CN110943483B - 一种微电网系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电网系统及控制方法，包括：并联连接在直流母线和交流母线之间的若干储能变流器；储能变流器的交流侧通过交流母线并联后，与并网或并联控制柜连接；并网或并联控制柜接收微电网的协调控制装置的指令，控制微电网工作在并网模式或者离网模式；并网或并联控制柜通过外环控制得到电流内环的电流分量参考值，并将得到的电流分量参考值分别发送给并联的每一个储能变流器；各储能变流器根据接收到的电流分量参考值分别进行电流内环运算，得到驱动储能变流器开关管导通和关断的驱动信号。本发明能够提高微电网在处理信息时的信息处理速度，同时能够有效消除微电网储能系统中各储能变流器分别采样及外环计算误差的不均衡问题。

Description

一种微电网系统及控制方法

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，尤其涉及一种微电网系统及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

微电网(Micro-Grid)是指由分布式电源、储能系统、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。因为微电网具有运行成本低以及污染小等优点，所以，在实际生活中得到了极为广泛的应用。

由于微电网经常需要在并网运行模式和离网运行模式之间进行切换，所以，微电网的控制策略和响应速度就显得尤为重要。但是，在现有技术当中，微电网的协调控制装置大都为集中式的控制模式，也即，所有的信息处理过程都需要微电网的协调控制装置中的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)来完成，由此就会导致微电网的协调控制装置需要较长的信息处理时间，这样就会使得微电网的协调控制装置无法对微电网进行更为快速与高效的协调控制。

另一方面，在储能系统中，储能变流器(PCS)根据预设的管理策略，使分布式新能源微网系统输出可控，有效抑制并网功率快速波动，具有电网友好性。随着新能源微电网的容量不断增大，需要配置更大容量的储能变流器，考虑到储能变流器的功率等级，需要多台储能变流器并联运行。

目前，储能变流器常常采用主从控制策略，主储能变流器发出调度指令，对从储能变流器的功率进行调度，但各储能变流器往往都是分别采集各自并网点的电压、电流等信息进行PQ控制或VF控制计算，由于检测系统、检测点、运算误差等方面往往存在微小差异，各储能变流器处理不易均衡，甚至可能会导致并联失败。

对于储能系统而言，在上述控制方式下，系统在并联的PCS数量发生变化时，需要重新设置PCS的数量，控制参量需要重新分配，需要人工重新设置，重新进行功率分配。特别是在某个PCS发生故障需要退出运行时，如果再进行人工干预，实时性比较差，可能会导致整套系统停运。

另外，由于每台PCS单独采样、单独控制，且采样和控制点均为每台PCS自身的输出点，尽管参考量是相同的，但输出仍然会存在微小的差异，可能会导致系统不稳定；同时，由于缺少总功率/电流、电压外环，控制目标是每台PCS自身的输出，因此并联后的总功率/电流、电压等可能会和并网/并联点的控制参量存在差异，并联系统总控制精度较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种微电网系统及控制方法，提高微电网在处理信息时的信息处理速度，同时能够有效消除微电网储能系统中各储能变流器分别采样及外环计算误差的不均衡问题。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种微电网系统，包括：分布式电源、储能系统和负荷；还包括：并联连接在直流母线和交流母线之间的若干储能变流器；所述储能变流器的直流侧通过直流母线连接蓄电池组；所述储能变流器的交流侧通过交流母线并联后，与并网或并联控制柜连接；所述并网或并联控制柜与微电网的协调控制装置连接，所述并网或并联控制柜能够根据接收的协调控制装置的指令，控制微电网工作在并网模式或者离网模式；

所述并网或并联控制柜通过外环控制得到电流内环的电流分量参考值，并将得到的电流分量参考值分别发送给并联的每一个储能变流器；各储能变流器根据接收到的电流分量参考值分别进行电流内环运算，得到驱动储能变流器开关管导通和关断的驱动信号。

进一步地，所述微电网的协调控制装置包括：

第一控制器，用于根据目标微电网的运行数据构建所述目标微电网的网络拓扑模型，并利用所述目标微电网的网络拓扑模型制定所述目标微电网的目标投切方案；

第二控制器，与所述第一控制器相连，用于根据所述目标投切方案和所述目标微电网中所有设备的运行状态信息生成目标GOOSE报文，并将所述目标GOOSE报文发送至与所述目标投切方案相对应的目标设备，以对所述目标设备进行投切控制。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种微电网系统的控制方法，包括：

微电网并网模式下，根据采集到的并网点电压、电流信息，通过坐标变换和PI运算，生成电流分量参考值；

将得到的电流分量参考值分别发送给并联的每一个储能变流器；

各储能变流器分别采集其各自的输出电流进行坐标变换，得到电流分量；

将电流分量和电流分量参考值进行PI运算得到脉宽调制系数分量；

根据脉宽调制系数分量生成驱动信号驱动相应的储能变流器开关管的导通和关断。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种微电网系统的控制方法，包括：

微电网离网模式下，根据采集到的并联点电压、电流信息，通过电流电压幅值计算、锁相计算和PI运算，得到电流幅值参考值和参考电流频率；

将得到的电流幅值参考值和参考电流频率分别发送给并联的每一个储能变流器；

各储能变流器分别采集其各自的输出电流，进行电流幅值计算得到反馈电流幅值；

将反馈电流幅值与电流幅值参考值进行PI运算得到脉宽调制系数；

根据脉宽调制系数和参考电流频率生成驱动信号驱动相应的储能变流器开关管的导通和关断。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种微电网系统的控制方法，包括：

微电网并网模式下：

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量小于储能系统的最大充电量时，则对储能系统进行充电，并控制并网或并联控制柜工作在离网模式；

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量等于储能系统的最大充电量时，则将储能系统转换为待机状态，并控制并网或并联控制柜工作在并网模式；将目标微电网的剩余电量输出到电网，以维持所述目标微电网的功率平衡；

若分布式电源的发电功率小于负荷功率，则将储能系统转换为待机状态，以维持所述目标微电网的功率平衡。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种微电网系统的控制方法，包括：

微电网离网模式下：

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量小于储能系统的最大充电量时，则将所述目标微电网的剩余电量输入至储能系统，以对储能系统进行充电；

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量等于储能系统的最大充电量时，则将储能系统转换为待机状态，并将分布式电源转换为恒压模式；

若分布式电源的发电功率小于负荷功率，并且，储能系统的充电量大于储能系统的最小限放值时，则控制分布式电源和储能系统共同为目标微电网进行供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明微电网可扩展性好，均流精度高，由于控制参量全部是相同的，控制参量的生成取决于并网点电压、功率/电流，和PCS数量无关，数量发生变化时，可自动调整每台PCS的功率/电流。

(2)本发明提出了双向交直流转换控制方法，构建了三相分立运行电路拓扑架构，解决了单相数字坐标变换及锁相问题，提高了储能系统对电网和不同电池电压的适应性和灵活性；

将三相支路直流母线电容输出端的正极和负极分别通过直流接触器进行连接，通过控制直流接触器的通断，实现储能变流器连接不同电压等级的电池能够正常工作，减小为适用不同电池对储能变流器的投入成本。

通过简单的改变储能变流器的接线方式，即可实现三相四线制到三相三线制供电方式的转变，同一台机器可以适用不同的电网供电方式。

(3)本发明提出了基于三环控制的储能变流器并网控制方法，解决了变流器测量和运算导致的不均衡问题，实现了储能变流器可靠稳定接入电网，提高了储能变流器并网负荷均衡精度。同时提出了基于三环控制的储能变流器离网并联控制算法，解决了离网并联控制系统自动负荷分配的难题，实现了储能变流器有序并联，提高了系统的可扩展性；

