全模式。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种光伏发电设备，其包括上述的方位控制装置；以及光伏阵列，固定于方位控制装置的承载机构上。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种装置的方位控制方法，包括：计算太阳的轨迹，根据所计算的太阳的轨迹，向装置的传动机构发出控制指示；传动机构根据控制指示，调整装置中用于承载光能接收装置的承载机构的方位，以使光能接收装置的光接收面朝向太阳。

进一步地，承载机构能够实现两个自由度旋转。

进一步地，两个自由度的旋转角度为0°至360°。

进一步地，计算太阳的轨迹包括应用万年历程序来计算太阳的轨迹，其中，通过设定装置所在位置的经纬度、日期、时间，以预定的时间周期自动计算太阳的轨迹。

进一步地，利用角度传感器感测光接收面的法线与太阳方位角之间的差异，根据差异，对承载机构的方位进行校正。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种微电网系统，其包括：光伏发电设备，用于将接收的光能转换为电能，电能对负载进行供电或者被接入市电网；其中，光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；储能系统，用于对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；集中控制器，监测微电网系统中各设备的运行状况，根据监测结果控制各设备的运行；以及网关装置，根据集中控制器的指示，将微电网接入市电网或从市电网断开。

进一步地，光伏发电设备包括：光伏阵列发电装置，将接收的光能转化为直流电，其中，光伏阵列发电装置配置有：智能追日跟踪器，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳轨迹而驱动光伏阵列，使得光伏阵列中的光接收面朝向太阳；以及光伏并网逆变器，用于将直流电转换为与市电网同频同相的交流电，以对负载进行供电或者将交流电输入市电网。

进一步地，光伏阵列发电装置为根据权利要求11的光伏发电设备。

进一步地，光伏阵列由多个光伏电池以串联和并联的方式构成，并且光伏电池为CIGS薄膜太阳能电池。

进一步地，光伏发电设备，还包括：汇流装置，用于将光伏阵列中多个串联的光伏电池进行并联，并通过直流断路器输出。

进一步地，光伏阵列中光伏电池的正极和负极的每一路中均安装直流熔断器和防反二极管，然后通过汇流装置并联；以及正极的直流熔断器均通过电流传感器与汇流装置并联；电流传感器用于检测电流并与实现通讯的检测板连接。

进一步地，储能系统包括：蓄电池组，用于存储光伏阵列发电装置所产生的至少部分电能；电池管理系统，用于监控蓄电池组中蓄电池的运行状态；储能变流器，用于根据蓄电池的运行状态，对其进行充放电，并且用于在微电网系统离网运行时，维持微电网的交流母线电压稳定。

进一步地，储能变流器进一步配置为对电流进行交流到直流以及直流到交流的整流逆变，以将电能变换成适合于电网使用的一种或多种形式；以及实现微电网与市电网之间的能量交换。

进一步地，在微电网与市电网断开后离网运行时，储能变流器作为电压源处于V/F工作模式。

进一步地，蓄电池管理系统实时监控蓄电池的参数，分析蓄电池中的故障或损坏程度，并根据分析结果给出告警信号或切断相关回路。

进一步地，蓄电池管理系统在测量蓄电池的电压和动态内阻的基础上，利用充电特性与放电特性的对应关系，进行多模式分段处理，并建立数学分析诊断模型，来测量剩余电量。

进一步地，蓄电池管理系统采用动态更新电池电量的方法,对蓄电池的参数进行测量；以及计算并预测蓄电池在不同放电情况下的剩余电量，根据蓄电池的使用时间和环境温度对电量预测进行校正，给出剩余电量的预测值；其中，动态更新电池电量的方法是指：将上一次的放电量作为本次放电的基准电量。

进一步地，集中控制器进一步配置为获得并执行整个微电网系统的优化和调整策略，即，对微电网系统中各个组成部分进行优化、协调以及与市电网的并网、离网切换控制。

进一步地，集中控制器进一步用于在微电网并网运行时，实时计算微电网系统内自身的电能与负载运行所需的功率差额，从而规划离网运行时微电网系统内电源的输出分配方案和各负载的接入/断开方案。

进一步地，集中控制器进一步配置为在检测到市电网停电时，断开进线断路器，将蓄电池储存的电量转换为交流电，提供给负荷回路；在检测到市电网重新供电后，合上进线断路器，将光伏发电设备产生的电能提供给市电网。

进一步地，该微电网系统还包括本地控制器，用于实现微电网系统中电源的发电控制以及微电网的暂态控制。

进一步地，本地控制器包括：发电控制器，实现V/F控制和PQ控制的自动切换；

负荷控制器，根据微电网系统的频率和电压，延迟切除部分负荷，保证微电网系统的安全运行。

进一步地，微电网系统还包括：发电控制器，能够工作于P/Q控制模式或最大功率跟踪控制模式，或者以指定功率输出。

进一步地，本地控制器还包括：并离网控制器，配置为通过对微电网与市电网之间的公共连接点处的断路器进行控制，实现并网与离网的自动切换。

进一步地，并离网控制器进一步配置为在微电网离网运行期间，实时检查微电网的频率，根据频率的升降，对光伏发电设备的电力输出和/或负荷进行控制。

进一步地，并离网控制器进一步配置为对光伏发电设备的电力输出和/或负荷进行控制包括：如果频率上升，则恢复部分已断开的负荷，如果所有的负荷均接入后频率依旧过高，则断开光伏发电设备或调整其输出；如果频率下降到的最低限值，则通过负荷控制器继续断开剩余部分负荷。

进一步地，并离网控制器进一步配置为对公共连接点进行监视，通过孤岛检测实现离网自动断开PCC点断路器，以及实现微电网与市电网的隔离，并且当市电网恢复供电时能自动并网。

进一步地，本地控制器还包括：无功控制器，用于在微电网系统并网运行时，调节光伏发电设备的无功功率输出，以实现无功功率的就地平衡。

进一步地，微电网系统运行中的各种参数能够通过网络实时传递到远程监控中心或者实时传送到云端。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种微电网系统控制方法，其中，微电网系统包括：光伏发电设备，光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；该方法包括：监测微电网系统的运行参数，获得监测结果；根据监测结果，对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；其中，对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控包括：在监测到市电网停电时，将微电网系统与市电网断开从而进入离网运行模式，并将所存储的电能转换为交流电提供给负载；在监测到市电网供电时，将微电网系统接入市电网从而进入并网运行模式(即，微电网与市电网并联运行)，并将光伏发电设备所产生的电能提供给市电网。

进一步地，在微电网处于并网运行模式时，通过闭环控制调节策略对负载的供电进行控制；以及在微电网处于离网运行模式时，对光伏发电设备所产生的电能以及微电网系统中的储能系统所存储的电能进行调控，实现微电网系统的稳定运行。

进一步地，在微电网处于并网运行模式时，以全系统能量利用效率最大或运行费用最低为目标，对微电网系统中电力的分配进行控制。

进一步地，在微电网处于并网运行模式时，实时计算微电网系统内自身的电能与负载运行所需的功率差额，从而规划在处于离网运行模式时微电网系统内电力的输出分配方案和各负载的接入/断开方案。

进一步地，对微电网系统中电力的输出实施V/F控制和PQ控制的自动切换控制。

进一步地，根据微电网系统的频率和电压，延迟切除部分负荷，保证微电网系统的安全运行。

进一步地，控制发电设备，使其工作于P/Q控制模式或最大功率跟踪控制模式，或者以指定功率输出。

进一步地，对微电网系统与市电网之间的公共连接点处的断路器进行控制，实现并网与离网的自动切换。

进一步地，在微电网处于离网运行模式时，实时检查微电网系统的频率，根据频率的升降，对微电网系统的电力输出和/或负荷进行控制。

进一步地，对微电网系统的电力输出和/或负荷进行控制包括：如果频率上升，则恢复部分已断开的负荷，如果所有的负荷均接入而频率依旧过高，则断开光伏发电设备或调整其输出；如果频率下降到最低限值，则继续断开剩余部分负荷。

进一步地，在微电网系统处于并网运行时，调节微电网系统中光伏发电设备的无功功率输出，以实现无功功率的就地平衡。

相对于现有技术中的技术方案，解决了现有技术中，动画特效表现方式影响游戏效果或者游戏包体积大占用过多资源、开发成本高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1根据本发明一个实施例的方位控制装置示意图；

图2是根据本发明一个实施例的装置的方位控制方法流程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的微电网系统结构方块图；

图4是根据本发明一个实施例的光伏装置的微电网系统控制方法示意图；

图5根据本发明一个实施例的微电网系统结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的光伏并网发电系统的示意图；

图7是根据本发明一个实施例的光伏装置的承载传动系统的示意图；

图8是根据本发明一个实施例的光伏装置的安装结构示意图；

图9是根据本发明一个实施例的光伏阵列的旋转方位示意图；

图10根据本发明一个实施例的光伏装置的承载传动系统的线路布置示意图。

图11根据本发明一个实施例的光伏发电装置的线路示意图；

图12是根据本发明一个实施例的光伏并网逆变器的拓扑结构示意图；

图13是根据本发明一个实施例的光伏装置的微电网储能系统的示意图；

图14是根据本发明一个实施例的储能变流器拓扑结构示意图；

图15是根据本发明一个实施例的微电网监控装系统的示意图；以及

图16是根据本发明一个实施例的监控系统中一部分的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种方位控制装置100，如图1所示，其包括：承载机构102，用于承载光能接收装置；控制单元106，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳的轨迹控制传动机构的动作；传动机构104，与承载机构102机械连接，用于在控制单元106的控制下调整承载机构的方位，以使承载机构102所承载的光能接收装置的光接收面朝向太阳。通过该实施例，将智能控制技术应用于太阳能发电，使得太阳能电池的光接收面始终追踪太阳，从而获得最大的光照，大大提高了太阳能电池发电的效率。

