CN115600853A - 台区交直流混合微电网智慧控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，应用于微电网领域；解决的技术问题是分布式储能与调度，采用一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，包括发电单元、控制中心、公用电线、电存储单元和负载模块；发电单元用于向微电网台区提供交直流混合电能；控制中心用于控制发电单元和公用电线提供的交流电与直流电之间的转换与调节；公用电线用于向控制中心提供三相交流电；电存储单元用于存储微电网智慧控制设备中的电能；负载模块用于监测微电网智慧控制设备中的电负载数值；本发明通过多个发电设备互联使得微电网能源间调度和流动，能够实时采样微电网电流，提高采样效率。

Description

台区交直流混合微电网智慧控制设备

技术领域

本发明涉及微电网领域，且更确切地涉及一种台区交直流混合微电网智慧控制设备；

背景技术

微电网是发电、电能存储和电负荷的局部分组，微电网通常连接到传统的公用电网，并且可以连接到公用电网或完全独立于公用电网运行。例如，微电网发电源可以包括风力涡轮机、光伏或太阳能电池板、机电发电机、涡轮发电机、燃料电池和其他类型的发电机械。通过具有本地和不同的发电源以及独立于公用电网运行的能力，微电网可以为城市和偏远地区的许多类型的设施提供高度可靠和成本效益高的电力。

由于微电网可能使用许多不同类型的发电源，包括可再生和不可再生能源，并且可能包括许多不同类型服务的负荷，因此对微电网资产的有效控制是一项挑战。例如，诸如柴油发电机的发电源通常在接近其额定最大输出的固定电输出下最有效地运行。然而，这种发电机的额定输出在任何时候都可能超过微电网的当前电力需求。改变机电发电机的输出，使得其满足微电网上的当前电负载，即，在“负荷跟随方式可能会显著降低发电机的效率，导致运营成本增加。同样，风能和太阳能等可再生资源提供不可预测的电力输出，可能需要补充其他电源，以提供足够的电力来管理微电网的峰值负荷要求。因此，需要设备以及有效控制微电网资产(包括发电、存储和负荷资产)的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明公开台区交直流混合微电网智慧控制设备，采用太阳能发电机、风力发电机、燃料电池发电机和机电发电机相互连接配合，使得交直流混合能源自由调度和流动，提供足够的电力来管理微电网的峰值负荷要求。

为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，包括：

发电单元，用于向微电网台区提供交直流混合电能；

控制中心，用于控制发电单元和公用电线提供的交流电与直流电之间的转换与调节；

公用电线，用于向控制中心提供三相交流电；

电存储单元，用于存储微电网智慧控制设备中的电能；

负载模块，用于监测微电网智慧控制设备中的电负载数值；

其中，发电单元与控制中心相互连接，公用电线单向连接至控制中心，控制中心单向连接至负载模块与电存储单元，负载模块与电存储单元相互连接。

作为本发明的进一步技术方案，所述发电单元包括：

太阳能发电机，用于将太阳辐射能转换成电能；所述太阳能发电机包括光伏板，通过太阳光直射光伏板产生光生伏特效应将太阳光包含的太阳辐射能转换为电能，电能存储在耦合于太阳能发电机上的第一电池中；

燃料电池发电机，用于将来自燃料源的化学能转换成电能；所述燃料电池发电机的燃料源包括氢燃料电池，氢燃料电池作为燃料，空气中的氧作为氧化剂；燃料源通过燃烧反应生成化学能，燃料电池发电机将化学能转换成电能，电能存储在耦合于燃料电池发电机上的第二电池中；

风力发电机，用于将风能转换为电能；所述风力发电机包括四个叶片，四个叶片旋转产生风能；风力发电机产生的电能存储在耦合于风力发电机上的第三电池中；

机电发电机，用于将燃料燃烧提供交流电能；所述机电发电机采用柴油发电机，燃料为柴油，以柴油机为原动机带动发电机产出交流电能，机电发电机产生的电能存储在耦合于机电发电机上的第四电池中；

其中，太阳能发电机单向连接至第一电池，燃料电池发电机单向连接至第二电池，风力发电机单向连接至第三电池，机电发电机单向连接至第四电池。

作为本发明的进一步技术方案，所述控制中心包括：

DC电源总线，用于向DC-DC调节器、AC-DC调节器和控制模块提供电源；

DC-DC调节器，用于接收来自太阳能发电机经过太阳能输入端、燃料电池发电机经过燃料电池输入端和DC输入端的DC电能，并将DC电能信号进行调制经过DC输出端存储在存储单元中；

AC-DC调节器，用于接收来自风力发电机经过风能输入端、机电发电机经过发电机输入端和电网调节器的AC电能，AC-DC调节器将AC电能信号转换为DC电能信号并进行调制；

