CN114977304A - 一种风光柴储一体式供电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风光柴储一体式供电系统及方法，其特征在于，包括风电网、柴油发电机、光伏发电系统、储能电池系统、第一～第五功率检测器和能量管理系统；风电网通过第一功率检测器经整流装置接入直流母线，柴油发电机通过第二功率检测器经所述整流装置接入直流母线，光伏发电系统通过第三功率检测器经DC/DC转换器接入直流母线，储能电池系统通过第四功率检测器接入直流母线，直流母线通过逆变器经第五功率检测器连接负载；能量管理系统用于以直流母线的功率矢量之和为零作为基础控制风电网、柴油发电机和/或光伏发电系统对直流母线进行充电以及控制储能电池系统对直流母线进行充电或放电，本发明可广泛用于新能源技术领域中。

Description

一种风光柴储一体式供电系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别是关于一种风光柴储一体式供电系统及方法。
背景技术
随着电力行业的发展和大功率用电器件的广泛分布，用电场景越来越多样化，对电能质量的要求也越来越高。然而，目前许多地区的电网仍然存在功率不足或供电不稳定的情况，用电器件的普及，也让负载的形式变得更加多样化，负载波动更大。
针对无电或缺电地区，往往采用柴油发电机或新能源发电的形式进行供电，但是该种类型的发电只能即发即用，同时受到发电功率的制约，应对短期波动剧烈的负荷容易出现断电现象。尤其针对偏远、扩建地区的电网，难以满足大功率设备的持续运行。
目前为应对该问题，常用的解决方案包括架设新供电线路进行电网扩容、采用多组柴油发电机进行负载适应以及采用储能系统进行供电。若采用架设新供电线路对电网进行扩容的方案，则需要对区域电网负荷进行重新计算安排，同时消耗大量建设时间，如完成建设后移除大功率设备，则会存在浪费铺设材料和电网配置的情况。若采用多组柴油发电机进行供电的方案，则需要同期布置大量余量的柴油发电机，同时为保持应对负荷冲击，柴油发电机组需持续运行，难以保持最高效率运转，对燃油的消耗极大且不环保；同时存在由于柴油发电机自身的特性限制，应对瞬时的大功率负荷波动难以进行及时响应的问题。若采用传统的储能系统进行供电的方案，虽然可以较好的应对瞬时的大功率负荷波动，但是由于缺电地区的负载工作时间一般较长，当储能电池电量耗尽时，需要长时间进行充电，使用时间会受到较大限制。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够应对瞬时大功率负荷波动且使用时间不受限制的风光柴储一体式供电系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种风光柴储一体式供电系统，包括风电网、柴油发电机、光伏发电系统、储能电池系统、第一～第五功率检测器和能量管理系统；
所述风电网通过第一功率检测器经整流装置接入直流母线，所述柴油发电机通过第二功率检测器经所述整流装置接入所述直流母线，所述光伏发电系统通过第三功率检测器经DC/DC转换器接入所述直流母线，所述储能电池系统通过第四功率检测器接入所述直流母线，所述直流母线通过逆变器经第五功率检测器连接负载；
所述能量管理系统用于以所述直流母线的功率矢量之和为零作为基础，根据负荷需求、负荷变化及不同工况条件，在功率允许范围内控制所述风电网、柴油发电机和/或光伏发电系统对所述直流母线进行充电以及控制所述储能电池系统对所述直流母线进行充电或放电，为负载进行供电。
进一步地，所述整流装置包括第一整流器、电网开关和柴油发电机开关；
所述第一整流器的输入端通过所述电网开关经所述第一功率检测器连接所述风电网，所述第一整流器的输入端还通过所述柴油发电机开关经所述第二功率检测器连接所述柴油发电机；
所述第一整流器的输出端接入所述直流母线。
进一步地，所述整流装置包括两个第二整流器；
一所述第二整流器的输入端通过第一功率检测器连接所述风电网，另一所述第二整流器的输入端通过第二功率检测器连接所述柴油发电机；
两所述第二整流器的输出端均接入所述直流母线。
进一步地，所述能量管理系统内设置有：
负荷需求获取模块，用于获取负载的负荷需求；
储能电池系统容量获取模块，用于获取所述储能电池系统的能量上限值和能量下限值；
参数设定模块，用于设定所述储能电池系统的能量阈值和负荷检测的时间段；
功率获取模块，用于获取所述第一功率检测器～第五功率检测器检测的功率数据；
供电控制模块，用于基于负荷需求，以所述直流母线的功率矢量之和为零作为基础，根据各所述功率检测器检测的功率以及所述储能电池系统的能量阈值和能量上下限值，控制所述整流装置、DC/DC转换器和逆变器的开启或关闭以及控制所述储能电池系统的放电，采用所述风电网、柴油发电机、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电；
充电控制模块，用于在电能存在余量时根据所述储能电池系统的能量上限值，对所述储能电池系统进行充电。
进一步地，所述储能电池系统的能量上限值与所述逆变器的最大功率相同。
另一方面，提供一种风光柴储一体式供电方法，包括：
设定负荷检测的时间段以及储能电池系统的能量范围；
启动整流装置、DC/DC转换器和逆变器，通过整流装置将风电网和柴油发电机输出的交流电转换为直流电，通过DC/DC转换器将光伏发电系统输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电转换为交流电输送至负载；
根据第一功率检测器检测的风电网输出功率和第三功率检测器检测的光伏发电系统输出功率，确定采用日间并网模式、夜间并网模式、日间离网模式或夜间并网模式对负载进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统进行充电，在每一模式下均保证连接整流装置、DC/DC转换器、逆变器和储能电池系统的直流母线的功率矢量之和为零；
