CN113890088A - 一种移动电站及其供电控制方法 - Google Patents

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陈素莹
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Abstract

本发明涉及一种移动供电系统及其供电控制方法，移动电站包括光伏单元、隐身电站单元、燃料电池单元以及储能及能量管理单元，各单元分别集成设置于独立舱体内，光伏单元、隐身电站单元及燃料电池单元输出单相交流电，储能及能量管理单元输出单相交流电和三相交流电。本发明兼有光伏发电、柴油发电、燃料电池发电及储能电池供电多种供电方式；各单元可级联运行，也可作为供电系统主电源独立对外供电；可选择接入电网或离网运行；使用灵活性高，可靠性高；通过设置短时间尺度下的功率和电压调整策略和长期运行改善策略，可平衡系统内功率波动、稳定交流母线电压，可提高能量利用效率及系统可靠性；便于移动及运输；可满足军用电站的隐身功能需求。

Description

一种移动电站及其供电控制方法
技术领域
本发明涉及移动电站技术领域，特别是一种移动电站及其供电控制方法。
背景技术
移动电站在各领域中发挥着重要的作用，具有机动、灵活的特点，在抢险、灾害、应急灯等一些急需电力供应的特殊场合发挥着特有的功能。军用交流移动电站在军事领域具有广泛用途，为军事活动提供电力保障，可为部队野外宿营照明、取暖、制冷、洗浴、通讯等供电，成为部队备战、应战的必备装备。然而现有移动电站发电方式单一，使用灵活性差，可靠性低。在多类型电站级联运行时，动态带载能力不强，受负载功率波动影响较为明显，无法实现功率平衡，系统运行安全性差，能量利用率低。另外，军用电站具有隐身功能需求，传统电站，发热量大，噪声高，无法满足红外隐身及静音隐身的需求。
因此，开发一种使用灵活性高，可靠性高，能量利用效率高，且可满足隐身需求的移动电站。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种移动电站及其供电控制方法，兼有光伏发电、柴油发电、燃料电池发电及储能电池供电多种供电方式，各单元可级联运行，也可作为供电系统主电源独立对外供电，可选择接入电网或离网运行，使用灵活性高，可靠性高，能量利用效率高，且便于移动及运输。
本发明采用如下技术方案：
一种移动电站，包括有：
光伏单元，包括太阳能电池组件、太阳能控制器、第一双向储能变流器及第一储能模块，第一双向储能变流器包括有第一单相逆变器及控制器，太阳能电池组件输出端与第一储能模块并入直流母线，直流母线电连接第一单相逆变器将直流电转换为交流电输出至单相交流母线，控制器用于连接并控制第一储能模块，单相交流母线输出端口配置有并网开关，用于控制光伏单元级联并网或离网运行；
隐身电站单元，包括柴油发电机组、AC/DC整流模块、DC/AC逆变模块、用于实现红外隐身运行的水冷散热装置，柴油发电机组输出端电连接AC/DC整流模块，用于将柴油发电机组输出的交流电转换为直流电，AC/DC整流模块输出端与DC/AC逆变模块电连接，用于将AC/DC整流模块输出的直流电转换为交流电输出至单相交流母线，单相交流母线输出端口配置有并网开关和旁路开关，用于控制隐身电站单元级联并网或离网运行；
燃料电池单元，包括燃料电池发电机组、第二储能模块、DC-DC变换模块及第二双向储能变流器，第二双向储能变流器包括有逆变电路，燃料电池发电机组、第二储能模块分别通过DC-DC变换模块并联到直流母线上，直流母线通过逆变电路将直流电转换为交流电输出至单相交流母线，单相交流母线输出端口配置有并网开关，用于控制燃料电池单元级联并网或离网运行；
以及储能及能量管理单元，包括储能单元及能量管理系统，储能单元包括储能电池组，能量管理系统包括双接口逆变器及能量管理模块，双接口逆变器包括有第三双向储能变流器及三相逆变器，第三双向储能变流器包括有第二单相逆变器，储能电池组输出端并联到直流母线，直流母线电连接第二单相逆变器，用于将直流电转换为单相交流电输出至单相交流母线，或将单相交流母线输入的交流电转换为直流电经直流母线输入储能电池组，直流母线经三相逆变器将直流电转换为三相交流电，并经隔离变压器进行电气隔离后输出至三相交流母线，单相交流母线输出端口设置有并网开关，用于控制储能及能量管理单元并网接入电网或离网运行；
光伏单元、隐身电站单元、燃料电池单元、储能及能量管理单元分别集成设置于独立舱体内，并在单相交流母线的输出端口分别设置有级联接口，光伏单元、隐身电站单元及燃料电池单元可通过级联接口及并网开关接入储能及能量管理单元级联运行，并通过储能及能量管理单元的并网开关接入电网。
