CN117439254A - 微电网、控制方法及供电系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种微电网、控制方法及供电系统，涉及微电网领域。该微电网包括微网控制器、光伏系统、发电机、储能模块以及配电板，光伏系统、发电机、储能模块以及配电板分别与微网控制器通信连接，且光伏系统的电力输出端、发电机的电力输出端以及储能模块的电力输出端分别与配电板的电力输入端连接，光伏系统的电力输出端和发电机的电力输出端分别与储能模块的电力输入端连接，配电板的电力输出端用于与负载连接，配电板的电力输入端用于与外部电网连接。由此，在外部电网失电的情况下，微电网可以为负载提供稳定可靠的电力供应，并且通过光伏系统可以有效利用光照资源，减少化石能源使用。

Description

微电网、控制方法及供电系统

技术领域

本公开涉及微电网领域，具体地，涉及一种微电网、控制方法及供电系统。

背景技术

微电网可以分为离网型和并网型，并网型微电网在正常条件下与主网并网进行能量的双向交流。而离网型微电网是完全独立的，不需要与主网进行任何的连接。相关技术中的并网型微电网，在外部电网失电的情况下不能提供稳定可靠的电力供应。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开的目的是提供一种微电网、控制方法及供电系统。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种微电网，包括微网控制器、光伏系统、发电机、储能模块以及配电板，所述光伏系统、所述发电机、所述储能模块以及所述配电板分别与所述微网控制器通信连接，且所述光伏系统的电力输出端、所述发电机的电力输出端以及所述储能模块的电力输出端分别与所述配电板的电力输入端连接，所述光伏系统的电力输出端和所述发电机的电力输出端分别与所述储能模块的电力输入端连接，所述配电板的电力输出端用于与负载连接，所述配电板的电力输入端用于与外部电网连接。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种用于微电网的控制方法，由第一方面所述的微电网的微网控制器执行，所述方法包括：

在所述外部电网失电的情况下，控制所述配电板切换为通过所述储能模块向所述负载供电；

在所述储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，启动所述发电机，并控制所述发电机给所述储能模块充电；

在所述发电机成功启动之后，启动所述光伏系统，并控制所述光伏系统给所述储能模块充电。

可选地，所述控制所述光伏系统给所述储能模块充电，包括：

根据所述储能模块的充电曲线，确定所述光伏系统的目标输出功率；

控制所述光伏系统以所述目标输出功率对所述储能模块进行充电。

可选地，所述方法还包括：

在所述光伏系统无法启动且所述储能模块的剩余电量低于第二预设阈值的情况下，控制所述配电板切换为通过所述发电机为所述负载供电，并控制所述发电机为所述储能模块充电，其中所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。

可选地，所述在所述储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，启动所述发电机，并控制所述发电机给所述储能模块充电，包括：

在所述储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，若所述光伏系统的输出功率大于预设功率阈值，则启动所述发电机，并控制所述发电机给所述储能模块充电。

可选地，所述方法还包括：

在所述储能模块的剩余电量大于第三预设阈值的情况下，控制所述发电机停机，其中所述第三预设阈值大于所述第一预设阈值。

可选地，所述控制所述光伏系统给所述储能模块充电，包括：

控制所述配电板切换为通过所述光伏系统以及所述储能模块向所述负载供电，并控制所述光伏系统给所述储能模块充电。

可选地，所述方法还包括：

根据所述负载的消耗功率以及所述发电机的输出功率，对所述光伏系统的输出功率进行调节，以防止所述光伏系统输出的能量涌入所述发电机。

可选地，所述方法还包括：

在所述配电板的输出电压对应的电压波动值大于预设波动阈值和/或所述配电板的输出电压对应的频率不在预设频率范围内的情况下，调整所述光伏系统为所述负载供电的输出功率，以使所述配电板的输出电压维持稳定。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种供电系统，包括：

负载；

外部电网；

第一方面任一所述的微电网。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：由微网控制器、光伏系统、发电机、储能模块以及配电板构建的微电网，能够迅速响应外部电网失电的情况，并通过储能模块、发电机和光伏系统维持持续供电，以满足负载的需求。不仅可以提高电力供应的可靠性和可持续性，为负载提供稳定的电力支持，也可以充分利用太阳能源，减少化石能源消耗。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种微电网的结构示意图。