日间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电；
夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器检测的风电网输出功率和第二功率检测器检测的柴油发电机输出功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电；
日间离网模式时，根据设定的能量范围、第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电；
夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电。
进一步地，所述日间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和时，采用风电网、光伏发电系统和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和且储能电池系统的能量满时，采用光伏发电系统和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和且储能电池系统的能量未满时，采用风电网和光伏发电系统对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
进一步地，所述夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第一功率检测器检测的功率时，采用风电网和储能电池系统或采用风电网、柴油发电机和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量满时，采用储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量未满时，采用风电网对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
进一步地，所述日间离网模式时，根据设定的能量范围、第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第三功率检测器检测的功率时，采用光伏发电系统和储能电池系统或采用柴油发电机、光伏发电系统和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第三功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量满时，采用储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第三功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量未满时，采用光伏发电系统对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
进一步地，所述夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第二功率检测器检测的功率时，采用柴油发电机和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第二功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量满时，采用储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第二功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量未满时，采用柴油发电机对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明由于同时设置有风电网、柴油发电机、光伏发电系统和储能电池系统，可以不受现场是否有电网限制，也不受白天黑夜的限制，在无电网时也可全天使用。
2、本发明通过储能电池系统储存弃风弃光，由于配置的储能电池系统容量远大于风电网容量，因此接入本发明系统后可运行最大功率不再取决于风电网而取决于储能电池系统，因此能够不受现场电网功率限制，当电网容量小时也可大功率使用，具有强大的电网适应性，无论电网有无功率大小均可使用运行。
3、本发明通过能量管理系统根据各功率检测器检测的功率和设定的参数，采用功率分配策略，能够合理地利用电能资源，以新能源供电优先，使柴油发电机的能耗比处于最佳状态，具有高效的新能源吸纳性，能够大大减少风电光伏等新能源的浪费。
4、本发明能够实现储能电池系统的边充边放功能，储能电池可低容量配置，大大减小需配置的电池容量，具有高经济性。
5、本发明可应对多重复杂工况和故障，可兼容多种使用现场，当部分供电回路异常时也不影响系统的整体使用。
综上所述，本发明可以广泛应用于新能源技术领域中。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电系统的整体结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电系统的电能流向示意图；
图3是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电方法的部分流程示意图；
图4是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电方法的日间并网模式流程示意图；
图5是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电方法的夜间并网模式流程示意图；
图6是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电方法的日间离网模式流程示意图；