进一步地，所述第一储能模块、第二储能模块及储能单元的储能电池组均由若干储能电池串联构成，且分别内置有H桥DC/DC变换器，用于将若干储能电池输出的电压转换为DC400V并入直流母线。
进一步地，所述舱体为标准集装箱，舱体内壁铺设有用于缓冲震动的弹性减震垫。
进一步地，所述太阳能电池组件为柔性，可折叠设置于舱体内。
进一步地，所述隐身电站单元还包括设置于舱体内用于阻隔噪声以实现隐身电站单元静音隐身的隔音挡板。
进一步地，所述燃料电池发电机组通过双向CLLLC谐振型DC-DC变换模块并联到直流母线上，所述第二储能模块通过H桥斩波电路并联到直流母线上。
进一步地，所述能量管理系统的第二单相逆变器采用H桥逆变电路，所述H桥逆变电路与单相交流母线之间以及所述隔离变压器与三相交流母线之间还设置有用于消除电力谐波的LC滤波器。
进一步地，所述并网开关包括有IGBT固态开关及并联于IGBT固态开关两端的机械开关。
一种移动电站的供电控制方法，包括有：
1)短时间尺度下的功率和电压调整策略；
基于输出功率与负荷之间的平衡关系，划分为联网调节模式、储能调节模式、光伏单元降额模式和主动减载模式四种工作模式，控制方法为：
a.联网调节模式，光伏单元、隐身电站单元、燃料电池单元、储能及能量管理单元级联并与市电联网运行时，市网作为功率平衡节点，维持系统功率平衡，保证母线电压稳定，市网单元向交流母线注入的功率Pc按下式计算：
PC＝Pload-Ppv-Pb-Pfc-Pg
其中：Pload为负载吸收功率；Ppv为光伏单元输出功率；Pb为储能单元输出功率；Pfc为燃料电池单元输出功率；Pg为隐身电站单元输出功率；
在该模式下，光伏单元工作在最大功率点跟踪状态或停用状态；各类负荷正常使用；储能单元若未达到饱和则处于充电状态，否则处于空闲备用状态；燃料电池单元及隐身电站单元处于停运状态；
b.储能调节模式，离网运行时，储能单元作为功率平衡节点，维持系统功率平衡，保证交流母线电压稳定，在该模式下要实现储能电池组充放电功率的合理分配，储能单元向交流母线注入的功率按下式计算：
Pb＝Pload-Ppv
在该模式下，光伏单元工作在最大功率点跟踪状态或停用状态，各类负荷正常使用；若接入燃料电池单元、隐身电站单元，若Pb＜Pload-Ppv，则燃料电池单元和隐身电站单元提供多余功率；
c.光伏单元降额模式，当光伏单元的最大输出功率超过负荷、储能单元的需求时，光伏单元降额运行以保持交流母线电压稳定，光伏单元向交流母线注入的功率按下式计算：
Ppv＝Pload-Pb-Pg-Pfc
在该模式下，各类负荷正常工作；储能单元若已充满，则工作在空闲备用状态，否则对其进行充电；
d.主动减载模式，因负荷功率的改变或电源功率的变化，导致光伏单元、储能单元、燃料电池单元以及隐形电站单元共同的功率均无法满足负荷的需求时，主动切除负载来维持系统功率平衡，保证交流母线电压的稳定；供电系统可以根据所配置负荷的重要程度对其进行优先级划分，依次切掉优先级低的负荷以保证重要负荷的可靠供电；
Pload＞Ppv+Pb+Pg+Pfc
在该模式下，储能单元荷电状态低于设定阈值时，进入空闲备用状态，否则以最大功率进行放电；光伏单元工作在最大功率点跟踪状态或停用状态；
2)长期运行改善策略，控制方法为：
①根据能量管理系统负荷预测提供的用电负荷数据、控制方法配置信息和约束配置信息，生成若干个初始解群体，初始解中的储能单元的解需满足储能单元荷电状态条件和功率平衡约束条件；
②分别计算初始解群体中的适应度，从中选择适应度最低的若干个解；
③根据约束条件和目标函数选出的最优解群体，对所有的非最优解群体中的解进行个体间的随机交叉变异；目标函数中加入了燃料消耗、储能电池消耗、运行损耗三个值计算，每个值都设置有相对应的权重系数，根据工作模式对权重系数进行调整，实现在特定工作模式下目标利益最大化；
根据转换损耗最小、燃料消耗最低、电池充放电次数最少的协调优化策略构目标函数：
燃料消耗是所有单元的燃料转换消耗和自身消耗，最低目标函数表示为：
Figure BDA0003275511310000051
式中，Cop为燃料消耗归一总和；Ci(Pi(t))为各单元燃料转换消耗函数；Oi(Pi(t))为各单元自身消耗函数，T为一个调度周期，N为单元数量；
储能电池充放电寿命损耗最小目标函数表示为：
costBattery＝CPT×Times
式中，costBattery为储能电池充放电带来的损耗；CPT为每次充放电的消耗；Times为规划中所需消耗的电池充放电次数；
运行损耗最小函数表示为：
Figure BDA0003275511310000061
式中，CPL为功率转换损耗，i、j为转换模块，Ui、Uj为节点电压，δi、δj为功角因数角，
Figure BDA0003275511310000067
为节点电导。
