CN115051343A - 一种自主限功率双向控制设备及直流微电网 - Google Patents

一种自主限功率双向控制设备及直流微电网 Download PDF

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CN115051343A CN202210808039.0A CN202210808039A CN115051343A CN 115051343 A CN115051343 A CN 115051343A CN 202210808039 A CN202210808039 A CN 202210808039A CN 115051343 A CN115051343 A CN 115051343A
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Abstract

本文涉及直流微电网领域，提供一种自主限功率双向控制设备及直流微电网，其中，自主限功率双向控制设备包括：双向变换器连接储能装置、微电网系统的直流母线及功率控制设备，用于根据功率控制设备发送的控制信号调整储能装置的功率；电压检测设备连接直流母线，用于检测直流母线电压；功率控制设备连接电压检测设备，用于根据直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值；根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率；根据目标功率生成并发送控制信号至双向变换器，本文能够控制直流微电网潮流快速稳定可靠运行。

Description

一种自主限功率双向控制设备及直流微电网
技术领域
本文涉及直流微电网领域，尤其涉及一种自主限功率双向控制设备及直流微电网。
背景技术
在能源危机，化石能源污染严重，新能源汽车蓬勃发展的情况下，清洁能源的比重逐渐提高，具体的，低压分布式光伏发电接入迎来蓬勃发展。
虽然分布式发电可以解决集中式大规模供电运行成本高、操作难和兼容性低的问题，但是，光伏发电容易被外界环境所影响，有着随机性和不可预测的特点，分布式新能源发电装置容易受到能量输出不稳定的影响以及具有波动性，从而使系统内部功率不平衡、直流母线会有很大起伏，难以稳定运行。基于此，提出了微电网的概念，微电网系统将分布式电源、直流负载、储能装置和交流网侧结合在一起。其中，储能装置提供双向功能(输出电能及吸收电能)，现有技术中，储能装置功能的选择需要与控制中心通讯确定。在输出电能功能时，按照最大输出功率输送给直流母线，因分布式发电具有间歇性和波动性，会导致系统功率供需失衡，进而影响直流微电网的稳定运行。在吸收电能功能时，仅考虑自身需求，并未考虑直流电网负荷承载能力，当直流微电网负载过重时，造成直流母线电压超范围跌落，进而造成直流微电网崩溃；当直流微电网负载轻分布式发电过大时，造成直流母线电压超范围抬升，进而造成直流微电网崩溃。
发明内容
本文用于解决现有技术中，储能装置远程控制方式存在功率响应速度慢以及多台设备功率控制策略间协调难度大等导致直流微电网不稳定性的风险因素。
为了解决上述技术问题，本文提供一种自主限功率双向控制设备，包括：双向变换器、电压检测设备、功率控制设备；
所述双向变换器的第一输入输出端连接储能装置，所述双向变换器的第二输入输出端连接微电网系统的直流母线，所述双向变换器的控制端连接所述功率控制设备，用于根据所述功率控制设备发送的控制信号调整储能装置的输出功率(输出功率为正、吸收功率为负)；
所述电压检测设备连接直流母线，用于检测直流母线电压；
所述功率控制设备连接所述电压检测设备，用于根据所述直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值；根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率；根据所述目标功率生成并发送控制信号至所述双向变换器；
其中，所述输出功率限值与电压的关系曲线满足如下条件：当直流母线电压大于最大输出电压时，输出功率限值等于零；当直流母线电压在所述最大输出电压与限发电功率启动电压范围内时，输出功率限值与直流母线电压呈单调不增关系；
所述吸收功率限值与电压的关系曲线满足如下条件：当直流母线电压小于最小吸收电压时，吸收功率限值等于零；当直流母线电压在最小吸收电压与限吸收功率启动电压范围内时，吸收功率限值与直流母线电压呈单调不增关系。
作为本文进一步实施例中，所述单调不增关系包括如下单调不增曲线中的至少一个：线性递减曲线、分步跳转递减曲线、对数函数曲线、反比例函数曲线。
作为本文进一步实施例中，根据所述直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值包括：
