CN117013617A - 一种5g基站的光储直柔型微电网控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电网控制技术领域，提供了一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统，包括第一边缘处理装置、MPPT、双向DC/DC、换电柜、开关电源以及储能电池，所述第一边缘处理装置用于采集光伏发电功率、储能发电功率、基站负载以及换电池容量，并根据基站当前的峰谷电价政策，以时间为轴线，确定能源供应策略及储能电池的充放电策略，MPPT是基站的光伏最大功率控制输出设备，MPPT根据外界光照强度和温度调节输出功率；双向DC/DC负责光伏和储能电池的电能传输以及实现储能电池给负载的供电功能。本发明通过对负载、光伏和储能的负荷进行采集分析和控制，设定光伏、储能和开关电源的供能顺序，实现灵活多变的多能供给模式。

Description

一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统
技术领域
本发明涉及电网控制技术领域，具体是涉及一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统。
背景技术
现有的基站光伏组件采用直流并联并网运行模式，没有MPPT控制器，光伏系统供电电压波动范围大，对负载冲击较大，光伏系统弃光严重，发电效率低，直接影响光伏系统收益及效率。备电电池虽然容量较大，用作储能电池时要考虑留足备电余量，同时电池健康特性不一致，直接实行削峰填谷运行模式容易出现过冲过放的现象，不利于系统安全稳定运行。因此，需要提供一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统，旨在解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统，以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明是这样实现的，一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统，所述系统包括第一边缘处理装置、MPPT、双向DC/DC、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、FSU、换电柜、开关电源以及储能电池，所述第一边缘处理装置用于采集光伏发电功率、储能发电功率、基站负载以及换电池容量，并根据基站当前的峰谷电价政策，以时间为轴线，确定能源供应策略及储能电池的充放电策略；所述MPPT是基站的光伏最大功率控制输出设备，MPPT根据外界光照强度和温度调节输出功率，使光伏阵列输出最大功率；双向DC/DC负责光伏和储能电池的电能传输以及实现储能电池给负载的供电功能；第一控制开关负责光伏对换电柜的通断；第二控制开关负责换电柜对负载的通断；第三控制开关负责控制开关电源对储能电池的通断；第四控制开关负责开关电源对换电柜的通断；FSU为动环监控系统，实现实时监控设备运行状态、预期故障发生、迅速排除故障以及进行综合管理的功能。
作为本发明进一步的方案：所述系统还包括备电柜，备电柜控制模块在上电后首先获得备电电池容量，光伏发电功率以及基站直流负载；控制市电进行放电；判断备电电池容量SOC是否大于最小备电容量SOCmin；当SOC小于或者等于SOCmin时，判断光伏发电功率能否大于备电电池充电功率，如果确定发电功率大于备电电池功率，则使用光伏发电进行充电，否则使用光伏和市电同时给备电电池充电，直至SOC大于SOCmin。
作为本发明进一步的方案：所述最小备电容量SOCmin满足基站直流设备运行三小时的所需要的电量。
作为本发明进一步的方案：所述能源供应策略包括经济最优的峰时段控制策略和经济最优的谷时段控制策略。
作为本发明进一步的方案：所述经济最优的峰时段控制策略的步骤为：获得备电电池容量、光伏发电功率、基站直流负载、换电柜容量以及当前时段；判断市电是否正常供电，若市电处于停电状态，则控制光伏和备电点位为基站负载供电；若市电正常供电，则判断光伏发电功率是否大于基站负荷功率，若光伏发电功率满足条件，则使用光伏给基站负荷供电，若不能满足条件，则优先使用光伏和备电柜为基站负载供电，市电则作为配电使用；其中若光伏发电供给基站设备用电仍有剩余，则判断剩余光伏发电功率是否大于基站换电柜充电功率，若是，则使用光伏剩余发电量供给换电柜充电，若剩余光伏发电功率不大于基站换电柜充电功率，则使用充电需求模型判断换电柜是否需要充电，如果是，则使用光伏加备电柜给换电柜充电；若光伏发电模块在给基站负载和换电柜充电之后还存在多余电量，则给备电电池充电。