通过线性加权的形式将多目标转换为最终目标函数，表达式如下：
min Cp＝min(ω1COP+ω2CBAT+ω3CPL)
式中，ω1,ω2,ω3≥0,为各目标函数的权重系数，同时满足ω1+ω2+ω3＝1；
④如果适应度符合终止要求，则停止迭代过程，输出最优解；否则返回步骤②。
进一步地，所述功率平衡约束条件为：
Ppv+Pb+Pg+Pfc＝Pload
式中，Ppv为光伏单元输出功率，Pfc为燃料电池单元输出功率，Pg为隐形电站输出功率，Pb为储能电池输出功率，Pload为负载吸收功率；
所述储能单元荷电状态约束条件为：
Figure BDA0003275511310000062
Figure BDA0003275511310000063
Figure BDA0003275511310000064
式中，
Figure BDA0003275511310000065
分别是储能电池的最大、最小充放电功率；
Figure BDA0003275511310000066
为储能电池的储能容量的最低限值和最大值，单位kWh；Es(t)表示储能电池在t时段储存的能量；soci+1,soci分别为相邻时刻储能单元荷电状态。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
第一，本发明的移动电站兼有光伏发电、柴油发电、燃料电池发电及储能电池供电多种供电方式；光伏单元、隐身电站单元及燃料电池单元可通过级联接口及并网开关接入储能及能量管理单元级联运行，也可作为供电系统主电源独立对外供电；通过储能及能量管理单元的并网开关可选择接入电网或离网运行；可输出单相AC230V电压和三相AC400V电压；使用灵活性高，可靠性高。
第二，本发明通过设置短时间尺度下的功率和电压调整策略和长期运行改善策略，在各单元级联运行时，可平衡系统内功率波动、稳定交流母线电压，动态带载能力强，系统运行安全稳定，可使系统始终工作于最佳状态，能量利用率高。
第三，光伏单元、隐身电站单元、燃料电池单元、储能及能量管理单元分别集成设置于独立舱体内，舱体采用标准集装箱，便于移动及运输，使用便捷。同时，通过在舱体内壁铺设弹性减震垫，可提高在运行及运输过程中的抗震抗冲击性能，降低噪声，以及避免电站在运输过程中损坏。
第四，通过在隐身电站单元的舱体内设置水冷散热装置，换热效率高，散热效果好，可快速降温满足红外隐身要求；通过在舱体内设置隔音挡板，可有效阻隔噪声的传播通路，达到静音隐身的效果；从而可满足军用电站的隐身功能需求，适用于为营连级指挥信息系统、情报侦察系统、作战装备系统、基地生活系统等供电。
第五，太阳能电池组件可折叠放置在舱体内，便于收纳及运输；在需要使用时，可快速方便的展开及撤收。
第六，燃料电池发电机组通过双向CLLLC谐振型DC-DC变换模块并联到直流母线上，第二储能模块通过H桥斩波电路并联到直流母线上，可提高能量转换效率。
第七，能量管理系统的第二单相逆变器采用H桥逆变电路，H桥逆变电路与单相交流母线之间以及所述隔离变压器与三相交流母线之间还设置有用于消除电力谐波的LC滤波器，可避免出现触电事故，提高输出电能质量，提高系统的可靠性。
第八，并网开关包括有IGBT固态开关及并联于IGBT固态开关两端的机械开关，集合了两种开关的优势，具有低功耗、通流能力强、关断速度快的优点，可提高能量利用效率及系统可靠性。
附图说明
图1是本发明的移动电站的电气原理结构框图；
图2是本发明的光伏单元的电气原理结构框图；
图3是本发明的光伏单元的立体结构图；
图4是本发明的太阳能电池组件在折叠状态下的立体结构图；
图5是本发明的4个太阳能电池组串拼接后的展开结构示意图；
图6是本发明的光伏单元的电气拓扑结构图；
图7是本发明的隐身电站单元的电气原理结构框图；
图8是本发明的燃料电池单元的电气原理结构框图；
图9是本发明的燃料电池单元的拓扑结构示意图；
图10是本发明的储能及能量管理单元的电气原理结构框图；
图11是本发明的储能单元与其它单元级联的拓扑结构示意图；
图12是本发明的储能单元的双输出接口拓扑结构示意图。
图中：1.光伏单元，11.太阳能电池组件，111.太阳能电池组串，1111.太阳能电池，1112.魔术贴，1113.长条通风孔，1114.圆形通风孔，1115.挂耳，112.重块，12.双向储能变流器，13.第一储能模块，14.MPPT控制器，2.隐身电站单元，21.柴油发电机组，22.AC/DC整流模块，23.DC/AC逆变模块，24.油料箱，3.燃料电池单元，31.燃料电池发电机组，32.第二储能模块，33.DC-DC变换模块，34.第二双向储能变流器，4.储能及能量管理单元，41.储能电池组，42.双接口逆变器，421.第三双向储能变流器，422.三相逆变器，43.隔离变压器，5.并网开关，6.级联接口，7.舱体，8.旁路开关，9.弹性缓冲垫。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1，本发明的一种移动电站，包括有光伏单元1、隐身电站单元2、燃料电池单元3以及储能及能量管理单元4。