根据预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线的关系式或关系表，获取所述直流母线电压对应的输出功率限值；将获取的输出功率限值作为目标输出功率限值；
根据预先配置的吸收功率限值与电压的关系曲线的关系式或关系表，获取所述直流母线电压对应的吸收功率限值；将获取的吸收功率限值作为目标吸收功率限值。
作为本文进一步实施例中，当直流母线电压大于最大输出电压时，所述输出功率限值在零与反向输出功率之间呈单调不增关系；
当直流母线电压小于最小吸收电压时，吸收功率限值在反向吸收功率与零之间呈单调不增关系。
作为本文进一步实施例中，根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率包括：
对所述直流微电网设备需求功率及目标输出功率限值取最小值处理，得到中间量；
对中间量及目标吸收功率限值取最大值处理，得到目标功率。
作为本文进一步实施例中，自主限功率双向控制设备还包括：开关组件，其中，所述开关组件包括：电压检测模块、电流检测模块、功率计算模块、控制模块及被控开关；
所述电压检测模块连接所述直流母线，用于检测直流母线电压；
所述电流检测模块连接所述直流母线，用于检测直流母线电流；
所述功率计算模块连接所述电压检测模块及电流检测模块，用于根据直流母线电流及直流母线电压计算待检测功率；
所述控制模块连接所述功率计算模块、所述功率控制设备及被控开关的控制端，所述被控开关的输入输出端连接在直流母线与所述双向变换器之间；
所述控制模块用于判断所述待检测功率是否在目标输出功率限值以及目标吸收功率限值范围内，若否，则断开所述被控开关，若是，则保持所述被控开关关闭。
作为本文进一步实施例中，利用电流检测设备替换所述电压检测设备；
利用预先配置的输出电流限值与电压的关系曲线以及吸收电流限值与电压的关系曲线替换预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线；
利用目标电流替换目标功率。
本文另提供一种直流微电网，包括多个前述任一实施例所述的自主限功率双向控制设备及多个储能装置；
每一自主限功率双向控制设备第一输入输出端连接每一储能装置，每一自主限功率双向控制设备的第二输入输出端连接直流母线。
作为本文进一步实施例中，各自主限功率双向控制设备配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线各不相同；
输出功率限值与电压的关系曲线的限发电功率启动电压越高，对应自主限功率双向控制设备的发电优先级越高；
吸收功率限值与电压的关系曲线的限吸收功率启动电压值越低，对应自主限功率双向控制设备的受电优先级越高。
本文提供的自主限功率双向控制设备，对直流母线电压(直流微网电压)检测，根据检测到的直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值；根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率，并控制其输出给直流母线的功率在目标功率内运行，协同控制直流微电网潮流快速稳定可靠运行，在整个协同过程中无快速通讯数据交互需求。
为让本文的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本文实施例自主限功率双向控制设备的一种结构图；
图2示出了本文实施例预设功率限值与电压关系曲线的一种示意图；
图3示出了本文实施例预设功率限值与电压关系曲线的另一种示意图；
图4示出了本文实施例目标功率确定过程的流程图；
图5A示出了本文实施例开关组件的一种示意图；
图5B示出了本文实施例开关组件的另一种示意图；
图6示出了本文实施例自主限功率双向控制设备的另一种结构图；
图7示出了本文实施例预设电流限值与电压关系曲线的示意图；
图8示出了本文实施例预设功率限流与电压关系的示意图；
图9示出了本文实施例直流微电网示意图；
图10示出了本文实施例功率控制设备的结构图；
图11A及图11B示出了本文实施例功率控制设备的结构图。
附图符号说明：
100、自主限功率双向控制设备；
110、双向变换器；
120、电压检测设备；
130、功率控制设备；
200、储能装置；300、直流母线；501、电压检测模块；
502、电流检测模块；
503、功率计算模块；
504、控制模块；505、被控开关；400、开关组件；1101、1101’、匹配模块；
1102、1102’、第一比较器；
1103、1103’、第二比较器；
1104、1104’、控制器；
1002、功率控制设备；
1004、处理器；
1006、存储器；
1008、驱动机构；1010、输入/输出模块；
1012、输入设备；1014、输出设备；1016、呈现设备；1018、图形用户接口；