在一个可选实施例中，承载机构在传动机构的驱动下能够实现两个自由度旋转。通过该实施例，能够使承载机构旋转到任意位置，从而实现追踪太阳的方向。

在一个可选实施例中，两个自由度的旋转角度为0°至360°。通过该实施例，提高了承载机构的旋转范围。

在一个可选实施例中，传动机构包括：支撑立柱；第一轴，其轴线与支撑立柱垂直，位于支撑立柱上；第二轴，其轴线垂直于第一轴的轴线，并与第一轴连接，第二轴的两端安装有轴承，第二轴相对于支撑立柱有一个旋转自由度，并且第二轴的两端与位于第二轴上方的承载机构连接。通过该实施例，提供了一个十字轴，来提供旋转自由度，实现了以简单的结构实现旋转功能。在一个可选实施例中，第一轴两端安装有轴承，第二轴与第一轴之间为固定连接；或者第一轴两端与支撑立柱固定连接，第二轴与第一轴之间为活动连接，从而能够围绕第一轴转动。通过该实施例，可以看出该旋转自由度的实现至少可以通过此两种方式。可根据实际需要进行选择。

在一个可选实施例中，传动机构包括：第一滑轮；第二滑轮；第一电机，用于驱动第一滑轮；第二电机，用于驱动第二滑轮；第一组绳索，各自的一端固定于承载机构的第一预定位置，与第一滑轮配合，用于拉动承载机构实现第一自由度的运动；以及第二组绳索，各自的一端固定于承载机构的第二预定位置，与第二滑轮配合，用于拉动承载机构实现第二自由度的运动。通过该实施例，以简单的传动机构实现了对承载机构方位的控制。

在一个可选实施例中，在第一组绳索中的至少一根绳索和/或第二组绳索中的至少一根绳索的预定部位连接有弹簧，以对绳索施加侧向张紧力。通过该实施例，该支撑机构抗强风的能力得到提高，稳固性更高。

在一个可选实施例中，控制单元中配置有计算太阳轨迹的万年历程序，通过设定光能接收装置所在位置的经纬度、日期、时间，控制单元以预定的时间周期计算太阳的轨迹。通过该实施例，能够实现精准追日，从而提供发电效率。

在一个可选实施例中，方位控制装置还包括：角度传感器，用于感测光接收面的法线与太阳方位角之间的差异，将差异反馈给控制单元，以便控制单元对承载机构的方位进行校正。通过该实施例，通过角度传感器对与太阳方位角及仰角的差异进行校正，将追日系统运行至正对太阳的角度，以达到最佳发电效果。

在一个可选实施例中，控制单元能够通过网络实时与外界通信，并根据相应的控制而进入正常工作模式或安全模式。通过该实施例，能够实现远程监控，并提高了系统运行的安全性。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种光伏发电设备，其包括上述的方位控制装置；以及光伏阵列，固定于方位控制装置的承载机构上。通过该实施例的光伏发电设备与传统的光伏发单设备相比提高了发电效率。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种装置的方位控制方法，如图2所示，其包括：步骤S202，计算太阳的轨迹，根据所计算的太阳的轨迹，向装置的传动机构发出控制指示；步骤S204，传动机构根据控制指示，调整装置中用于承载光能接收装置的承载机构的方位，以使光能接收装置的光接收面朝向太阳。通过该实施例，实现了精确控制光能接收装置的方位，从而能够提高光接收量，进而提高发电效率。

在一个可选实施例中，计算太阳的轨迹包括应用万年历程序来计算太阳的轨迹，其中，通过设定装置所在位置的经纬度、日期、时间，以预定的时间周期自动计算太阳的轨迹。通过该实施例，通过该实施例，能够实现精准追日，从而提供发电效率。在一个可选实施例中，利用角度传感器感测光接收面的法线与太阳方位角之间的差异，根据差异，对承载机构的方位进行校正。通过该实施例，通过该实施例，通过角度传感器对与太阳方位角及仰角的差异进行校正，将追日系统运行至正对太阳的角度，以达到最佳发电效果。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种微电网系统300，如图3所示，其包括：光伏发电设备302，用于将接收的光能转换为电能，电能对负载进行供电或者被接入市电网；其中，光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；储能系统304，用于对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；集中控制器306，监测微电网系统中各设备的运行状况，根据监测结果控制各设备的运行；以及网关装置308，根据集中控制器的指示，将微电网接入市电网或从市电网断开。通过该实施例，实现了光伏发电效率的提升，可实现微电网的孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换；微电网独立运行后，可以利用储能单元作为微电网稳定控制单元，当微电网电上升或者下降时，快速释放功率或者进行充电操作，维持微电网的稳定运行。

在一个可选实施例中，光伏发电设备302包括：光伏阵列发电装置，将接收的光能转化为直流电，其中，光伏阵列发电装置配置有：智能追日跟踪器，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳轨迹而驱动光伏阵列，使得光伏阵列中的光接收面朝向太阳；以及光伏并网逆变器，用于将直流电转换为与市电网同频同相的交流电，以对负载进行供电或者将交流电输入市电网。通过该实施例，只能控制以及精确双轴追踪技术可提高发效率。在一个可选实施例中，光伏阵列由多个光伏电池以串联和并联的方式构成，并且光伏电池为CIGS薄膜太阳能电池。

CIGS薄膜太阳能电池所采用的原材料不是硅，而是通过层叠Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)等化合物来制成薄膜状，取各化合物名称的首字母，因而称之为“CIGS”。

CIGS薄膜太阳能电池具有稳定性好、抗辐照性能好、成本低、效率高等优点。

CIGS薄膜太阳能电池在生产过程中消耗的能源约是传统结晶硅太阳能电池的一半，较非晶硅薄膜电池高，成本较单晶硅电池低，并且易于大规模生产，没有效率衰减的问题。

铜铟镓二硒化物(CIGS)薄膜太阳能电池是将半导体材料的极薄层涂复于低成本的背衬材料上，如玻璃、柔性金属薄片、耐高温的聚合物或不锈钢片材之上。它具有光吸收能力强的优势，光吸收系数达到10×50量级，是目前所有光伏材料之最，属于先进半导体材料。CIGS薄膜太阳能电池组件是低成本的高效能源电池，表现在吸收层膜厚度为2微米，而晶体硅厚度必须在200微米以上才能全部吸收光谱响应到最大发电效率。

在一个可选实施例中，光伏发电设备，还包括：汇流装置，用于将光伏阵列中多个串联的光伏电池进行并联，并通过直流断路器输出。通过该实施例，常用超高效薄膜发电技术，大大提升了光电转换效率。

在一个可选实施例中，光伏阵列中光伏电池的正极和负极的每一路中均安装直流熔断器和防反二极管，然后通过汇流装置并联；以及正极的直流熔断器均通过电流传感器与汇流装置并联；电流传感器用于检测电流并与实现通讯的检测板连接。通过该实施例，提高了光伏阵列中光伏电池的安全性。

在一个可选实施例中，储能系统包括：蓄电池组，用于存储光伏阵列发电装置所产生的至少部分电能；电池管理系统，用于监控蓄电池组中蓄电池的运行状态；储能变流器，用于根据蓄电池的运行状态，对其进行充放电，并且用于在微电网系统离网运行时，维持微电网的交流母线电压稳定。通过该实施例，实时监控电池的状态，保障电池的安全性从而确保了系统的安全稳定。

在一个可选实施例中，储能变流器进一步配置为对电流进行交流到直流以及直流到交流的整流逆变，以将电能变换成适合于电网使用的一种或多种形式；以及实现微电网与市电网之间的能量交换。通过该实施例，

在一个可选实施例中，在微电网与市电网断开后离网运行时，储能变流器作为电压源处于V/F工作模式。通过该实施例，确保系统在离网情况下能够正常运行。

在一个可选实施例中，蓄电池管理系统实时监控蓄电池的参数，分析蓄电池中的故障或损坏程度，并根据分析结果给出告警信号或切断相关回路。通过该实施例，实现故障告警及保护。

在一个可选实施例中，蓄电池管理系统在测量蓄电池的电压和动态内阻的基础上，利用充电特性与放电特性的对应关系，进行多模式分段处理，并建立数学分析诊断模型，来测量剩余电量。通过该实施例，实现准确地测量剩余电量。

在一个可选实施例中，蓄电池管理系统采用动态更新电池电量的方法,对蓄电池的参数进行测量；以及计算并预测蓄电池在不同放电情况下的剩余电量，根据蓄电池的使用时间和环境温度对电量预测进行校正，给出剩余电量的预测值；其中，动态更新电池电量的方法是指：将上一次的放电量作为本次放电的基准电量。通过该实施例，综合考虑时间和环境温度因素，蓄电池管理系统采用动态更新电池电量，实现更准确地预测蓄电池下的剩余电量。

在一个可选实施例中，集中控制器进一步配置为获得并执行整个微电网系统的优化和调整策略，即，对微电网系统中各个组成部分进行优化、协调以及与市电网的并网、离网切换控制。通过该实施例，能够优化系统的运行效率，实现资源合理的运用及调度。

在一个可选实施例中，集中控制器进一步用于在微电网并网运行时，实时计算微电网系统内自身的电能与负载运行所需的功率差额，从而规划离网运行时微电网系统内电源的输出分配方案和各负载的接入/断开方案。通过该实施例，能够确保离网运行时系统的稳定。

在一个可选实施例中，集中控制器进一步配置为在检测到市电网停电时，断开进线断路器，将蓄电池储存的电量转换为交流电，提供给负荷回路；在检测到市电网重新供电后，合上进线断路器，将光伏发电设备产生的电能提供给市电网。通过该实施例，实现微电网系统的自动切换，保障安全稳定运行。