图2是根据本公开一示例性实施例示出的一种用于微电网的控制方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的和本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种微电网的结构示意图，如图1所示，本公开实施例提供一种微电网，该微电网包括微网控制器6、光伏系统2、发电机7、储能模块5以及配电板4，光伏系统2、发电机7、储能模块5以及配电板4分别与微网控制器6通信连接，且光伏系统2的电力输出端、发电机7的电力输出端以及储能模块5的电力输出端分别与配电板4的电力输入端连接，光伏系统2的电力输出端和发电机7的电力输出端分别与储能模块5的电力输入端连接，配电板4的电力输出端用于与负载3连接，配电板4的电力输入端用于与外部电网1连接。

这里，微电网可以是指并网型微电网，并网型微电网通常与外部电网1并网进行能量的双向交流，若外部电网1由于某种原因失电，可以及时切断外部电网1实现自主为负载3供电。

外部电网1可以是指一个大规模的电力系统，通过输电线路将电能从发电厂传输到各个用户，提供稳定的电力供应。与微电网相比，外部电网1规模更大、范围更广，能够满足大量用户的电力需求。配电板4的电力输入端与外部电网1连接，在外部电网1未失电的情况，外部电网1的电能输入到配电板4中，在配电板4进行分配供给负载3使用。在外部电网1失电的情况，没有外部电网1提供电能给负载3，则需要微电网提供电能给负载3。

发电机7可以是指在电网备用电源和紧急电力供应等场合中提供稳定的电力供应的发电机，例如柴油发电机、天然气发电机、液化石油气发电机和双燃料发电机，优选地可以使用为柴油发电机。

储能模块5可以是指一种用于在停电或电力波动的情况下提供临时的备用电源的电力设备，以保证电力供应的连续性和稳定性，例如UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)。

光伏系统2可以包括太阳能电池组件和光伏逆变器。光伏系统2由太阳能电池组件产生的直流电经过光伏逆变器转换成交流电，微网控制器6控制光伏系统2给储能模块5充电和为负载3供电。

通信连接可以是指微网控制器6与光伏系统2、发电机7、储能模块5以及配电板4之间建立的电信号传输通路。通信连接使用的通信协议可以是适应远距离和复杂环境的具有可靠性的串行通信协议，例如RS485和Profibus DP，优选地可以使用RS485。微网控制器6通过通信连接将控制指令发送给光伏系统2、发电机7、储能模块5以及配电板4。这些指令可以包括调节输出功率、切换运行模式、开启或关闭充放电等操作。

在微电网中，配电板4起到分配电能的作用。光伏系统2的电力输出端与配电板4的电力输入端相连，使得光伏系统2产生的电能输入到配电板4中，由配电板4分配电能供应负载3。发电机7的电力输出端与配电板4的电力输入端连接，使得发电机7生成的电能能够输入到配电板4中，通过配电板4进行分配供给负载3使用。储能模块5的电力输出端与配电板4的电力输入端相连，使得储能模块5储存的电能输入到配电板4中，在配电板4进行分配供给负载3使用。

配电板4通过配电板4上的开关装置来实现电能的分配和控制。这里的开关可以包括继电器，通过微网控制器6输出电信号可以控制继电器的通断状态。具体来说，通过开启或关闭相应的继电器，电能可以被导向所需的电路或负载3设备。

光伏系统2的电力输出端和所述发电机7的电力输出端分别连接储能模块5的电力输入端，以便光伏系统2和发电机7给储能模块5充电，使得储能模块5可以接收来自光伏系统2和发电机7的电能进行储存，并将储存的电能给负载3供电。

本公开实施例提供的微电网可以在外部电网1出现故障的情况下，提供稳定可靠的电力供应，并且可以利用光伏系统2在有光照条件下发电给储能模块5充电，补充储能模块5夜间损失掉的电能，以延缓对发电机7燃料的消耗，延长发电机7燃料补给时长，减少化石能源消耗。