外环检测与控制由并网或并联控制柜完成，消除了储能变流器分别采样及外环计算误差的不均衡；并网或并联控制柜进行功率、电压外环控制及总电流PI控制，各并联储能变流器进行内环电流控制，无论是并网还是离网，各并联变流器均可视为电流源，提高电流均分精度。

(4)本发明构建了微电网离并网统一控制切换模型，提出了基于切换模型的微电网协调控制保护技术，实现微电网设备在离网和并网模式下的快速投切，提升微电网控制的准确度和运行效率，解决了微电网运行中设备调配难度大的问题；

(5)本发明对目标微电网的监测过程和协调控制过程进行了分离，可以显著提高微电网的协调控制装置在处理信息时的信息处理速度，由此就可以使得微电网的协调控制装置能够对微电网进行更为快速与高效的协调控制。

(6)电池管理系统采用电池电压、充放电电流、温度及故障产气浓度等多种参数综合判断电池当前状态，并对各参数的历史数据进行分析，通过建立的SOC-温度-气体浓度的数学模型，对电池故障进行预测，并通过滤波算法排除采样噪声干扰，有效解决了传统的阈值法监测方式的漏报、误报、预警滞后问题，实现早期可靠预警。

附图说明

图1为本发明实施例中微电网系统结构示意图；

图2为本发明实施例中储能变流器并联运行拓扑图；

图3为本发明实施例中带隔离变压器储能变流器的电路结构拓扑图；

图4为本发明实施例中无隔离变压器储能变流器的电路结构拓扑图；

图5为本发明实施例中电池管理系统结构示意图；

图6为本发明实施例中储能变流器并网并联运行控制图；

图7为本发明实施例中储能变流器离网并联运行控制图；

图8为本发明实施例中储能变流器的控制框图；

图9为本发明实施例中储能变流器的锁相环框图；

图10为本发明实施例中储能变流器的坐标变换框图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施例中，公开了微电网系统，包括：分布式电源、储能系统和负荷；参照图1和图2，还包括：1套并网或并联控制柜和多套储能变流器(PCS)，储能变流器数量为N，N大于1。其中并网或并联控制柜有N+2个端口，N个端口并联连接储能变流器，1个并网端口，1个离网端口(负荷端口)；在一些实施方式中，也可以留有柴油发电机后备端口；如留有柴油发电机后备端口，并网/联控制柜内应配置旁路开关。

旁路开关设置在柴油发电机和负荷之间，当电网发生故障，负荷不能再从电网获取能量时，系统不能满足如何需求时，闭合旁路开关，柴油发电机投入运行，维持离网运行能量平衡。

并网或并联控制柜并网端口连接电网，负荷端口连接负荷。并联/网控制柜并网端口和负荷端口之间设置旁路开关，电网可直接给负荷供电。并联/网控制柜并网端口和电网之间除并网开关外，串联有晶闸管开关，以实现并离网的快速转换。

并联的各储能变流器分别设置分流系数，要求均分负载时分流系数均设置为1，或相等。

并网或并联控制柜接收用户或微电网协调控制装置指令，选择工作模式。并网或并联控制柜采集电网、负荷电压、电流等信息，进行故障或异常判断，根据确定策略选择保护方式或告警。

储能变流器的直流侧通过直流母线连接蓄电池组；蓄电池组连接电池管理系统(BMS)；考虑到储能电池管理的需求，能量管理系统(EMS)在进行能量管理计算和运行方式判断的时候，储能电池的状态是一个主要的限制因素，一般需要对电池进行均衡，对电池均衡时，一般要对电池进行分组充电，这个时候就要对直流母线进行分段，每段母线接入一个或几个PCS，对应一套或几套储能电池。

在一些实施方式中，分布式能源包括：光伏、风电、电动汽车V2G等新能源，直流侧留有光伏、风电、电动汽车V2G等新能源直流接入端口，用于低压直流场所有光伏、风电、电动汽车V2G等分布式能源输入的工程场所。光伏、风电、电动汽车V2G等分布式发电一个最大的特点是能源供给的不稳定，往往存在较大的波动，因此在应用时经常要配套储能电池，这类新能源供应的直流电可以接到本系统输入直流母线上，公用储能系统，也可通过PCS并网或并机使用。常用于如高速公路光储充系统、海岛风光储系统等工程项目设计中。

在一些实施方式中，公开了一种储能变流器，其结构包括：三相支路，每一相支路包括：自并网/离网控制柜到直流蓄电池端，依次串联连接隔离变压器、交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。

参照图3，储能变流器每相单独连接变压器隔离，将交流电直接变换为直流电为电池充电，同时实现电池放电并网，储能变流器能够实现直流输出电压的调节以及电流的调节功能。储能变流器直流端有三组连接端子，每组端子可以实现与电池连接。

以A相电路结构为例，变压器T1起到隔离及变压作用；交流滤波器滤除交流EMC干扰；交流软启动回路由主交流接触器、辅助交流接触器及软启动电阻组成，实现上电时对后级直流母线电容的缓慢充电作用，避免上电瞬间产生大电流对储能变流器及电网的冲击；LC滤波回路由交流滤波电感及滤波电容组成，将桥式逆变电路产生的SPWM波的高频成份滤除，得到光滑的交流波形；桥式逆变电路由IGBT组成，IGBT连接直流母线电容，同时IGBT桥式逆变电路的每个桥臂都接有吸收电容，吸收电容对IGBT桥式逆变电路动作时产生的高频尖峰进行吸收，起到保护IGBT的作用，直流母线电容起到直流电压的支撑及滤波作用，IGBT桥式逆变电路将直流电压波形逆变为高频SPWM电压波形；直流滤波器滤除直流EMC干扰；直流软启动回路由主直流接触器、辅助直流接触器及软启动电阻组成，避免上电瞬间产生大电流对储能变流器及电池的冲击。

B、C两相的电路结构及器件参数与A相完全相同，不再重复叙述。

A、B、C三相的直流母线电容输出端通过直流接触器进行连接，正极与负极分别单独进行连接，通过控制直流接触器的通断可以实现三相直流母线电容输出端连接在一起或者完全分开，当直流接触器闭合后，三相直流母线电容的正极连接在一起，直流母线电容的负极连接在一起，这时三相的DC+及DC-端只能连接同一种电压等级的电池，当直流接触器断开后，三相直流相互独立，这时三相的DC+及DC-端可以分别连接不同电压等级的电池，实现同一台储能变流器对不同电压等级电池的适用性。

将图3所示的储能变流器变压器原边首尾依次连接，即将变压器原边连接成三角形连接关系，能够实现三相三线式供电，简单的改变储能变流器的接线方式，即可实现三相四线制到三相三线制供电方式的转变，同一台机器可以适用不同的电网供电方式。

需要说明的是，并联的变流器应该采用相同的接线方式，变流器交流侧和电网间接入并网/并联控制柜，并网控制柜采用相同的接线方式。

在另一些实施方式中，公开了一种无隔离变压器储能变流器，参照图4所示，将储能变流器每一相交流滤波器的一端通过并网/离网控制柜连接到N，每一相交流滤波器的另一端通过并网/离网控制柜分别连接到电网A、B、C，即可实现无变压器隔离的储能变流器，其它电路连接关系和实施例一中所述的连接关系相同，这里不再重复叙述。