1020、网络接口；1022、通信链路；1024、通信总线。
具体实施方式
下面将结合本文实施例中的附图，对本文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文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，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，都属于本文保护的范围。
需要说明的是，本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，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、装置、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。
本文一实施例中，提供一种自主限功率双向控制设备，用于解决现有技术中储能装置远程控制方式存在功率调整不及时以及储能装置的输出功率及吸收功率存在影响直流微电网稳定性的风险。具体的，如图1所示，自主限功率双向控制设备100包括：双向变换器110、电压检测设备120、功率控制设备130。
双向变换器110的第一输入输出端连接储能装置200，双向变换器110的第二输入输出端连接微电网系统的直流母线300，双向变换器110的控制端连接功率控制设备130，用于根据功率控制设备130发送的控制信号调整储能装置的功率。
电压检测设备120连接直流母线300，用于检测直流母线电压。
功率控制设备130连接电压检测设备120，用于根据直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值；根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率(例如：上位机(能量管理系统)功率指令、电池维护充放电需求等)，确定目标功率；根据目标功率生成并发送控制信号至双向变换器110。
其中，输出功率限值与电压的关系曲线满足如下条件：当直流母线电压大于最大输出电压时，输出功率限值等于零；当直流母线电压在最大输出电压与限发电功率启动电压范围内时，输出功率限值与直流母线电压呈单调不增关系；当直流母线电压小于限发电功率启动电压时，输出功率限值为不大于额定输出功率。
吸收功率限值与电压的关系曲线满足如下条件：当直流母线电压小于最小吸收电压时，吸收功率限值等于零；当直流母线电压在最小吸收电压与限吸收功率启动电压范围内时，吸收功率限值与直流母线电压呈单调不增关系。当直流母线电压大于限吸收功率启动电压时，吸收功率限值为不小于额定吸收功率。输出功率限值与电压的关系曲线及吸收功率限值与电压的关系曲线中的单调不增关系包括如下单调不增曲线中的至少一个：线性递减曲线、分步跳转递减曲线、对数函数曲线、反比例函数曲线。
本文中，定义双向变换器向直流母线输出功率为正，从直流母线吸收功率为负。本文中额定输出功率、额定吸收功率如不作特殊说明，均指双向变换器的额定输出功率及额定吸收功率。
本文所述的直流母线上还接入有自主调压功能的直流电源(交流转直流的直流电源，直流转直流的直流电源)，用于为直流母线提供电能。
双向变换器110包括直流-直流双向变换器及直流-交流双向变换器。双向变换器110具有双向功率调度能力，能将直流母线上的直流电转换为储能装置200所需的直流电或交流电给储能装置200充电。双向变换器110还可将储能装置的电能转换为直流电后为直流母线提供电能。双向变换器110根据控制信号指示类型(输出或吸收)确定双向变换器110的功能方向。双向变换器为常规的双向变换器，本文对其具体型号及厂商等不做限定。
本文所述储能装置包括电池、V2G(Vehicle-to-grid)电动汽车、交流电源、直流电源等。
电压检测设备120为常规电压设备，本文对此不作限定。
功率控制设备130至少包括存储器及处理器，存储器中存储有预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，处理器用于实现生成控制信号。实施时，功率控制设备130可通过本地设置的关系曲线的关系式参数快速完成关系曲线配置，还可增加通讯模块，通过该通讯模块实现与远程设备之间的通信，由远程设备发送输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线的配置信息至功率控制设备130。其中，输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线用关系式或关系表表示，可参照如下配置信息：最大输出电压、限发电功率启动电压、最小吸收电压、限吸收功率启动电压、单调不增关系等。输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线中的最大输出电压、限发电功率启动电压、最小吸收电压、限吸收功率启动电压由运维人员配置，本文对其具体取值不作限定。