电网输入单元，用于接收来自公用电线输出的三相AC电能；

电网调节器，用于接收并调制来自电网输入单元输出的三相AC电能；

控制模块，用于控制微电网智慧控制设备内的电力的产生、分配、存储和应用，控制模块通过I/O端控制太阳能发电机、燃料电池发电机、风力发电机和机电发电机；

IGBT模块，用于产生单相位电压和频率的AC功率，并通过AC输出端输出至负载模块；

其中，DC电源总线与DC-DC调节器相互连接，DC电源总线单向连接至控制模块和AC-DC调节器，AC-DC调节器单向连接至DC-DC调节器，DC-DC调节器单向连接至DC输出端，DC输出端单向连接至电存储单元；控制模块通过 I/O端单向连接至太阳能发电机、燃料电池发电机、风力发电机和机电发电机；控制模块单向连接至IGBT模块和DC-DC调节器，IGBT模块通过AC输出端单向连接至负载模块；电网输入单元单向连接至电网调节器，电网调节器连接至 AC-DC调节器。

作为本发明的进一步技术方案，所述负载模块包括感性负载和阻性负载，感性负载为检测器，检测器用于监测微电网智慧控制设备中的AC；阻性负载为警报灯，警报灯通过电阻丝发光用于告警。

作为本发明的进一步技术方案，所述感性负载采用MAS算法监测微电网智慧控制设备中的AC，AC函数表达式如公式(1)所示：

式(1)中，I表示AC函数，T表示AC采样周期，i(t)表示单位时间内流经感性负载的电流值，t表示单位时间；MAS算法采样AC的间隔由感性负载的定时器设置，受到时钟周期的影响导致误差的出现，如公式(2)所示：

T₁＝T-T₂＜T₃ (2)

式(2)中，T₁表示采样间隔时间存在的误差，T₂定时器采样的时钟周期，T₃定时器采样间隔；当电流连续变化时得到连续时间内的AC函数如公式(3) 所示：

式(3)中，I’表示连续时间内的AC函数；连续时间内产生的电流存在衰减效果，经过修正得到非周期AC函数如公式(4)所示：

式(4)中，i’表示经过修正得到非周期AC函数，n表示微电网智慧控制设备中的支路序号，M表示微电网智慧控制设备中的支路总数，

表示初相位；经过公式(4)处理得出MAS算法的结果，感性负载计算出监测报警的电流阈值。

作为本发明的进一步技术方案，所述控制模块通过软件编程为控制柴油发电机的总能量输出效率；所述控制模块为JR6001型号芯片，支持AGP高速图形接口、与PCI总线的桥接并连接键盘、鼠标接口。

作为本发明的进一步技术方案，所述DC-DC调节器从DC电源接收24伏 DC功率信号并输出300伏DC功率，DC-DC调节器通过逆变器接收12伏DC 输入信号并输出伏AC信号，DC-DC调节器通过整流器对相应的AC输入信号进行整流，并产生各自约伏的DC输出端信号。

作为本发明的进一步技术方案，一种台区交直流混合微电网智慧控制设备分配电力能源的方法，步骤包括：

(S1)控制中心从负载模块接收微电网负载数据；

(S2)控制中心接收发电单元发电数据，发电单元经由可变频率输出电连接到负载模块；

(S3)发电单元将发电机控制数据发送到控制中心，控制中心在电负载低于阈值时将电力传输到电存储单元；

(S4)当电负载高于所述阈值时，从电存储单元传送电力到控制中心，控制中心向发电单元分布式分配电力。

本发明有益的积极效果在于：

区别于常规技术，本发明具备分布式光伏、分布式储能、充换电设备、交直流负荷的多样性接入和就地平衡，通过多个发电设备互联使得微电网能源间调度和流动，本发明还能够实时采样微电网电流，提高采样效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1展示了台区交直流混合微电网智慧控制设备结构图；

图2展示了台区交直流混合微电网智慧控制设备结构进一步放大图；

图3展示了DC-DC调节器的电路示意图；

图4展示了微电网智慧控制设备分配电力能源的方法流程图；

图5展示了微电网智慧控制设备分配电力能源一种实施例对比示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明；

如图1所示，台区交直流混合微电网智慧控制设备包括发电单元、控制中心、公用电线、电存储单元和负载模块。其中，发电单元用于向微电网台区提供交直流混合电能；控制中心用于控制发电单元和公用电线提供的交流电与直流电之间的转换与调节；公用电线用于向控制中心提供三相交流电；电存储单元用于存储微电网智慧控制设备中的电能；负载模块用于监测微电网智慧控制设备中的电负载数值。发电单元与控制中心相互连接，公用电线单向连接至控制中心，控制中心单向连接至负载模块与电存储单元，负载模块与电存储单元相互连接。