图7是本发明一实施例提供的风光柴储一体式供电方法的夜间离网模式流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
由于目前针对无电或缺电地区，现有技术中常采用的方案包括架设新供电线路进行电网扩容、采用多组柴油发电机进行负载适应以及采用储能系统进行供电，然而，采用上述方案会存在浪费铺设材料、瞬时的大功率负荷波动难以进行及时响应以及使用时间受到较大限制的问题，针对该问题，本发明实施例提供一种风光柴储一体式供电系统及方法，包括能量管理系统、整流器、逆变器、DC/DC转换器、风电网、柴油发电机、光伏发电系统、储能电池系统以及第一～第五功率检测器，通过能量管理系统对系统设备的控制，实现在电网低功率/不稳定地区的局域微网搭建，通过风电网、柴油发电机、光伏发电系统和储能电池系统的不间断供电，能够有效减少弃风弃光的情况，面对负载波动大的情况可做到瞬间响应和自适应负载，同时实现储能电池系统的整体边充边放功能。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种风光柴储一体式供电系统，包括能量管理系统EMS、第一AC/DC转换器1、第二AC/DC转换器2、DC/DC转换器3、风电网GRID、柴油发电机DG、光伏发电系统PV、储能电池系统BAT、电网开关QF1、柴油发电机开关QF2以及第一～第五功率检测器A01、A02、A03、B01、B02。
风电网GRID通过第一功率检测器A01经电网开关QF1连接第一AC/DC转换器1的输入端，柴油发电机DG通过第二功率检测器A02经柴油发电机开关QF2连接第一AC/DC转换器1的输入端，第一功率检测器A01用于检测风电网GRID输出的交流电的功率，第二功率检测器A02用于检测柴油发电机DG输出的交流电的功率，第一AC/DC转换器1作为整流器，用于将风电网GRID或柴油发电机DG输出的交流电转换为直流电。
光伏发电系统PV通过第三功率检测器A03连接DC/DC转换器3的输入端，第三功率检测器A03用于检测光伏发电系统PV输出的交流电的功率，DC/DC转换器3用于稳定光伏发电系统PV输出的光伏电压，由于光伏的不确定性会导致光伏电压波动较大，若无DC/DC转换器3进行稳压，容易造成直流侧环流。
第一AC/DC转换器1和DC/DC转换器3的输出端以及第二AC/DC转换器2的输入端分别接入直流母线，储能电池系统BAT通过第四功率检测器B01接入直流母线，第二AC/DC转换器2的输出端通过第五功率检测器B02连接负载LOAD，第二AC/DC转换器2作为逆变器，用于将第一AC/DC转换器1、DC/DC转换器3和储能电池系统BAT输出的直流电转换为交流电，第四功率检测器B01用于检测储能电池系统BAT输入或输出的直流电功率，第五功率检测器B02用于检测预设时间段内的负载LOAD功耗。
能量管理系统EMS分别连接第一AC/DC转换器1、第二AC/DC转换器2、DC/DC转换器3、电网开关QF1、柴油发电机开关QF2以及第一～第五功率检测器A01、A02、A03、B01、B02，能量管理系统EMS用于以直流母线的功率矢量之和为零作为基础，根据负荷需求、负荷变化及不同工况条件，在功率允许范围内控制风电网GRID、柴油发电机DG和/或光伏发电系统PV对直流母线进行充电以及控制储能电池系统BAT对直流母线进行充电或放电，以采用风电网GRID、柴油发电机DG、光伏发电系统PV和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电。所述功率矢量之和为零是指：风电网GRID功率、柴油发电机DG功率、光伏发电系统PV功率、储能电池系统BAT功率、负载LOAD功率之和为零，其中可以向直流母线输入功率为正功率，从直流模型获取功率为负功率。
由于第一AC/DC转换器1、第二AC/DC转换器2、DC/DC转换器3和储能电池系统BAT进行直流耦合，故直流母线上存在四处可相互替代的直流电压源，可在多种工况下实现耦合处直流母线电压的相对稳定。由于该处电压的相对稳定，因此除直流母线维持电压源外，风电网GRID、柴油发电机DG、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT可在功率允许范围内对直流母线进行充电，储能电池系统BAT和负载LOAD可在功率允许范围内对直流母线进行放电，即通过控制风电网GRID、柴油发电机DG和光伏发电系统PV的启停以及储能电池系统BAT的充放电，可以实现直流母线的功率矢量之和为0，本发明基于这种结构设计，可以实现在有输入源可用的情况下“边充边放”的功能。
在一个优选的实施例中，若在特殊情况下直流母线的功率矢量之和不为0时，则能量管理系统EMS自动进行报警，并动态调整风电网GRID、柴油发电机DG、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT的启停。具体地，若对直流母线的充电量过大时，则相应关闭风电网GRID、柴油发电机DG、光伏发电系统PV和/或储能电池系统BAT对直流母线的充电；若对直流母线的放电量过大时，则关闭储能电池系统BAT对直流母线的放电。
在一个优选的实施例中，储能电池系统BAT的能量上限值与第二AC/DC转换器2的最大功率相同，以防止出现负载LOAD功耗大于储能电池系统BAT的最大充电/放电功率的情况。
在一个优选的实施例中，风电网GRID和柴油发电机DG还可以分别通过一第一AC/DC转换器1进入直流母线，即可以不设置电网开关QF1和柴油发电机开关QF2。
本发明示意性地选择了其中一种逻辑组合进行说明。
如图2所示，本发明实施例的风光柴储一体式供电系统包括六条电能流向线路①～⑥：电能流向线路①：由风电网GRID通过第一AC/DC转换器1流向直流母线；电能流向线路②：由柴油发电机DG通过第一AC/DC转换器1流向直流母线；电能流向线路③：由光伏发电系统PV通过DC/DC转换器3流向直流母线；电能流向线路④：由储能电池系统BAT流向直流母线，电能流向线路⑤：由直流母线流向储能电池系统BAT；电能流向线路⑥：由直流母线通过第二AC/DC转换器2流向负载LOAD。通过上述六条电能流向线路的组合方式以使柴油发电机DG的能耗比处于最佳状态为前提对负载LOAD进行供电，同时供电过程中的弃风弃光通过储能电池系统BAT进行储存，实现储能电池系统BAT的边充边放。