基于同一构思，本公开还提供一种用于微电网的控制方法，由微电网的微网控制器执行。图2是根据本公开一示例性实施例示出的一种用于微电网的控制方法的流程图。参照图2，该方法可以包括以下步骤：

在步骤110中，在外部电网失电的情况下，控制配电板切换为通过储能模块向负载供电。

在步骤120中，在储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，启动发电机，并控制发电机给储能模块充电。

在步骤130中，在发电机成功启动之后，启动光伏系统，并控制光伏系统给储能模块充电。

在外部电网失电的情况下，配电板可以通过接收微网控制器发送的控制指令实现切换，将供电源从外部电网切换至储能模块。切换的方式可以是指闭合/断开继电器，具体来说配电板断开外部电网对应的继电器，而闭合储能模块对应的继电器，从而将负载的供电源切换为储能模块。

储能模块通过实时监测自身电池组的电压和电流输入输出情况，可以确定剩余电量。当储能模块检测到自身剩余电量低于第一预设阈值，则储能模块可以发送第一开关量信号给微网控制器。第一预设阈值可以为以下任一值：55％、60％、65％，优选地可以设定为60％。微网控制器响应于第一开关量信号，向发电机发送启动指令和控制发电机给储能模块充电的指令。发电机响应于启动指令和给储能模块充电的指令，启动自身并给储能模块充电。

在启动发电机并控制发电机给储能模块充电之后，微网控制器向光伏系统发送启动指令和控制光伏系统给储能模块充电的指令。光伏系统响应于启动指令和给储能模块充电的指令，启动自身并给储能模块充电。

上述微网控制器发送控制指令和微网控制器接收第一开关量信号的传输方式，可以采用适用于长距离和复杂环境的RS485通信协议。

在外部电网失电的情况下，上述用于微电网的控制方法，通过储能模块可以及时为负载提供电力供应，通过光伏系统可以有效利用光照资源，减少化石能源使用，通过微网控制器控制微电网可以为负载提供稳定可靠的电力供应。

在一实施例中，步骤130中控制光伏系统给储能模块充电可以包括以下步骤：

根据储能模块的充电曲线，确定光伏系统的目标输出功率；

控制光伏系统以目标输出功率对储能模块进行充电。

这里，储能模块的充电曲线通常由其电池类型和充电特性确定。例如，铅酸蓄电池充电过程可以分为三个阶段：恒流充电、饱和充电和浮充充电。在恒流充电阶段，充电设备需提供恒定的电流来充电，直到达到设定的充电电压。然后进入饱和充电阶段，电池电压保持在充电电压水平，充电电流逐渐降低。最后进入浮充充电阶段，通过降低充电电压和电流来保持电池充满状态。

目标输出功率是指在控制光伏系统对储能模块进行充电时，根据储能模块当前的充电状态所需的充电功率。在光伏系统的电力输出端设置有传感器，传感器将光伏系统的性能参数发送给微网控制器。微网控制器可以根据光伏系统的性能参数确定光伏系统的输出功率。当光伏系统的输出功率大于储能模块当前充电阶段所需的目标输出功率，微网控制器可以动态调整光伏系统的对储能模块的目标输出功率，以适应储能模块的不同充电阶段。通过动态调整目标输出功率，可以优化充电效率、提高系统的能量利用率，并确保储能模块能够在需要时获得适当的充电水平。

在启动发电机并控制发电机给储能模块充电之后，微网控制器向光伏系统发送启动指令和控制光伏系统给储能模块充电的指令。光伏系统响应于启动指令和给储能模块充电的指令，启动自身并以目标输出功率给储能模块充电。

在一实施例中，上述控制方法还可以包括以下步骤：

在光伏系统无法启动且储能模块的剩余电量低于第二预设阈值的情况下，控制配电板切换为通过发电机为负载供电，并控制发电机为储能模块充电，其中第二预设阈值小于第一预设阈值。

这里，光伏系统可能由于故障或者天气原因无法启动，微网控制器检测到光伏系统无法启动。若储能模块检测到自身剩余电量低于第二预设阈值，储能模块可以发送第二开关量信号给微网控制器。第二预设阈值可以为以下任一值：25％、30％、35％，优选地可以设定为30％。