在具体实施例中，随着光伏发电、电动汽车等直流源荷的增加,交直流混合配电网技术得到了快速发展。为提升区域多种能源管理能力,提出了一种交直流混合柔性台区综合能源的管控方法。在传统电力物联网基本架构的基础上,结合交直流柔性台区多种能源的特征,提出交直流柔性台区多层级能源整体架构,并优化"云、管、边、端"顶层架构。在此基础上,根据系统运行方式及功能需求，提出台区交直流混合微电网智慧控制设备及其控制方法，以满足分布式能源接入与多元化负荷管控需求。微电网的输入可以包括多种不同的发电类型。例如，太阳能和风力发电机的输出通常由环境变量驱动，例如可用的直射阳光量和风力，因此，此类发电机可能具有不同的电输出容量。因为不希望减少太阳能和风力发电机的电输出，甚至当微电网智慧控制设备的电负载低于所连接的电源的瞬时输出容量时，也常常是不切实际的。因此，在一个实施例中，太阳能和风力发电机可以电连接到诸如电池之类的电存储单元，从而存储多余的发电以供以后使用。

在具体实施例中，发电单元包括太阳能发电机、燃料电池发电机、风力发电机和机电发电机。其中，太阳能发电机可以包括光伏板，微电网智慧控制设备的实施例可以包括一个或多个太阳能发电机。太阳能发电机通常以各种电压输出直流电，例如500伏。然而，如上所述，太阳能发电机的输出可以随环境条件而变化，例如发电机暴露于的阳光量。在一些实施例中，太阳能发电机可以连接到本地逆变器，本地逆变器将其DC输出端转换为AC输出端，或者太阳能发电机可以具有集成逆变器来实现同样的目的。连接到逆变器的太阳能发电机可以以各种电压输出单相或多相AC电力。太阳能发电机可能具有功率输出容量，通常以瓦特为单位，根据环境条件而变化。太阳能发电机可以是便携式的，或者可以永久安装在地面上，或者永久固定在物体上，例如外壳。太阳能发电机的实施例可以具有报告单元的当前电输出、功率输出容量和其他操作参数的传感器。此外，太阳能发电机可以具有通信电路，以从电连接的控制单元接收控制信号，并向其发送状态数据。太阳能发电机电连接到控制中心的太阳能输入端以及第一电池。第一电池为太阳能发电机提供本地电力存储，从而可以通过将来自太阳能发电机的过量发电电力存储到第一电池来缓解负载波动。例如，如果控制中心向太阳能发电机发送信号，表明服务连接的感性负载和阻性负载所需的电力需求减少，则第一电池可用于存储在负载减少期间产生的额外能量。注意，第一电池可以是单个电池或多个电池，如太阳能发电机的规范所规定的。

在具体实施例中，燃料电池发电机可以是将来自燃料源的化学能转换成电能的电化学电池。燃料电池发电机的实例包括氢燃料电池，其使用氢作为燃料和氧作为氧化剂。可以使用其他燃料，包括碳氢化合物和醇，并且可以使用其他氧化剂，包括例如氯和二氧化氯。微电网智慧控制设备的实施例可以包括一个或多个燃料电池发电机。燃料电池发电机通常以各种电压(例如200伏)输出直流电。在一些实施例中，燃料电池发电机可以连接到逆变器，逆变器将其DC输出端转换为AC，或者可以具有集成逆变器以实现相同的目的。连接到逆变器的燃料电池发电机可以在各种电压下输出单相或多相AC功率。燃料电池发电机的实施例可以具有报告单元的当前电输出、功率输出容量和其他参数的传感器。此外，燃料电池发电机可以具有通信电路，以从电连接的控制单元接收控制信号。如图所示，燃料电池发电机电连接到控制中心的燃料电池输入端以及第二电池。第二电池为燃料电池发电机提供本地电力存储，从而通过将来自燃料电池发电机的过量发电能存储到第二电池来缓解负载波动。注意，第二电池可以是单个电池或多个电池，如燃料电池发电机的规格所规定的。