在一个优选的实施例中，能量管理系统EMS内设置有负荷需求获取模块、储能电池系统容量获取模块、参数设定模块、功率获取模块、供电控制模块和充电控制模块。
负荷需求获取模块用于获取负载LOAD的负荷需求。储能电池系统容量获取模块用于获取储能电池系统BAT的能量上限值和能量下限值。参数设定模块用于设定储能电池系统BAT的能量阈值和负荷检测的时间段。功率获取模块用于获取第一～第三功率检测器A01～A03以及第四～第五功率检测器B01～B02检测的功率数据。供电控制模块用于基于负荷需求，以直流母线的功率矢量之和为零作为基础，根据各功率检测器检测的功率以及储能电池系统BAT的能量阈值、能量上限值和能量下限值，控制第一AC/DC转换器1、第二AC/DC转换器2、DC/DC转换器3、电网开关QF1和柴油发电机开关QF2的开启或关闭以及控制储能电池系统BAT放电，在柴油发电机DG的能耗比处于最佳状态下采用风电网GRID、柴油发电机DG、光伏发电系统PV和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电。充电控制模块用于在电能存在余量时根据储能电池系统BAT的能量上限值，对储能电池系统BAT进行充电，合理利用电能资源，减少新能源的浪费，实现柴油发电机DG的高效使用和储能电池系统BAT的低容量配置。
具体地，储能电池系统BAT的能量上限值一般为90％，储能电池系统BAT的能量下限值一般为10％，储能电池系统BAT的能量阈值般为30％～70％。
实施例2
本实施例提供一种风光柴储一体式供电方法，包括以下步骤：
1、设定负荷检测的时间段t0以及储能电池系统的能量范围。
具体地，功率允许范围包括储能电池系统BAT的能量阈值C0、能量上限值C1和能量下限值C2。
2、启动第一AC/DC转换器1、第二AC/DC转换器2和DC/DC转换器3，通过第一AC/DC转换器1将风电网GRID和柴油发电机DG输出的交流电转换为直流电，通过DC/DC转换器3将光伏发电系统PV输出的交流电转换为直流电，通过第二AC/DC转换器2将直流电转换为交流电输送至负载LOAD。
3、根据第一功率检测器检测的风电网GRID输出功率和第三功率检测器检测的光伏发电系统PV输出功率，确定采用日间并网模式、夜间并网模式、日间离网模式或夜间并网模式对负载LOAD进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统BAT进行充电，在每一模式下均保证连接直流母线的功率矢量之和为零。
4、日间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网GRID、光伏发电系统PV和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，具体为：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和时，采用风电网GRID、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值等于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和时，采用风电网GRID和光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和且储能电池系统BAT的能量满即超出能量上限值时，采用光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和且储能电池系统BAT的能量未满时，采用风电网GRID和光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电并对储能电池系统BAT进行充电。
5、夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器检测的风电网输出功率和第二功率检测器检测的柴油发电机输出功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网GRID、柴油发电机DG和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，具体为：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第一功率检测器检测的功率时，采用风电网GRID和储能电池系统BAT或采用风电网GRID、柴油发电机DG和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值等于第一功率检测器检测的功率时，采用风电网GRID对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器检测的功率且储能电池系统BAT的能量满时，采用储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器检测的功率且储能电池系统BAT的能量未满时，采用风电网GRID对负载LOAD进行供电并对储能电池系统BAT进行充电。