作为本发明进一步的方案：所述充电需求模型的构建步骤为：对某一特定换电柜内换电池在T时段内的第k辆电动汽车充电需求进行建模；根据不同类型电动汽车的分布情况，计算出该换电柜站的充电需求，具体的，电动汽车在每一个时刻的行驶里程，都需要确定它返回的时刻，通过将t时刻的行驶概率g(t)与日平均里程dα相乘，得到每个时刻的期望里程：以每日行驶里程dα的第k辆电动汽车在t时刻的电荷状态为 当电动汽车的剩余电量达到了用户心理值/>时，荷电状态/>小于/>用户在/>时刻开始充电，在时刻/>时，电池剩余电量达到用户心理目标值SOCf k，充电结束，则在时刻t第k辆电动汽车得到的电量为/> 式中，Δ为电动汽车充电时长，Lk为电动汽车充电功率；然后将每日里程概率F(dα)考虑在内的充电需求：/>第k辆电动汽车在时间t的预期充电需求：/>所有n台电动汽车充电需求的总期望为：/>
作为本发明进一步的方案：所述经济最优的谷时段控制策略的步骤为：获得备电电池容量、光伏发电功率、基站直流负载、换电柜容量以及当前时段；判断市电是否正常供电，若市电停电，则备电电池提供基站设备用电；若市电正常，则进一步判断光伏发电功率是否大于基站负荷功率，若光伏发电功率不足以支撑基站负载支撑，则使用光伏加市电给基站负荷供电；若光伏发电可以支撑基站负载，则使用光伏给基站负荷供电，判断光伏剩余电量是否大于基站换电柜充电功率，若不满足，则使用光伏加市电基站负荷供电，若满足条件，则使用光伏剩余发电量给换电柜充电；判断光伏模块给基站负荷以及换电柜充满电之后的剩余电量还能否满足备电柜充电，若满足，则光伏剩余电量给备电柜充电，若不满足，则使用光伏加市电给基站负荷供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结合基站现有直流负载以及光伏加储能的供能特性，增加软硬件设施，通过控制策略调整，以时间为轴线，通过对负载、光伏和储能的负荷进行采集分析和控制，设定光伏、储能和开关电源的供能顺序，实现灵活多变的多能供给模式，在保障基站负载不受影响的前提下，合理高效的控制储能和光伏的充放电，从而减少了弃光，增加绿电消纳。
附图说明
图1为一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统的拓扑图。
图2为一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统中备电控制的流程图。
图3为一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统中峰时段控制策略的结构示意图。
图4为一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统中谷时段控制策略的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统，所述系统包括第一边缘处理装置、MPPT、双向DC/DC、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、FSU、换电柜、开关电源以及储能电池，所述第一边缘处理装置用于采集光伏发电功率P1、储能发电功率P2、基站负载P3以及换电池容量P4，并根据基站当前的峰谷电价政策，以时间为轴线，确定能源供应策略及储能电池的充放电策略；所述MPPT是基站的光伏最大功率控制输出设备，MPPT根据外界光照强度和温度调节输出功率，使光伏阵列输出最大功率；双向DC/DC负责光伏和储能电池的电能传输以及实现储能电池给负载的供电功能，储能电池为备电电池；第一控制开关负责光伏对换电柜的通断；第二控制开关负责换电柜对负载的通断；第三控制开关负责控制开关电源对储能电池的通断；第四控制开关负责开关电源对换电柜的通断；FSU为动环监控系统，实现实时监控设备运行状态、预期故障发生、迅速排除故障以及进行综合管理的功能，可满足“集中监控、集中维护、集中管理”的运维管理要求。所述能源供应策略包括经济最优的峰时段控制策略和经济最优的谷时段控制策略。
如图2所示，作为本发明一个优选的实施例，所述系统还包括备电柜，备电电池应满足基站直流设备的备电三小时的要求，由BMS系统获取储能电池总容量，第一边缘检测系统获取基站直流负载功率，由于基站负载功率稳定，故此可通过计算得出SOCmin。备电电池的充放电策略为：备电柜控制模块在上电后首先获得备电电池容量，光伏发电功率以及基站直流负载；控制市电进行放电；判断备电电池容量SOC是否大于最小备电容量SOCmin；当SOC小于或者等于SOCmin时，判断光伏发电功率能否大于备电电池充电功率，如果确定发电功率大于备电电池功率，则使用光伏发电进行充电，否则使用光伏和市电同时给备电电池充电，直至备电电池容量SOC大于SOCmin。所述最小备电容量SOCmin满足基站直流设备运行三小时的所需要的电量。
