一種微電網管理系統及其管理方法
【專利摘要】本發明涉及一種微電網能量管理系統及其管理方法，該系統包括分別連接到輸電線路的儲能變流器及光伏逆變器，所述儲能變流器連接有蓄能裝置并利用所述光伏逆變器產生的電能為所述蓄能裝置充電，所述儲能變流器包括：用于與所述光伏逆變器通信連接的通信模塊，用于獲取所述蓄能裝置的電性能參數的采樣模塊；用于將所述電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較的判斷模塊；以及連接到所述通信模塊的調節模塊，所述調節模塊用于根據所述判斷模塊的判斷結果調節所述光伏逆變器的輸出功率。本發明的管理系統及其管理方法能及時有效地控制光伏逆變器的輸出功率并降低系統的復雜度。
【專利說明】—種微電網管理系統及其管理方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及微電網電力領域，尤其涉及一種微電網能量管理方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著經濟社會的不斷發展，解決高海拔山區、海島等無電地區的供電問題，電站正逐漸興起。目前解決無電地區供電的問題，主要通過建設光儲能離網微型電站(簡稱:微電網，Micro Grid)，電站主要是白天利用新能源光伏發電給用電地區供電、多余的能夠使用儲能電池儲存，然后晚上供給負荷使用。微電網作為一種新型能源網絡化供應與管理系統，能夠整合分布式發電的優勢，協調分布式發電單元(微電源)與大電網(指由發電廠、變電站、輸電線路網、配電變壓器和低壓線路網等組成的電力網)間的矛盾，充分利用各種分散能源，結合本地負荷、儲能裝置及相關監控和保護裝置，構成的新型電力微系統。微電網的能量管理系統將對微電網內設備的運行狀態進行監控，根據當前系統運行情況與控制目標制定相應的控制策略，針對微電源的出力特點，采用合理的能量優化技術使微電源得到最大利用，充分發揮微電網低碳、經濟的優勢。
[0003]然而，微電網涉及到多種能源形式，多種變流器設備，多種類的負載，并且受到天氣變換的影響，必須需要復雜的能量管理系統才能保證微電網的穩定運行。
[0004]為了管理整個電站的穩定運行，一般都需要一套復雜的上位機能量管理系統。能量管理系統通常運行在PC機上，且大得多需要通過通訊方式獲取設備數據，進行能夠管理控制，微電網存在多種設備，在管理上經常會存在因天氣變化，光伏發電能量管理不當導致電站儲能電池因過充出現過壓、過載等故障，導致供電中斷。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題在于，針對現有的微電網管理系統運行在PC機上經常會存在因天氣變化或光伏發電能量管理不當導致電站儲能電池因過沖出現過壓、過載等故障甚至導致供電中斷的缺陷，提供一種能保證有效且穩定管理的微電網能量管理系統及其管理方法。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種微電網能量管理系統，包括分別連接到輸電線路的儲能變流器及光伏逆變器，所述儲能變流器連接有蓄能裝置并利用所述光伏逆變器產生的電能為所述蓄能裝置充電；所述儲能變流器包括:
[0007]通信模塊，用于與所述光伏逆變器通信連接；
[0008]采樣模塊，用于獲取所述蓄能裝置的電性能參數；
[0009]判斷模塊，用于將所述電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較；
[0010]以及調節模塊，用于根據所述判斷模塊的判斷結果產生調節所述光伏逆變器的輸出功率的指令并通過所述通信模塊將所述指令發送到所述光伏逆變器。
[0011]本發明所述的微電網能量管理系統中，所述采樣模塊進一步包括:
[0012]電流電壓采樣單元，用于獲取所述蓄能裝置的充電電流和/或充電電壓；和/或，[0013]電量采樣單元，用于獲取所述蓄能裝置的電量。
[0014]本發明所述的微電網能量管理系統中，所述充電電流的預設閾值為0.25C。