在外部电网失电的情况下，若微网控制器检测到光伏系统无法启动且接收到第二开关量信号，则微网控制器响应于第二开关量信号，控制配电板切换为通过发电机为负载供电，并控制发电机为储能模块充电。微网控制器向配电板发送切换供电源为发电机的指令，配电板响应指令闭合配电板上发电机对应的继电器，将负载供电源切换为通过发电机。保证电力供应的可靠性和可持续性，为负载提供稳定的电力支持。

在一实施例中，步骤120可以包括以下步骤：

在储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，若光伏系统的输出功率大于预设功率阈值，则启动发电机，并控制发电机给储能模块充电。

这里，预设功率阈值可以为以下任一值：4.5千瓦、5千瓦、5.5千瓦，优选地可以设定为5千瓦。

当储能模块检测到自身剩余电量低于第一预设阈值，则储能模块可以发送第一开关量信号给微网控制器。并且微网控制器检测到光伏系统的输出功率大于预设功率阈值，则微网控制器响应于第一开关量信号，向发电机发送启动指令和控制发电机给储能模块充电的指令。发电机响应于启动指令和给储能模块充电的指令，启动自身并给储能模块充电。保证电力供应的可靠性和可持续性，为负载提供稳定的电力支持。

示例性地，可以检测当前的光照强度，根据光照强度以及光伏系统的光伏组件的面积，确定光伏系统的输出功率。

在一实施例中，上述控制方法还可以包括以下步骤：

在储能模块的剩余电量大于第三预设阈值的情况下，控制发电机停机，其中第三预设阈值大于第一预设阈值。

这里，第三预设阈值可以为以下任一值：94％、96％、98％，优选地可以设定为98％。当储能模块检测到自身剩余电量大于第三预设阈值，此时表明储能模块电量充足，可以不依靠发电机充电和向负载供电，储能模块发送第三开关量信号给微网控制器。微网控制器响应于第三开关量信号，向发电机发送停机指令，发电机响应于停机指令停止发电。

在一实施例中，步骤130中控制光伏系统给储能模块充电可以包括以下步骤：

控制配电板切换为通过光伏系统以及储能模块向负载供电，并控制光伏系统给储能模块充电。

这里，在启动发电机并控制发电机给储能模块充电之后，微网控制器向光伏系统发送启动指令和控制光伏系统给储能模块充电的指令。光伏系统响应于启动指令和给储能模块充电的指令，启动自身并给储能模块充电。

若光伏系统的输出功率大于储能模块充电所需的目标功率，则在控制光伏系统给储能模块充电的基础上，还可以控制光伏系统给负载供电。此时光伏系统和储能模块都可以向负载供电。微网控制器向配电板发送切换供电源为光伏系统和储能模块的指令，配电板响应指令闭合配电板上光伏系统对应的继电器和储能模块对应的继电器，将负载供电源切换为通过光伏系统以及储能模块。

不仅可以提高电力供应的可靠性和可持续性，为负载提供稳定的电力支持，也可以充分利用太阳能源，减少化石能源消耗。

在一实施例中，上述控制方法还可以包括以下步骤：

根据负载的消耗功率以及发电机的输出功率，对光伏系统的输出功率进行调节，以防止光伏系统输出的能量涌入发电机。

这里，在配电板的电力输出端设置有传感器，传感器将配电板电力输出的性能参数发送给微网控制器。微网控制器可以根据配电板电力输出的性能参数确定负载的消耗功率。在发电机的电力输出端设置有传感器，传感器将发电机的性能参数发送给微网控制器。微网控制器可以根据发电机的性能参数确定发电机的输出功率。

根据微网控制器检测到的负载消耗功率以及发电机的输出功率，控制光伏系统调节对负载的输出功率，以使微电网供给负载的输出功率等于负载所需的消耗功率。当微电网供给负载的输出功率大于负载所需的消耗功率，多余的能量会涌入发电机，发电机无法提供稳定的电压同时发电机也会受损。