在一个可选实施例中，该微电网系统还包括本地控制器，用于实现微电网系统中电源的发电控制以及微电网的暂态控制。通过该实施例，能够根据系统的需要以及运行情况对发电进行控制，实现系统的经济运行。

在一个可选实施例中，本地控制器包括：发电控制器，实现V/F控制和PQ控制的自动切换；通过该实施例，确保系统的稳定性和灵活性。

在一个可选实施例中，本地控制器还包括：负荷控制器，根据微电网系统的频率和电压，延迟切除部分负荷，保证微电网系统的安全运行。

在一个可选实施例中，微电网系统还包括：发电控制器，能够工作于P/Q控制模式或最大功率跟踪控制模式，或者以指定功率输出。通过该实施例，能够根据系统运行情况或者需求对功率输出模式进行控制。

在一个可选实施例中，本地控制器还包括：并离网控制器，配置为通过对微电网与市电网之间的公共连接点处的断路器进行控制，实现并网与离网的自动切换。通过该实施例，能够确保微电网系统在市电网断电以及恢复的情况下的稳定可靠运行。

在一个可选实施例中，并离网控制器进一步配置为在微电网离网运行期间，实时检查微电网的频率，根据频率的升降，对光伏发电设备的电力输出和/或负荷进行控制。具体地，并离网控制器进一步配置为对光伏发电设备的电力输出和/或负荷进行控制包括：如果频率上升，则恢复部分已断开的负荷，如果所有的负荷均接入后频率依旧过高，则断开光伏发电设备或调整其输出；如果频率下降到的最低限值，则通过负荷控制器继续断开剩余部分负荷。通过该实施例，能够确保微电网系统输出功率的稳定性。

在一个可选实施例中，并离网控制器进一步配置为对公共连接点进行监视，通过孤岛检测实现离网自动断开PCC点断路器，以及实现微电网与市电网的隔离，并且当市电网恢复供电时能自动并网。通过该实施例，保障系统安全稳定运行。

在一个可选实施例中，本地控制器还包括：无功控制器，用于在微电网系统并网运行时，调节光伏发电设备的无功功率输出，以实现无功功率的就地平衡。通过该实施例，提高系统的效率以及电源的稳定性。

在一个可选实施例中，微电网系统运行中的各种参数能够通过网络实时传递到远程监控中心或者实时传送到云端。通过该实施例，能够实现对微电网系统的远程实时监控以及运行状况的远程存储。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种微电网系统控制方法，其中，微电网系统包括：光伏发电设备，光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；如图4所示，该方法包括：步骤S402，监测微电网系统的运行参数，获得监测结果；步骤S404，根据监测结果，对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；其中，对光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控包括：在监测到市电网停电时，将微电网系统与市电网断开从而进入离网运行模式，并将所存储的电能转换为交流电提供给负载；在监测到市电网供电时，将微电网系统接入市电网从而进入并网运行模式(即，微电网与市电网并联运行)，并将光伏发电设备所产生的电能提供给市电网。通过该实施例，实现了光伏发电效率的提升，可实现微电网的孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换；微电网独立运行后，可以利用储能单元作为微电网稳定控制单元，当微电网电上升或者下降时，快速释放功率或者进行充电操作，维持微电网的稳定运行。

在一个可选实施例中，在微电网处于并网运行模式时，通过闭环控制调节策略对负载的供电进行控制；以及在微电网处于离网运行模式时，对光伏发电设备所产生的电能以及微电网系统中的储能系统所存储的电能进行调控，实现微电网系统的稳定运行。

在一个可选实施例中，在微电网处于并网运行模式时，以全系统能量利用效率最大或运行费用最低为目标，对微电网系统中电力的分配进行控制。

在一个可选实施例中，在微电网处于并网运行模式时，实时计算微电网系统内自身的电能与负载运行所需的功率差额，从而规划在处于离网运行模式时微电网系统内电力的输出分配方案和各负载的接入/断开方案。通过该实施例，通过该实施例，能够确保离网运行时系统的稳定。

在一个可选实施例中，对微电网系统中电力的输出实施V/F控制和PQ控制的自动切换控制。通过该实施例，通过该实施例，确保系统的稳定性和灵活性。

在一个可选实施例中，根据微电网系统的频率和电压，延迟切除部分负荷，保证微电网系统的安全运行。

在一个可选实施例中，控制发电设备，使其工作于P/Q控制模式或最大功率跟踪控制模式，或者以指定功率输出。通过该实施例，通过该实施例，能够根据系统运行情况或者需求对功率输出模式进行控制。

在一个可选实施例中，对微电网系统与市电网之间的公共连接点处的断路器进行控制，实现并网与离网的自动切换。通过该实施例，能够确保微电网系统在市电网断电以及恢复的情况下的稳定可靠运行。

在一个可选实施例中，在微电网处于离网运行模式时，实时检查微电网系统的频率，根据频率的升降，对微电网系统的电力输出和/或负荷进行控制。具体地，如果频率上升，则恢复部分已断开的负荷，如果所有的负荷均接入而频率依旧过高，则断开光伏发电设备或调整其输出；如果频率下降到最低限值，则继续断开剩余部分负荷。通过该实施例，能够确保微电网系统输出功率的稳定性。

在一个可选实施例中，在微电网系统处于并网运行时，调节微电网系统中光伏发电设备的无功功率输出，以实现无功功率的就地平衡。通过该实施例，提高系统的效率以及电源的稳定性。

以下进一步结合附图描述本发明的实施方式。

微电网系统：

一、性能概述：

根据本发明的微电网是融合了分布式发电、双向变流等电力电子技术，控制保护和通信等高新技术的新生事物，本发明的技术先进性包括但不限于以下几个方面：

(1)微电网系统综合控制策略；

(2)可实现微电网的孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换；

(3)微电网独立运行后，可以利用储能单元作为微电网稳定控制单元，当微电网电上升或者下降时，快速释放功率或者进行充电操作，维持微电网的稳定运行；

(4)智能通信设备关键技术；

(5)微电网继电保护技术。

(6)超高效薄膜发电技术，利用精确双轴追踪技术可提高发电量45％以上，且设备低功耗，低故障，体现高端薄膜发电技术的创新性。

(7)电站监控软件，利用云平台可获得性强、按需获取和便捷高效的特点，对分布式电源发电的历史数据和用户用能习惯分析结果进行存储,并可在个人终端实时查询。

(8)基于大数据平台的监控及可视化分析技术：以图形化的方式向用户提供实时监测,数据分析，电能质量分析，能源评估等功能，并通过交互式技术向用户提供用能策略制定及联动控制等功能。

二、系统总体结构

在微电网方案中，微电网系统主要综合了光伏发电、储能系统和微电网监控系统的应用，整个微电网系统包括光伏阵列、光伏并网逆变器、蓄电池组、电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、同期网关装置、微电网集中控制器和上位机监控系统等在内的微电网系统。

图5根据本发明一个实施例的微电网系统500的结构示意图；以下结合图5对微电网系统中各部分进行介绍：

1、光伏阵列利用高效薄膜电池板(光伏电池板530)的光伏效应将光能转换为直流电能，经汇流箱528汇流，通过光伏并网逆变器526将直流电转换为交流电对负载进行供电或者并入大电网，利用精确双轴追踪技术可提高发电量45％以上，且设备低功耗，低故障，体现高端薄膜发电技术的创新性。

2、储能系统包括蓄电池组524、电池管理系统518和储能变流器520，蓄电池组采用磷酸铁锂电池,电池管理系统518能够实现对磷酸铁锂电池电压、电流、SOC和运行状态实时监控；储能变流器520主要完成蓄电池的充放电功能，在微电网系统离网运行时，能够维持微电网交流母线稳定。根据日照强度及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：第一种工作模式把调整后的电能直接送往交流负载，第二种工作模式把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，储能变流器520把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；

3、网关装置540内部集成PCC并网开关，通过控制PCC并网开关实现微电网系统的并离网切换。

4、微电网集中控制器514主要是检测微电网系统中各设备的实时参数、工作状态、和运行模式等，各设备主要包括：光伏阵列、光伏并网逆变器526、电池管理系统518、储能变流器520、网关装置540等；然后将采集相关数据上传至上位机进行显示控制。

5、上位机监控系统主要是对微电网系统进行实时监控和能量管理，并能接收电网调度站指令对微电网系统进行控制。

6、微电网系统负载主要是敏感负载532，如变压器。

图5中两条并列的点划线左侧为市电网系统，标号504表示AC 10KV交流母线，标号536表示变压器，标号502表示AC 400V交流母线，经下方的断路器506-1与右侧的微电网系统相连。配电网调度站508对整个系统的配电进行调度。配电网调度站508与计算机510连接，可通过计算机510的显示器或与主机相连的大显示屏显示微电网系统的运行情况。网关装置540实现线路切换控制，网关装置540经断路器506-2与电能质量监控仪538相连。电能质量监控仪538又与继电保护数据采集装置512、环境监控系统516、微电网集中控制器514等相连。标号502为AC400V交流母线。其中，继电保护数据采集装置512实现继电保护以及数据采集的功能。系统中还包括光伏电池板530、汇流箱528、光伏并网逆变器526等。该系统中仅示出了微电网系统的一部分，整个微电网系统中可以包括多个光伏电池板530、汇流箱528、光伏并网逆变器526等，图中用省略号代替。图中534-1和534-2分别为继电器触点，在继电保护数据采集装置512的控制下实现通断。敏感负载532经断路器506连接至标号502表示的AC 400V交流母线。

三、光伏并网发电系统

图6为根据本发明的一个实施例的光伏并网发电系统结构示意图。光伏并网发电系统由光伏电池组件(太阳能电池阵列610)、汇流箱608、光伏并网逆变器(简称逆变器)604、计量装置(未示出)及配电系统(包括汇流箱608)组成。太阳能通过光伏电池组件转化为直流电力，再通过汇流箱608接入直流柜602，并由并网逆变器604将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流通过升压器606及储能换流器(未示出)馈入高压电网620，本发明实施例中采用高效薄膜发电技术，利用精确双轴追踪技术可提高发电量45％以上，且设备低功耗，低故障。

该实施例中，采用铜铟镓硒模光伏组件叠加精确双轴追踪系统，具有以下六大技术亮点：

1)采用薄膜组件可提高发电量，再叠加采用智能精确双轴追踪系统，可大大提高发电量；

2)从组件效率到系统效率的提升，以获得最大的发电效率；

3)根据系统技术平衡，实现薄膜组件、智能逆变器和精确双轴追踪系统之间最优匹配；

4)通过智能模组适时监控，在整个发电寿命期内，反馈电池组件发电日程的衰减、故障、损坏信息，用载波系统传送到运维中心；

5)规避设备运行风险，如遇九级强风，可直接调整参数至安全状态；如遇雪灾，可调整角度，不至于积雪，损坏设备；

6)精确双轴追踪系统运行数据高度智能化，能够适时掌控发电数据及设备运行状况，信息对称，投资风险可控。

1.光伏组件：

本发明的该实施例中采用铜铟镓硒光伏电池组件，并增加智能模块，成为智能组件。以载波或微波的通讯方式，获取组件在发电运行过程中产生的各种数据信息流，实现工业4.0智能化、个性化和集成化发电成套产品.