[0015]本發明所述的微電網能量管理系統中，所述電量的預設閾值為額定電量的90%。
[0016]本發明所述的微電網能量管理系統中，所述調節模塊根據所述判斷模塊的判斷結果將所述光伏逆變器的輸出功率至少減少當前輸出功率的30%。
[0017]本發明所述的微電網能量管理系統中，所述通信模塊為電力載波通信模塊。
[0018]本發明所述的微電網能量管理系統中，所述微電網能量管理系統還包括連接到所述光伏逆變器及所述儲能變流器的監控設備，所述監控設備用于記錄所述光伏逆變器及所述儲能變流器的運行狀況。
[0019]此外，本發明還提供了一種微電網能量管理系統的管理方法，所述微電網能量管理系統包括分別連接到輸電線路的儲能變流器及光伏逆變器，所述儲能變流器連接有蓄能裝置并利用所述光伏逆變器產生的電能為所述蓄能裝置充電；
[0020]其中，所述管理方法包括；
[0021]通信步驟:通過所述儲能變流器與所述光伏逆變器通信連接；
[0022]采樣步驟:通過所述儲能變流器獲取所述蓄能裝置的電性能參數；
[0023]判斷步驟:通過所述儲能變流器將所述電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較；
[0024]以及調節步驟:通過所述儲能變流器，根據所述判斷步驟的判斷結果產生調節所述光伏逆變器的輸出功率的指令并將所述指令通過所述通信連接發送到所述光伏逆變器。
[0025]本發明所述的微電網能量管理系統的管理方法中，所述采樣步驟進一步包括:
[0026]獲取所述蓄能裝置的充電電流和/或充電電壓；和/或，
[0027]獲取所述蓄能裝置的電量。
[0028]本發明所述的微電網能量管理系統的管理方法中，所述充電電流的預設閾值為
0.25C ；
[0029]所述電量的預設閾值為90%。
[0030]本發明所述的微電網能量管理系統的管理方法中，所述調節步驟進一步包括:
[0031]根據所述判斷步驟的判斷結果將所述光伏逆變器的輸出功率至少減少當前輸出功率的30%。
[0032]實施本發明的微電網能量管理系統及其管理方法，具有以下有益效果:本發明通過儲能變流器對蓄能裝置的電性能檢測及判斷，及時控制光伏逆變器的輸出，有效防止因光伏發電管理不當導致的蓄能裝置的電池組因過流過充導致的故障，避免供電中斷，同時相比于現有的通過PC機進行調控而言，本申請的微電網能量管理系統及其管理方法，通過儲能變流器與光伏逆變器的通信連接來控制光伏逆變器的輸出更迅速且更穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0034]圖1是根據本發明優選實施例的微電網能量管理系統的系統結構示意圖；
[0035]圖2為圖1所示的微電網能量管理系統的儲能變流器的結構示意圖；
[0036]圖3為根據本發明又一實施例的微電網能量管理系統的系統結構示意圖；[0037]圖4為根據本發明優選實施例的微電網能量管理系統的管理方法的流程示意圖。【具體實施方式】
[0038]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0039]請參閱圖1，為根據本發明優選實施例的微電網能量管理系統的系統結構示意圖。如圖1示，本發明的第一優選實施例中，微電網能量管理系統至少包括分別連接到輸電線路的儲能變流器30、光伏逆變器20，所述儲能變流器30還連接有負載10。負載10通過電網主網與儲能變流器30連接。本發明的微電網管理系統主要適用于光儲能離網微型電站。
[0040]參考圖1，儲能變流器30連接有蓄能裝置40，儲能變流器30利用光伏逆變器20產生的電能為蓄能裝置40充電。光伏逆變器20連接有光伏電池板50，一般地，光伏電池板50包括多個太陽能電池組件陣列，以將太陽能轉換為直流電能并匯集至光伏逆變器20。光伏逆變器20通過將直流電能逆變為交流電能。光伏電池板50通過接入電網主網與儲能變流器30連接，因此上述交流電能最終接入儲能變流器30，由所述儲能變流器30轉換為直流電能存儲于所述蓄能裝置40內。