在具体实施例中，风力发电机可以是风力涡轮机，风力涡轮机是一种机电系统，可使用多个叶片将风能转换为驱动发电机的能量。在一些实施例中，风力涡轮机使用多个轴向安装的叶片，而在其他实施例中风力涡轮机可以使用多个围绕中心轴线旋转的垂直安装的叶片。风力涡轮机可以是便携式的(例如，连接到拖车上)，或者可以永久安装在地面上，或者永久固定在物体上，例如外壳。微电网智慧控制设备的实施例可以包括一个或多个风力发电机。风力发电机可以以各种电压(例如420伏)输出单相或多相AC功率。在某些实施例中，风力发电机的输出可以被整流，使得其输出DC功率。风力发电机的输出通常由环境变量驱动，例如风速和风向，因此风力发电机可能具有不同的电输出容量。风力发电机的实施例可以具有报告例如系统速度、单元的当前电输出、功率输出容量和其他参数的传感器。此外，风力发电机可以具有通信电路，以从电连接的控制单元接收控制信号(例如，打开或关闭单元，改变单元的方向或叶片的桨距，或将电力存储到单元本地第三电池)。风力发电机电连接到控制中心的风能输入端以及第三电池。第三电池为风力发电机提供本地电力存储，从而可以通过将来自风力发电机的过量发电功率存储到第三电池来缓解负载波动。例如，如果控制中心突然降低服务连接的感性负载和阻性负载所需的电功率，则第三电池可用于存储在负载降低期间产生的额外能量。注意，第三电池可以是单个第三电池或多个第三电池，如风力发电机的规范所规定的。

在具体实施例中，机电发电机可以是燃料燃烧往复式发电机，例如柴油发电机。微电网智慧控制设备的实施例可以包括一个或多个机电发电机。柴油发电机可以以各种电压和瓦数输出单相或多相AC功率。例如，便携式柴油发电机可能具有三相交流460伏输出，最大额定输出为10千瓦。其他发电机可能能够以不同的电压同时输出单相和多相电流。一些发电机可以使用内置逆变器输出交流电和直流电。通常，机电发电机(如柴油发电机)将包括内置逆变器，以便来自附加电池或其他电源的直流电可用于启动交流发电机。

机电发电机的输出通常由发电机运行的速度控制。速度可以手动设置，或者可以通过在发电机处接收的控制信号设置。机电发电机的实施例可以具有传感器，该传感器向控制中心报告系统的速度(例如RPM)、单元的当前电输出、功率输出容量和其他参数。此外，机电发电机可以具有通信电路，以从控制中心接收控制信号。机电发电机电连接到控制中心的发电机输入端以及第四电池。第四电池为机电发电机提供本地电力存储，从而可以通过将来自机电发电机的过量发电存储到第四电池来缓解负载波动。例如，如果控制中心突然降低为连接的感性负载和阻性负载提供服务所需的电功率，则第四电池可用于存储在负载降低期间产生的额外能量。注意，第四电池可以是单个电池或多个电池，如机电发电机的规范所规定的。

如图2所示，微电网指挥控制设备内部结构进一步放大图中，控制中心包括多个发电输入，太阳能输入端是一个连接点，在该连接点处，来自太阳能发电机的电连接连接连接到控制中心。该连接可以是“硬接线”的，或者可以是容易断开的，例如当使用本领域公知的市售电连接设备时的情况。太阳能输入端可以是将一个或多个太阳能发电机连接到控制中心的单个输入，或者可以是多个输入，每个输入可连接到一个或更多个太阳能发电机。燃料电池输入端是一个连接点，在该连接点处，来自燃料电池发生器的电连接连接到控制中心。该连接可以是硬接线的，也可以是容易断开的。燃料电池输入端可以是将一个或多个太阳能发电机连接到控制中心的单个输入，或者可以是多个输入，每个输入可连接到一个或更多个燃料电池发电机。风能输入端是来自风力发电机的电连接连接到控制中心的连接点。该连接可以是硬接线的，也可以是容易断开的。风能输入端可以是将一个或多个风力发电机连接到控制中心的单个输入，或者可以是多个输入，每个输入都可连接到一个或更多个风力发电机。发电机输入端是一个连接点，在该连接点处，来自机电发电机的电连接连接到控制中心。该连接可以是硬接线的，也可以是容易断开的。发电机输入端可以是将一个或多个机电发电机连接到控制中心的单个输入，也可以是多个输入，每个输入可连接到一个或更多个机电发电机。 DC输入端是一个连接点，在该连接点处，来自第一电池、第二电池、第三电池和第四电池的电能连接到控制中心。该连接可以是硬接线的，或者可以是容易断开的，例如当使用本领域公知的商用电连接设备时的情况。DC输入端可以是将一个或多个电存储单元连接到控制中心的单个输入，或者可以是多个输入，每个输入可连接到一个或更多个电存储单元。

在具体实施例中，控制中心包括DC电源总线，DC电源总线可以是具有物理连接器的多导体绝缘线束，以便总线可以连接到部件并扩展以满足控制中心的需要。DC电源总线的某些实施例可以包括处于不同电压的子母线。例如高压 DC子总线和低压DC子总线。以这种方式，单个DC电源总线可以根据连接到 DC电源总线的组件的需要提供不同电压电平的DC电源。此外，可以提供不同的子总线以分别容纳功率和信令。

