CN109638864B - 一种智能电网的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电网的控制系统，包括分布式发电装置、控制器、第一变换器、第二变换器、第三变换器、能量存储装置、补偿器；所述分布式发电装置通过第一变换器连接交流电网，所述交流电网通过第二变换器连接负载；所述补偿器连接在所述第二变换器与负载之间；所述能量存储装置通过第三变换器连接所述交流电网；所述控制器接收分布式发电装置的发电信息，根据负载需求功率以及输电损耗控制所述能量存储装置的输出功率，以使能量存储装置输出功率减小，提高能量存储装置的使用次数。本发明能够根据分布式电源的供电电源的配比，调节能量存储装置的输出，使能量存储装置的输出功率减小，提高能量的有序控制，实现电网供电的智能化。

Description

一种智能电网的控制系统
技术领域
本发明涉及智能电网技术领域，具体而言，涉及一种智能电网的控制系统。
背景技术
现有技术中，电网的智能化调配已随着控制芯片的优化逐渐得到从业人员的重视，随着新能源发电的逐渐普及，利用光伏、风电等新能源进行发电正在广泛引用，同时，电池作为后备储能，一方面其能够有效的进行后备储能，但是，其作为后备储能时，由于光伏、风电等发电部稳定，导致其使用次数会比较多，电池的使用寿命对于整个电网的成本起着很关键的作用，如何优化控制电池的使用次数，是在现在分布式发电，以及未来的智能电网中需要重视的，然后，现有技术中，仅仅将电池作为后备能量，如UPS的方式进行紧急启动或补充能量，没有考虑到根据分布式发电的内在具体状态或者电功率的传送效率等进行电池等能量存储装置的成本考虑。
发明内容
本发明提出了一种智能电网的控制系统，包括分布式发电装置、控制器、第一变换器、第二变换器、第三变换器、能量存储装置、补偿器；所述分布式发电装置通过第一变换器连接交流电网，所述交流电网通过第二变换器连接负载；所述补偿器连接在所述第二变换器与负载之间；所述能量存储装置通过第三变换器连接所述交流电网；所述控制器接收分布式发电装置的发电信息，根据负载需求功率以及输电损耗控制所述能量存储装置的输出功率，以使能量存储装置输出功率减小，提高能量存储装置的使用次数。
所述的智能电网的控制系统，所述控制器还接收所述补偿器的补偿信息，并根据所述补偿信息减小能量存储装置的功率输出。
所述的智能电网的控制系统，所述第一变换器包括DC/AC变换器、AC/AC变换器；所述第二变换器包括变压器；第三变换器连接的反激式升压DC/DC变换器和DC/AC变换器。
所述的智能电网的控制系统，所述能量存储装置包括锂电池、超级电容。
所述的智能电网的控制系统，所述控制器包括FPJA和DSP，所述FPJA与所述DSP连接，所述FPJA接收分布式发电装置、补偿器、能量存储装置的采集信号，并进行采样周期设定，将采集的信号进行处理，传送到所述DSP中，所述DSP根据接收到的FPJA处理后的信号，生成第一变换器、第二变换器、第三变换器的控制信号，并控制所述第三变换器中的反激式升压DC/DC变换器的反激开关频率，调节能量存储装置的输出功率。
所述的智能电网的控制系统，所述FPJA接收分布式电源的输出功率；计算电网可输出的全部功率；计算负载需求功率；所述DSP根据所述FPJA计算的数据输出调节分布式电源输出功率配比的控制信号；所述FPJA实时监测所述补偿器的补偿信息，根据反馈的补偿信息修正所述DSP输出的控制所述反激式升压DC/DC变换器的反激开关频率，以根据补偿器的输出调节能量存储装置的输出功率。
所述的智能电网的控制系统，所述FPJA接收分布式电源的输出功率的各发电装置的输出功率的具体值，并计算各发电装置占整个分布式发电的占比量，将所述占比量输送到所述DSP中，所述DSP根据占比量控制能量存储装置的功率输出。
本发明所取得的有益技术效果是：（1）本发明能够减少储能装置的使用次数，提高储能装置的使用寿命；（2）根据分布式电源的供电功率配比，调节储能装置的输出功率值，实现电网的智能化控制；（3）供电过程中，充分考虑供电的电能质量和电能传输的效率，依据电能的质量和传输的效率，控制能量存储装置的输出，充分考虑能量存储装置的外在供电环境进行输出控制，减小能量存储装置输出的功率值，以此减小能量存储装置的充放电次数，提高整个电源供给的调配，实现电源的智能化调配，在提高电池使用寿命的同时，通过优化控制方式，降低了整个电网使用的成本。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的控制系统的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