光伏方阵有多种安装方式，工程上使用何种安装方式决定了项目的投资、收益以及后期的运行、维护。大型并网光伏方阵的支架安装形式主要有固定式和跟踪式两种。本发明实施例中为智能追日跟踪式系统。

与传统光伏方针的固定方阵形式相比，本发明实施例中的双轴追踪技术具有显著优势。

本发明实施例中，智能追日系统，利用钢索传动结构，以及内建电子日晷的追日控制器，能达到精准追日与低耗电量。更能较固定型太阳能系统于全日照条件下，可增加30～35％的发电量。智能追日系统采用独特的多方位十字轴设计(后面会详细介绍)，搭配便宜又稳定的钢索与滑轮传动结构，是全球第一组可以360°旋转(倾斜角40°)的追日系统。其不平衡运动原理与箱型电梯相同，类似跷跷板的原理。追日平台四角以适当强度的钢索连接，使得追日平台处于平衡的状态。透过钢索以些微力道拉动，即可带动追日平台朝纲索拉动方向转动，进而带动整个追日平台转动。不须复杂的机械结构，仅藉由钢索传动，即可以相当省力的方式驱动追日支架运转。

每组智能追日系统都配有一套计算太阳轨迹的万年历程序，只要设定系统的光伏阵列所在位置的经纬度、日期、时间，控制系统每五分钟就会自动计算太阳位置，并驱动马达拉动钢索，调整追日系统角度来同步追踪太阳位置，使得太阳能模块能正对太阳以取得最佳日照与发电量。也因上述钢索传动的机制与结构组件简单，因此能大幅降低追日系统运转的耗能以及施工与后续维修成本。

智能追日系统，采用了减速马达及钢缆传动的设计方式，由于四条钢缆对向拉动加上采用弹簧做避震，可抗17级阵风；另因没有齿轮件，所以没有卡沙而故障的问题；在电站下大雪时，双轴追日可以特定倾角以360度旋转，让雪顺势滑落，不会积压在模块表面造成模块压坏；而在风沙来袭时，双轴追日也可调到侧风倾斜方向，让风沙不致大量附着在模块表面，造成风沙过后，模块完全无法发电。除此之外，可以电站的最大投资效益为基准，设定最适追日与追日间距及土地使用面积。如果冬季或下午可能遮阴时，智能追日系统将会自动调整角度以确保不会遮阴，即避遮阴功能。

智能追日系统，采用钢索传动系统，克服了上述机械结构限制，水平方位旋转角度可达360°。在夏天太阳运行轨道于北边时，更能有效追日，较朝南的固定式系统获取更加发电效率。一般固定式系统，或无法360°旋转的追日系统，则无法正对太阳已取得最佳日照量及发电量。钢索传动系统，除了透过四条钢索带动追日平台运转，遇到强风吹袭时，四条钢索更可稳稳拉住追日平台，以动态平衡的方式，化解风压对支架系统的冲击力，增加追日系统结构抗风性。智能追日的钢索传动系统，辅以弹簧缓冲以吸收风压造成的瞬间冲力，更可降低风力对追日结构的应力冲击，提升机械结构的使用寿命，以降低追日系统的故障率，进而降低追日系统20年运转的维护成本。

智能追日系统具备四大特色：

(1)多方位十字轴

由长轴与短轴互相垂直交叉而成，短轴两端套上轴承后固定于支撑立柱上，长轴以短轴为轴心可产生一个自由度的旋转；长轴两端套上轴承后与太阳能模块承载平台结合，平台以长轴为轴心可产生另一个自由度的旋转。因此，追日系统的太阳能模块乘载平台由于十字轴设置于支撑立柱上产生两个自由度旋转(360°)而能对准空间中的任一点，以更精准的角度对准太阳，获取最大日照量及产出最大发电量。

图7示出了根据本发明一个实施例的智能追日系统的结构示意图。

如图7所示，支撑立柱702上固定两个电机，分别为X电机(马达)704和Y电机(马达)706，分别用于实现X方向的驱动和Y方向的驱动。支撑立柱702顶部安装有十字轴，其中包括第一轴710和第二轴708。第一轴710，其轴线与所述支撑立柱702垂直，位于所述支撑立柱上；第二轴708，其轴线垂直于所述第一轴的轴线，并与所述第一轴连接，所述第二轴的两端安装有轴承，所述第二轴相对于所述支撑立柱有一个旋转自由度，并且第二轴的两端与位于所述第二轴上方的所述承载机构连接。第一轴两端安装有轴承，第二轴与第一轴之间为固定连接；也可以采用其他方式，例如，第一轴两端与支撑立柱固定连接，所述第二轴与所述第一轴之间为活动连接，从而能够围绕所述第一轴转动。承载机构712，与第二轴连接，用于承载光能接收装置；控制单元(图中未示出)，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳的轨迹控制传动机构的动作；

传动机构(包括第一轴、第二轴、支撑立柱等)，与所述承载机构机械连接，用于在所述控制单元的控制下调整所述承载机构的方位，以使所述承载机构所承载的光能接收装置的光接收面朝向太阳。承载机构在传动机构的驱动下能够实现两个自由度旋转。所述两个自由度的旋转角度为0°至360°。传动机构还包括：第一滑轮和第二滑轮(图中未示出)，分别在所述X电机以及Y电机的驱动下动作。

(2)钢索驱动：

图8是根据本发明一个实施例的光伏装置的安装结构示意图；

如图8所示，光伏阵列802位于支撑立柱808之上，支撑立柱808的下端固定于底部的十字形底座810上，光伏阵列802的四个角处分别通过钢索804连接于十字形底座810的一端。其中，通过电机和滑轮的配合(图中未示出)来驱动钢索实现对光伏阵列802的拉紧以及方位的调整。弹簧806一端固定于十字形底座810，另一端固定于钢索804的某一位置处(例如中间位置处)，以产生缓冲力抵抗瞬间强风侵袭，不仅使得智能追日系统能抵抗17级的瞬间强风，更能以省力及省电的方式带动追日系统运转，让系统每kW耗电量仅有发电量的0.1％。

有别于一般追日系统采用齿轮盘加线性推杆带动追日系统旋转，智能追日系统以钢索传动结构带动追日平台运转。依据杠杆原理，钢索衔接于平台的四个角，有最大力臂，马达可经由钢索传动以省力方式，轻松驱动平台运转；遇强风吹袭时，也能辅助支撑立柱固定平台。相较于一般仅以中心立柱支撑追日平台的追日系统，结构抗风更强也更稳固。

通过电机驱动，并通过钢索来实现光伏阵列的二位自由度的运动。

(3)精准追日

目前追日系统多采用光传感器来追踪太阳方向，其缺点是容易因遮阴或乌云遮蔽造成追日角度不精确。本发明的智能追日系统，内建电子日晷的控制器，能依据时间，地点(经纬度)不同，计算出每日太阳运行的轨迹。再搭配追日平台上的角度传感器与太阳方位角及仰角的差异进行校正，将追日系统运行至正对太阳的角度，以达到最佳发电效果。智能追日系统的追日角度与实际太阳的角度误差不超过0.5°。

如图9所示，图9是根据本发明一个实施例的光伏装置的旋转方位示意图；

光伏阵列902围绕主轴904旋转，其旋转角度为β，其范围为0-360°，光伏阵列902的平面与水平面之间的夹角为α，其范围可为0-50°。

(4)智慧监控

智能追日系统能透过网络实时收集与监控太阳能电厂发电信息与分析。除了能监控电厂所有追日系统实时发电状况外，一遇到紧急状况，更能从远程直接控制追日系统进入安全模式，以降低天灾所带来的损害。

图10根据本发明一个实施例的光伏装置的承载传动系统的线路布置示意图。

如图10所示，控制器1002对Y马达1012以及X马达1014进行控制，并与传感器1010、RS485接口1004连接。交流电源1008为Y马达1012以及X马达1014提供电力。监控电脑1006经由RS485接口1004对控制器1002的运行进行监控。

(5)汇流箱：

在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线，用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过光伏专用直流断路器输出，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。光伏阵列的正极和负极的每一路中均安装直流熔断器和防反二极管，然后通过汇流母排并联，正极直流熔丝均通过用以检测电流的电流传感器与所述汇流母排并联；电流传感器用以检测电流并实现通讯的检测板连接。光伏汇流箱电流检测单元采用一体化结构设计，将若干个电流检测元件的检测信号，集中传输至微控制器，微控制器再将信号传送至上位机。通过智能测控模块的地址，快速定位，具有系统维护简单快捷，运行更加经济和现场维护方便的特点，汇流箱本地数据显示和上位机监控数据显示参数如表1所示。