在具体实施例中，连接到DC电源总线的是DC-DC调节器，DC-DC调节器接收一个或多个DC电源信号作为输入，并将一个或更多DC电源信号输出到 DC电源总线。DC-DC调节器电连接到DC电力总线以及太阳能输入端、燃料电池输入端和DC输入端，在一些实施例中，DC-DC调节器的输出可以在200-600 伏DC的范围内。在一个实施例中，DC-DC调节器利用一个或多个DC到AC逆变器和一个或更多个AC到DC整流器来将变化电压的DC输入转换为DC总线所需的一个或一个以上输出电压。例如，当DC总线是单电压总线时，DC到AC 调节器可从太阳能输入端、燃料电池输入端、太阳能电池输入和太阳能电池输入接收不同电压的功率信号，DC输入端和AC-DC调节器，并输出单个500伏DC 信号。在其他实施例中，其中DC总线包括处于不同电压的子总线，DC-DC调节器可以输出一个以上的电压，例如400伏DC和48伏DC。控制中心包括用于每个DC功率信号的单独的DC-DC调节器。此外，在一些实施例中，DC-DC调节器可以将来自DC总线的DC功率作为不同电压下的输入和输出DC电压。例如，DC-DC调节器可以从DC总线接收300伏DC电力，将电压逐步降低到例如30伏DC，并通过DC输出端将降低的电压连接到电存储单元，以便以适当的电压对电存储单元充电。因此，在一些实施例中，DC-DC调节器可以是双向的；也就是说，DC-DC调节器可以向DC总线提供经调节的电力，以及从DC总线获取电力以被调节用于其他用途。

在具体实施例中，连接到DC-DC调节器的是AC-DC调节器，其输入AC 功率信号并将一个或多个DC功率信号输出到DC-DC调节器。在其他实施例中， AC到DC变换器可以直接连接到DC总线。AC-DC调节器可以包括一个或更多个整流器，其接收AC功率作为输入和输出DC功率。例如，AC-DC调节器可以采用伏AC并输出30伏DC功率。AC-DC调节器可以从AC电源接收功率信号，例如：风能输入端、发电机输入端和电网调节器。AC-DC调节器包括用于连接到其上的每种类型的AC功率输入的单独整流器。在其他实施例中，控制中心包括用于每个AC输入的单独AC-DC调节器。

在具体实施例中，连接到AC-DC调节器的是电网调节器，其从电网输入单元接收电力输入。电网输入单元从“电网”或“公用事业”AC电源干线接收一个或多个AC电力信号，即由微电网智慧控制设备外部的实体提供的AC电力。在一些实施例中，电网输入单元从公用电线接收三相240伏AC电力。由于公用电线提供的电力可能遭受电压或相位波动，电网输入单元电连接到电网调节器，电网调节器将接收的AC电力信号调节为例如，抑制和校正任何电压或相位波动，并提供平滑的正弦功率输入。电网调节器的输出是经调节的AC功率，该AC功率随后被提供给AC-DC调节器。

在具体实施例中，控制模块也连接到控制中心的DC电力总线，其控制微电网智慧控制设备内的电力的产生、分配、存储和使用。控制模块被编程为监控电连接到控制中心的设备的状态，并向连接到微网控制器的功率输入设备发送适当的控制信号。控制模块电连接到I/O端，通过其将电信号连接到微电网智慧控制设备的各种发电和负载消耗部件。注意，在替代的本地实施例中，控制模块可以与系统的其他部件集成，或者通过本领域已知的其他方式电连接到控制中心。因为控制模块电连接到DC总线并从其接收操作功率，所以控制模块还可以感测 DC总线上的负载。此外，控制模块可以使用DC总线向连接到其上的其他设备发送电信号。

在具体实施例中，控制模块还经由I/O端电连接到电感负载和电阻负载，控制模块可以被编程或配置为通过本领域公知的方法主动感测由电感负载和电阻负载产生的负载，或者可以从负载传感器增加的负载接收负载数据。控制模块还可以将控制信号发送到感应负载，例如电机，以加速或减速，或者完全关闭。同样，控制模块可以向某些电阻负载发送控制信号以接通或断开。以这种方式，控制模块可以将电负载划分为诸如临界和非临界的类别，并且基于整个微电网的条件接通或断开各种负载。例如，如果微电网将失去发电源并且没有足够的电力来服务连接的负载。控制模块还经由I/O端电连接到太阳能发电机、燃料电池发电机、风力发电机和机电发电机，并且可以向发电机发送控制信号以基于感测到的负载和其他参数来控制其运行。例如，如果控制模块感测到微电网智慧控制设备上的负载突然下降，则其可以向任何连接的发电机发送电指令以降低其功率输出，或者替代地将其电流生成存储在电存储单元中。控制模块还可以从任何连接的发电机接收关于功率输出、运行条件和其他参数的运行数据。