图1是本发明的控制系统的示意图。本发明提出了
本发明提出了一种智能电网的控制系统，包括分布式发电装置、控制器、第一变换器、第二变换器、第三变换器、能量存储装置、补偿器；所述分布式发电装置通过第一变换器连接交流电网，所述交流电网通过第二变换器连接负载；所述补偿器连接在所述第二变换器与负载之间；所述能量存储装置通过第三变换器连接所述交流电网；所述控制器接收分布式发电装置的发电信息，根据负载需求功率以及输电损耗控制所述能量存储装置的输出功率，以使能量存储装置输出功率减小，提高能量存储装置的使用次数。
所述的智能电网的控制系统，所述控制器还接收所述补偿器的补偿信息，并根据所述补偿信息减小能量存储装置的功率输出。
所述的智能电网的控制系统，所述第一变换器包括DC/AC变换器、AC/AC变换器；所述第二变换器包括变压器；第三变换器连接的反激式升压DC/DC变换器和DC/AC变换器。
所述的智能电网的控制系统，所述能量存储装置包括锂电池、超级电容。
所述的智能电网的控制系统，所述控制器包括FPJA和DSP，所述FPJA与所述DSP连接，所述FPJA接收分布式发电装置、补偿器、能量存储装置的采集信号，并进行采样周期设定，将采集的信号进行处理，传送到所述DSP中，所述DSP根据接收到的FPJA处理后的信号，生成第一变换器、第二变换器、第三变换器的控制信号，并控制所述第三变换器中的反激式升压DC/DC变换器的反激开关频率，调节能量存储装置的输出功率。
所述的智能电网的控制系统，所述FPJA接收分布式电源的输出功率；计算电网可输出的全部功率；计算负载需求功率；所述DSP根据所述FPJA计算的数据输出调节分布式电源输出功率配比的控制信号；所述FPJA实时监测所述补偿器的补偿信息，根据反馈的补偿信息修正所述DSP输出的控制所述反激式升压DC/DC变换器的反激开关频率，以根据补偿器的输出调节能量存储装置的输出功率。
所述的智能电网的控制系统，所述FPJA接收分布式电源的输出功率的各发电装置的输出功率的具体值，并计算各发电装置占整个分布式发电的占比量，将所述占比量输送到所述DSP中，所述DSP根据占比量控制能量存储装置的功率输出。
所述控制器中还包括人机界面，通过触摸屏实现人机交互，使操作人员能够根据控制器的实时调整中节省的能量存储装置一目了然的显示，同时将优化的算法进行存储，更可优选的，将优化的算法通过云平台进行共享，使更多微网或者新能源接入系统能够进行参考。
所述FPJA和DSP通过下述方式进行计算：
计算电网可输出的全部功率具体包括：
Figure 909616DEST_PATH_IMAGE001
其中，s为采样时间，
Figure 808302DEST_PATH_IMAGE002
为第s+1次采样是能量存储装置的SOC，
Figure 253190DEST_PATH_IMAGE003
第s次采样是能量存储装置的SOC，td为能量存储装置的功率输出变化率，
Figure 997155DEST_PATH_IMAGE004
为能量存储装置全部的可输出的功率；
Figure 109468DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 179055DEST_PATH_IMAGE006
为电网输出功率，
Figure 376818DEST_PATH_IMAGE007
为功率传送效率，
Figure 190053DEST_PATH_IMAGE008
为能量存储装置全部的可输出的功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为分布式电源输出功率值。
所述的控制方法，所述
Figure 891293DEST_PATH_IMAGE010
具体计算包括如下方式：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，I为输出到负载的电流，R为传输线路上的电阻，
Figure 131781DEST_PATH_IMAGE012
为负载接收到的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为电网输出功率；
Figure 551261DEST_PATH_IMAGE014
为无功补偿和谐波补充的功率大小。