[0041]本實施例中的光伏逆變器20可通過電網主網與負載10直接連接，因此在白天，光伏逆變器20產生的交流電能可一部分直接通過電網主網對負載10進行供電，而多余的交流電能則經儲能變流器30進行轉換并存儲在蓄能裝置40內。而在夜間，則由蓄能裝置40對負載10進行供電。特別地，蓄能裝置40可以為儲能電池組，該儲能電池組可由參數為2V/1000A的240節鉛酸蓄電池串接而成。本實施例中，儲能變流器30與光伏逆變器20通信連接，并通過蓄能裝置40的電性能參數向光伏逆變器20發送調節光伏逆變器20的輸出功率的指令。
[0042]參考圖2，在本發明的第一優選實施例中，儲能變流器30進一步包括:通信模塊301、采樣模塊302、判斷模塊303以及調節模塊304。其中，通信模塊301用于實現儲能變流器30與光伏逆變器20之間的通信連接，儲能變流器30可通過通信模塊301實現對光伏逆變器20的輸出功率的控制。特別地，本實施例的通信模塊301為電力載波通信模塊，即本實施例的光伏逆變器20與儲能變流器30通過電力載波通訊技術實現通信連接，其不需架設網線，只需通過電線即可實現數據傳遞，因此實現方法簡單，傳輸數據迅速。應當理解，在本發明的其他非限制性實施例中，所述通信模塊301還可以是但不限于WIFI無線通信模塊、ZIGBEE通信模塊、RFC無線射頻通信模塊、RS串行接口或以太網通訊接口等。
[0043]采樣模塊302，連接到蓄能裝置40，用于獲取蓄能裝置40的電性能參數。所述電性能參數包括充電電流和/或充電電壓和/或電量。因此在本發明的實施例中，采樣模塊302進一步包括用于獲取蓄能裝置40的充電電流和/或充電電壓的電流電壓采樣單元以及用于獲取蓄能裝置40的充電電量的電量采樣單元中的至少一個。上述由采樣模塊302獲取的電性能參數將傳遞至判斷模塊303，判斷模塊303用于將所述電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較。判斷模塊303連接到調節模塊304，調節模塊304根據判斷模塊303的判斷結果產生指令，并將該指令經通信模塊301發送至光伏逆變器20，進而實現對光伏逆變器20的輸出功率的調整。
[0044]進一步地，判斷模塊303設定的預設閾值包括電量閾值或充電電流閾值等，其中，充電電流閾值可設定為0.25C，當判斷模塊303比較得出當前充電電流大于0.25C時，當前蓄能裝置40的充電電流過大，則調節模塊304可經通信模塊301對光伏逆變器20的輸出功率進行下調，使光伏逆變器20的輸出功率至少減少當前輸出功率的30%，調節模塊304對光伏逆變器20的實際調節幅度可依據實際的比較結果進行調整。
[0045]在本發明的其他非限制性實施例中，所述電量閾值可以設定為額定電量的90%。通過判斷模塊303對采樣獲得的蓄能裝置40的電量是否超過額定電量的90 %，并據此控制光伏逆變器20的輸出功率。特別地，本發明的調節模塊304可在電量越大時更大程度地減少光伏逆變器20的輸出功率，所述光伏逆變器20的輸出功率的降低幅度至少為30%，例如在檢測到當前電量為額定電量的90%時，將光伏逆變器20的輸出功率降低為當前輸出功率的70%，而在當前電量為額定電量的100%時，光伏逆變器20的輸出功率則降低至O。
[0046]在本發明的其他非限制性實施例中，可結合充電電流及充電電壓實現對當前電量的判斷，例如在蓄能裝置40的電池組充電電流小于0.1C且電池組的總壓大于240*2.35V時，判斷當前的蓄能裝置40的充電電量過大，為保護電池組并延長電池組的使用壽命，調節模塊304降低所述光伏逆變器20的輸出功率，所述光伏逆變器20的輸出功率的降低幅度至少30%。