如图3所示，作为本发明一个优选的实施例，为了保证经济最优，制定经济最优的峰时段控制策略，所述经济最优的峰时段控制策略的步骤为：获得备电电池容量、光伏发电功率、基站直流负载、换电柜容量以及当前时段；判断市电是否正常供电，若市电处于停电状态，则控制光伏和备电点位为基站负载供电；若市电正常供电，则判断光伏发电功率是否大于基站负荷功率，若光伏发电功率满足条件，则使用光伏给基站负荷供电，若不能满足条件，则优先使用光伏和备电柜为基站负载供电，市电则作为配电使用；其中若光伏发电供给基站设备用电仍有剩余，则判断剩余光伏发电功率是否大于基站换电柜充电功率，若是，则使用光伏剩余发电量供给换电柜充电，若剩余光伏发电功率不大于基站换电柜充电功率，则使用充电需求模型判断换电柜是否需要充电，如果是，则使用光伏加备电柜给换电柜充电；若光伏发电模块在给基站负载和换电柜充电之后还存在多余电量，则给备电电池充电。
本发明实施例中，为了保证换电柜的充电需求，需要构建充电需求模型，所述充电需求模型的构建步骤为：对某一特定换电柜内换电池在T时段内的第k辆电动汽车充电需求进行建模；根据不同类型电动汽车的分布情况，计算出该换电柜站的充电需求，具体的，电动汽车在每一个时刻的行驶里程，都需要确定它返回的时刻，通过将t时刻的行驶概率g(t)与日平均里程dα相乘，得到每个时刻的期望里程：以每日行驶里程dα的第k辆电动汽车在t时刻的电荷状态为/> 电动汽车司机在什么时候充电取决于许多因素，例如距离充电站的距离，电池剩余电量等，假定当电动汽车的剩余电量达到了用户心理值/>时，荷电状态/>小于/>用户在/>时刻开始充电，在时刻/>时，电池剩余电量达到用户心理目标值/>充电结束，则在时刻t第k辆电动汽车得到的电量为/> 式中，Δ为电动汽车充电时长，Lk为电动汽车充电功率；然后将每日里程概率F(dα)考虑在内的充电需求：/>考虑到所有每日行驶里程dα可能的值以及其它们之间相关性的概率，第k辆电动汽车在时间t的预期充电需求：/>假定到站的电动汽车有足够数量的换点设备进行充电，那么所有n台电动汽车充电需求的总期望为：/>可以根据每个基站的换电柜的用户情况进行配置，然后得逐渐得出稳定判断的换电柜的充电需求模型。
如图4所示，作为本发明一个优选的实施例，所述经济最优的谷时段控制策略的步骤为：获得备电电池容量、光伏发电功率、基站直流负载、换电柜容量以及当前时段；判断市电是否正常供电，若市电停电，则备电电池提供基站设备用电；若市电正常，则进一步判断光伏发电功率是否大于基站负荷功率，若光伏发电功率不足以支撑基站负载支撑，则使用光伏加市电给基站负荷供电；若光伏发电可以支撑基站负载，则使用光伏给基站负荷供电，判断光伏剩余电量是否大于基站换电柜充电功率，若不满足，则使用光伏加市电基站负荷供电，若满足条件，则使用光伏剩余发电量给换电柜充电；判断光伏模块给基站负荷以及换电柜充满电之后的剩余电量还能否满足备电柜充电，若满足，则光伏剩余电量给备电柜充电，若不满足，则使用光伏加市电给基站负荷供电。
本发明通过设置经济最优的峰时段控制策略和经济最优的谷时段控制策略、备电柜备电监控策略以及充电需求模型，不仅可以实现光伏资源的就地消纳，减少基站用电与配网简单连接对配电网造成的冲击影响，同时还提高了可再生能源的渗透率，实现基站换电柜与可再生能源的衔接。建设光储充备换一体化基站是应对能源互联网战略的重要举措，将储能换电系统安装至基站内可以缓解充电站充电负荷的不确定性所产生的不利影响，光伏和储能相互结合可以充分发挥各自的优势，储能系统可以缓解电动汽车的充电负荷对配网的冲击，同时利用峰谷电价，以此来获得更好的社会和经济效益。
以上仅对本发明的较佳实施例进行了详细叙述，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (7)