将图4所示的储能变流器交流滤波器首尾依次连接，即将滤波器连接成三角形连接关系，即可实现三相三线式供电。

需要说明的是，并联的变流器应该采用相同的接线方式，变流器交流侧和电网间接入并网/并联控制柜，并网控制柜采用相同的接线方式。

本实施例变流器结构通过简单的改变单级式储能变流器的接线方式，即可实现三相四线制到三相三线制供电方式的转变，同一台机器可以适用不同的电网供电方式。同时，本实施例变流器结构解决了同一台储能变流器对不同电压等级电池的充放电问题，提高了储能变流器的应用范围；将三相支路直流母线电容输出端的正极和负极分别通过直流接触器进行连接，通过控制直流接触器的通断，实现单级式储能变流器连接不同电压等级的电池能够正常工作，减小为适用不同电池对储能变流器的投入成本。

在一些实施方式中，微电网的协调控制装置包括：

CPU，用于根据目标微电网的运行数据构建目标微电网的网络拓扑模型，并利用目标微电网的网络拓扑模型制定目标微电网的目标投切方案；

FPGA，与CPU相连，用于根据目标投切方案和目标微电网中所有设备的运行状态信息生成目标GOOSE报文，并将目标GOOSE报文发送至与目标投切方案相对应的目标设备，以对目标设备进行投切控制。

在本实施例中，为了使得微电网的协调控制装置可以对微电网进行更为快速与高效的协调控制，是在微电网的协调控制装置中设置了CPU和FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程逻辑门阵列)。

具体的，在本实施例中，是利用微电网的协调控制装置中的CPU(来采集目标微电网的运行数据，并利用采集得到的目标微电网的运行数据构建目标微电网的网络拓扑模型，然后，再利用目标微电网的网络拓扑模型制定目标微电网的目标投切方案；当CPU计算得到了目标微电网的目标投切方案时，则将目标微电网的目标投切方案发送至微电网的协调控制装置中的FPGA，这样当FPGA接收到CPU所发送的目标微电网的目标投切方案时，就会根据目标微电网的目标投切方案和目标微电网中所有设备的运行状态信息生成与目标投切方案相对应的目标GOOSE报文，然后，再将目标GOOSE报文发送至与目标投切方案相对应的目标设备，以对目标微电网中的目标设备进行投切控制，并以此来对目标微电网进行投切控制。

具体的，在实际应用当中，CPU可以采用IEC61850/MMS与目标微电网进行通信，并通过IEC61850/MMS来采集目标微电网中分布式电源、储能系统、能量转换装置、负荷以及监控和保护装置中的数据，以得到目标微电网的运行数据。

CPU对目标微电网的网络拓扑模型进行构建的过程中，首先是对目标微电网的运行状态进行分析，比如：可以通过对目标微电网在离网运行状态和并网运行状态的切换模式、运行频率、发电情况、负荷情况进行仿真等等；然后，根据仿真得到的数据构建目标微电网的网络拓扑模型；最后，当CPU构建得到了目标微电网的网络拓扑模型时，就会根据目标微电网的系统调度计划、天气变化情况以及目标微电网中的光伏、储能系统和负荷的具体使用情况来构建与目标微电网的网络拓扑模型相对应的目标投切方案。

当CPU创建得到了与目标微电网的网络拓扑模型相对应的目标投切方案时，CPU会将目标微电网的目标投切方案发送至与CPU相连的FPGA；当FPGA接收到CPU所发送的目标投切方案时，FPGA会根据目标微电网的目标投切方案与目标微电网中所有设备的运行状态生成与目标投切方案相对应的目标GOOSE报文。

在此过程中，FPGA获取目标微电网中所有设备的运行状态信息的目的是为了确定目标微电网中所有设备的当前运行状态，这样FPGA就可以将目标投切方案与目标微电网中所有设备的运行状态信息进行结合，来确定到底是对目标微电网中的目标设备采用何种控制策略，并以此来保证目标微电网的目标投切方案的正确运行。

也就是说，FPGA会根据目标微电网的目标投切方案和目标微电网中所有设备的运行状态信息生成目标GOOSE报文，并将目标GOOSE报文发送至与目标投切方案相对应的目标设备。能够想到的是，当目标微电网中的目标设备接收到目标GOOSE报文时，就可以实施与目标微电网相对应的目标投切方案，并由此实现对目标微电网的协调控制。

而且，在本实施例中，是利用CPU来构建目标微电网的网络拓扑模型以及目标微电网的目标投切方案，并利用FPGA来对目标微电网实施目标投切方案，这就相当于是对目标微电网的监测建模过程和协调控制过程进行了分离，这样不仅可以满足对目标微电网进行监控、建模过程中信息全面性的要求，而且，也可以减少FPGA协调控制过程中冗余信息的传输，可以高效的进行孤岛检测和孤岛保护，由此就保证了目标微电网的安全稳定运行。

此外，由于FPGA相比于CPU而言，具有更低的运算延迟，能够满足毫秒级的快速控制要求，所以，FPGA就可以实现并网转离网、离网转并网等多种模式的快速切换，以及同期并网的功能。并且，由于FPGA可以外接多路控制开关、光口和以太网口，所以，FPGA还拥有更为快速的并行优势。显然，通过CPU+FPGA的处理架构就可以大大提高微电网的协调控制装置在处理信息时的信息处理速度，由此就可以使得微电网的协调控制装置能够对目标微电网进行更为快速与高效的协调控制。

并且，在本实施例中，通过综合分析目标微电网的运行数据，然后，对目标微电网中的分布式电源和储能系统进行优化协调控制，实现平抑光伏输出功率波动、调峰调频以及动态调压功能，可以相对提高储能系统的电池寿命、最大限度地发挥可再生能源的发电能力，提高目标微电网的供电可靠性和电能质量，这样也可以避免并网状态下分布式电源波动对电网的冲击。

可见，在本实施例所提供的微电网的协调控制装置中，首先是利用CPU根据目标微电网的运行数据构建目标微电网的网络拓扑模型，并利用目标微电网的网络拓扑模型制定目标微电网的目标投切方案；然后，再利用FPGA根据目标投切方案和目标微电网中所有设备的运行状态信息生成目标GOOSE报文，并将目标GOOSE报文发送至与目标投切方案相对应的目标设备，以对目标设备进行投切控制。显然，相比于现有技术而言，在本实施例中，是利用CPU来构建目标微电网的网络拓扑模型以及目标微电网的目标投切方案，并利用FPGA来对目标微电网实施目标投切方案，这就相当于是将现有技术中的微电网的协调控制装置对目标微电网的监测过程和协调控制过程进行了分离，并且，由于FPGA比CPU具有更低的运算延迟，所以，通过这样的处理架构就可以显著提高微电网的协调控制装置在处理信息时的信息处理速度，由此就可以使得微电网的协调控制装置能够对微电网进行更为快速与高效的协调控制。

在本实施例中，CPU和FPGA通过LocalBus接口来进行数据通信，因为LocalBus接口所对应的LocalBus总线可以直接从60X总线上通过桥片分出来，所以，LocalBus总线和60X总线是同步同频的，这样LocalBus总线进行数据读写时，就可以与60X总线共享带宽，而不需要内核提供额外的处理，由此就可以相对减少CPU在向FPGA传输数据过程中所需要的数据传输资源。

本实施例中，FPGA还包括：

报文解析器，用于接收目标微电网的SV报文和/或GOOSE报文，并利用目标微电网的SV报文和/或GOOSE报文，解析分析后的量测数据做为保护逻辑判断依据同时创建目标微电网的安全运行方案。

在本实施例中，FPGA除了可以接收CPU所发送的目标投切方案之外，FPGA还可以接收目标微电网所发送的SV报文和/或GOOSE报文。能够想到的是，因为目标微电网的SV报文和/或GOOSE报文能够表征目标微电网的运行状态，并且，FPGA还具有逻辑计算能力，所以，当FPGA接收到目标微电网所发送的SV报文和/或GOOSE报文时，就能够根据目标微电网的SV报文和/或GOOSE报文，解析分析后的量测数据做为保护逻辑判断依据同时创建目标微电网的安全运行方案。