6、日间离网模式时，根据设定的能量范围、第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机DG、光伏发电系统PV和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，具体为：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第三功率检测器检测的功率时，采用光伏发电系统PV和储能电池系统BAT或采用柴油发电机DG、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值等于第三功率检测器检测的功率时，采用光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第三功率检测器检测的功率且储能电池系统BAT的能量满时，采用储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第三功率检测器检测的功率且储能电池系统BAT的能量未满时，采用光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电并对储能电池系统BAT进行充电。
7、夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机DG和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，具体为：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第二功率检测器检测的功率时，采用柴油发电机DG和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值等于第二功率检测器检测的功率时，采用柴油发电机DG对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第二功率检测器检测的功率且储能电池系统BAT的能量满时，采用储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第二功率检测器检测的功率且储能电池系统BAT的能量未满时，采用柴油发电机DG对负载LOAD进行供电并对储能电池系统BAT进行充电。
参见说明书附图2至附图7，本发明示意性地选择了一种具体实施例进行说明。
本实施例提供的风光柴储一体式供电方法，包括以下步骤：
1)如图3所示，设定负荷检测的时间段t0和储能电池系统BAT的能量阈值C0，并确定储能电池系统BAT的能量上限值C1和能量下限值C2。
具体地，储能电池系统BAT的能量上限值一般为90％，储能电池系统BAT的能量下限值一般为10％，储能电池系统BAT的能量阈值般为30％～70％。
2)第一功率检测器A01检测风电网GRID是否输出交流电功率，若是，则进入步骤3)，进入并网模式；否则，进入步骤6)，进入离网模式。
3)并网模式：闭合电网开关QF1，断开柴油发电机开关QF2，启动第一AC/DC转换器1，第三功率检测器A03检测光伏发电系统PV是否输出交流电功率，若是，则进入步骤4)，进入日间并网模式，如图4所示；否则，进入步骤5)，进入夜间并网模式，如图5所示。
4)启动DC/DC转换器3和第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗，并根据第一功率检测器A01和第三功率检测器A03检测的功率以及储能电池系统BAT的能量阈值C0、能量上限值C1和能量下限值C2，采用风电网GRID和光伏发电系统PV，光伏发电系统PV和储能电池系统BAT，或风电网GRID、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统BAT进行充电，具体为：
4.1)当负载LOAD开始运行时，启动DC/DC转换器3和第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗。
4.2)判断第五功率检测器B02检测的瞬时功率P(B02)平均值是否小于第一功率检测器A01检测的功率P(A01)与第三功率检测器A03检测的功率P(A03)之和，若不小于，则进入步骤4.3)；若小于，进入步骤4.4)。
4.3)P(B02)＞P(A01)+P(A03)时，采用风电网GRID、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路①③④⑥，作为整流器的第一AC/DC转换器1保持并网模式启动，作为逆变器的第二AC/DC转换器2保持离网模式启动，并进入步骤4.7)；P(B02)＝P(A01)+P(A03)时，采用风电网GRID和光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机，即图2中的电能流向线路①③⑥。
4.4)此时P(B02)＜P(A01)+P(A03)，判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量上限值C1，若不小于，则进入步骤4.5)；否则，进入步骤4.6)。
4.5)关闭第一AC/DC转换器1，采用光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路③④⑥，并进入步骤4.7)。
4.6)采用风电网GRID和光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电并对储能电池系统BAT以功率P(B01)1进行充电，即图2中的电能流向线路①③⑤⑥，直至储能电池系统BAT充满即容量大于能量上限值C1，其中，P(B01)1＝P(A01)+P(A03)-P(B02)。
4.7)判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量阈值C0，若不小于，则保持当前策略进行；否则，进入步骤4.2)。
4.8)判断储能电池系统BAT的能量是否小于能量下限值C2，若小于，则进入步骤9)；否则，进入步骤4.2)。
5)启动第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗，并根据第一功率检测器A01检测的功率以及储能电池系统BAT的能量阈值C0、能量上限值C1和能量下限值C2，采用风电网GRID，风电网GRID和储能电池系统BAT，风电网GRID和柴油发电机DG，或风电网GRID、柴油发电机DG和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统BAT进行充电，具体为：