一具体实施方式中，如图2所示，输出功率限值(输出上限)与电压的关系曲线包括：
(1)当直流母线电压Vdc满足Vdc＜VHmaxj1时，输出功率限值为额定输出功率Poutr。
(2)当直流母线电压Vdc满足VHmaxj2≥Vdc≥VHmaxj1时，直流母线电压与输出功率限值呈单调不增关系。单调不增关系从图2中该段中的多条曲线择一即可。
(3)当直流母线电压Vdc满足Vdc＞VHmaxj2时，输出功率限值为零。
其中，VHmaxj1＜VHmaxj2，VHmaxj1为限发电功率启动电压，大于直流微电网中自主调压直流电源的高压限功率启动电压VHmax1，VHmaxj2为最大输出电压，小于直流微电网中直流电源的直流最大电压VHmax2。
吸收功率限值(吸收上限)与电压的关系曲线包括：
(1)当直流母线电压Vdc满足Vdc>VLmini1时，吸收功率限值为储能装置的额定吸收功率Pinr。
(2)当直流母线电压Vdc满足VLmini1≥Vdc≥VLmini2时，直流母线电压与吸收功率限值呈单调不减关系。为了提高功率限定精度，当直流母线电压Vdc满足VLmini1≥Vdc≥VLmini2时，可包括多段单调不减关系。
(3)当直流母线电压Vdc满足Vdc<VLmini2时，吸收功率限值为零。
其中，VLmini1为限吸收功率启动电压，小于直流微电网中直流电源的限吸收功率启动电压，VLmini2为最小吸收电压，大于直流微电网中直流电源的直流最低电压。
本文一实施例中，考虑到双向变换器具有双向功能，进一步提高直流微电网的稳定性，如图3所示，输出功率限值与电压的关系曲线中，当直流母线电压Vdc大于最大输出电压VHmaxj2并小于VHmaxj3时，输出功率限值在零与反向输出功率Poutnr(根据用户控制策略和储能装置的实际供电能力确定，Poutnr≤0)之间呈单调不增关系，从而将直流微电网中部分多余电能进行存储。
吸收功率限值与电压的关系曲线中，当直流母线电压Vdc小于最小吸收电压VLmini2并大于VLmini3时，吸收功率限值在反向吸收功率Pinnr(根据用户控制策略和储能装置的实际供电能力确定，Pinnrr≥0)与零之间呈单调不增关系，从而能够为直流微电网提供电能，保证其他负荷正常工作。
综合输出功率限值与电压的关系曲线及吸收功率限值与电压的关系曲线，双向变换器的功率范围为：
当直流母线电压在(VLmini1，VHmaxj1)时(VHmini1＞Vr＞VLmaxj1)，双向变换器根据设备需求功率进行功率调度，双向变换器的功率运行区间为(Pinr，Poutr)。
当直流母线电压高于VHmaxj2时(VHmaxj1≤VHmaxj2)，禁止双向变换器向直流母线输送功率；若预设输出反向功率为0，则双向变换器的功率运行区间为(Pinr，0)；若预设输出反向功率Poutnr(Pinr≤Poutnr≤0)，当直流母线电压低于VHmaxj3(根据用户控制策略确定，VHmaxj3应不大于直流母线最大运行电压)时输出功率限值为输出反向功率限值电压关系曲线的功率限值Poutnlt，双向变换器的功率运行区间为(Pinr，Poutnlt)，当直流母线电压高于VHmaxj3时双向变换器的功率运行区间为(Pinr，Poutnr)；
当直流母线电压在(VHmaxj1，VHmaxj2)之间时，双向变换器输出给直流母线功率限值Poutlt按照预设功率电压单调不递增曲线(例如：线性递减)限运行，双向变换器的功率运行区间为(Pinr，Poutlt)；
当直流母线电压低于VLmini2时(VLmini2≤VLmini1)，禁止双向变换器从直流母线吸收功率；若预设输入反向功率为0，则双向变换器的功率运行区间为(0，Poutr)；若预设输入反向功率Pinnr(0≤Pinnr≤Poutr)，当直流母线电压低于VLmini3(根据用户控制策略确定，VLmini3应不小于直流母线最小运行电压)(VLmini3≤VLmini2)时，双向变换器的功率运行区间为(Pinnr，Poutr)，当直流母线电压在(VLmini3，VLmini1)之间时，双向变换器的功率运行区间为(Pinnrlt，Poutr)(Pinnrlt为反向输入功率限值与电压关系曲线对应值)。
当直流母线电压在(VLmini2，VLmini1)之间时，双向变换器从直流母线吸收最大功率按照单调不增曲线(例如：线性递减)限功率运行，输出给直流母线功率不受限，变换器的功率运行区间为(Pinnlt，Poutr)(Pinnrlt为输入功率限值与电压关系曲线上对应值)。