[0047]參考圖3，為本發明的第二優選實施例的微電網管理系統的系統結構示意圖。本實施例中，所述微電網能量管理系統包括如圖1所示的光伏逆變器20、光伏電池板50、儲能變流器40、蓄能裝置40及負載10，還包括連接到光伏逆變器20及儲能變流器30的監控設備60，上述光伏逆變器20、光伏電池板50、儲能變流器40、蓄能裝置40及負載10的相關技術特征請結合并參照圖1至圖2的具體描述。所述監控設備60 —般采用計算機實現，監控系統60用于記錄光伏逆變器20及儲能變流器30的運行狀況。相比于現有的微電網能量管理系統，本實施例的監控設備60由于可僅僅用于記錄功能，因此具有相對簡單的軟硬件性能要求。
[0048]請參閱圖4，為根據本發明優選實施例的微電網管理系統的管理方法的流程示意圖。所述微電網管理系統的具體結構與上述圖1至圖2所述的微電網管理系統相同的技術特征，在此不作贅述。
[0049]參考圖4，本發明的微電網管理系統的管理方法開始于步驟S10，在光伏逆變器20開始進入光電轉換狀態時本發明的微電網管理系統開始運行。
[0050]隨后，在步驟S20中，與蓄能裝置40連接的采樣模塊302對蓄能裝置40的電性能參數進行檢測采樣。進一步包括對蓄能裝置40的充電電流的檢測，和/或對蓄能裝置40的電量的檢測。其中，檢測蓄能裝置40的電量時，可以通過直接檢測蓄能裝置40當前充電電量所占額定電量的百分比，或者通過同時檢測充電電流及充電電壓來獲得當前充電電量。
[0051]在步驟S30中，判斷模塊303將采樣模塊302所獲得的電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較，判斷當前的電性能參數是否超出該預設閾值，在超出預設閾值時，觸發調節模塊304進入步驟S40，否則返回步驟SlO并繼續進行電性能參數的采樣。具體地，判斷模塊303設定的預設閾值可以是充電電流的預設閾值，如0.25C，當步驟S20中采樣獲得的充電電流大于0.25C時，充電電流過大，判斷模塊303觸發調節模塊304進行相應的調節。或者，判斷模塊303中預設充電電量的閾值為額定電量的90%，因此當采樣模塊302獲得的蓄能裝置40的當前電量大于90%時，為防止過度充電對蓄能裝置40造成損耗，判斷模塊303將觸發調節模塊304做出響應。
[0052]此外，在本發明的又一實施例中，當采樣模塊302同時對蓄能裝置40的充電電流及充電電壓進行采樣時，判斷模塊303可通過同時判斷電流與電壓來獲知當前的充電電量是否超出預設的電量閾值。例如，當前的充電電流小于最佳充電電流0.1C且當前的充電電壓大于240*2.25V (本實施例中的蓄能裝置40選取240節2V/1000A的鉛蓄電池組，因此，此處充電電壓為電池組的總壓)，則判定當前的充電電量超出了電量的預設閾值，因此需要觸發調節模塊304進行下一步操作。應當理解，本申請的上述預設閾值并不限于上述的0.25C或額定電量的90%等，也可以根據實際情況做出適當調整，在此不作贅述。
[0053]在步驟S40中，調整模塊304受判斷模塊303觸發進而根據步驟S30的判斷結果向光伏逆變器20發送調節光伏逆變器20的輸出功率的指令。在判斷模塊303判定當前的充電電流和/或充電電量超出預設閾值的情況下，調整模塊304將生成指令以控制光伏逆變器20的輸出功率。例如，所述指令根據步驟S30的判斷結果將所述光伏逆變器20的輸出功率至少減少當前輸出功率的30%。應當理解，本發明的上述指令對光伏逆變器20的輸出功率的調整幅度可根據對應的電性能參數的變化為變化。
[0054]例如，本發明的調節模塊304可在電量越大時更大程度地減少光伏逆變器20的輸出功率，所述光伏逆變器20的輸出功率的降低幅度至少為30%，例如在檢測到當前電量為額定電量的90%時，將光伏逆變器20的輸出功率降低為當前輸出功率的70%，而在當前電量為額定電量的100%時，光伏逆變器20的輸出功率則降低至O。
[0055]在步驟S50中，通信模塊301與光伏逆變器20通信連接，調節模塊304產生的指令經通信模塊301傳遞至光伏逆變器20，光伏逆變器20根據該指令產生對應的輸出功率。在本發明的非限制性實施例中，通信模塊301可以是電力載波通信模塊，即本實施的光伏逆變器20與儲能變流器30通過電力載波通訊技術實現通信連接，其不需架設網線，只需通過電線即可實現數據傳遞，因此實現方法簡單，傳輸數據迅速。應當理解，在本發明的其他非限制性實施例中，所述通信模塊301還可以是但不限于WIFI無線通信模塊、ZIGBEE通信模塊、RFC無線射頻通信模塊、RS串行接口或以太網通訊接口等。