图11根据本发明一个实施例的光伏发电装置的线路示意图；

如图11所示，图中左侧的(+)和(-)分别表示光伏阵列的正负极输出。由图中可以看出，(+)端之后的线路中接入有高压熔丝，高压熔丝之后接有二极管1106。二极管1106的右侧连接高压断路器1102，经高压断路器1102输出直流电压。电路中还包括直流高压防雷器1104，用于对电路进行防雷保护。

表1汇流箱本地显示和上位机监控参数表

(6)光伏并网逆变器：

光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的核心设备，它的可靠性、高效性和安全性会影响到整个光伏系统，直接关系到电站发电量及运行稳定。

光伏并网逆变器功能是将光伏电池板输出的直流电逆变为与电网同频同相的交流电并入电网，本发明实施例中采用小功率三相光伏并网逆变器，采用两级式拓扑结构，拓扑结构如图12所示。

图12是根据本发明一个实施例的光伏并网逆变器的拓扑结构示意图；

如图12所示，光伏输入1和2经直流开关1202与DC EMC滤波器1204连接，滤波后的电压经升压电路1206进行升压处理。升压后接入逆变器1208进行逆变。逆变器1208的输出接入AC电抗器1210，之后经交流开关1214并经AC EMC滤波器1216输出，其中在升压电路1206之后还接有电容器C1和C2。其中交流开关1214与保护电路1212相连，保护电路1212用于在异常或紧急情况下断开交流开关1214。此外，该图中PE表示接地。

(7)光伏并网逆变器数据显示：

光伏并网逆变器分为本地数据显示和上位机监控数据显示。本地数据显示是指光伏逆变器的显示屏显示；上位机监控数据显示是指光伏并网逆变器通过数据集中控制器上传至上位机监控系统进行数据的实时显示。表2为光伏并网逆变器本地数据显示和上位机监控数据显示参数表。

表2：光伏并网逆变器本地显示和上位机监控参数表

序号	显示内容	备注
			1	PV输入电压
2	PV输入电流
			3	直流母线电压
4	电网A相电压
			5	电网B相电压
6	电网C相电压
			7	并网A相电流
8	并网B相电流
			9	并网C相电流
10	有功功率
			11	无功功率
12	并网效率
			13	电网频率
14	功率因数
			15	光伏并网逆变器工作模式
16	光伏并网逆变器工作状态
			17	光伏并网逆变器通信状态

四、微电网储能系统

微电网储能系统是微电网系统的核心部分，主要包括储能蓄电池、BMS电池管理系统、储能变流器、与上位机监控系统的通信接口等，微电网储能系统示意图如图13所示。

图13是根据本发明一个实施例的光伏装置的微电网储能系统的示意图；

该微电网储能系统包括微电网监控系统1312；以及集中控制器1302，用于对整个微电网进行集中控制。储能变流器1310经通信端口1308与集中控制器1302相连，并且与电网1314相连。储能变流器1310对蓄电池实现充放电，并实现微电网与市电网之间的能量交换(后面会详细介绍)。BMS1304与蓄电池组1306相连，以便对蓄电池组1306的运行状况进行管理。

(1)蓄电池：

微电网储能系统作为微电网系统的关键单元，提高储能系统稳定性和可靠性，储能蓄电池是至关重要的一个部件，必须满足以下要求：

容易实现多方式组合，满足较高的工作电压和较大工作电流；

电池容量和性能的可检测和可诊断，使控制系统可在预知电池容量和性能的情况下实现对电站负荷的调度控制；

高安全性、可靠性，在正常使用情况下，使用寿命不低于15年；

具有快速响应和大倍率充放电能力，要求5～10倍充放电能力；

较高的充放电转换效率；

具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围；

(2)BMS电池管理系统方案：

1)电池管理系统的要求

在储能系统中，储能电池往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成。由于电池在生产过程和使用过程中，会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。这种差异表现为电池组充满或放完时串联电芯之间的电压不相同，或能量的不相同。这种情况会导致部分过充，而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放，从而使电池组的离散性明显增加，使用时更容易发生过充和过放现象，整体容量急剧下降，整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，最终导致电池组提前失效。

因此，对于磷酸铁锂电池电池组而言，均衡保护电路是必须的。当然，锂电池的电池管理系统不仅仅是电池的均衡保护，还有更多的要求以保证锂电池储能系统稳定可靠的运行。

2)电池管理系统BMS的功能介绍

单体电池电压均衡功能

此功能是为了修正串联电池组中由于电池单体自身工艺差异引起的电压、或能量的离散性，避免个别单体电池因过充或过放而导致电池性能变差甚至损坏情况的发生，使得所有个体电池电压差异都在一定的合理范围内。要求各节电池之间误差小于±30mv。

电池组保护功能

单体电池过压、欠压、过温报警，电池组过充、过放、过流报警保护等。

数据采集功能

采集的数据主要有：单体电池电压、单体电池温度(实际为每个电池模组的温度)、组端电压、充放电电流，计算得到蓄电池内阻。

通讯接口：采用数字化通讯协议Modbus。在储能系统中，需要和调度监控系统进行通讯，上送数据和执行指令。

诊断功能

BMS应具有电池性能的分析诊断功能，能根据实时测量蓄电池模块电压、充放电电流、温度和单体电池端电压、计算得到的电池内阻等参数，通过分析诊断模型，得出单体电池当前容量或剩余容量(SOC)的诊断，单体电池健康状态(SOH)的诊断、电池组状态评估，以及在放电时当前状态下可持续放电时间的估算。根据电动汽车相关标准的要求《锂离子蓄电池总成通用要求》(目前储能系统无相关标准)，对剩余容量(SOC)的诊断精度为5％，对健康状态(SOH)的诊断精度为8％。

热管理功能

锂电池模块在充电过程中，将产生大量的热能，使整个电池模块的温度上升，因而，BMS应具有热管理的功能。

故障诊断和容错技术

若遇异常，BMS给出故障诊断告警信号，通过监控网络传给上层控制系统。对储能电池组每串电池进行实时监控，通过电压、电流等参数的监测分析，计算内阻及电压的变化率，以及参考相对温升等综合办法，即时检查电池组中是否有某些已坏不能再用的或可能很快会坏的电池，判断故障电池及定位，给出告警信号，并对这些电池采取适当处理措施。当故障积累到一定程度，而可能出现或开始出现恶性事故时，给出重要告警信号输出、并切断充放电回路母线或者支路电池堆，从而避免恶性事故发生。

采用储能电池的容错技术，如电池旁路或能量转移等技术，当某一单体电池发生故障时，以避免对整组电池运行产生影响。

管理系统对系统自身软硬件具有自检功能，即使器件损坏，也不会影响电池安全。确保不会因管理系统故障导致储能系统发生故障，甚至导致电池损坏或发生恶性事故。

3)BMS电池管理系统：

均衡保护技术

能量转移法(储能均衡)。

其它保护技术

对于电池过压、欠压、过流等故障情况，采取切断回路的方式进行保护。

对瞬间的短路的过流状态，过流保护的延时时间一般至少要几百微秒至毫秒，而短路保护的延时时间是微秒级的，几乎是短路的瞬间就切断了回路，可以避免短路对电池带来的巨大损伤。在母线回路中一般采用快速熔断器，在各个电池模块中，采用高速功率电子器件实现快速切断。

蓄电池在线容量评估SOC

在测量动态内阻和真值电压等基础上，利用充电特性与放电特性的对应关系，采用多种模式分段处理办法，建立数学分析诊断模型，来测量剩余电量SOC。

分析锂电池的放电特性,基于积分法采用动态更新电池电量的方法,考虑电池自放电现象,对电池的在线电流、电压、放电时间进行测量；预测和计算电池在不同放电情况下的剩余电量，并根据电池的使用时间和环境温度对电量预测进行校正，给出剩余电量SOC的预测值。

为了解决电池电量变化对测量的影响，可采用动态更新电池电量的方法，即使用上一次所放出的电量作为本次放电的基准电量，这样随着电池的使用，电池电量减小体现为基准电量的减小；同时基准电量还需要根据外界环境温度变化进行相应修正。

蓄电池健康状态评估SOH

对锂电池整个寿命运行曲线充放电特性的对应关系分析，进行曲线拟合和比对，得出蓄电池健康状态评估值SOH，同时根据运行环境对评估值进行修正。

蓄电池组的热管理

在电池选型和结构设计中应充分考虑热管理的设计。圆柱形电芯在排布中的透气孔设计及铝壳封装能帮助电芯更好的散热，可有效防鼓，保证稳定。

BMS含有温度检测，对电池的温度进行监控，如果温度高于保护值将开启风机强制冷却，若温度达到危险值，该电池堆能自动退出运行。

并网控制系统是一类适合智能电网建设，应用在储能环节，以双向逆变为基本特点，具有一系列特殊性能、功能的并网逆变器(PCS)。智能电网中的储能环节能有效调控电力资源，能很好地平衡昼夜及不同季节的用电差异，调剂余缺，保障电网安全。是可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理的有效手段。没有储能，智能电网的实现是不可能的。并网逆变器适用于各种需要动态储能的应用场合，就是在电能富余时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出；在微电网中起到应急独立逆变作用。

4)BMS电池管理系统显示数据介绍

BMS电池管理系统分为本地数据显示和上位机监控数据显示。本地数据显示是指BMS电池管理系统的显示屏显示；上位机监控数据显示是指BMS电池管理系统通过数据集中控制器上传至上位机监控系统进行数据的实时显示。表3为BMS电池管理系统本地数据显示和上位机监控数据显示参数表。