通过根据负载的消耗功率以及发电机的输出功率，对光伏系统的输出功率进行调节，可以为负载提供稳定的电力支持，提高电力供应的可靠性和可持续性。

在一实施例中，上述控制方法还可以包括以下步骤：

在配电板的输出电压对应的电压波动值大于预设波动阈值和/或配电板的输出电压对应的频率不在预设频率范围内的情况下，调整光伏系统为负载供电的输出功率，以使配电板的输出电压维持稳定。

这里，在配电板的电力输出端设置有传感器，传感器将配电板的输出电压发送给微网控制器。微网控制器可以根据输出电压确定对应的电压波动值和频率。预设波动阈值可以为以下任一值：8％、10％、12％，优选地可以设定为10％。预设频率范围可以设定为[5Hz,55Hz]。当微网控制器检测到电压波动值大于预设波动阈值和/或配电板的输出电压对应的频率不在预设频率范围内的情况下，微网控制器则调整光伏系统为负载供电的输出功率，以使配电板的输出电压维持稳定，为负载提供稳定的电力支持，提高电力供应的可靠性和可持续性。

通过上述用于微电网的控制方法，能够迅速响应外部电网失电的情况，并通过储能模块、发电机和光伏系统维持持续供电，以满足负载的需求。不仅可以提高电力供应的可靠性和可持续性，为负载提供稳定的电力支持，也可以充分利用太阳能源，减少化石能源消耗。

值得说明的是，上述微电网可以用于浮式风渔融合平台，光伏系统可以设置在浮式风渔融合平台的甲板及屋顶空间。

基于同一构思，本公开还提供一种供电系统，包括负载，外部电网以及上述任一微电网。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，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下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种微电网，其特征在于，所述微电网包括微网控制器、光伏系统、发电机、储能模块以及配电板，所述光伏系统、所述发电机、所述储能模块以及所述配电板分别与所述微网控制器通信连接，且所述光伏系统的电力输出端、所述发电机的电力输出端以及所述储能模块的电力输出端分别与所述配电板的电力输入端连接，所述光伏系统的电力输出端和所述发电机的电力输出端分别与所述储能模块的电力输入端连接，所述配电板的电力输出端用于与负载连接，所述配电板的电力输入端用于与外部电网连接。

2.一种用于微电网的控制方法，其特征在于，由如权利要求1所述的微电网的微网控制器执行，所述方法包括：

在所述外部电网失电的情况下，控制所述配电板切换为通过所述储能模块向所述负载供电；

在所述储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，启动所述发电机，并控制所述发电机给所述储能模块充电；

在所述发电机成功启动之后，启动所述光伏系统，并控制所述光伏系统给所述储能模块充电。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述光伏系统给所述储能模块充电，包括：

根据所述储能模块的充电曲线，确定所述光伏系统的目标输出功率；

控制所述光伏系统以所述目标输出功率对所述储能模块进行充电。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述光伏系统无法启动且所述储能模块的剩余电量低于第二预设阈值的情况下，控制所述配电板切换为通过所述发电机为所述负载供电，并控制所述发电机为所述储能模块充电，其中所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，启动所述发电机，并控制所述发电机给所述储能模块充电，包括：

在所述储能模块的剩余电量低于第一预设阈值的情况下，若所述光伏系统的输出功率大于预设功率阈值，则启动所述发电机，并控制所述发电机给所述储能模块充电。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述储能模块的剩余电量大于第三预设阈值的情况下，控制所述发电机停机，其中所述第三预设阈值大于所述第一预设阈值。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述光伏系统给所述储能模块充电，包括：

控制所述配电板切换为通过所述光伏系统以及所述储能模块向所述负载供电，并控制所述光伏系统给所述储能模块充电。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述负载的消耗功率以及所述发电机的输出功率，对所述光伏系统的输出功率进行调节，以防止所述光伏系统输出的能量涌入所述发电机。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述配电板的输出电压对应的电压波动值大于预设波动阈值和/或所述配电板的输出电压对应的频率不在预设频率范围内的情况下，调整所述光伏系统为所述负载供电的输出功率，以使所述配电板的输出电压维持稳定。

10.一种供电系统，其特征在于，包括：

负载；

外部电网；

以及如权利要求1中所述的微电网。