因为FPGA不仅可以获取经由CPU所发送的目标微电网的目标投切方案，而且，FPGA自身也可以根据目标微电网的SV报文和/或GOOSE报文，解析分析后的量测数据做为保护逻辑判断依据同时创建目标微电网的安全运行方案，所以，FPGA就可以获取得到更为全面、完整的有关目标微电网运行方案的信息，由此就能够进一步保证目标微电网的安全、稳定运行。

在另一些实施方式中，电池管理系统(BMS)的结构如图5所示，包括：主控制器MCU、电池电压检测模块、电池温度检测模块、气体浓度检测模块、灭火装置、热管理模块和通信模块。其中，MCU与电池电压检测模块、电池温度检测模块、气体浓度检测模块、灭火装置、热管理模块和通信模块分别相连。

气体浓度检测模块包括一个或多个内置于电池箱内的气体检测单元，该单元可通过485总线将数据传输给安装于电池箱外的BMS控制单元，BMS控制单元内部设置主控制器MCU、电池电压检测模块、电池温度检测模块、热管理模块和通信模块。

气体检测单元与BMS控制单元的分开布置有效解决了电池箱内空间有限，不利于安装控制模块的缺点，同时485总线通信方式可根据实际需求布置检测单元数量。

每个气体检测单元包括多个费加罗气体检测传感器和数据处理子单元，数据处理子单元通过多种检测气体传感器采集气体浓度数据，并通过485通信总线将数据传输给MCU；在一些实施例中，每个气体检测单元包括一个CO传感器、一个H2传感器、一个烷烃类传感器以及数据处理子单元，数据处理子单元采集气体浓度信息后通过485通信总线的方式发送给主控MCU。

传感器选择费加罗电化学气体传感器，该类传感器对气体的检测具有很高的灵敏度和良好的稳定性，预热时间小于30S；同时三种传感器对各自检测气体灵敏度高，对其他气体的敏感性低，可有效区分不同气体浓度。

主控MCU根据气体浓度值及其历史数据计算电池故障级别，并将其与电池电压值、温度值通过通信模块上传至后台系统，供后台系统及时对电池故障进行处理。

灭火装置的选择，通过对锂电池火情进行分析，其主要以可燃气体为主，另外考虑电池是带电装置，因此灭火剂首选气体灭火剂，考虑到气溶胶可常压储存、灭火效率高、灭火剂无毒环保、耐腐蚀，因此本实施例中灭火装置选用S型热气溶胶灭火剂，该灭火装置体积较小，重量较轻，安装于电池箱内部，相较于安装于电池箱外的灭火装置，可在电池热失控引起燃烧时及时扑灭明火。

检测多种可燃气体浓度，分别判断各种气体浓度数据、电池电压、电池温度数据是否超出设定阈值，上述参数均超出设定阈值时，启动灭火装置；或者，检测到明火或者燃烧现象时，启动灭火装置，提高探测准确性防止误报；并在启动灭火装置时同步断开主继电器、关闭风扇等多种措施提高灭火成功率并降低损失。

电池电压检测模块检测电池箱内单体电池电压，并将电压采样值传输给MCU；电池温度检测模块检测电池箱内单体电池温度，并将温度值传输给MCU；MCU根据电池温度值控制热管理模块对电池进行加热或散热处理；MCU根据气体浓度值及其历史数据计算电池故障级别，并将其与电池电压值、温度值通过通信模块上传至能量管理系统EMS，能量管理系统EMS及时对电池故障进行处理。

热管理模块主要用于对电池进行加热或散热处理，保证电池在容许的温度范围内使用。同时，在系统上电启动时，由MCU控制风扇启动三分钟，用于电池箱内换气，确保电池箱内不积存可燃气体，同时对气体传感器进行开机预热，保证传感器校准时箱内无可燃气体，提高气体检测准确性。

电池电压/温度采集模块包括凌特LTC6811电池管理芯片及多个布置于电池单体上的温度传感器，每个电池管理芯片可监测多达12节串联电压及5路温度信息，芯片可串联使用，可堆叠式架构能支持几百个电池的监测。在一些实施例中，采用一个LTC6811芯片采集电池箱内12节电池电压及5路温度，并通过芯片内置SPI接口将电池电压、温度信息传输给MCU，MCU可根据温度信息控制热管理模块输出。

MCU采集并存储电池单体电压、充放电电流、温度及上述三类气体浓度等参数信息，采用改进的安时积分法计算电池SOC，并根据多种采样数据综合判定当前电池运行状态，在采样参数数据异常时根据模型识别算法进行特征识别，输出电池故障类型及位置。

如充放电时电池极柱处温度过高，其他位置电池电压、温度正常，则应该是极柱端子连接松动导致阻抗过大，极柱处发热所致，此时如温度超过60℃，可输出极柱温度一级报警，开启风扇并将充放电倍率限定在0.5C，如温度进一步升高到70℃以上，则输出温度二级报警，开启风扇同时禁止充放电并延时切断接触器。

另外，通过三类气体历史数据拟合出每种气体的浓度变化曲线及其在产气总量中的占比情况，并根据电池SOC及温度变化情况，采用滤波算法排除干扰，通过已建立的电池SOC-温度-气体浓度的数学模型，输出电池故障级别并预测发展趋势，由此解决单一气体阈值法所造成的漏报、误报及预警滞后问题。

电池SOC-温度-气体浓度的数学模型的建立方法具体如下：

采用离线参数辨识法对某一类型的电池进行热失控产气测试，测试其在不同SOC及温度环境下产生多种气体的浓度数据和产气占比数据，分别得出SOC-多气体曲线和温度-多气体曲线，利用matlab仿真软件的多项式拟合功能将上述曲线拟合为多阶函数，得到电池SOC-温度-气体浓度的数学模型，并完成模型的参数辨识；

根据测试实际情况对模型参数对应故障程度进行标定，如故障初期、发展期、严重期及起火状态等。将拟合出的多阶函数以程序方式植入主控制器，在运行过程中将SOC、温度、气体浓度的采样值及气体占比数据代入拟合函数进行计算，计算值与模型标定值进行对比，确定故障等级。

MCU根据上述电池故障级别采取不同的应对措施，如遇到紧急情况，气体浓度变化剧烈，温度急剧升高，箱内出现燃烧现象，则立即关闭风扇，开启灭火装置，同时上送报警信息，通知后台系统紧急断开继电器，切除电池回路。此方案还可避免灭火装置释放灭火剂同时电池管理系统开启风扇散热，由此导致灭火效果降低的问题。

并网或并联控制柜与微电网的协调控制装置通信；协调控制装置与电池管理系统、监控平台和调度中心分别通信。

协调控制装置接收监控平台和调度中心指令，通过电池管理系统(BMS)接收储能电池状态信息，考虑电池系统和PCS系统的状态制约，进行逻辑判断系统运行状态，生成并联储能变流器控制参考量，发送至并网/联控制柜。