参照图2至图6，光伏单元1，包括太阳能电池组件11、太阳能控制器、第一双向储能变流器12及第一储能模块13，第一双向储能变流器12包括有第一单相逆变器及控制器，太阳能电池组件11输出端与第一储能模块13并入DC400V直流母线，DC400V直流母线电连接第一单相逆变器将DC400V直流电转换为AC230V交流电输出至单相交流母线，控制器用于连接并控制第一储能模块13，单相交流母线输出端口配置有并网开关5，用于控制光伏单元1级联并网或离网运行，还设置有用于与其它电站级联运行的级联接口6。
所述太阳能控制器与双向储能变流器12集成设置，采用光伏逆控一体机。所述太阳能控制器采用MPPT控制器14。太阳能控制器中包括有H桥DC/DC变换器，用于将太阳能电池组件11输出的电压转换成DC400V并入直流母线。所述控制器采用PI调节器。太阳能电池组件11采用最大功率点跟踪方法进行控制。第一单相逆变器采用电压外环电感电流内环瞬时双闭环控制策略。
所述第一储能模块13包括有12个500Wh标准化储能电池箱及H桥DC/DC变换器，H桥DC/DC变换器用于将12个500Wh标准化储能电池箱输出的电压转换为DC400V并入DC400V直流母线。第一储能模块13采用充放电电流-母线电压下垂控制的方法对第一双向储能变流器12进行控制。
所述太阳能电池组件11为柔性，可折叠设置于舱体7内。太阳能电池组件11包括有若干太阳能电池组串111，太阳能电池组串111上集成设置有若干太阳能电池1111，太阳能电池组串111上连接有手提带，便于太阳能电池组串111在折叠状态下的提取搬运。若干太阳能电池组串111之间可拆卸拼接，并通过相互配合的插接组件电气连接。所述太阳能电池1111采用HDT异质结太阳能电池。插接组件采用航空插头，方便安装、拆卸。所述太阳能电池组串111边缘设置有用于与其它太阳能电池组串111拼接的魔术贴1112，所述魔术贴1112间隔设置，使得相邻太阳能电池组串111之间形成长条通风孔1113，所述太阳能电池组串111上沿长度方向、在相邻太阳能电池1111之间间隔设置有若干圆形通风孔1114。所述太阳能电池组串111外侧边缘间隔设置有用于连接重块112的挂耳1115。太阳能电池组件11可根据电站的装机规模及实际情况进行设置。本实施例中，光伏单元装机容量为3.2kW，采用单块400W的太阳能电池组串8块，太阳能电池组件11由8块太阳能电池组串111串联而成，折叠后尺寸不大于640*520*55mm，每块组件重约10Kg，单块400W太阳能电池组串111集成设置有8块太阳能电池1111。本实施例中太阳能电池组件11在实际使用时，采用4块为一组，共2组。为减少风力对太阳能电池组件11的影响，在4块为一组的太阳能电池组件11外侧长度方向每边配置3组重块112，每个重块112重约10Kg，以增加抗风强度，太阳能电池组件11能在风速20.7m/s(相当于8级风力)条件下顺利展收。另外，在实际使用时可根据天气情况，在无风或风力比较小时，可不配置重块112，在设备保证正常运行的条件下，减少施工量，只有在极限风速工作情况下，需全部配置。在展开、收纳时两名人员同时操作，每块太阳能电池组串111从取出到展开时间大约为15秒，每人完成4块电池组件展开共需要60秒。
参照图7，隐身电站单元2，包括柴油发电机组21、AC/DC整流模块22、DC/AC逆变模块23、用于实现红外隐身运行的水冷散热装置和用于阻隔噪声以实现移动电站静音隐身的隔音挡板。柴油发电机组21输出端电连接AC/DC整流模块22，用于将柴油发电机组21输出的交流电转换为DC400V直流电，AC/DC整流模块22输出端与DC/AC逆变模块23电连接，用于将AC/DC整流模块22输出的DC400V直流电转换为单相AC230V交流电输出至单相交流母线，单相交流母线输出端口配置有并网开关5和旁路开关8，用于控制隐身电站单元2级联并网或离网运行，还设置有用于与其它电站级联的级联接口6。
所述柴油发电机组21包括有水冷柴油机、油料箱、发电机、控制器及散热器，且形成有排气管路。所述水冷散热装置采用水冷散热器，包括有并行工作的多个水路，多个水路均匀配置于舱体内。所述水冷柴油机、发电机、排气管路处分别设置有独立的水冷散热器。所述水冷柴油机、发电机、散热器及水冷散热装置均具有散热风扇，散热风扇采用可进行变频控制的静音风扇。所述散热风扇的进、出风口处设置有用于阻隔噪声以实现静音隐身的隔音挡板。