5.1)当负载LOAD开始运行时，启动第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗。
5.2)判断第五功率检测器B02检测的瞬时功率P(B02)平均值是否小于第一功率检测器A01检测的功率P(A01)，若不小于，则进入步骤5.3)；若小于，进入步骤5.4)。
5.3)P(B02)＝P(A01)时，采用风电网GRID对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机，即图2中的电能流向线路①⑥；P(B02)＞P(A01)时，采用风电网GRID和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，或闭合柴油发电机开关QF2，采用风电网GRID、柴油发电机DG和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路①④⑥或①②④⑥，作为整流器的第一AC/DC转换器1保持并网模式启动，作为逆变器的第二AC/DC转换器2保持离网模式启动，并进入步骤5.7)。
具体地，当P(B02)＞P(A01)时，优先采用风电网GRID和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电；其次闭合柴油发电机开关QF2，启动柴油发电机DG，使其在最佳输出功率P(A02)下运行：
当P(B02)＞P(A01)+P(A02)时，采用风电网GRID、柴油发电机DG和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路①②④⑥，直至储能电池系统BAT的能量小于能量下限值C2，其中，柴油发电机DG的最佳输出功率P(A02)一般为满功率的90％或持续以某一恒定功率运行，该最佳输出功率P(A02)即为第二功率检测器A02检测的功率P(A02)。
当P(B02)＜P(A01)+P(A02)且储能电池系统BAT的能量小于能量上限值C1时，采用风电网GRID和柴油发电机DG对负载LOAD进行供电，并对储能电池系统BAT以功率P(B01)2进行充电，即图2中的电能流向线路①②⑤⑥，直至储能电池系统BAT充满，其中，P(B01)2＝P(A01)+P(A02)-P(B02)。
当P(B02)＜P(A01)+P(A02)且储能电池系统BAT的能量不小于能量上限值C1时，采用风电网GRID和柴油发电机DG对负载LOAD进行供电，风电网GRID执行负载跟随模式，即图2中的电能流向线路①②⑥，其中，负载跟随模式仅在风电网GRID或光伏发电系统PV存在时使用，即为第一AC/DC转换器1或DC/DC转换器3可跟随负载LOAD的功率进行自适应调节。
5.4)此时P(B02)＜P(A01)，判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量上限值C1，若不小于，则进入步骤5.5)；否则，进入步骤5.6)。
5.5)采用储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路④⑥，并进入步骤5.7)。
5.6)关闭第一AC/DC转换器1，采用风电网GRID对负载LOAD进行供电，并对储能电池系统BAT以功率P(B01)3进行充电，即图2中的电能流向线路①⑤⑥，直至储能电池系统BAT充满，其中，P(B01)3＝P(A01)-P(B02)。
5.7)判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量阈值C0，若不小于，则保持当前策略进行；否则，进入步骤5.2)。
5.8)判断储能电池系统BAT的能量是否小于能量下限值C2，若小于，则进入步骤9)；否则，进入步骤5.2)。
6)离网模式：闭合柴油发电机开关QF2，断开电网开关QF1，启动第一AC/DC转换器1，第三功率检测器A03检测光伏发电系统PV是否输出交流电功率，若是，则进入步骤7)，进入日间离网模式，如图6所示；否则，进入步骤8)，进入夜间离网模式，如图7所示。
7)启动DC/DC转换器3和第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗，并根据第三功率检测器A03检测的功率以及储能电池系统BAT的能量阈值C0、能量上限值C1和能量下限值C2，采用光伏发电系统PV和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统BAT进行充电，具体为：
7.1)当负载LOAD开始运行时，启动DC/DC转换器3和第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗。
7.2)判断第五功率检测器B02检测的瞬时功率P(B02)平均值是否小于第三功率检测器A03检测的功率P(A03)，若不小于，则进入步骤7.3)；否则，进入步骤7.4)。
7.3)P(B02)＝P(A03)时，采用光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机，即图2中的电能流向线路③⑥；P(B02)＞P(A03)时，采用光伏发电系统PV和储能电池系统BAT或柴油发电机DG、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路③④⑥或②③④⑥，并进入步骤7.7)。
具体地，当P(B02)＞P(A03)时，优先采用光伏发电系统PV和对负载LOAD进行供电，储能电池系统BAT以功率(B01)4进行供电，其中，(B01)4＝P(B02)-P(A03)；其次，启动柴油发电机DG，使其在最佳输出功率P(A02)下运行，采用柴油发电机DG、光伏发电系统PV和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电。