表3BMS电池管理系统本地显示和上位机监控显示参数表

序号	显示内容	备注
			1	每个单体电池电压Ubat
2	每个单体电池充电电流Ibat1
			3	每个单体电池放电电流Ibat2
4	电池组输出电压Uout
			5	电池组温度T
6	电池组最高电压与最低电压之差
			7	电池组最高温度与最低温度之差
8	电池组SOC
			9	电池组SOH
10	电池组工作模式
			11	电池组工作状态
12	电池组通信状态

5)PCS储能变流器：

(1)PCS储能变流器概述

储能变流器系统将直流电变换成交流电和将交流电变换成直流电双向变流器设备，用于将电能变换成适合于电网使用的一种或多种形式的电能的电气设备。储能逆变器(PCS)为实现在电网与储能系统之间提供接口，实现对储能系统的充放电和能量交换。PCS能够应用在不同的场合(并网系统、孤岛系统和混合系统)，是具有一系列的特殊功能，应用在储能环节，适合智能电网建设的并网逆变器。智能电网中的储能环节能有效调控电力资源，能很好的平衡昼夜及不同季节的用电差异，调剂余缺，保障电网安全。

PCS储能变流器采用内置隔离变压的结构，通过内置变压器把电压升到380V电压并入电网，储能变流器拓扑结构如图所示。

图14是根据本发明一个实施例的储能变流器拓扑结构示意图；

如图所示，AC380V电压经隔离变压器变压之后，进入AC/DC功率单元1406，AC/DC功率单元1406的输出端为DC380电压，DC380电压经DC/DC功率单元1408变换为预定的DC电压，输入到电池1410中。BMS系统1412监控电池1410的参数，并将电池1410的参数经CAN传递给PCS监控系统1404。微电网监控机1402经LAN接收来自PCS监控系统1404的输入。

(2)PCS储能变流器

①设计原则

符合大容量电池组电压等级和功率等级；

结构简单、可靠稳定，功率损耗低；

能够灵活进行整流逆变双向切换运行；

采用常规功率开关器件，设计模块化、标准化；

并网谐波含量低，滤波简单；

②主要功能

浮充、恒流充电、恒压充电、恒功率充电功能等功能；

限流放电、限压放电、恒功率放电、恒流放电等功能；

孤岛检测功能；

有功和无功的控制功能；

并网和离网的模式切换功能；

直流侧极性反接保护；直流侧过压欠保护；直流侧过流保护；交流侧过流保护；短路保护；交流侧过欠压、过欠频保护过热保护；浪涌保护；

人机界面和通讯功能。

(3)PCS储能变流器显示介绍

PCS储能变流器分为本地数据显示和上位机监控数据显示。本地数据显示是指PCS储能变流器的显示屏显示；上位机监控数据显示是指PCS储能变流器通过数据集中控制器上传至上位机监控系统进行数据的实时显示。表4为PCS储能变流器本地数据显示和上位机监控数据显示参数表。

表4PCS储能变流器本地显示和上位机监控显示参数表

序号	显示内容	备注
			1	直流母线电压
2	直流母线充电电流
			3	直流母线放电电流
4	A相电压
			5	B相电压
6	C相电压
			7	A相电流
8	B相电流
			9	C相电流
10	放电有功功率
			11	充电有功功率
12	无功功率
			13	并网效率
14	电网频率
			15	功率因数
16	温度显示
			17	PCS储能变流器工作模式
18	PCS储能变流器工作状态
			19	PCS储能变流器通信状态

五.微电网控制系统

1.概述

根据本发明实施例的微电网系统采用自发自用方式，在并网情况下，微电网系统断路器全部处于合位状态，光伏系统发电电量从光伏电站流向变电所低压系统380V主母线。

在检测到市电停电时，通过微电网内部的控制策略，断开进线断路器，控制交直流双向变流器(PCS)，将蓄电池储存的电量转换为AC380V，提供给两个负荷回路。

在检测到市电重新供电后，合上进线断路器，光伏系统发电电量从光伏电站流向变电所低压系统380V主母线。

微电网系统的控制功能主要由集中控制器、并离网控制器、微电网负荷控制器、微电网综合监控系统和微电网能量管理系统等组成，负责分布式太阳能光伏发电、储能变流器和负载之间的协调工作，提供并网和离网运行的能量管理策略。保证系统在离网和并网情况下均能自动切换，确保站区供电正常运行。

微电网并网运行时，分布式电源通过微电网接入柜与外部电网并联，实现对当地负载供电。微电网控制功率系统通过闭环控制调节策略保证系统的稳定运行。

微电网离网运行时，启动储能变流器作为电压源处于V/F工作模式。微电网系统通过调节光伏发电对负荷供电，最大储能系统使用，节约一次能源，如果光伏发电大于负荷用电时，微电网系统将对光伏和储能系统进行调节，使其能够满足系统平稳运行要求。

2.集中控制层(集中控制器)

集中控制层是整个微电网控制管理系统的核心部分，完成整个微电网的监视和控制，在保证微电网安全运行前提下，最大限度地利用可再生能源。微电网集中控制管理中心根据整个微电网的运行情况，实时分析DG层、负荷层的优化、控制策略，并进行及时远程控制，实现并网、孤网、停运的平滑过渡。

微电网集中控制管理以下各项：

微电网并网运行时进行经济调度，优化协调各分布式电源；

并离网过渡中协调就地控制器，快速完成转换；

离网时协调各分布式电源、负荷，保证微电网重要负荷的供电、维持微电网的安全运行；

微电网停运时，启用“黑启动”，使微电网快速恢复供电。

3.本地控制层(本地控制器)

微电网就地保护和控制由一系列就地保护设备和就地控制器组成，微电网就地控制器完成分布式电源对频率和电压的一次调节，就地保护完成微电网的故障快速保护，通过就地控制和保护的配合实现微电网故障的快速“自愈”。

就地控制器分为发电控制器和负荷控制器，功能分别为：

1)就地控制器能实现V/F控制(实现定电压和定频率控制)和PQ控制(实现定功率控制)的自动切换；

2)负荷控制器能根据系统的频率和电压，延迟切除不重要负荷，保证系统的安全运行；

3)就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中控制中心实现微电网稳态控制和分析。

4.微电网主控柜

微电网主控柜主要由微电网集中控制器、通信管理机、交换机等组成。其中微电网集中控制器(上文已提到)是微电网主控柜中的重要装置，一款嵌入式微电网主机兼操作员站，全面监视整个微电网一次设备的运行情况，实时分析微电网的运行情况并获得整个微电网优化和调整策略并快速自动执行，同时可作为数据库服务器，是微电网能量管理系统的核心部件。微电网集中控制器、并离网控制器在微电网的各种运行方式及微电网进行并转离或离转并时起着重要作用，下面进行具体说明。

5.微电网测控柜

微电网测控柜主要由微电网并离网控制器、负荷控制器等组成。

微电网并离网控制器可对微电网公共连接点进行监视，通过孤岛检测实现离网自动断开PCC点断路器，实现微电网与大电网(市电网)的隔离，当大电网恢复供电时能自动并网。同时本装置配备保护功能实现微电网内部故障以及外部故障时的自动隔离，可作为整个微电网的系统级保护。

微电网负荷控制器具有离网联切、低频、低压、过频、过压控制功能，主要用于并网转离网时快速切除微电网多余的负荷或发电设备，快速实现并转离的发用电平衡，在离网期间具有低频、低压减载，过频切机，过频或过压解列，通过判断电压、频率等运行参数实现微电网能量平衡。

微电网接入柜用于将分布式电源及微电网内的各种负荷与外部电网联接起来，保证在外部电网失电时实现由分布式能源对重要负荷的不间断供电。

光伏的逆变器交流输出接入微电网接入柜，经交流断路器接入微电网接入柜的交流母线，每个回路均配置有测控保护装置，通过测控保护装置可实现与微电网控制管理系统的数据及信息传递，可以直观地显示电网侧电压及发电电流。另外还配置有相关的电流互感器，以供表计及测控保护装置采样用。

6.微电网系统控制策略及能量管理

为了实现微电网并/离网模式下的安全稳定运行,需要制定正确的微电网控制及能量管理策略,说明如下：

1)分布式电源控制

分布式电源控制采用P/Q控制模式或最大功率跟踪控制模式，在电网正常运行时实现可再生能源的最大化发电，但在系统需要时可接收调度命令以指定功率输出，实现分布式电源发电的可调性。

2)并离网切换控制

根据孤岛检测、故障判断、配网恢复供电判断等对公共连接点断路器进行快速控制，实现并离网自动切换、线路故障跳闸、母线备自投等功能。并离网切换控制通过并离网控制器实现。

3)微电网实时监控

微电网监控系统通过分布式电源逆变器、并离网控制器等实时采集模拟量、开关量等信息量，完成整个微电网运行工况的监视。

数据采集和处理

数据库的建立与维护

控制操作

报警处理

画面生成与显示

在线计算及制表

远动功能

人机交互

系统自诊断和自恢复

4)微电网实时统计

该功能基于微电网监控数据进行在线统计计算，为微电网能量管理系统提供基本数据

分布式电源发电监控、统计和分析

负荷分类进行监控、统计和分析

微电网综合监视与统计

5)并离网自动切换

微电网控制系统支持从并网状态到离网状态、离网状态到并网状态这两个过渡状态的稳定平滑自动控制功能。

6)离网能量调度

微电网在离网期间，通过控制策略实现微电网分级负荷管理下的稳定运行。当电网恢复供电后，微电网能自动并网，并完成停电负荷的自恢复供电。支持计划孤岛和非计划孤岛的运行。

7)电压无功控制

微电网是末端用电网络，电压常常偏离允许范围造成较严重的电能质量问题，电压无功控制功能在并网运行时，通过调节各分布式电源等设备的无功输出，保证电压在合格范围内，并实现无功功率的就地平衡。