本发明的隐身电站单元2，额定输出功率为6kW，额定输出电压为单相交流230V，额定频率为50Hz，额定功率因数0.8。柴油发电机组21采用紧凑型设计，节省空间配置大容量油料箱24，额定功率输出状态下可持续工作时间不少于16h，确保持续工作能力。
本发明的隐身电站单元2可实现红外隐身功能，在9倍目标可视面积背景下，在方位角0°～360°、仰角15°～90°威胁区域范围内，能达到以下红外隐身技术指标：
a)舱体可视表面平均辐射温度与所处优势背景平均辐射温度之差<4℃；
b)舱体可视表面最高辐射温度与所处优势背景平均辐射温度之差<10℃；
c)舱体排气、排烟对周围地物辐射温度升高不超过6℃。
本发明的隐身电站单元2的1米处噪声值≤65dB(A)。
参照图8和图9，燃料电池单元3，包括燃料电池发电机组31、第二储能模块32、DC-DC变换模块33及第二双向储能变流器34，第二双向储能变流器34包括有H桥逆变电路，燃料电池发电机组31、第二储能模块32分别通过DC-DC变换模块33并联到直流母线上，直流母线通过H桥逆变电路将直流电转换为交流电输出至单相交流母线，单相交流母线输出端口配置有并网开关5，用于控制燃料电池单元级联并网或离网运行，还设置有用于与其它电站级联的级联接口6。
所述燃料电池发电机组31采用额定容量为6kW的氢燃料电池发电机组，通过双向CLLLC谐振型DC-DC变换模块并联到DC400V直流母线上。双向CLLLC谐振型DC-DC变换模块为现有技术，在此不再赘述。所述第二储能模块32包括有8个500Wh标准化储能电池箱，通过H桥斩波电路并联到直流母线上。
参照图10至图12，储能及能量管理单元4，包括储能单元及能量管理系统，储能单元包括储能电池组41，能量管理系统包括双接口逆变器42及能量管理模块，双接口逆变器42包括有第三双向储能变流器421及三相逆变器422，第三双向储能变流器421包括有第二单相逆变器，储能电池组41输出端并联到DC400V直流母线，DC400V直流母线电连接第二单相逆变器，用于将DC400V直流电转换为AC230V单相交流电输出至单相交流母线，或将单相交流母线输入的AC230V交流电转换为DC400V直流电经直流母线输入储能电池组41，直流母线经三相逆变器422将直流电转换为三相AC400V交流电，并经隔离变压器43进行电气隔离后输出至三相AC400V交流母线，单相交流母线输出端口设置有并网开关5，用于控制储能及能量管理单元4并网接入电网或离网运行，还设置有用于与其它电站级联的级联接口6。所述第二单相逆变器采用H桥逆变电路，H桥逆变电路采用现有技术。所述H桥逆变电路与单相交流母线之间以及所述隔离变压器43与三相交流母线之间还设置有用于消除电力谐波的LC滤波器。储能及能量管理单元4装机包括60个500Wh标准化储能电池箱，组成30kWh储能系统。
光伏单元1、隐身电站单元2、燃料电池单元3、储能及能量管理单元4分别集成设置于独立舱体7内，并在单相AC230V交流母线的输出端口分别设置有级联接口6，光伏单元1、隐身电站单元2及燃料电池单元3可通过级联接口6及并网开关5接入储能及能量管理单元4级联运行，并通过储能及能量管理单元4的并网开关5接入电网。所述第一储能模块13、第二储能模块32及储能单元的储能电池组41均由若干500Wh标准化储能电池箱串联构成，且分别内置有H桥DC/DC变换器，用于将若干500Wh标准化储能电池箱输出的电压转换为DC400V并入直流母线。所述并网开关5包括有IGBT固态开关51及并联于IGBT固态开关两端的机械开关。舱体7为标准集装箱，舱体7内壁铺设有用于缓冲震动的弹性减震垫9。
本发明的移动电站的供电控制方法，包括有短时间尺度下的功率和电压调整策略和长期运行改善策略。
1)短时间尺度下的功率和电压调整策略；
基于输出功率与负荷之间的平衡关系，划分为联网调节模式、储能调节模式、光伏单元降额模式和主动减载模式四种工作模式，控制方法为：
a.联网调节模式，光伏单元1、隐身电站单元2、燃料电池单元3、储能及能量管理单元4级联并与市电联网运行时，市网作为功率平衡节点，维持系统功率平衡，保证母线电压稳定，市网单元向交流母线注入的功率Pc按下式计算：
PC＝Pload-Ppv-Pb-Pfc-Pg
其中：Pload为负载吸收功率；Ppv为光伏单元输出功率；Pb为储能单元输出功率；Pfc为燃料电池单元输出功率；Pg为隐身电站单元输出功率；
在该模式下，光伏单元1工作在最大功率点跟踪状态或停用状态；各类负荷正常使用；储能单元若未达到饱和则处于充电状态，否则处于空闲备用状态；燃料电池单元3及隐身电站单元2处于停运状态；
b.储能调节模式，离网运行时，储能单元作为功率平衡节点，维持系统功率平衡，保证交流母线电压稳定，在该模式下要实现储能电池组充放电功率的合理分配，储能单元向交流母线注入的功率按下式计算：