7.4)此时P(B02)＜P(A03)，判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量上限值C1，若不小于，则进入步骤7.5)；否则，进入步骤7.6)。
7.5)采用光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路③⑥，DC/DC转换器3执行P(A02)＝P(B02)的负载跟随模式，并进入步骤7.7)。
7.6)采用光伏发电系统PV对负载LOAD进行供电，并对储能电池系统BAT以功率(B01)5进行充电，即图2中的电能流向线路③⑤⑥，直至储能电池系统BAT充满，其中，(B01)5＝P(A03)-P(B02)。
7.7)判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量阈值C0，若不小于，则保持当前策略进行；否则，进入步骤7.2)。
7.8)判断储能电池系统BAT的能量是否小于能量下限值C2，若小于，则进入步骤9)；否则，进入步骤7.2)。
8)启动第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗，并根据第二功率检测器A02检测的功率以及储能电池系统BAT的能量阈值C0、能量上限值C1和能量下限值C2，采用柴油发电机DG和/或储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统BAT进行充电，具体为：
8.1)当负载LOAD开始运行时，启动第二AC/DC转换器2，第五功率检测器B02检测预设时间段t0内的负载LOAD功耗。
8.2)判断第五功率检测器B02检测的瞬时功率P(B02)平均值是否小于第二功率检测器A02检测的功率P(A02)，若不小于，则进入步骤8.3)；若小于，进入步骤8.4)。
8.3)P(B02)＝P(A02)时，采用柴油发电机DG对负载LOAD进行供电且储能电池系统BAT待机，即图2中的电能流向线路②⑥；P(B02)＞P(A02)时，采用柴油发电机DG和储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路②④⑥，并进入步骤8.7)。
具体地，优先采用柴油发电机DG对负载LOAD进行供电，储能电池系统BAT以功率P(B01)6进行供电，其中，P(B01)6＝P(B02)-P(A02)，直至储能电池系统BAT容量耗尽。
8.4)此时P(B02)＜P(A02)，判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量上限值C1，若大于，则进入步骤8.5)；否则，进入步骤8.6)。
8.5)采用储能电池系统BAT对负载LOAD进行供电，即图2中的电能流向线路④⑥，并进入步骤8.7)。
8.6)采用柴油发电机DG对负载LOAD进行供电，并对储能电池系统BAT以功率P(B01)7进行充电，即图2中的电能流向线路②⑤⑥，直至储能电池系统BAT充满，其中，P(B01)7＝P(A02)-P(B02)。
8.7)判断储能电池系统BAT的能量是否不小于能量阈值C0，若不小于，则保持当前策略进行，否则，进入步骤8.2)。
8.8)判断储能电池系统BAT的能量是否小于能量下限值C2，若小于，则进入步骤9)；否则，进入步骤8.2)。
9)系统停止运行。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种风光柴储一体式供电系统，其特征在于，包括风电网、柴油发电机、光伏发电系统、储能电池系统、第一～第五功率检测器和能量管理系统；
所述风电网通过第一功率检测器经整流装置接入直流母线，所述柴油发电机通过第二功率检测器经所述整流装置接入所述直流母线，所述光伏发电系统通过第三功率检测器经DC/DC转换器接入所述直流母线，所述储能电池系统通过第四功率检测器接入所述直流母线，所述直流母线通过逆变器经第五功率检测器连接负载；
所述能量管理系统用于以所述直流母线的功率矢量之和为零作为基础，根据负荷需求、负荷变化及不同工况条件，在功率允许范围内控制所述风电网、柴油发电机和/或光伏发电系统对所述直流母线进行充电以及控制所述储能电池系统对所述直流母线进行充电或放电，为负载进行供电。
2.如权利要求1所述的一种风光柴储一体式供电系统，其特征在于，所述整流装置包括第一整流器、电网开关和柴油发电机开关；
所述第一整流器的输入端通过所述电网开关经所述第一功率检测器连接所述风电网，所述第一整流器的输入端还通过所述柴油发电机开关经所述第二功率检测器连接所述柴油发电机；
所述第一整流器的输出端接入所述直流母线。
3.如权利要求1所述的一种风光柴储一体式供电系统，其特征在于，所述整流装置包括两个第二整流器；
一所述第二整流器的输入端通过第一功率检测器连接所述风电网，另一所述第二整流器的输入端通过第二功率检测器连接所述柴油发电机；
两所述第二整流器的输出端均接入所述直流母线。
4.如权利要求1所述的一种风光柴储一体式供电系统，其特征在于，所述能量管理系统内设置有：
负荷需求获取模块，用于获取负载的负荷需求；
储能电池系统容量获取模块，用于获取所述储能电池系统的能量上限值和能量下限值；
参数设定模块，用于设定所述储能电池系统的能量阈值和负荷检测的时间段；
功率获取模块，用于获取所述第一功率检测器～第五功率检测器检测的功率数据；
供电控制模块，用于基于负荷需求，以所述直流母线的功率矢量之和为零作为基础，根据各所述功率检测器检测的功率以及所述储能电池系统的能量阈值和能量上下限值，控制所述整流装置、DC/DC转换器和逆变器的开启或关闭以及控制所述储能电池系统的放电，采用所述风电网、柴油发电机、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电；