在具体实施例中，控制模块还经由I/O端电连接到电存储单元，并且可以向电存储单元发送电控制信号，以使电力流向电存储单元进行存储或从电存储单元流出以在微电网上使用。此外，控制模块可以包括功率传感器，该功率传感器被配置为通过本领域公知的方法感测电存储单元中存储的功率容量的量。可替换地，电存储单元158可以用传感器来增强，该传感器主动地监视单元的状态和容量，并且通过与I/O端的连接与控制单元共享数据。

在具体实施例中，控制模块通过软件编程为控制柴油发电机的总能量输出效率；所述控制模块为JR6001型号芯片，支持AGP高速图形接口、与PCI总线的桥接并连接键盘、鼠标接口。除此之外，控制模块可以是任何形式的控制器或处理器，并且优选地是数字处理器，例如通用微处理器或数字信号处理器。控制模块可以容易地通过软件编程；硬连线。诸如专用集成电路；或在特殊情况下可编程，例如可编程逻辑阵列或现场可编程门阵列。用于控制模块的程序存储器可以集成在控制模块内，或者可以是外部存储器，或者两者。控制模块可以执行一个或多个程序或模块以执行上述功能。控制模块可以包含或执行其他程序。诸如发送控制命令、传输数据、将来自各个组件的数据关联在一起(优选地以合适的数据结构)、使用数据执行计算、以其他方式操纵数据、以及将结果呈现给用户 (例如通过图形用户界面)或另一处理器。

在具体实施例中，控制模块还电连接到一个或多个绝缘栅双极晶体管(Insulatedgate bipolar transistor，IGBT)模块，并且可以向IGBT模块发送电控制信号以使IGBT产生不同相位、电压和频率的AC功率。控制模块还电连接到 DC-DC调节器，并且可以向其发送控制信号以控制例如其状态以及在一些实施例中其输出电压。控制模块还可以被编程或配置为感测DC-DC调节器的操作条件，例如其输入电压和输出电压。控制模块还电连接到AC-DC调节器，并且可以向其发送控制信号以控制例如其状态(例如，接通或断开)。控制模块还可以感测AC-DC调节器的操作条件，例如其输入电压和输出电压。所述负载模块包括感性负载和阻性负载，感性负载为检测器，检测器用于监测微电网智慧控制设备中的AC；阻性负载为警报灯，警报灯通过电阻丝发光用于告警。

在具体实施例中，所述感性负载采用微机应用采样(Microcomputer applicationsampling，MAS)算法监测微电网智慧控制设备中的AC，AC函数表达式如公式(1)所示：

式(1)中，I表示AC函数，T表示AC采样周期，i(t)表示单位时间内流经感性负载的电流值，t表示单位时间；MAS算法采样AC的间隔由感性负载的定时器设置，受到时钟周期的影响导致误差的出现，如公式(2)所示：

T₁＝T-T₂＜T₃ (2)

式(2)中，T₁表示采样间隔时间存在的误差，T₂定时器采样的时钟周期， T₃定时器采样间隔；当电流连续变化时得到连续时间内的AC函数如公式(3) 所示：

式(3)中，I’表示连续时间内的AC函数；连续时间内产生的电流存在衰减效果，经过修正得到非周期AC函数如公式(4)所示：

式(4)中，i’表示经过修正得到非周期AC函数，n表示微电网智慧控制设备中的支路序号，M表示微电网智慧控制设备中的支路总数，

表示初相位；经过公式(4)处理得出MAS算法的结果，感性负载计算出监测报警的电流阈值。

在具体实施例中，微电网智慧控制设备包括电存储单元，该电存储单元可以是例如电池或彼此电连接的多个电池。如果使用多个电池，它们可以串联或并联，以产生不同于单个电池单元的电压的合成电压。通常，用于电存储单元的电池具有相对低的固有电压，虽然可以通过串联连接电池来增加电压，但优选具有较少的电池或较低电压的电存储单元。此外，随着电存储单元的功率容量减小(即，当其从使用中放电时)，电存储单元的电压也将下降。因此，电存储单元可以通过DC输入端电连接到DC-DC调节器，以将输出电压增加到其固有电压或电流电压之上。这允许低压电存储单元向高压DC总线供电。在替代实施例中，可以使用多个电池来创建电压与DC总线的电压匹配的电存储单元。这样，不需要升高或降低DC总线的电压来对电存储单元充电。相反，可以在DC总线和电存储单元之间进行直接连接。电存储单元的实施例可以是例如镍金属氢化物、锂离子、铅酸或本领域公知的其他电池类型。例如，电存储单元可以包括一个或多个铅酸电池，例如汽车电池。