本文提供的自主限功率双向控制设备，对直流母线电压(直流微网电压)检测，根据检测到的直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值；根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率，并控制其输出给直流母线的功率在目标输出功率限值以及目标吸收功率限值内运行，协同控制直流微电网潮流快速稳定可靠运行，在整个协同过程中无快速通讯数据交互需求。
本文一实施例中，功率控制设备根据直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值包括：
根据预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线的关系式或关系表，获取直流母线电压对应的输出功率限值；将获取的输出功率限值作为目标输出功率限值；
根据预先配置的吸收功率限值与电压的关系曲线的关系式或关系表，获取直流母线电压对应的吸收功率限值；将获取的吸收功率限值作为目标吸收功率限值。
本文一实施例中，如图4所示，功率控制设备根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率包括：
步骤401，对直流微电网设备需求功率及目标输出功率限值取最小值处理，得到中间量。
步骤402，对中间量及目标吸收功率限值取最大值处理，得到目标功率。
本实施例中，如图11A所示，功率控制设备包括匹配模块1101、第一比较器1102、第二比较器1103及控制器1104，匹配模块1101用于根据直流母线电压Vdc、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值Poutlt以及目标吸收功率限值Pinlt。第一比较器1102用于对直流微电网设备需求功率Pref及目标输出功率限值Poutlt取最小值处理，得到中间量Pref1。第二比较器1103用于对中间量Pref1及目标吸收功率限值Pinlt取最大值处理，得到目标功率Pr0。控制器1104用于根据目标功率Pr0生成控制信号。控制器1104中集成有常规功率控制算法，本文对其具体控制过程不做限定。
本文一实施例中，如图5A所示，自主限功率双向控制设备还包括：开关组件，其中，开关组件包括：电压检测模块501、电流检测模块502、功率计算模块503、控制模块504及被控开关505。
电压检测模块501连接直流母线300，用于检测直流母线电压；
电流检测模块502连接直流母线300，用于检测直流母线电流；
功率计算模块503连接电压检测模块501及电流检测模块502，用于根据直流母线电流及直流母线电压计算待检测功率；
控制模块504连接功率计算模块503、功率控制设备130及被控开关505的控制端，被控开关505的输入输出端连接在直流母线300与双向变换器110之间；
控制模块504用于判断待检测功率是否在目标输出功率限值以及目标吸收功率限值范围内，若否，则断开被控开关505，若是，则保持被控开关505关闭。
本实施例通过设置开关组件，能够监测自主限功率双向控制设备是否运行在直流微电网允许的限功率范围内，若超出限功率运行，则快速断开支路，协同控制直流微电网潮流稳定运行。若开关组件因功率超限被切断，需等待本地命令或远程命令后才能闭合。
具体实施时，控制模块504还连接电压检测模块，用于判断直流母线电压是否大于预定值，若是，则断开被控开关505。若开关组件因直流母线电压过高而断开，则当直流母线电压降到预定值时，自动闭合被控开关505。
本文一实施例中，因功率与电流呈正比关系，且直流母线电压变化小，如图6所示，还可用电流检测设备替换电压检测设备得到简化版的自主限功率双向控制设备，利用预先配置的输出电流限值与电压的关系曲线以及吸收电流限值与电压的关系曲线(如图7所示)替换预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，利用目标电流替换目标功率。功率控制设备用于根据目标输出电流限值、目标吸收电流限值以及直流微电网设备需求电流，确定目标电流，根据目标电流发送控制信号至双向变换器。
功率控制设备根据目标输出电流限值、目标吸收电流限值以及直流微电网设备需求电流，确定目标电流包括：对直流微电网设备需求电流Iref及目标输出电流限值Ioutlt取最小值处理，得到中间量Iref1；对中间量Iref1及目标吸收电流限值Iinlt取最大值处理，得到目标功率Ir0。
本实施例中，如图11B所示，功率控制设备包括匹配模块1101’、第一比较器1102’、第二比较器1103’及控制器1104’，匹配模块1101’用于根据直流母线电压Vdc、预先配置的输出电流限值与电压的关系曲线以及吸收电流限值与电压的关系曲线，确定目标输出电流限值Ioutlt以及目标吸收电流限值Iinlt。第一比较器1102’用于对直流微电网设备需求电流Iref及目标输出电流限值Ioutlt取最小值处理，得到中间量Iref1。第二比较器1103’用于对中间量Iref1及目标吸收电流限值Iinlt取最大值处理，得到目标电流Ir0。控制器1104’用于根据目标电流Ir0生成控制信号，控制器1104’中集成有常规电流控制算法，本文对其具体控制过程不做限定。