充电控制模块，用于在电能存在余量时根据所述储能电池系统的能量上限值，对所述储能电池系统进行充电。
5.如权利要求1所述的一种风光柴储一体式供电系统，其特征在于，所述储能电池系统的能量上限值与所述逆变器的最大功率相同。
6.一种风光柴储一体式供电方法，其特征在于，包括：
设定负荷检测的时间段以及储能电池系统的能量范围；
启动整流装置、DC/DC转换器和逆变器，通过整流装置将风电网和柴油发电机输出的交流电转换为直流电，通过DC/DC转换器将光伏发电系统输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电转换为交流电输送至负载；
根据第一功率检测器检测的风电网输出功率和第三功率检测器检测的光伏发电系统输出功率，确定采用日间并网模式、夜间并网模式、日间离网模式或夜间并网模式对负载进行供电，当电能存在余量时为储能电池系统进行充电，在每一模式下均保证连接整流装置、DC/DC转换器、逆变器和储能电池系统的直流母线的功率矢量之和为零；
日间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电；
夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器检测的风电网输出功率和第二功率检测器检测的柴油发电机输出功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电；
日间离网模式时，根据设定的能量范围、第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电；
夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电。
7.如权利要求6所述的一种风光柴储一体式供电方法，其特征在于，所述日间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和时，采用风电网、光伏发电系统和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和且储能电池系统的能量满时，采用光伏发电系统和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器与第三功率检测器检测的功率之和且储能电池系统的能量未满时，采用风电网和光伏发电系统对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
8.如权利要求6所述的一种风光柴储一体式供电方法，其特征在于，所述夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第一功率检测器和第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用风电网、柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第一功率检测器检测的功率时，采用风电网和储能电池系统或采用风电网、柴油发电机和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量满时，采用储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第一功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量未满时，采用风电网对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
9.如权利要求6所述的一种风光柴储一体式供电方法，其特征在于，所述日间离网模式时，根据设定的能量范围、第三功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机、光伏发电系统和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第三功率检测器检测的功率时，采用光伏发电系统和储能电池系统或采用柴油发电机、光伏发电系统和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第三功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量满时，采用储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第三功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量未满时，采用光伏发电系统对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
10.如权利要求6所述的一种风光柴储一体式供电方法，其特征在于，所述夜间并网模式时，根据设定的能量范围、第二功率检测器检测的功率以及设定时间段内第五功率检测器检测的负载功耗，采用柴油发电机和/或储能电池系统对负载进行供电，包括：
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值大于第二功率检测器检测的功率时，采用柴油发电机和储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第二功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量满时，采用储能电池系统对负载进行供电；
当第五功率检测器时间段内检测的功率平均值小于第二功率检测器检测的功率且储能电池系统的能量未满时，采用柴油发电机对负载进行供电并对储能电池系统进行充电。
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