如监控平台和调度中心未下达指令，协调控制装置则根据系统状态进行能量计算，根据判断逻辑，自动选择运行方式，生产控制参考量，发送至并网/联控制柜。

并网控制柜根据协调控制装置的运行控制命令，选择并网、离网、后备、充电、放电等运行方式，进行运行方式的转换。

并网控制柜根据协调控制装置发送的控制参量，进行并网/联点外环功率/电压控制，并生成各PCS的内环瞬时电流控制参量，发送给储能变流器PCS1～n。

储能变流器PCS1～n独立进行内环瞬时电流控制，类似电流源，有效控制。

本实施方式中，EMS是能量管理核心，并网/联控制柜运行状态转换核心，同时也是功率/电压、电流外环控制核心，并联PCS则是核心执行部分，并进行瞬时电流控制。

在一些实施方式中，并网/联控制柜可以进行自主能量管理，取代能量管理系统职能，此时可取消协调控制装置。

实施例二

在一个或多个实施例中，公开了一种微电网系统的控制方法，参照图6，并网或并联控制柜工作在并网模式时，具体包括如下过程：

1)采集并网点三相电压和三相电流；

2)对并网点三相电压进行锁相，得到电网运行频率；

3)dq变换模块将采集的三相电压和三相电流进行αβ/dq变换，得到两相同步旋转坐标系下实际总反馈电压和反馈电流；

4)瞬时功率变换模块根据得到的两相同步旋转坐标系下实际总反馈电压和反馈电流按下式确定并网点的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

其中，P和Q分别表示并网点总的瞬时有功功率和瞬时无功功率，u_d表示并网点总的d轴实际反馈电压，u_q表示并网点总的q轴实际反馈电压，i_d表示并网点总的d轴实际反馈电流，i_q表示并网点总的q轴实际反馈电流。

5)并网或并联控制柜根据从用户或能量管理系统调度指令，得到并网点有功功率和无功功率参考值P_ref、Q_ref，与瞬时有功功率P和无功功率Q比较后得到差值δP和δQ，对δP和δQ进行比例积分运算得到d轴分量参考值i_dref和q轴分量参考值i_qref。一般的，通过dq分量限幅模块进对参考电流进行限幅控制。

6)并联/网控制柜通讯模块把d轴分量参考值i_dref和q轴分量参考值i_qref广播发送给各储能变流器。

7)第x个储能变流器接收到参考电流i_dref、i_qref，与采集自身出口电感电流i_ax、i_bx、i_cx，进行dq变换得到的两相同步旋转坐标系下反馈电流i_dx、i_qx比较后得到差值δi_dx、δi_qx，对δi_dx、δi_qx进行比例积分运算得到输出脉宽调制系数P_mdx、P_mqx。

8)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mdx、P_mqx及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制。

9)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mdx、P_mqx及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制。

10)并联的各储能变流器自动均分负载。当并联数量发生变化时，由于功率外环控制输出的电流参考i_d-ref、i_d-ref是由并网点电压和总电流进行瞬时功率与参考功率进行PI运算得到，因此系统可自动均分负载，当并联的储能变流器数量发生变化时，系统也可自动对功率进行重新分配。

实施例三

在一个或多个实施例中，公开了一种微电网系统的控制方法，参照图7，并网或并联控制柜工作在并联模式时，具体包括如下过程：

1)采集并联点三相电压和三相电流；

2)对并网点三相电压进行锁相，得到并网点频率反馈f；

3)幅值计算模块根据采集的三相电压和三相电流，得到并网点电压和电流反馈幅值u、i；

4)取并联点反馈频率f、反馈电压u与参考频率f_ref＝50Hz参考电压幅值u_ref＝220或380V比较，得到频率误差δf和电压幅值误差δu，分别进行比例积分运算得到被调制信号的频率系数f_o和并联点参考电流幅值i_ref；

需要说明的是，本实施例中提到的并联点指的是各个储能变流器并联连接的点，参照图2中①位置。

5)并联点参考电流幅值i_ref与并网点反馈电流幅值i进行比较，得到并网点电流误差δi，对δi进行比例积分运算，以并联点电流内环运算结果i_o-ref作为各并联储能变流器电流内环参考电流；

6)并联/网控制柜通讯模块把电流幅值参考i_o-ref和频率系数f_o广播发送给各储能变流器；

7)第x个储能变流器接收到参考电流i_dref、i_qref，与采集自身出口电感电流i_ax、i_bx、i_cx，进行电流幅值计算得到的反馈电流幅值i_x比较后得到差值δi_x，对δi_x进行比例积分运算得到输出脉宽调制系数P_mx；

8)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mx和频率系数f_o及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制；

9)并联的各储能变流器自动均分负载。每一台并联的储能变流器的电流幅值参考值均相等，都为并网点PI运算得到的电流参考值i_o-ref，由于参考电流i_o-ref是由总电流检测值i和总电流参考值i_ref经PI运算生成的，因此系统可自动均分负载，特别是当并联储能变流器数量发生变化时，系统可自动重新均分负载。当并联的储能变流器数量发生变化时，系统也可自动对功率进行重新分配。

实施例四

在一个或多个实施例中，为了实现每一个并联的储能变流器的直流输出端可以连接不同电压等级的电池，公开了一种储能变流器的控制方法，参照图8，包括：

以某台变流器A相控制过程为例，储能变流器通过交流滤波器、变压器T1及并网/并联控制柜与电网连接，直流侧DC1+及DC1-接电池的正负极，同时DC2+及DC2-，DC3+及DC3-连接的电池型号及电压等级与DC1+及DC1-连接的电池型号及电压等级不同。

因三相直流输出端连接不同型号及电压等级的电池，储能变流器上电时，首先保证Kdc1及Kdc2断开，保证直流母线分别独立，三相单独对电池的充放电电压及电流进行控制；

然后进入软启动阶段，辅助交流接触器K2闭合，软启动电阻R1进行限流，通过桥式逆变电路Q1、Q2、Q3、Q4的反并联二极管整流后对直流母线电容C4进行充电，同时直流软启动回路的辅助直流接触器K4闭合，软启动电阻R2进行限流，对直流母线电容C4进行充电；

按照储能变流器功能及性能参数，要求电池电压大于三相不控整流得到的直流电压；在辅助接触器闭合充电5s后，软启动完成，交流主接触器K1闭合，直流主接触器K3闭合，同时交流辅助接触器K2及直流辅助接触器K4断开。

控制回路对A相交流电压采样得到U_a，对电感电流L₁进行采样得到i_L，对直流母线电压采样得到U_dc，对直流电流进行采样得到I_dc；采样得到的电网电压U_a经过图10所示的dq坐标变换后得到U_d、U_q，采样得到的电感电流i_L经过图10所示的dq坐标变换后得到I_d、I_q；U_a经过图9所示的PLL锁相环，得到电网电压相位θ，所有坐标变换均在电网相位θ下进行运算。

电池充电过程中，设定直流电压给定值U_dcref的数值，设定充电电流给定值I_dcref的数值，U_dcref与直流电压采样值U_dc进行负反馈运算，得到误差值U_dcErr，U_dcErr送入直流电压环PI控制器进行PI运算，得到PI运算结果U_dcPI；I_dcref与直流电流采样值I_dc进行负反馈运算，得到误差值I_dcErr，I_dcErr送入直流电流环PI控制器进行PI运算，得到PI运算结果I_dcPI；

U_dcPI与I_dcPI经过最小值运算后得到d轴电流环电流给定值I_dref，I_qref在充电时设定为零，I_dref与i_d进行负反馈运算得到I_dErr，I_dErr送入d轴电流环PI控制器进行PI运算得到I_dPI；

I_qref与i_q进行负反馈运算得到I_qErr，I_qErr送入q轴电流环PI控制器进行PI运算得到I_qPI，U_d与U_q分别减去I_dPI与I_qPI后，分别除以母线电压采样值U_dc进行归一化，将归一化后的值送入SPWM驱动波形产生电路，产生的四路SPWM驱动信号分别驱动Q1、Q2、Q3、Q4的开通与关断，Q1、Q2、Q3、Q4的开通与关断过程中在电路杂散电感中产生的尖峰电压，通过吸收电容C2、C3进行吸收，避免IGBT过压损坏，电容C4的直流电压通过Q1、Q2、Q3、Q4的开通与关断，在Q1与Q2连接端及Q3与Q4连接端产生高频SPWM电压波形，高频SPWM电压波形经过L1、L2与C1组成的滤波回路滤波后得到平滑的交流正弦波形，控制SPWM产生的正弦波形与电网电压间的幅值差和相位角，从而得到与电网电压同相位的电流波形iL，储能变流器从电网吸收能量，实现对电池的充电。