对于本实施例中接入的开关组件中，如图5B所示，省略电压检测模块及功率计算模块，包括：电流检测模块502、控制模块504及被控开关505。
电流检测模块502连接直流母线，用于检测直流母线电流。
控制模块504连接功率控制设备130，用于判断直流母线电流是否在目标电流限值范围内，即直流母线电流是否小于目标电流限值范围的上限值，并大于目标电流限值范围的下限值，若否，则断开被控开关505，若是，则保持被控开关505关闭。
直流微电网中，自主限功率双向控制设备的允许运行功率(电流)区间应不大于开关组件的允许运行功率(电流)区间。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合一具体实例说明。自主限功率双向控制设备的额定功率为100kW，交流额定电压为380V，直流额定电压为750V。输出功率限值Poutlt与直流母线电压的关系曲线、吸收功率限值Pinlt与直流母线电压的关系曲线如图8所示，反向限值电压VHmaxj3、最大输出电压VHmaxj2、限发电功率启动电压VHmaxj1、额定电压Vr、限吸收功率启动电压VLmini1、最小吸收电压VLmini2和反向限值电压VLmini3分别依次为780V、775V、760V、750V、740、730V、720V(其值根据直流微电网的协同控制需求设定，同时需满足VHmaxj3≥VHmaxj2≥VHmaxj1≥Vr≥VLmini1≥VLmini2≥VLmini3)。额定输出功率Poutr、反向输出功率Poutnr、额定吸收功率Pinr、反向吸收功率Pinnr分别依次为100kW、-30kW、0kW、-100kW，Poutnr、Pinnr根据储能装置的允许值和电网的协同需求设定，同时还需满足Poutr≥Pinnr≥0≥Poutnr≥Pinr)。
输出功率限值Poutlt与直流母线电压曲线的关系如式(1)所示，吸收功率限值Pinlt与直流母线电压的关系如式(2)所示，双向变换器工作允许区间为Poutlt≥P≥Pinlt,与电压的关系如式(3)所示。
Figure BDA0003739110620000121
Figure BDA0003739110620000122
Figure BDA0003739110620000131
双向变换设备检测直流母线电压Vdc，在依据预设的功率限值与电压关系式(1)、(2)分别获得Poutlt(目标输出功率限值，即功率上限)和Pinlt(目标吸收功率限值，即功率下限)。设备需求功率Pref与目标输出功率限值Poutlt进行取最小值操作得到中间量Pref1，中间量Pref1再与目标吸收功率限值Pinlt取最大值操作得到给双向变换器的功率目标功率(功率指令)Pr0。
经过上述操作后，当双向变换器控制信号对应的功率指令Pref在式(3)所设定的允许功率范围内，双向变换器的功率最终指令Pr0等于功率指令Pref。
当功率指令Pref大于Poutlt时，双向变换器的功率最终指令Pr0等于Poutlt。
当功率指令Pref小于Pinlt时，双向变换器的功率最终指令Pr0等于Pinlt。
由式(3)可知：当直流母线电压在(740V，760V)时，功率上下限分别为额定输出功率100kW和额定吸收功率-100kW，额定范围内的功率指令Pref不超限，即双向变换器的运行功率不受限。
当直流母线电压大于760V时，下限值为额定吸收功率-100kW，即双向变流器从直流母线吸收功率不受限，上限值(输出功率)逐渐减小，即双向变流器输出功率受限逐渐减小到预置反向输出功率-30kW，即直流微网母线电压升高超过限值时，此时表明直流微网的发电功率(输送给直流微网功率)过大，双向变流器主动减小其输出给直流微网功率来协助直流电网潮流平衡稳定运行，在电压大于775V时双向变换器进一步输出反向功率(增大吸收功率)来进一步协助直流电网潮流平衡控制。
当直流母线电压小于740V时，上限值为额定输出功率100kW，即双向变流器给直流母线输出功率不受限，下限值逐渐增大到0(吸收功率逐渐减小到0)，即直流微网母线电压降低低于限值时，此时表明直流微网的负荷功率(设备从直流微网吸收功率)过大，双向变流器主动减小其吸收功率来协助直流电网潮流平衡稳定运行。
本文一实施例中，还提供一种直流微电网，如图9所示，包括多个前述任一实施例所述的自主限功率双向控制设备100及多个储能装置200。
每一自主限功率双向控制设备100第一输入输出端连接每一储能装置200，每一自主限功率双向控制设备100的第二输入输出端连接直流母线300。