1.一种5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述系统包括第一边缘处理装置、MPPT、双向DC/DC、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、FSU、换电柜、开关电源以及储能电池，所述第一边缘处理装置用于采集光伏发电功率、储能发电功率、基站负载以及换电池容量，并根据基站当前的峰谷电价政策，以时间为轴线，确定能源供应策略及储能电池的充放电策略；所述MPPT是基站的光伏最大功率控制输出设备，MPPT根据外界光照强度和温度调节输出功率，使光伏阵列输出最大功率；双向DC/DC负责光伏和储能电池的电能传输以及实现储能电池给负载的供电功能；第一控制开关负责光伏对换电柜的通断；第二控制开关负责换电柜对负载的通断；第三控制开关负责控制开关电源对储能电池的通断；第四控制开关负责开关电源对换电柜的通断；FSU为动环监控系统，实现实时监控设备运行状态、预期故障发生、迅速排除故障以及进行综合管理的功能。
2.根据权利要求1所述的5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述系统还包括备电柜，备电柜控制模块在上电后首先获得备电电池容量，光伏发电功率以及基站直流负载；控制市电进行放电；判断备电电池容量SOC是否大于最小备电容量SOCmin；当SOC小于或者等于SOCmin时，判断光伏发电功率能否大于备电电池充电功率，如果确定发电功率大于备电电池功率，则使用光伏发电进行充电，否则使用光伏和市电同时给备电电池充电，直至SOC大于SOCmin。
3.根据权利要求2所述的5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述最小备电容量SOCmin满足基站直流设备运行三小时的所需要的电量。
4.根据权利要求1所述的5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述能源供应策略包括经济最优的峰时段控制策略和经济最优的谷时段控制策略。
5.根据权利要求4所述的5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述经济最优的峰时段控制策略的步骤为：获得备电电池容量、光伏发电功率、基站直流负载、换电柜容量以及当前时段；判断市电是否正常供电，若市电处于停电状态，则控制光伏和备电点位为基站负载供电；若市电正常供电，则判断光伏发电功率是否大于基站负荷功率，若光伏发电功率满足条件，则使用光伏给基站负荷供电，若不能满足条件，则优先使用光伏和备电柜为基站负载供电，市电则作为配电使用；其中若光伏发电供给基站设备用电仍有剩余，则判断剩余光伏发电功率是否大于基站换电柜充电功率，若是，则使用光伏剩余发电量供给换电柜充电，若剩余光伏发电功率不大于基站换电柜充电功率，则使用充电需求模型判断换电柜是否需要充电，如果是，则使用光伏加备电柜给换电柜充电；若光伏发电模块在给基站负载和换电柜充电之后还存在多余电量，则给备电电池充电。
6.根据权利要求5所述的5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述充电需求模型的构建步骤为：对某一特定换电柜内换电池在T时段内的第k辆电动汽车充电需求进行建模；根据不同类型电动汽车的分布情况，计算出该换电柜站的充电需求，具体的，电动汽车在每一个时刻的行驶里程，都需要确定它返回的时刻，通过将t时刻的行驶概率g(t)与日平均里程dα相乘，得到每个时刻的期望里程：以每日行驶里程dα的第k辆电动汽车在t时刻的电荷状态为/> 当电动汽车的剩余电量达到了用户心理值时，荷电状态/>小于/>用户在/>时刻开始充电，在时刻/>时，电池剩余电量达到用户心理目标值/>充电结束，则在时刻t第k辆电动汽车得到的电量为/> 式中，Δ为电动汽车充电时长，Lk为电动汽车充电功率；然后将每日里程概率F(dα)考虑在内的充电需求：/>第k辆电动汽车在时间t的预期充电需求：/>所有n台电动汽车充电需求的总期望为：/>
7.根据权利要求4所述的5G基站的光储直柔型微电网控制系统，其特征在于，所述经济最优的谷时段控制策略的步骤为：获得备电电池容量、光伏发电功率、基站直流负载、换电柜容量以及当前时段；判断市电是否正常供电，若市电停电，则备电电池提供基站设备用电；若市电正常，则进一步判断光伏发电功率是否大于基站负荷功率，若光伏发电功率不足以支撑基站负载支撑，则使用光伏加市电给基站负荷供电；若光伏发电可以支撑基站负载，则使用光伏给基站负荷供电，判断光伏剩余电量是否大于基站换电柜充电功率，若不满足，则使用光伏加市电基站负荷供电，若满足条件，则使用光伏剩余发电量给换电柜充电；判断光伏模块给基站负荷以及换电柜充满电之后的剩余电量还能否满足备电柜充电，若满足，则光伏剩余电量给备电柜充电，若不满足，则使用光伏加市电给基站负荷供电。
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