其中上述所有PI控制器均带有限幅功能，d轴电流环PI控制器与q轴电流环PI控制器具有相同的控制参数。

电池放电时需要设置母线电压给定值U_dcref的数值小于电池额定电压，给定值U_dcref与反馈值U_dc永远无法达到平衡即输出误差U_dcErr始终不能等于零，这样直流电压环PI控制器的输出值始终为限幅的上限数值，经过取最小值运算模块后，放电电流的大小将由放电电流给定值I_dcref决定；I_dcref仅需要设置为负值即可实现电池的放电功能；电池放电时I_qref设定为零；其它控制过程与上述充电过程相同，这里不再重复叙述。

实施例五

在一个或多个实施方式中，公开了一种微电网的协调控制装置的控制方法，具体包括：

根据目标微电网的运行数据构建目标微电网的网络拓扑模型，并利用目标微电网的网络拓扑模型制定目标微电网的目标投切方案：

根据目标微电网的运行数据分别构建目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和在离网运行模式下的第二网络拓扑模型；

根据目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和在离网运行模式下的第二网络拓扑模型制定目标微电网的目标投切方案。

可以理解的是，在实际应用中，目标微电网主要有两种运行模式，也即，一种是目标微电网的并网运行模式，一种是目标微电网的离网运行模式。当目标微电网处于并网运行模式时，目标微电网会与公用的电网建立连接，此时，目标微电网中的断路器处于闭合状态，与主网配电系统进行电能交换，并以此来实现目标微电网中分布式发电装置的并网发电。也即，在并网运行模式下，目标微电网中的储能系统可以进行充电与放电操作。

当目标微电网处于离网运行模式(或者称之为孤岛运行模式)时，目标微电网会在故障状态下或在计划需要时，与主网配电系统断开连接。此时，在目标微电网中，只有分布式电源、储能系统和负荷处于运行状态，并且，会由目标微电网中的储能系统继续为目标微电网中的负荷进行供电。

所以，在本实施例中，在根据目标微电网的运行数据构建目标微电网的网络拓扑模型时，是根据目标微电网的运行数据分别构建目标微电网在并行运行模式下的第一网络拓扑模型以及目标微电网在离网运行状态下的第二网络拓扑模型。显然，通过这样的方式，就可以进一步保证目标微电网的网路拓扑模型在创建过程中的全面性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，上述步骤：根据目标微电网的运行数据分别构建目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和在离网运行模式下的第二网络拓扑模型的过程，包括：

基于ASMG算法，根据目标微电网的运行数据分别构建目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和在离网运行模式下的第二网络拓扑模型。

具体的，在本实施例中，是基于ASMG(Automated State Model Generation，自动生成状态模型)算法，并根据目标微电网的运行数据分别构建所述目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和目标微电网在离网运行模式下的第二网络拓扑模型。

也即，在创建目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和目标微电网在离网运行模式下的第二网络拓扑模式时，先是基于ASMG算法推导出目标微电网的状态空间模型；然后，对目标微电网的状态空间模型的时域进行仿真和动态响应情况进行分析；最后，实现对目标微电网的建模过程。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以进一步保证在创建目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和在离网运行模式下的第二网络拓扑模型过程中的准确性。

具体地，第一网络拓扑模型的数学表达式为：

P_mg＝P_dg+P_hess-P_load+P_g；

式中，P_mg为维持目标微电网的母线电压稳定所需的功率，P_dg为目标微电网的分布式电源的发电功率，P_hess为目标微电网的储能系统吸收或释放的功率，P_load为目标微电网的负荷功率，P_g为电网输入功率；

第二网络拓扑模型的数学表达式为：

P_mg＝P_dg+P_hess-P_load；

式中，P_mg为维持母线电压稳定所需的功率，P_dg为分布式电源的发电功率，P_hess为储能系统吸收或释放的功率，P_load为负荷功率。

在本实施例中，是提供了目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型的数学表达式，以及目标微电网在离网运行状态下的第二网络拓扑模型的数学表达式。

能够想到的是，当将第一网络拓扑模型和第二网络拓扑模型转换为相应的数学表达式时，就可以更加便于计算机语言的执行，由此就可以进一步保证在制定目标微电网的目标投切方案过程中的准确性。

需要说明的是，在本实施例中，P_hess>0表示目标微电网中的储能系统处于放电状态，P_hess<0表示目标微电网中的储能系统处于充电状态。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，上述步骤：根据目标微电网在并网运行模式下的第一网络拓扑模型和在离网运行模式下的第二网络拓扑模型制定目标微电网的目标投切方案的过程，包括：

步骤S11：若根据第一网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量小于储能系统的最大充电量时，则对储能系统进行充电，并控制目标微电网的双向变流器停止工作；

步骤S12：若根据第一网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量等于储能系统的最大充电量时，则将储能系统转换为待机状态，并控制目标微电网的双向变流器将目标微电网的剩余电量输出到电网，以维持目标微电网的功率平衡；

步骤S13：若根据第一网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率小于负荷功率，则将储能系统转换为待机状态，以维持目标微电网的功率平衡；

为了达到高效利用电能的目的，以及避免对能量的浪费，在本实施例中，是将目标微电网的目标投切方案划分为七种工作模式。当目标微电网处于并网运行模式时，如果目标微电网中的电能有剩余时，可以优先利用目标微电网中的剩余电量对目标微电网的储能系统进行充电，并由目标微电网的储能系统维持目标微电网的平衡；当目标微电网的储能系统充满电后，多余的电量并入电网当中，并由目标微电网的双向变流器维持目标微电网的功率平衡；当目标微电网的电量不足时，为了避免目标微电网中储能系统频繁进行工作而造成的损耗，则优先由电网向目标微电网输入电能。

具体的，如果根据第一网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率P_pg大于负荷功率P_load，并且，储能系统的充电量SOC_hess小于储能系统的最大充电量SOC_{hess_max}时，也即，当P_pg>P_load，并且，SOC_hess<SOC_{hess_max}时，则对储能系统进行充电，并控制目标微电网的双向变流器停止工作。

如果根据第一网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率P_pg大于负荷功率P_load，并且，储能系统的充电量SOC_hess等于储能系统的最大充电量SOC_{hess_max}时，也即，当P_pg>P_load，并且，SOC_hess＝SOC_{hess_max}时，则将储能系统转换为待机状态，并控制目标微电网的双向变流器将目标微电网的剩余电量输出到电网，以维持目标微电网的功率平衡。

如果根据第一网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率P_pg小于负荷功率P_load，也即，当P_pg>P_load时，则将储能系统转换为待机状态，以维持目标微电网的功率平衡。

步骤S14：若根据第二网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量小于储能系统的最大充电量时，则将目标微电网的剩余电量输入至储能系统，以对储能系统进行充电；

步骤S15：若根据第二网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量等于储能系统的最大充电量时，则将储能系统转换为待机状态，并将分布式电源转换为恒压模式；

步骤S16：若根据第二网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率小于负荷功率，并且，储能系统的充电量大于储能系统的最小限放值时，则控制分布式电源和储能系统共同为目标微电网进行供电；