Pb＝Pload-Ppv
在该模式下，光伏单元1工作在最大功率点跟踪状态或停用状态，各类负荷正常使用；若接入燃料电池单元3、隐身电站单元2，若Pb＜Pload-Ppv，则燃料电池单元3和隐身电站单元2提供多余功率；
c.光伏单元降额模式，当光伏单元1的最大输出功率超过负荷、储能单元的需求时，光伏单元1降额运行以保持交流母线电压稳定，光伏单元1向交流母线注入的功率按下式计算：
Ppv＝Pload-Pb-Pg-Pfc
在该模式下，各类负荷正常工作；储能单元若已充满，则工作在空闲备用状态，否则对其进行充电；
d.主动减载模式，因负荷功率的改变或电源功率的变化，导致光伏单元1、储能单元、燃料电池单元3以及隐形电站单元2共同的功率均无法满足负荷的需求时，主动切除负载来维持系统功率平衡，保证交流母线电压的稳定；供电系统可以根据所配置负荷的重要程度对其进行优先级划分，依次切掉优先级低的负荷以保证重要负荷的可靠供电；
Pload＞Ppv+Pb+Pg+Pfc
在该模式下，储能单元荷电状态低于设定阈值时，进入空闲备用状态，否则以最大功率进行放电；光伏单元1工作在最大功率点跟踪状态或停用状态；
2)长期运行改善策略，控制方法为：
①根据能量管理系统负荷预测提供的用电负荷数据、控制方法配置信息和约束配置信息，生成若干个初始解群体，初始解中的储能单元的解需满足储能单元荷电状态条件和功率平衡约束条件；
所述功率平衡约束条件为：
Ppv+Pb+Pg+Pfc＝Pload
式中，Ppv为光伏单元输出功率，Pfc为燃料电池单元输出功率，Pg为隐形电站输出功率，Pb为储能电池输出功率，Pload为负载吸收功率；
所述储能单元荷电状态约束条件为：
Figure BDA0003275511310000151
Figure BDA0003275511310000152
Figure BDA0003275511310000153
式中，
Figure BDA0003275511310000154
分别是储能电池的最大、最小充放电功率；
Figure BDA0003275511310000155
为储能电池的储能容量的最低限值和最大值，单位kWh；Es(t)表示储能电池在t时段储存的能量；soci+1,soci分别为相邻时刻储能单元荷电状态；
②分别计算初始解群体中的适应度，从中选择适应度最低的若干个解；
③根据约束条件和目标函数选出的最优解群体，对所有的非最优解群体中的解进行个体间的随机交叉变异；目标函数中加入了燃料消耗、储能电池消耗、运行损耗三个值计算，每个值都设置有相对应的权重系数，根据工作模式对权重系数进行调整，实现在特定工作模式下目标利益最大化；
根据转换损耗最小、燃料消耗最低、电池充放电次数最少的协调优化策略构目标函数：
燃料消耗是所有单元的燃料转换消耗和自身消耗，最低目标函数表示为：
Figure BDA0003275511310000161
式中，Cop为燃料消耗归一总和；Ci(Pi(t))为各单元燃料转换消耗函数；Oi(Pi(t))为各单元自身消耗函数，T为一个调度周期，N为单元数量；
储能电池充放电寿命损耗最小目标函数表示为：
costBattery＝CPT×Times
式中，costBattery为储能电池充放电带来的损耗；CPT为每次充放电的消耗；Times为规划中所需消耗的电池充放电次数；
运行损耗最小函数表示为：
Figure BDA0003275511310000162
式中，CPL为功率转换损耗，i、j为转换模块，Ui、Uj为节点电压，δi、δj为功角因数角，
Figure BDA0003275511310000163
为节点电导。
通过线性加权的形式将多目标转换为最终目标函数，表达式如下：
min Cp＝min(ω1COP+ω2CBAT+ω3CPL)
式中，ω1,ω2,ω3≥0,为各目标函数的权重系数，同时满足ω1+ω2+ω3＝1；
④如果适应度符合终止要求，则停止迭代过程，输出最优解；否则返回步骤②。
另外，本发明的光伏单元1、燃料电池单元3及储能及能量管理单元4的散热风扇也均采用可进行变频控制的静音风扇，且在散热风扇的进、出风口处设置有用于阻隔噪声以实现静音隐身的隔音挡板，均可实现红外隐身及静音隐身效果。
上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种移动电站，其特征在于，包括有：
光伏单元，包括太阳能电池组件、太阳能控制器、第一双向储能变流器及第一储能模块，第一双向储能变流器包括有第一单相逆变器及控制器，太阳能电池组件输出端与第一储能模块并入直流母线，直流母线电连接第一单相逆变器将直流电转换为交流电输出至单相交流母线，控制器用于连接并控制第一储能模块，单相交流母线输出端口配置有并网开关，用于控制光伏单元级联并网或离网运行；