调节分布式电源输出功率配比具体包括：根据分布式电源输出的总功率，确定分布式电源中光伏发电、风能发电、柴油发电、火力发电的各自发电的功率占比，其中光伏发电、风能发电为新能源发电，柴油发电、火力发电为传统发电；计算出新能源发电的占比
Figure 168188DEST_PATH_IMAGE015
和传统发电的占比
Figure 989513DEST_PATH_IMAGE016
。
控制能量输出存储装置输出的功率值具体包括：
满足能量存储装置输出功率
Figure 666482DEST_PATH_IMAGE017
最小：
Figure 838837DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 993875DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 200866DEST_PATH_IMAGE020
分别为能量存储装置全部的可输出的功率的最小值和最大值；
Figure 783157DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 442808DEST_PATH_IMAGE022
分别为能量存储装置的SOC的最小值和最大值；
Figure 401537DEST_PATH_IMAGE023
为电网输出功率；
Figure 197455DEST_PATH_IMAGE024
为分布式电源输出功率参考值；
Figure 216226DEST_PATH_IMAGE025
为分布式电源输出调节参数；
Figure 97595DEST_PATH_IMAGE026
为能量存储装置输出的调节参数，其根据能量存储装置的当前温度值进行调整；
Figure 860014DEST_PATH_IMAGE027
为u(s)的最佳输出控制值；
Figure 776018DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure 428673DEST_PATH_IMAGE030
为分布式电源中投入的新能源的占比，
Figure 62916DEST_PATH_IMAGE032
为分布式电源中投入的新能源的输出功率，
Figure 97868DEST_PATH_IMAGE033
为分布式电源中投入的传统电源投入的传统电源的占比，
Figure 133958DEST_PATH_IMAGE034
为分布式电源中投入的传统电源的输出功率；
Figure 228953DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 84913DEST_PATH_IMAGE037
Figure 189135DEST_PATH_IMAGE038
本发明的能量存储装置优选为锂电池或者超级电容，本发明的主要发明点主要是通过考虑分布式发电的中新能源的发电和传统发电的供电配比，进行能量存储装置的输出功率的调配，同时，还能根据电网到负载的传输效率，如电网变压器的效率，线路传输的效率，谐波和无功补偿对于电网的影响，调节能量存储装置的输出功率，使能量存储装置的使用次数尽量减小，适用智能电网的智能化控制。
本发明根据多种不同的分布式电源发电的状态，进行能量存储装置的输出控制，同时，能够及时根据补偿器的反馈信息，实时调节能量存储装置具体功率的输出，有效的稳定控制能量存储装置的输出，实现供电系统的通过FPJA和DSP相结合的优势，进行智能控制，减少了人工判断的过程。
本发明所取得的有益技术效果是：（1）本发明能够减少储能装置的使用次数，提高储能装置的使用寿命；（2）根据分布式电源的供电功率配比，调节储能装置的输出功率值，实现电网的智能化控制；（3）供电过程中，充分考虑供电的电能质量和电能传输的效率，依据电能的质量和传输的效率，控制能量存储装置的输出，充分考虑能量存储装置的外在供电环境进行输出控制，减小能量存储装置输出的功率值，以此减小能量存储装置的充放电次数，提高整个电源供给的调配，实现电源的智能化调配，在提高电池使用寿命的同时，通过优化控制方式，降低了整个电网使用的成本。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种智能电网的控制系统，其特征在于，包括分布式发电装置、控制器、第一变换器、第二变换器、第三变换器、能量存储装置、补偿器；所述分布式发电装置通过第一变换器连接交流电网，所述交流电网通过第二变换器连接负载；所述补偿器连接在所述第二变换器与负载之间；所述能量存储装置通过第三变换器连接所述交流电网；所述控制器接收分布式发电装置的发电信息，根据负载需求功率以及输电损耗控制所述能量存储装置的输出功率，以使能量存储装置输出功率减小，提高能量存储装置的使用次数；