进一步的，还可在部分自主限功率双向控制设备100与直流母线300之间设置开关组件400，用于判断所述待检测功率是否在目标输出功率限值以及目标吸收功率限值范围内，若否，则断开自主限功率双向控制设备100与直流母线300之间的通路，若是，则保持自主限功率双向控制设备100与直流母线300之间的通路。开关组件的结构参见图5A所示，此处不再详述。
各自主限功率双向控制设备接入直流微电网时，可通过设置各自主限功率双向控制设备配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线各不相同的方式设置储能装置的优先级。具体的，输出功率限值与电压的关系曲线的限发电功率启动电压越高，对应自主限功率双向控制设备的发电优先级越高。吸收功率限值与电压的关系曲线的限吸收功率启动电压值越低，对应自主限功率双向控制设备的受电(即从直流电网获取电能)优先级越高。
本文一实施例中，还提供一种功率控制设备，如图10所示，包括存储器1006及处理器1004，存储器1006中存储有预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，处理器1004用于实现生成控制信号。详细的说，功率控制设备1002可以包括一个或多个处理器1004，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)，每个处理单元可以实现一个或多个硬件线程。功率控制设备1002还可以包括任何存储器1006，其用于存储诸如代码、设置、数据等之类的任何种类的信息。非限值性的，比如，存储器1006可以包括以下任一项或多种组合：任何类型的RAM，任何类型的ROM，闪存设备，硬盘，光盘等。更一般地，任何存储器都可以使用任何技术来存储信息。进一步地，任何存储器可以提供信息的易失性或非易失性保留。进一步地，任何存储器可以表示功率控制设备1002的固定或可移除部件。在一种情况下，当处理器1004执行被存储在任何存储器或存储器的组合中的相关联的指令时，功率控制设备1002可以执行相关联指令的任一操作。功率控制设备1002还包括用于与任何存储器交互的一个或多个驱动机构1008，诸如硬盘驱动机构、光盘驱动机构等。
功率控制设备1002还可以包括输入/输出模块1010(I/O)，其用于接收各种输入(经由输入设备1012)和用于提供各种输出(经由输出设备1014)。一个具体输出机构可以包括呈现设备1016和相关联的图形用户接口1018(GUI)。在其他实施例中，还可以不包括输入/输出模块1010(I/O)、输入设备1012以及输出设备1014，仅作为网络中的一台计算机设备。功率控制设备1002还可以包括一个或多个网络接口1020，其用于经由一个或多个通信链路1022与其他设备交换数据。一个或多个通信总线1024将上文所描述的部件耦合在一起。
通信链路1022可以以任何方式实现，例如，通过局域网、广域网(例如，因特网)、点对点连接等、或其任何组合。通信链路1022可以包括由任何协议或协议组合支配的硬连线链路、无线链路、路由器、网关功能、名称服务器等的任何组合。
应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅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。另外，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、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元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网络单元上。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文实施例方案的目的。
另外，在本文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，也可以是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。
所述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，本文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功率控制设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文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、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限值。