隐身电站单元，包括柴油发电机组、AC/DC整流模块、DC/AC逆变模块、用于实现红外隐身运行的水冷散热装置，柴油发电机组输出端电连接AC/DC整流模块，用于将柴油发电机组输出的交流电转换为直流电，AC/DC整流模块输出端与DC/AC逆变模块电连接，用于将AC/DC整流模块输出的直流电转换为交流电输出至单相交流母线，单相交流母线输出端口配置有并网开关和旁路开关，用于控制隐身电站单元级联并网或离网运行；
燃料电池单元，包括燃料电池发电机组、第二储能模块、DC-DC变换模块及第二双向储能变流器，第二双向储能变流器包括有逆变电路，燃料电池发电机组、第二储能模块分别通过DC-DC变换模块并联到直流母线上，直流母线通过逆变电路将直流电转换为交流电输出至单相交流母线，单相交流母线输出端口配置有并网开关，用于控制燃料电池单元级联并网或离网运行；
以及储能及能量管理单元，包括储能单元及能量管理系统，储能单元包括储能电池组，能量管理系统包括双接口逆变器及能量管理模块，双接口逆变器包括有第三双向储能变流器及三相逆变器，第三双向储能变流器包括有第二单相逆变器，储能电池组输出端并联到直流母线，直流母线电连接第二单相逆变器，用于将直流电转换为单相交流电输出至单相交流母线，或将单相交流母线输入的交流电转换为直流电经直流母线输入储能电池组，直流母线经三相逆变器将直流电转换为三相交流电，并经隔离变压器进行电气隔离后输出至三相交流母线，单相交流母线输出端口设置有并网开关，用于控制储能及能量管理单元并网接入电网或离网运行；
光伏单元、隐身电站单元、燃料电池单元、储能及能量管理单元分别集成设置于独立舱体内，并在单相交流母线的输出端口分别设置有级联接口，光伏单元、隐身电站单元及燃料电池单元可通过级联接口及并网开关接入储能及能量管理单元级联运行，并通过储能及能量管理单元的并网开关接入电网。
2.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述第一储能模块、第二储能模块及储能单元的储能电池组均由若干储能电池串联构成，且分别内置有H桥DC/DC变换器，用于将若干储能电池输出的电压转换为DC400V并入直流母线。
3.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述舱体为标准集装箱，舱体内壁铺设有用于缓冲震动的弹性减震垫。
4.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述太阳能电池组件为柔性，可折叠设置于舱体内。
5.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述隐身电站单元还包括设置于舱体内用于阻隔噪声以实现隐身电站单元静音隐身的隔音挡板。
6.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述燃料电池发电机组通过双向CLLLC谐振型DC-DC变换模块并联到直流母线上，所述第二储能模块通过H桥斩波电路并联到直流母线上。
7.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述能量管理系统的第二单相逆变器采用H桥逆变电路，所述H桥逆变电路与单相交流母线之间以及所述隔离变压器与三相交流母线之间还设置有用于消除电力谐波的LC滤波器。
8.如权利要求1所述的一种移动电站，其特征在于，所述并网开关包括有IGBT固态开关及并联于IGBT固态开关两端的机械开关。
9.一种权利要求1至8任一所述的移动电站的供电控制方法，其特征在于，包括有：
1)短时间尺度下的功率和电压调整策略；
基于输出功率与负荷之间的平衡关系，划分为联网调节模式、储能调节模式、光伏单元降额模式和主动减载模式四种工作模式，控制方法为：
a.联网调节模式，光伏单元、隐身电站单元、燃料电池单元、储能及能量管理单元级联并与市电联网运行时，市网作为功率平衡节点，维持系统功率平衡，保证母线电压稳定，市网单元向交流母线注入的功率Pc按下式计算：
Pc＝Pload-Ppv-Pb-Pfc-Pg
其中：Pload为负载吸收功率；Ppv为光伏单元输出功率；Pb为储能单元输出功率；Pfc为燃料电池单元输出功率；Pg为隐身电站单元输出功率；
在该模式下，光伏单元工作在最大功率点跟踪状态或停用状态；各类负荷正常使用；储能单元若未达到饱和则处于充电状态，否则处于空闲备用状态；燃料电池单元及隐身电站单元处于停运状态；
b.储能调节模式，离网运行时，储能单元作为功率平衡节点，维持系统功率平衡，保证交流母线电压稳定，在该模式下要实现储能电池组充放电功率的合理分配，储能单元向交流母线注入的功率按下式计算：
Pb＝Pload-Ppv