步骤S17：若控制分布式电源和储能系统共同为目标微电网进行供电的过程中储能系统的放电功率小于储能系统的最小限放值时，则停止对目标微电网的负载进行供电。

如果根据第二网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率P_pg大于负荷功率P_load，并且，储能系统的充电量SOC_hess小于储能系统的最大充电量SOC_{hess_max}时，也即，当P_pg>P_load，并且，SOC_hess<SOC_{hess_max}时，则利用目标微电网中的剩余电量对储能系统进行充电，换句话说，也就是将目标微电网的剩余电量输入至储能系统，以对储能系统进行充电。

如果根据第二网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率P_pg大于负荷功率P_load，并且，储能系统的充电量SOC_hess等于储能系统的最大充电量SOC_{hess_max}时，也即，当P_pg>P_load，并且，SOC_hess＝SOC_{hess_max}时，为了避免储能系统出现过充的现象，则将储能系统转换为待机状态，并将分布式电源转换为恒压模式，以维持目标微电网中母线电压的平衡与稳定。

如果根据第二网络拓扑模型确定出分布式电源的发电功率P_pg小于负荷功率P_load，并且，储能系统的充电量SOC_hess大于储能系统的最小限放值SOC_{hess_min}时，也即，P_pg<P_load并且，SOC_hess>SOC_{hess_min}时，则控制分布式电源和储能系统共同为目标微电网进行供电，并以此来维持目标微电网内部的电能平衡。

如果在控制分布式电源和储能系统共同为目标微电网进行供电的过程中，储能系统的放电功率P_pg小于储能系统的最小限放值SOC_{hess_min}时，也即，当P_pg<SOC_{hess_min}时，在此情况下，储能系统则无法继续进行放电操作。在此情况下，为了维持目标微电网的功率平衡，则停止对目标微电网的负载进行供电，也即，从目标微电网中将目标微电网中的负载进行切除，并以此来维持目标微电网的功率平衡。

显然，在本实施例中，通过制定合理的能量管理策略来实时调整目标微电网中储能系统的充电过程和放电过程，并且，对目标微电网中的分布式电源进行更为合理的调度与控制，由此就可以使得目标微电网能够工作在最佳的运行模式下。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，因为对目标投切方案的具体情况进行更为细致的划分，这样就可以进一步保证目标投切方案在执行过程中的整体可靠性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (16)

1.一种微电网系统，包括：分布式电源、储能系统和负荷；其特征在于，还包括：并联连接在直流母线和交流母线之间的若干储能变流器；所述储能变流器的直流侧通过直流母线连接蓄电池组；所述储能变流器的交流侧通过交流母线并联后，与并网或并联控制柜连接；所述并网或并联控制柜接收微电网的协调控制装置的指令，控制微电网工作在并网模式或者离网模式；

所述并网或并联控制柜通过外环控制得到电流内环的电流分量参考值，并将得到的电流分量参考值分别发送给并联的每一个储能变流器；各储能变流器根据接收到的电流分量参考值分别进行电流内环运算，得到驱动储能变流器开关管导通和关断的驱动信号；

并网或并联控制柜工作在并网模式时，具体包括如下过程：

1)采集并网点三相电压和三相电流；

2)对并网点三相电压进行锁相，得到电网运行频率；

3)dq变换模块将采集的三相电压和三相电流进行αβ/dq变换，得到两相同步旋转坐标系下实际总反馈电压和反馈电流；

4)瞬时功率变换模块根据得到的两相同步旋转坐标系下实际总反馈电压和反馈电流按下式确定并网点的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

其中，P和Q分别表示并网点总的瞬时有功功率和瞬时无功功率，u_d表示并网点总的d轴实际反馈电压，u_q表示并网点总的q轴实际反馈电压，i_d表示并网点总的d轴实际反馈电流，i_q表示并网点总的q轴实际反馈电流；

5)并网或并联控制柜根据从用户或能量管理系统调度指令，得到并网点有功功率和无功功率参考值P_ref、Q_ref，与瞬时有功功率P和无功功率Q比较后得到差值δP和δQ，对δP和δQ进行比例积分运算得到d轴分量参考值i_dref和q轴分量参考值i_qref；通过dq分量限幅模块对参考电流进行限幅控制；

6)并网/并联控制柜通讯模块把d轴分量参考值i_dref和q轴分量参考值i_qref广播发送给各储能变流器；

7)第x个储能变流器接收到参考电流i_dref、i_qref，与采集自身出口电感电流i_ax、i_bx、i_cx，进行dq变换得到的两相同步旋转坐标系下反馈电流i_dx、i_qx比较后得到差值δi_dx、δi_qx，对δi_dx、δi_qx进行比例积分运算得到输出脉宽调制系数P_mdx、P_mqx；

8)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mdx、P_mqx及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制；

9)并联的各储能变流器自动均分负载，当并联数量发生变化时，由于功率外环控制输出的电流参考i_d-ref、i_d-ref是由并网点电压和总电流进行瞬时功率与参考功率进行PI运算得到，因此系统可自动均分负载，当并联的储能变流器数量发生变化时，系统也可自动对功率进行重新分配；

并网或并联控制柜工作在并联模式时，具体包括如下过程：

1)采集并联点三相电压和三相电流；

2)对并网点三相电压进行锁相，得到并网点频率反馈f；

3)幅值计算模块根据采集的三相电压和三相电流，得到并网点电压和电流反馈幅值u、i；

4)取并联点反馈频率f、反馈电压u与参考频率f_ref＝50Hz、参考电压幅值u_ref＝220或380V比较，得到频率误差δf和电压幅值误差δu，分别进行比例积分运算得到被调制信号的频率系数f_o和并联点参考电流幅值i_ref；并连点指的是各个储能变流器并联连接的点；

5)并联点参考电流幅值i_ref与并网点反馈电流幅值i进行比较，得到并网点电流误差δi，对δi进行比例积分运算，以并联点电流内环运算结果i_o-ref作为各并联储能变流器电流内环参考电流；

6)并网/并联控制柜通讯模块把电流幅值参考i_o-ref和频率系数f_o广播发送给各储能变流器；

7)第x个储能变流器接收到参考电流i_dref、i_qref，与采集自身出口电感电流i_ax、i_bx、i_cx，进行电流幅值计算得到的反馈电流幅值i_x比较后得到差值δi_x，对δi_x进行比例积分运算得到输出脉宽调制系数P_mx；

8)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mx和频率系数f_o及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制；

9)并联的各储能变流器自动均分负载，每一台并联的储能变流器的电流幅值参考值均相等，都为并网点PI运算得到的电流参考值i_o-ref，由于参考电流i_o-ref是由总电流检测值i和总电流参考值i_ref经PI运算生成的，因此系统可自动均分负载，特别是当并联储能变流器数量发生变化时，系统可自动重新均分负载；当并联的储能变流器数量发生变化时，系统也可自动对功率进行重新分配：

所述蓄电池组与电池管理系统连接，所述电池管理系统包括：主控制器以及与主控制器连接的气体浓度检测模块，所述气体浓度检测模块包括一个或多个内置于电池箱内的气体检测单元，每个气体检测单元包括气体传感器和数据处理子单元，所述数据处理子单元分别通过不同种类的气体传感器采集多种气体浓度数据，并将采集到的数据传送至主控制器，所述主控制器根据接收到的多种气体浓度数据及其在电池产气中的占比综合分析，判断电池故障级别；