8)微电网经济运行控制

微电网在并网运行时，在保证微电网安全运行的前提下，以全系统能量利用效率最大和运行费用最低为目标，充分利用可再生能源，实现多能源互补发电，保证整个微电网的经济最优运行。

9)微电网并网运行期间的控制策略

并网运行期间，微电网自身分布式电源发电只占用电的一部分，针对这种情况，集中控制器在并网运行时，实时计算系统功率差额，并规划如果发生离网，各分布式电源的出力计划和各种负荷的投切计划，微电网并离网控制器一旦检测到微电网离网，则微电网控制管理系统立即执行已定控制计划，实现微电网并离网的过渡。

10)微电网离网运行期间的控制策略

微电网在离网运行期间储能变流器启动处于电压源V/F工作模式，为交流母线提供电源支撑，以便保证光伏可再生分布式电源的运行。

离网运行期间，微电网并离网控制器时刻检查微电网频率，如果频率上升，则恢复部分已切除的负荷，如果所有的负荷均投入频率依旧过高，则采用切除分布式电源的措施或调整分布式电源出力。如果频率下降到允许的最低限值，则通过负荷控制器继续切除剩余部分负荷，保证在离网期间最重要负荷供电的可靠性和供电质量。

在切除负荷时按负荷重要程度，先切除非重要的负荷再切重要负荷，对分布式电源出力的调整，原则是优先保证可再生能源的最大出力发电，达到微电网离网后的供需平衡目标。

离网运行期间，微电网集中控制器检测到系统电源恢复后，微电网并离网控制器检测出满足同期条件时下发并网指令合PCC点电子开关，微电网重新并网运行。

六.微电网监控系统

1)微电网监控系统方案

微电网监控系采用模块化、功能集成的设计思想，分为就地控制层和集中控制层两层结构。

微电网监控系统组网设计如下，组网架构主要包括一体化监控平台、监测设备、通讯设备、以及各系统/设备的连接方式。

图15是根据本发明一个实施例的微电网监控装系统的示意图。

太阳能电池组件的重要现场参数需要采集并传送给远程监控中心，光伏电站的储能蓄电池组的重要状态参数,需要采集并传送给远程监控中心。逆变器两侧的重要直流和交流电量参数,需要采集并传送给远程监控中心。光伏电站的环境参数,包括温度、光照度和风向等参数,需要采集并传送给远程监控中心。本地数据采集终端具备工业级的可靠性和灵活的通信能力,可以通过无线GPRS的方式,也可以通过有线网络,例如ADSL或者光纤环网将场站实时数据送给远程监控中心。同时,还可以实现本地显示和监控。

每个光伏组件上设置传感器模块，让每个光伏组件都能够通过输电线进行双向通信，汇流箱后的采集器实时监听各个组件的电流，电压和温度，并通过以太网/4G/MQTT等通信方式，将数据实时传送给云端。

精准的面板数据能够反映电站的实时状态，并且能够精准定位到故障模块。

此外，根据该实施例的监控系统，光伏组件的数据可经由智能物联网采集器输入光伏人工智能算法处理器，而且微电网系统的数据可经由其他监控数据输入到光伏人工智能算法处理器。人工智能算法处理器的输出可输入云平台，云平台可实现实时捕捉电站故障；精准定位异常点；自动分析故障原因(热斑、灰尘、精准评估电站能效比、提供自动运维规则)等。经分析可提供最佳电站收益、最低运维成本。

(1)就地控制层

就地控制层由汇流箱、电池管理系统(BMS)及其智能组件、功率变流器及其智能组件、同期装置及其职能组件、配电系统保护测控装置等。

(2)汇流箱

汇流箱主要是完成光伏组件的并联，并且对每路光伏电池板电压、电流和运行故障进行检测，通过智能组件将相关信息转化为IEC61850协议通过光以太网上送到监控系统，以便采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用电池的目的。

(3)电池管理系统(BMS)及其智能组件

电池管理系统无论是在电池的充电过程还是放电过程，都要可靠的完成电池状态的实时监控和故障诊断。并通过智能组件将相关信息转化为IEC61850协议通过光以太网上送到监控系统，以便采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用电池的目的。

(4)功率变流器及其智能组件

功率变流器分为光伏并网逆变器和PCS储能变流器。光伏并网逆变器主要实现将光伏电池板输出的直流电转化为与电网同频同相的交流电并入电网；PCS储能变流器实现对电池充放电的控制，满足储能系统并网要求。研究多目标的变流器控制策略，一方面精确控制充放电过程中的电压、电流，确保电池组高效充放电；另一方面根据调度指令，进行双向平滑切换运行，实现有功、无功独立控制。另外，在电网故障条件下，研究多储能PCS单元的协调控制，实现对局部电网的安全运行。智能组件将功率变流器需要上传的开关量、模拟量、非电量、运行信息等转换为IEC61850协议通过以太网上传给监控系统，同时将监控系统下发的模式切换命令及定值设定转发给功率变流器。

配电系统保护测控装置

采用数字化保护测控一体化装置，采用直接对常规互感器采样的方式完成电压、电流的测量；断路器、刀闸位置等开关量信息通过硬接点直接采集；断路器的跳合闸通过硬接点直接控制方式完成。具备IEC61850协议的以太网通信方式与监控系统相连。

2)集中控制层配置

集中控制层主要实现实时数据采集、与联合发电智能监控系统通信等功能。

实时数据采集

通过子系统的智能组件从功率调节系统、电池系统、配电系统获取数据，这些数据包括电池容量、线路状态、电流、有功功率、无功功率、功率系数和平均值。

与联合发电智能监控系统通信

在微电网系统和变电站之间铺设通讯线缆，将储能系统的实时数据、故障信息等上传到联合发电智能监控系统；同时接受联合发电智能监控系统下发的控制命令。

如图15所示，数据采集单元1504对光伏组件1506的参数进行采集，采集结果通过物联网云平台1502传递到监控屏1522、PC1520、以及移动设备1522等。此外，数据采集单元1504还通过RS485接口1512对逆变器1508、汇流箱1510、压力计1514、温度计1516和湿度计1518等进行监控，采集的数据同样可通过物联网云平台1502传递到监控屏1522、PC1520、以及移动设备1522等。

图16是根据本发明一个实施例的监控系统中一部分的示意图。

如图16所示，光伏组件的输出线路接入汇流箱1608，采集器1604对汇流箱1608的输出进行采集，采集的结果输出到逆变器1606进行逆变，采集器1604还与中控系统1602相连。此外，光伏组件还连接传感器1610。

3)微电网监控系统控制介绍

微电网监控系统能实现对微电网系统各个运行设备远程控制和实时参数的修改，分别如表5和6所示。

表5微电网监控系统控制命令表

表6微电网监控系统远程修改参数表

序号	控制命令	控制设备
			1	直流母线电压下限保护值	各设备
2	直流母线电压上限保护值	各设备
			3	直流母线电流下限保护值	各设备
4	直流母线电流上限保护值	各设备
			5	交流电压下限保护值	各设备
6	交流电压上限保护值	各设备
			7	交流频率下限保护值	各设备
8	交流频率上限保护值	各设备
			9	交流功率下限保护值	各设备
10	交流功率上限保护值	各设备

七.优点和积极效果

本发明以新能源利用为主题的微电网技术，积极响应国家节能减排、发展低碳经济、建设绿色低碳环保的智能铁路集运站的创新性意识。该技术将产生巨大的影响力，对我国资源节约型、环境友好型社会的建设具有良好的宣传作用和示范意义。

微电网是融合了分布式发电、双向变流等电力电子技术，控制保护和通信等高新技术的新生事物，本发明的技术先进性主要体现在但不限于以下几个方面。

(1)微电网系统综合控制策略；

(2)可实现微电网的孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换；

(3)微电网独立运行后，可以利用储能单元作为微电网稳定控制单元，当微电网电上升或者下降时，快速释放功率或者进行充电操作，维持微电网的稳定运行；

(4)智能通信设备关键技术；

(5)微电网继电保护技术。

(6)超高效薄膜发电技术，利用精确双轴追踪技术可提高发电量45％以上，且设备低功耗，低故障，体现高端薄膜发电技术的创新性。

(7)开发电站监控软件，利用云平台可获得性强、按需获取和便捷高效的特点，对分布式电源发电的历史数据和用户用能习惯分析结果进行存储,并可在个人终端实时查询。

(8)基于大数据平台的监控及可视化分析技术：以图形化的方式向用户提供实时监测,数据分析，电能质量分析，能源评估等功能，并通过交互式技术向用户提供用能策略制定及联动控制等功能。

光伏发电及微电网管理系统具有国际先进、国内领先水平，可实现与站区乃至公司智能监控系统的无缝对接，提升智能交通的科技内涵和智能化水平。

光伏发电设备的使用寿命在25年以上，为免维护结构，无需专职人员管理，站内电工兼职即可完成管理工作。即使每年的维修、维护费用按工程总投资的0.5％计算，亦远低于每年节省的电费。

通过本发明的技术方案，节约了一次能源投入的同时减少了有害气体的排放。因而有较为可观的节能和环保效益。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员可以意识到，本发明中上述实施例，可以进行各种组合。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所披露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元(模块)可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (36)

1.一种方位控制装置，其特征在于，包括：

承载机构，用于承载光能接收装置；

控制单元，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳的轨迹控制传动机构的动作；

所述传动机构，与所述承载机构机械连接，用于在所述控制单元的控制下调整所述承载机构的方位，以使所述承载机构所承载的光能接收装置的光接收面朝向太阳。

2.根据权利要求1所述的方位控制装置，其特征在于，

所述承载机构在所述传动机构的驱动下能够实现两个自由度旋转。

3.根据权利要求2所述的方位控制装置，其特征在于，

所述两个自由度的旋转角度为0°至360°。

4.根据权利要求2所述的方位控制装置，其特征在于，所述传动机构包括：

支撑立柱；

第一轴，其轴线与所述支撑立柱垂直，位于所述支撑立柱上；

第二轴，其轴线垂直于所述第一轴的轴线，并与所述第一轴连接，所述第二轴的两端安装有轴承，所述第二轴相对于所述支撑立柱有一个旋转自由度，并且第二轴的两端与位于所述第二轴上方的所述承载机构连接。