在该模式下，光伏单元工作在最大功率点跟踪状态或停用状态，各类负荷正常使用；若接入燃料电池单元、隐身电站单元，若Pb＜Pload-Ppv，则燃料电池单元和隐身电站单元提供多余功率；
c.光伏单元降额模式，当光伏单元的最大输出功率超过负荷、储能单元的需求时，光伏单元降额运行以保持交流母线电压稳定，光伏单元向交流母线注入的功率按下式计算：
Ppv＝Pload-Pb-Pg-Pfc
在该模式下，各类负荷正常工作；储能单元若已充满，则工作在空闲备用状态，否则对其进行充电；
d.主动减载模式，因负荷功率的改变或电源功率的变化，导致光伏单元、储能单元、燃料电池单元以及隐形电站单元共同的功率均无法满足负荷的需求时，主动切除负载来维持系统功率平衡，保证交流母线电压的稳定；供电系统可以根据所配置负荷的重要程度对其进行优先级划分，依次切掉优先级低的负荷以保证重要负荷的可靠供电；
Pload＞Ppv+Pb+Pg+Pfc
在该模式下，储能单元荷电状态低于设定阈值时，进入空闲备用状态，否则以最大功率进行放电；光伏单元工作在最大功率点跟踪状态或停用状态；
2)长期运行改善策略，控制方法为：
①根据能量管理系统负荷预测提供的用电负荷数据、控制方法配置信息和约束配置信息，生成若干个初始解群体，初始解中的储能单元的解需满足储能单元荷电状态条件和功率平衡约束条件；
②分别计算初始解群体中的适应度，从中选择适应度最低的若干个解；
③根据约束条件和目标函数选出的最优解群体，对所有的非最优解群体中的解进行个体间的随机交叉变异；目标函数中加入了燃料消耗、储能电池消耗、运行损耗三个值计算，每个值都设置有相对应的权重系数，根据工作模式对权重系数进行调整，实现在特定工作模式下目标利益最大化；
根据转换损耗最小、燃料消耗最低、电池充放电次数最少的协调优化策略构目标函数：
燃料消耗是所有单元的燃料转换消耗和自身消耗，最低目标函数表示为：
Figure FDA0003275511300000051
式中，Cop为燃料消耗归一总和；Ci(Pi(t))为各单元燃料转换消耗函数；Oi(Pi(t))为各单元自身消耗函数，T为一个调度周期，N为单元数量；
储能电池充放电寿命损耗最小目标函数表示为：
costBattery＝CPT×Times
式中，costBattery为储能电池充放电带来的损耗；CPT为每次充放电的消耗；Times为规划中所需消耗的电池充放电次数；
运行损耗最小函数表示为：
Figure FDA0003275511300000052
式中，CPL为功率转换损耗，i、j为转换模块，Ui、Uj为节点电压，δi、δj为功角因数角，
Figure FDA0003275511300000053
为节点电导。
通过线性加权的形式将多目标转换为最终目标函数，表达式如下：
minCp＝min(ω1COP+ω2CBAT+ω3CPL)
式中，ω1，ω2，ω3≥0，为各目标函数的权重系数，同时满足ω1+ω2+ω3＝1；
④如果适应度符合终止要求，则停止迭代过程，输出最优解；否则返回步骤②。
10.如权利要求9所述的一种移动电站的供电控制方法，其特征在于，所述功率平衡约束条件为：
Ppv+Pb+Pg+Pfc＝Pload
式中，Ppv为光伏单元输出功率，Pfc为燃料电池单元输出功率，Pg为隐形电站输出功率，Pb为储能电池输出功率，Pload为负载吸收功率；
所述储能单元荷电状态约束条件为：
Figure FDA0003275511300000061
Figure FDA0003275511300000062
Figure FDA0003275511300000063
式中，
Figure FDA0003275511300000064
分别是储能电池的最大、最小充放电功率；
Figure FDA0003275511300000065
为储能电池的储能容量的最低限值和最大值，单位kWh；Es(t)表示储能电池在t时段储存的能量；soci+1，soci分别为相邻时刻储能单元荷电状态。
CN202111125577.1A 2021-09-23 2021-09-23 一种移动电站及其供电控制方法 Withdrawn CN113890088A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115833210A (zh) * 2023-02-14 2023-03-21 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 一种多机并联储能系统及其充放电控制方法
CN117458561A (zh) * 2023-10-24 2024-01-26 三峡大学 一种户用储能并联电池组的控制方法及系统
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