所述主控制器根据接收到的不同气体的浓度及其在电池产气中的占比综合分析，判断电池故障级别，具体为：

对电池进行热失控产气测试，测试其在不同SOC及温度环境下产生多种气体的浓度数据和产气占比数据，分别得出SOC-多气体曲线和温度-多气体曲线；

将上述得到的曲线拟合为多阶函数，得到电池SOC-温度-气体浓度数学模型；

采用离线参数辨识法完成电池SOC-温度-气体浓度数学模型的参数辨识；

根据实际情况对不同的模型参数对应的故障程度结果进行故障等级的标定；

将实际采集到的SOC、温度、多种气体浓度及其在电池产气中的占比数据带入电池SOC-温度-气体浓度数学模型进行计算；

将计算结果与标定的结果进行匹配，确定故障等级。

2.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，所述微电网的协调控制装置包括：

第一控制器，用于根据目标微电网的运行数据构建所述目标微电网的网络拓扑模型，并利用所述目标微电网的网络拓扑模型制定所述目标微电网的目标投切方案；

第二控制器，与所述第一控制器相连，用于根据所述目标投切方案和所述目标微电网中所有设备的运行状态信息生成目标GOOSE报文，并将所述目标GOOSE报文发送至与所述目标投切方案相对应的目标设备，以对所述目标设备进行投切控制。

3.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，所述储能变流器的结构包括：

三相支路，每一相支路包括：自并网/离网控制柜到直流蓄电池端，依次串联连接隔离变压器、交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。

4.如权利要求3所述的一种微电网系统，其特征在于，将三相支路的隔离变压器的原边首尾相连，将变压器原边连接成三角形连接关系，能够实现三相三线式供电。

5.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，所述储能变流器的结构包括：

三相支路，每一相支路包括：自并网/离网控制柜到直流蓄电池端，依次串联连接交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。

6.如权利要求5所述的一种微电网系统，其特征在于，将三相支路的交流滤波器首尾相连，将滤波器连接成三角形连接关系，能够实现三相三线式供电。

7.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，还包括：与主控制器连接的灭火装置，控制器判断各种气体浓度数据、电池电压、电池温度数据均满足设定要求后，启动灭火装置。

8.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，检测到明火后，启动灭火装置。

9.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，灭火装置启动后，联动停止充放电并关闭电池箱内气体交换设备。

10.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，所述并网或并联控制柜上设有柴油发电机后备端口，柴油发电机和负荷之间设置旁路开关，当电网发生故障，负荷不能再从电网获取能量时，闭合所述旁路开关，柴油发电机投入运行，维持离网运行能量平衡。

11.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，所述分布式电源包括：光伏、风电或者电动汽车V2G新能源；所述储能变流器的直流侧设有用于将光伏、风电或者电动汽车V2G新能源直流接入的端口。

12.如权利要求1所述的一种微电网系统，其特征在于，对所述直流母线进行分段，每段母线接入一个或几个储能变流器，对应一套或几套储能电池。

13.如权利要求1-12任一所述的一种微电网系统的控制方法，其特征在于，

并网或并联控制柜工作在并网模式时，具体包括如下过程：

1)采集并网点三相电压和三相电流；

2)对并网点三相电压进行锁相，得到电网运行频率；

3)dq变换模块将采集的三相电压和三相电流进行αβ/dq变换，得到两相同步旋转坐标系下实际总反馈电压和反馈电流；

4)瞬时功率变换模块根据得到的两相同步旋转坐标系下实际总反馈电压和反馈电流按下式确定并网点的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

其中，P和Q分别表示并网点总的瞬时有功功率和瞬时无功功率，u_d表示并网点总的d轴实际反馈电压，u_q表示并网点总的q轴实际反馈电压，i_d表示并网点总的d轴实际反馈电流，i_q表示并网点总的q轴实际反馈电流；

5)并网或并联控制柜根据从用户或能量管理系统调度指令，得到并网点有功功率和无功功率参考值P_ref、Q_ref，与瞬时有功功率P和无功功率Q比较后得到差值δP和δQ，对δP和δQ进行比例积分运算得到d轴分量参考值i_dref和q轴分量参考值i_qref；通过dq分量限幅模块对参考电流进行限幅控制；

6)并网/并联控制柜通讯模块把d轴分量参考值i_dref和q轴分量参考值i_qref广播发送给各储能变流器；

7)第x个储能变流器接收到参考电流i_dref、i_qref，与采集自身出口电感电流i_ax、i_bx、i_cx，进行dq变换得到的两相同步旋转坐标系下反馈电流i_dx、i_qx比较后得到差值δi_dx、δi_qx，对δi_dx、δi_qx进行比例积分运算得到输出脉宽调制系数P_mdx、P_mqx；

8)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mdx、P_mqx及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制；

9)并联的各储能变流器自动均分负载；当并联数量发生变化时，由于功率外环控制输出的电流参考i_d-ref、i_d-ref是由并网点电压和总电流进行瞬时功率与参考功率进行PI运算得到，因此系统可自动均分负载，当并联的储能变流器数量发生变化时，系统也可自动对功率进行重新分配。

14.如权利要求1-12任一所述的一种微电网系统的控制方法，其特征在于，

并网或并联控制柜工作在并联模式时，具体包括如下过程：

1)采集并联点三相电压和三相电流；

2)对并网点三相电压进行锁相，得到并网点频率反馈f；

3)幅值计算模块根据采集的三相电压和三相电流，得到并网点电压和电流反馈幅值u、i；

4)取并联点反馈频率f、反馈电压u与参考频率f_ref＝50Hz、参考电压幅值u_ref＝220或380V比较，得到频率误差δf和电压幅值误差δu，分别进行比例积分运算得到被调制信号的频率系数f_o和并联点参考电流幅值i_ref；并连点指的是各个储能变流器并联连接的点；

5)并联点参考电流幅值i_ref与并网点反馈电流幅值i进行比较，得到并网点电流误差δi，对δi进行比例积分运算，以并联点电流内环运算结果i_o-ref作为各并联储能变流器电流内环参考电流；

6)并网/并联控制柜通讯模块把电流幅值参考i_o-ref和频率系数f_o广播发送给各储能变流器；

7)第x个储能变流器接收到参考电流i_dref、i_qref，与采集自身出口电感电流i_ax、i_bx、i_cx，进行电流幅值计算得到的反馈电流幅值i_x比较后得到差值δi_x，对δi_x进行比例积分运算得到输出脉宽调制系数P_mx；

8)第x个储能变流器根据脉宽调制系数P_mx和频率系数f_o及PWM算法生成驱动信号，实现开关管导通和关断控制；

9)并联的各储能变流器自动均分负载，每一台并联的储能变流器的电流幅值参考值均相等，都为并网点PI运算得到的电流参考值i_o-ref，由于参考电流i_o-ref是由总电流检测值i和总电流参考值i_ref经PI运算生成的，因此系统可自动均分负载，特别是当并联储能变流器数量发生变化时，系统可自动重新均分负载；当并联的储能变流器数量发生变化时，系统也可自动对功率进行重新分配。

15.一种如权利要求13所述的微电网系统的控制方法，其特征在于，包括：

微电网并网模式下：

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量小于储能系统的最大充电量时，则对储能系统进行充电，并控制并网或并联控制柜工作在离网模式；

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量等于储能系统的最大充电量时，则将储能系统转换为待机状态，并控制并网或并联控制柜工作在并网模式；将目标微电网的剩余电量输出到电网，以维持所述目标微电网的功率平衡；

若分布式电源的发电功率小于负荷功率，则将储能系统转换为待机状态，以维持所述目标微电网的功率平衡。

16.一种如权利要求14所述的微电网系统的控制方法，其特征在于，包括：

微电网离网模式下：

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量小于储能系统的最大充电量时，则将目标微电网的剩余电量输入至储能系统，以对储能系统进行充电；

若分布式电源的发电功率大于负荷功率，并且，储能系统的充电量等于储能系统的最大充电量时，则将储能系统转换为待机状态，并将分布式电源转换为恒压模式；

若分布式电源的发电功率小于负荷功率，并且，储能系统的充电量大于储能系统的最小限放值时，则控制分布式电源和储能系统共同为目标微电网进行供电。

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