5.根据权利要求4所述的方位控制装置，其特征在于：

所述第一轴两端安装有轴承，所述第二轴与所述第一轴之间为固定连接；或者

所述第一轴两端与所述支撑立柱固定连接，所述第二轴与所述第一轴之间为活动连接，从而能够围绕所述第一轴转动。

6.根据权利要求4所述的方位控制装置，其特征在于，所述传动机构包括：

第一滑轮；

第二滑轮；

第一电机，用于驱动所述第一滑轮；

第二电机，用于驱动所述第二滑轮；

第一组绳索，各自的一端固定于所述承载机构的第一预定位置，与所述第一滑轮配合，用于拉动所述承载机构实现第一自由度的运动；以及

第二组绳索，各自的一端固定于所述承载机构的第二预定位置，与所述第二滑轮配合，用于拉动所述承载机构实现第二自由度的运动。

7.根据权利要求6所述的方位控制装置，其特征在于，

在所述第一组绳索中的至少一根绳索和/或所述第二组绳索中的至少一根绳索的预定部位连接有弹簧，以对所述绳索施加侧向张紧力。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方位控制装置，其特征在于，

所述控制单元中配置有计算太阳轨迹的万年历程序，通过设定所述光能接收装置所在位置的经纬度、日期、时间，所述控制单元以预定的时间周期计算太阳的轨迹。

9.根据权利要求8项所述的方位控制装置，其特征在于，还包括：

角度传感器，用于感测所述光接收面的法线与太阳方位角之间的差异，将所述差异反馈给所述控制单元，以便所述控制单元对所述承载机构的方位进行校正。

10.一种光伏发电设备，其特征在于包括：

根据权利要求1至9中任一项所述的方位控制装置；以及

光伏阵列，固定于所述方位控制装置的承载机构上。

11.一种装置的方位控制方法，其特征在于，包括：

计算太阳的轨迹，根据所计算的太阳的轨迹，向所述装置的传动机构发出控制指示；

所述传动机构根据所述控制指示，调整所述装置中用于承载光能接收装置的承载机构的方位，以使所述光能接收装置的光接收面朝向太阳。

12.根据权利要求11所述的方位控制方法，其特征在于，

所述承载机构能够实现两个自由度旋转。

13.根据权利要求12所述的方位控制方法，其特征在于，

所述两个自由度的旋转角度为0°至360°。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方位控制方法，其特征在于，

所述计算太阳的轨迹包括应用万年历程序来计算太阳的轨迹，其中，通过设定所述装置所在位置的经纬度、日期、时间，以预定的时间周期自动计算太阳的轨迹。

15.根据权利要求11所述的方位控制方法，其特征在于：

利用角度传感器感测所述光接收面的法线与太阳方位角之间的差异，根据所述差异，对所述承载机构的方位进行校正。

16.一种微电网系统，其特征在于，包括：

光伏发电设备，用于将接收的光能转换为电能，所述电能对负载进行供电或者被接入市电网；其中，所述光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；

储能系统，用于对所述光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；

集中控制器，监测所述微电网系统中各设备的运行状况，根据监测结果控制所述各设备的运行；以及

网关装置，根据所述集中控制器的指示，将所述微电网接入所述市电网或从所述市电网断开。

17.根据权利要求16所述的微电网系统，其特征在于，所述光伏发电设备包括：

光伏阵列发电装置，将接收的光能转化为直流电，其中，所述光伏阵列发电装置配置有：智能追日跟踪器，用于计算太阳的轨迹，并根据所计算的太阳轨迹而驱动所述光伏阵列，使得所述光伏阵列中的光接收面朝向太阳；以及

光伏并网逆变器，用于将所述直流电转换为与市电网同频同相的交流电，以对负载进行供电或者将所述交流电输入所述市电网。

18.根据权利要求16所述的微电网系统，其特征在于，

所述光伏阵列发电装置为根据权利要求10所述的光伏发电设备。

19.根据权利要求16所述的微电网系统，其特征在于，

所述光伏阵列由多个光伏电池以串联和并联的方式构成，并且所述光伏电池为CIGS薄膜太阳能电池。

20.根据权利要求16所述的微电网系统，其特征在于，所述储能系统包括：

蓄电池组，用于存储所述光伏阵列发电装置所产生的至少部分电能；

电池管理系统，用于监控所述蓄电池组中蓄电池的运行状态；以及

储能变流器，用于根据所述蓄电池的运行状态，对其进行充放电，并且用于在所述微电网系统离网运行时，维持所述微电网的交流母线电压稳定。

21.根据权利要求20所述的微电网系统，其特征在于：

所述储能变流器进一步配置为对电流进行交流到直流以及直流到交流的整流逆变，以将电能变换成适合于电网使用的一种或多种形式；以及实现所述微电网与所述市电网之间的能量交换。

22.根据权利要求20所述的微电网系统，其特征在于：

所述蓄电池管理系统实时监控所述蓄电池的参数，分析所述蓄电池中的故障或损坏程度，并根据分析结果给出告警信号或切断相关回路。

23.根据权利要求20所述的微电网系统，其特征在于：

所述蓄电池管理系统在测量所述蓄电池的电压和动态内阻的基础上，利用充电特性与放电特性的对应关系，进行多模式分段处理，并建立数学分析诊断模型，来测量剩余电量。

24.根据权利要求20所述的微电网系统，其特征在于：

所述蓄电池管理系统采用动态更新电池电量的方法,对所述蓄电池的参数进行测量；以及计算并预测所述蓄电池在不同放电情况下的剩余电量，根据所述蓄电池的使用时间和环境温度对电量预测进行校正，给出剩余电量的预测值；

其中，所述动态更新电池电量的方法是指：将上一次的放电量作为本次放电的基准电量。

25.根据权利要求16所述的微电网系统，其特征在于：

所述集中控制器进一步配置为在所述微电网并网运行时，实时计算所述微电网系统内自身的电能与负载运行所需的功率差额，从而规划离网运行时所述微电网系统内电源的输出分配方案和各负载的接入/断开方案。

26.根据权利要求20所述的微电网系统，其特征在于：

所述集中控制器进一步配置为在检测到所述市电网停电时，断开进线断路器，将所述蓄电池储存的电量转换为交流电，提供给负荷回路；在检测到所述市电网重新供电后，合上所述进线断路器，将所述光伏发电设备产生的电能提供给所述市电网。

27.根据权利要求16所述的微电网系统，其特征在于包括：

本地控制器，用于实现所述微电网系统中的发电控制以及所述微电网的暂态控制。

28.根据权利要求27所述的微电网系统，其特征在于，所述本地控制器包括：

发电控制器，实现V/F控制和PQ控制的自动切换；

负荷控制器，根据所述微电网系统的频率和电压，延迟切除部分负荷，保证所述微电网系统的安全运行。

29.根据权利要求27所述的微电网系统，其特征在于所述本地控制器还包括：

并离网控制器，配置为通过对所述微电网与所述市电网之间的公共连接点处的断路器进行控制，实现并网与离网的自动切换；并且，配置为在所述微电网离网运行期间，实时检查微电网的频率，根据所述频率的升降，对所述光伏发电设备的电力输出和/或负荷进行控制。

30.根据权利要求29所述的微电网系统，其特征在于：

所述并离网控制器对光伏发电设备的电力输出和/或负荷进行控制包括：如果所述频率上升，则恢复部分已断开的负荷，如果所有的负荷均接入后所述频率依旧过高，则断开所述光伏发电设备或调整其输出；如果所述频率下降到的最低限值，则通过负荷控制器继续断开剩余部分负荷。

31.一种微电网系统控制方法，其特征在于：

所述微电网系统包括：光伏发电设备，所述光伏发电设备的光伏阵列的光接收面能够根据计算的太阳的轨迹而追踪太阳的方向，以接收尽可能多的光照；

所述方法包括：

监测所述微电网系统的运行参数，获得监测结果；

根据所述监测结果，对所述光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控；

其中，所述对所述光伏发电设备所产生的电能进行存储和调控包括：

在监测到市电网停电时，将所述微电网系统与所述市电网断开从而进入离网运行模式，并将所存储的电能转换为交流电提供给负载；

在监测到市电网供电时，将所述微电网系统接入所述市电网从而进入并网运行模式，并将所述光伏发电设备所产生的电能提供给所述市电网。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括：

在所述微电网处于所述并网运行模式时，通过闭环控制调节策略对所述负载的供电进行控制；以及

在所述微电网处于所述离网运行模式时，对所述光伏发电设备所产生的电能以及所述微电网系统中的储能系统所存储的电能进行调控，实现所述微电网系统的稳定运行。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括：

在所述微电网处于并网运行模式时，实时计算所述微电网系统内自身的电能与负载运行所需的功率差额，从而规划在处于所述离网运行模式时所述微电网系统内电力的输出分配方案和各负载的接入/断开方案。

34.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括：

对所述微电网系统与所述市电网之间的公共连接点处的断路器进行控制，实现并网与离网的自动切换。

35.根据权利要求31所述的方法，其特征在于还包括：

在所述微电网处于所述离网运行模式时，实时检查所述微电网系统的频率，根据所述频率的升降，对所述微电网系统的电力输出和/或负荷进行控制。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于：

所述对所述微电网系统的电力输出和/或负荷进行控制包括：如果所述频率上升，则恢复部分已断开的负荷，如果所有的负荷均接入而频率依旧过高，则断开所述光伏发电设备或调整其输出；如果所述频率下降到最低限值，则继续断开剩余部分负荷。