Claims (9)

1.一种自主限功率双向控制设备，其特征在于，包括：双向变换器、电压检测设备、功率控制设备；
所述双向变换器的第一输入输出端连接储能装置，所述双向变换器的第二输入输出端连接微电网系统的直流母线，所述双向变换器的控制端连接所述功率控制设备，用于根据所述功率控制设备发送的控制信号调整储能装置的功率；
所述电压检测设备连接直流母线，用于检测直流母线电压；
所述功率控制设备连接所述电压检测设备，用于根据所述直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值；根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率；根据所述目标功率生成并发送控制信号至所述双向变换器；
其中，所述输出功率限值与电压的关系曲线满足如下条件：当直流母线电压大于最大输出电压时，输出功率限值等于零；当直流母线电压在所述最大输出电压与限发电功率启动电压范围内时，输出功率限值与直流母线电压呈单调不增关系；
所述吸收功率限值与电压的关系曲线满足如下条件：当直流母线电压小于最小吸收电压时，吸收功率限值等于零；当直流母线电压在最小吸收电压与限吸收功率启动电压范围内时，吸收功率限值与直流母线电压呈单调不增关系。
2.如权利要求1所述的自主限功率双向控制设备，其特征在于，所述单调不增关系包括如下单调不增曲线中的至少一个：线性递减曲线、分步跳转递减曲线、对数函数曲线、反比例函数曲线。
3.如权利要求1所述的自主限功率双向控制设备，其特征在于，根据所述直流母线电压、预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线，确定目标输出功率限值以及目标吸收功率限值包括：
根据预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线的关系式或关系表，获取所述直流母线电压对应的输出功率限值；将获取的输出功率限值作为目标输出功率限值；
根据预先配置的吸收功率限值与电压的关系曲线的关系式或关系表，获取所述直流母线电压对应的吸收功率限值；将获取的吸收功率限值作为目标吸收功率限值。
4.如权利要求1所述的自主限功率双向控制设备，其特征在于，当直流母线电压大于最大输出电压时，所述输出功率限值在零与反向输出功率之间呈单调不增关系；
当直流母线电压小于最小吸收电压时，吸收功率限值在反向吸收功率与零之间呈单调不增关系。
5.如权利要求1所述的自主限功率双向控制设备，其特征在于，根据目标输出功率限值、目标吸收功率限值以及直流微电网设备需求功率，确定目标功率包括：
对所述直流微电网设备需求功率及目标输出功率限值取最小值处理，得到中间量；
对中间量及目标吸收功率限值取最大值处理，得到目标功率。
6.如权利要求1所述的自主限功率双向控制设备，其特征在于，还包括：开关组件，其中，所述开关组件包括：电压检测模块、电流检测模块、功率计算模块、控制模块及被控开关；
所述电压检测模块连接所述直流母线，用于检测直流母线电压；
所述电流检测模块连接所述直流母线，用于检测直流母线电流；
所述功率计算模块连接所述电压检测模块及电流检测模块，用于根据直流母线电流及直流母线电压计算待检测功率；
所述控制模块连接所述功率计算模块、所述功率控制设备及被控开关的控制端，所述被控开关的输入输出端连接在直流母线与所述双向变换器之间；
所述控制模块用于判断所述待检测功率是否在目标输出功率限值以及目标吸收功率限值范围内，若否，则断开所述被控开关，若是，则保持所述被控开关关闭。
7.如权利要求1所述的自主限功率双向控制设备，其特征在于，利用电流检测设备替换所述电压检测设备；
利用预先配置的输出电流限值与电压的关系曲线以及吸收电流限值与电压的关系曲线替换预先配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线；
利用目标电流替换目标功率。
8.一种直流微电网，其特征在于，包括多个权利要求1至7任一项所述的自主限功率双向控制设备及多个储能装置；
每一自主限功率双向控制设备第一输入输出端连接每一储能装置，每一自主限功率双向控制设备的第二输入输出端连接直流母线。
9.如权利要求8所述的直流微电网，其特征在于，各自主限功率双向控制设备配置的输出功率限值与电压的关系曲线以及吸收功率限值与电压的关系曲线各不相同；
输出功率限值与电压的关系曲线的限发电功率启动电压越高，对应自主限功率双向控制设备的发电优先级越高；
吸收功率限值与电压的关系曲线的限吸收功率启动电压值越低，对应自主限功率双向控制设备的受电优先级越高。
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