在具体实施例中，图3示出了DC-DC调节器的电路示意图，DC-DC调节器包括两个12伏DC逆变器1和2、整流器3和4以及滤波器。DC-DC调节器从 DC电源接收24伏DC功率信号并输出300伏DC功率。逆变器1和2各自被配置为接收12伏DC输入信号并输出伏AC信号。整流器3和4对相应的AC输入信号进行整流，并产生各自约伏的DC输出端信号。整流器3和4串联连接，因此共同产生约300伏的组合DC信号。整流器3和4分别是与电容器并联的四个二极管桥式整流器。可以使用其他整流器配置。此外，滤波器跨接在整流器输出端，并改善了DC输出端信号的质量。

在具体实施例中，如图4所示，一种台区交直流混合微电网智慧控制设备分配电力能源的方法，首先，控制中心从负载模块接收微电网负载数据；其次，控制中心接收发电单元发电数据，发电单元经由可变频率输出电连接到负载模块；然后，发电单元将发电机控制数据发送到控制中心，控制中心在电负载低于阈值时将电力传输到电存储单元；最后，当电负载高于所述阈值时，从电存储单元传送电力到控制中心，控制中心向发电单元分布式分配电力。控制中心的实施例允许连接到控制器的发电机以或接近其额定容量运行，而不管微电网上的变化的电负载。控制中心通过在负载减少期间将电功率存储在电存储单元中来维持微电网上的稳定电负载。类似地，控制中心可以在峰值功率使用期间向微电网添加功率，以减少连接的发电机上的总负载。因此，控制中心可以通过允许发电机以或接近其最佳效率长时间运行来提高发电机的整体效率。电存储单元可以用于存储由连接到微电网的发电单元产生的多余电力，或者可以用于补充连接到微网的负载可用的电力。控制中心可以通过使用电存储单元来存储过剩的发电量，或者补充微电网上的不足发电量，而不是改变连接到微电网的发电机的速度，来提高整个微电网的效率。

在具体实施例中，本发明通过仿真验证台区交直流混合微电网智慧控制设备的实用性与可靠性，通过智能终端和各种传输接口与微电网智慧控制设备进行信息交互，当智能终端发现问题和电流超出阈值时，故障信号在调度中心的调度下对安全防护设备发出命令，继电保护、开关跳闸，同时触发报警，显示屏直接显示故障位置和原因，数据中心经过微机采样算法计算出具体数值即事件分辨率：测控装置，≤1ms；站控层，≤2ms。系统可生成事故追忆表，可以实现重演及显示、打印方式输出，得到数据参数如表1所示。

表1采样数据参数

通过表1中的结果可以看出，本发明混合微电网智慧控制设备经过MAS算法采样得到的电流值是非常精确的，为了进一步体现，采用现有技术中基于 Arduino微控制器的综合能源调度系统(方案一)与基于可编程逻辑控制器的微电网能源监控系统(方案二)作为参照对象，采用三种系统或者设备进行测量微电网电流采样精度，设定阈值电流为500A，当各自系统或者设备中的传感器检测数据超过500A时，系统或者设备中的报警器发出相应红色信号，得出三种系统监测到的电流随时间曲线变化如图5所示。结合图5中的结果，本发明检测微电网电流最先发出预警，这体现了该微电网智慧控制设备对微电网电流数据采集精度较高，计算效率快。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变；例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围；因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述微电网智慧控制设备包括：

发电单元，用于向微电网台区提供交直流混合电能；

控制中心，用于控制发电单元和公用电线提供的交流电与直流电之间的转换与调节；

公用电线，用于向控制中心提供三相交流电；(在这个基础上也提供直流母线，设备支持交流和直流的双路输入，也支持交流和直流的双路输出)；

电存储单元，用于存储微电网智慧控制设备中的电能；

负载模块，用于监测微电网智慧控制设备中的电负载数值；

其中，发电单元与控制中心相互连接，公用电线单向连接至控制中心，控制中心单向连接至负载模块与电存储单元，负载模块与电存储单元相互连接。

2.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述发电单元包括：

太阳能发电机，用于将太阳辐射能转换成电能；所述太阳能发电机包括光伏板，通过太阳光直射光伏板产生光生伏特效应将太阳光包含的太阳辐射能转换为电能，电能存储在耦合于太阳能发电机上的第一电池中；

燃料电池发电机，用于将来自燃料源的化学能转换成电能；所述燃料电池发电机的燃料源包括氢燃料电池，氢燃料电池作为燃料，空气中的氧作为氧化剂；燃料源通过燃烧反应生成化学能，燃料电池发电机将化学能转换成电能，电能存储在耦合于燃料电池发电机上的第二电池中；