所述控制器包括FPGA和DSP，所述FPGA与所述DSP连接，所述FPGA接收分布式发电装置、补偿器、能量存储装置的采集信号，并进行采样周期设定，将采集的信号进行处理，传送到所述DSP中，所述DSP根据接收到的FPGA处理后的信号，生成第一变换器、第二变换器、第三变换器的控制信号，并控制所述第三变换器中的反激式升压DC/DC变换器的反激开关频率，调节能量存储装置的输出功率；
所述FPGA和DSP通过下述方式进行计算：
计算电网可输出的全部功率具体包括：
Eb(s+1)＝Eb(s)-tdu(s)
其中，s为采样时间，Eb(s+1)为第s+1次采样是能量存储装置的SOC，Eb(s)第s次采样是能量存储装置的SOC，td为能量存储装置的功率输出变化率，u(s)为能量存储装置全部的可输出的功率；
y1(s)＝(1-μ){u(s)+Pw(s)}
其中，y1(s)为电网输出功率，μ为功率传送效率，u(s)为能量存储装置全部的可输出的功率；Pw(s)为分布式电源输出功率值；
所述μ具体计算包括如下方式：
μ＝μ1+μ2
Figure FDA0002532893670000011
Figure FDA0002532893670000012
其中，I为输出到负载的电流，R为传输线路上的电阻，y(s)为负载接收到的功率，y1(s)为电网输出功率；Px为无功补偿和谐波补充的功率大小；
调节分布式电源输出功率配比具体包括：根据分布式电源输出的总功率，确定分布式电源中光伏发电、风能发电、柴油发电、火力发电的各自发电的功率占比，其中光伏发电、风能发电为新能源发电，柴油发电、火力发电为传统发电；计算出新能源发电的占比α和传统发电的占比β；
控制能量存储装置输出的功率值具体包括：
满足能量存储装置输出功率J1(u(s))最小：
minJ1(u(s))
umin≤u(s)≤umax
Emin≤Eb(s)≤Emax
J1(u(s))＝γ*[y1(s)-yref(s)]2+δ*[u(s)]2
Figure FDA0002532893670000021
其中，umin、umax分别为能量存储装置全部的可输出的功率的最小值和最大值；Emin、Emax分别为能量存储装置的SOC的最小值和最大值；y1(s)为电网输出功率；yref(s)为分布式电源输出功率参考值；γ为分布式电源输出调节参数；δ为能量存储装置输出的调节参数，其根据能量存储装置的当前温度值进行调整；uuc(s)为u(s)的最佳输出控制值；
Figure FDA0002532893670000022
其中，α为分布式电源中投入的新能源的占比，PwN为分布式电源中投入的新能源的输出功率，β为分布式电源中投入的传统电源的占比，PwC为分布式电源中投入的传统电源的输出功率；
Figure FDA0002532893670000023
其中，
Figure FDA0002532893670000024
Figure FDA0002532893670000031
2.如权利要求1所述的智能电网的控制系统，其特征在于，所述控制器还接收所述补偿器的补偿信息，并根据所述补偿信息减小能量存储装置的功率输出。
3.如权利要求1所述的智能电网的控制系统，其特征在于，所述第一变换器包括DC/AC变换器、AC/AC变换器；所述第二变换器包括变压器；第三变换器连接的反激式升压DC/DC变换器和DC/AC变换器。
4.如权利要求3所述的智能电网的控制系统，其特征在于，所述能量存储装置包括锂电池、超级电容。
5.如权利要求1所述的智能电网的控制系统，其特征在于，所述FPGA接收分布式电源的输出功率；计算电网可输出的全部功率；计算负载需求功率；所述DSP根据所述FPGA计算的数据输出调节分布式电源输出功率配比的控制信号；所述FPGA实时监测所述补偿器的补偿信息，根据反馈的补偿信息修正所述DSP输出的控制所述反激式升压DC/DC变换器的反激开关频率，以根据补偿器的输出调节能量存储装置的输出功率。
6.如权利要求5所述的智能电网的控制系统，其特征在于，所述FPGA接收分布式电源的输出功率的各发电装置的输出功率的具体值，并计算各发电装置占整个分布式发电的占比量，将所述占比量输送到所述DSP中，所述DSP根据占比量控制能量存储装置的功率输出。
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