风力发电机，用于将风能转换为电能；所述风力发电机包括四个叶片，四个叶片旋转产生风能；风力发电机产生的电能存储在耦合于风力发电机上的第三电池中；

机电发电机，用于将燃料燃烧提供交流电能；所述机电发电机采用柴油发电机，燃料为柴油，以柴油机为原动机带动发电机产出交流电能，机电发电机产生的电能存储在耦合于机电发电机上的第四电池中；

其中，太阳能发电机单向连接至第一电池，燃料电池发电机单向连接至第二电池，风力发电机单向连接至第三电池，机电发电机单向连接至第四电池。

3.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述控制中心包括：

DC电源总线，用于向DC-DC调节器、AC-DC调节器和控制模块提供电源；

DC-DC调节器，用于接收来自太阳能发电机经过太阳能输入端、燃料电池发电机经过燃料电池输入端和DC输入端的DC电能，并将DC电能信号进行调制经过DC输出端存储在存储单元中；

AC-DC调节器，用于接收来自风力发电机经过风能输入端、机电发电机经过发电机输入端和电网调节器的AC电能，AC-DC调节器将AC电能信号转换为DC电能信号并进行调制；

电网输入单元，用于接收来自公用电线输出的三相AC电能；

电网调节器，用于接收并调制来自电网输入单元输出的三相AC电能；

控制模块，用于控制微电网智慧控制设备内的电力的产生、分配、存储和应用，控制模块通过I/O端控制太阳能发电机、燃料电池发电机、风力发电机和机电发电机；

IGBT模块，用于产生单相位电压和频率的AC功率，并通过AC输出端输出至负载模块；

其中，DC电源总线与DC-DC调节器相互连接，DC电源总线单向连接至控制模块和AC-DC调节器，AC-DC调节器单向连接至DC-DC调节器，DC-DC调节器单向连接至DC输出端，DC输出端单向连接至电存储单元；控制模块通过I/O端单向连接至太阳能发电机、燃料电池发电机、风力发电机和机电发电机；控制模块单向连接至IGBT模块和DC-DC调节器，IGBT模块通过AC输出端单向连接至负载模块；电网输入单元单向连接至电网调节器，电网调节器连接至AC-DC调节器。

4.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述负载模块包括感性负载和阻性负载，感性负载为检测器，检测器用于监测微电网智慧控制设备中的AC；阻性负载为警报灯，警报灯通过电阻丝发光用于告警。

5.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述感性负载采用MAS算法监测微电网智慧控制设备中的AC，AC函数表达式如公式(1)所示：

式(1)中，I表示AC函数，T表示AC采样周期，i(t)表示单位时间内流经感性负载的电流值，t表示单位时间；MAS算法采样AC的间隔由感性负载的定时器设置，受到时钟周期的影响导致误差的出现，如公式(2)所示：

式(2)中，T₁表示采样间隔时间存在的误差，T₂定时器采样的时钟周期，T₃定时器采样间隔；当电流连续变化时得到连续时间内的AC函数如公式(3)所示：

式(3)中，I’表示连续时间内的AC函数；连续时间内产生的电流存在衰减效果，经过修正得到非周期AC函数如公式(4)所示：

式(4)中，i’表示经过修正得到非周期AC函数，n表示微电网智慧控制设备中的支路序号，M表示微电网智慧控制设备中的支路总数，

表示初相位；经过公式(4)处理得出MAS算法的结果，感性负载计算出监测报警的电流阈值。

6.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述控制模块通过软件编程为控制柴油发电机的总能量输出效率；所述控制模块为JR6001型号芯片，支持AGP高速图形接口、与PCI总线的桥接并连接键盘、鼠标接口。

7.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：所述DC-DC调节器从DC电源接收24伏DC功率信号并输出300伏DC功率，DC-DC调节器通过逆变器接收12伏DC输入信号并输出伏AC信号，DC-DC调节器通过整流器对相应的AC输入信号进行整流，并产生各自约伏的DC输出端信号。

8.根据权利要求1所述一种台区交直流混合微电网智慧控制设备，其特征在于：微电网智慧控制设备实现台区交直流混合微电网智慧控制的方法包括以下步骤：

(S1)控制中心从负载模块接收微电网负载数据；

(S2)控制中心接收发电单元发电数据，发电单元经由可变频率输出电连接到负载模块；

(S3)发电单元将发电机控制数据发送到控制中心，控制中心在电负载低于阈值时将电力传输到电存储单元；

(S4)当电负载高于所述阈值时，从电存储单元传送电力到控制中心，控制中心向发电单元分布式分配电力。

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