[0056]應當理解的是，步驟S50中，光伏逆變器20與儲能變流器30之間的通信連接不僅限于上述的在步驟S40之后，其可以在步驟SlO之前，或步驟S10-S40的任意步驟中，或者，在本發明的微電網管理系統的管理方法的全部過程中，光伏逆變器20與儲能變流器30始終保持通信連接。
[0057]在發明的其他非限制性實施例中，所述管理方法還包括，利用監控設備60對光伏逆變器20及儲能變流器30的運行狀況進行監測和記錄。監控設備60 —般采用計算機實現，監控系統60用于記錄光伏逆變器20及儲能變流器30的運行狀況。相比于現有的微電網能量管理系統，本實施例的監控設備60由于可僅僅用于記錄功能，因此具有相對簡單的軟硬件性能要求。
[0058]應該說明的是，本發明提供微電網管理系統的光伏逆變器20、儲能變流器30、光伏電池板50、蓄能裝置40及負載10以及各部分之間的連接所采用的原理和流程與上述的管理方法相同，因此上述對微電網管理系統的管理方法的各個實施例的詳細闡述也適用于本發明的微電網管理系統。
[0059]本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發明范圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對本發明進行諸多修改而不脫離其保護范圍。因此，本發明并不限于在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權利要求保護范圍的實施例。
【權利要求】
1.一種微電網能量管理系統，包括分別連接到輸電線路的儲能變流器(30)及光伏逆變器(20)，所述儲能變流器(30)連接有蓄能裝置(40)并利用所述光伏逆變器(20)產生的電能為所述蓄能裝置(40)充電，其特征在于，所述儲能變流器(30)包括: 通信模塊(301)，用于與所述光伏逆變器(20)通信連接， 采樣模塊(302)，用于獲取所述蓄能裝置(40)的電性能參數； 判斷模塊(303)，用于將所述電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較；以及調節模塊(304)，用于根據所述判斷模塊(303)的判斷結果產生調節所述光伏逆變器(20)的輸出功率的指令并通過所述通信模塊(301)將所述指令發送到所述光伏逆變器(20)。
2.根據權利要求1所述的微 電網能量管理系統，其特征在于，所述采樣模塊(302)進一步包括: 電流電壓采樣單元，用于獲取所述蓄能裝置(40)的充電電流和/或充電電壓；和/或， 電量采樣單元，用于獲取所述蓄能裝置(40)的電量。
3.根據權利要求2所述的微電網能量管理系統，其特征在于， 所述充電電流的預設閾值為0.25C ;和/或， 所述電量的預設閾值為額定電量的90%。
4.根據權利要求3所述的微電網能量管理系統，其特征在于，所述調節模塊(304)根據所述判斷模塊(303)的判斷結果將所述光伏逆變器(20)的輸出功率至少減少30%。
5.根據權利要求1所述的微電網能量管理系統，其特征在于，所述通信模塊(301)為電力載波通信模塊。
6.根據權利要求1所述的微電網能量管理系統，其特征在于，所述微電網能量管理系統還包括連接到所述光伏逆變器(20)及所述儲能變流器(30)的監控設備(60)，所述監控設備(60)用于記錄所述光伏逆變器(20)及所述儲能變流器(30)的運行狀況。
7.一種微電網能量管理系統的管理方法，所述微電網能量管理系統包括分別連接到輸電線路的儲能變流器(30)及光伏逆變器(20)，所述儲能變流器(30)連接有蓄能裝置(40)并利用所述光伏逆變器(20)產生的電能為所述蓄能裝置(40)充電，其特征在于，所述管理方法包括； 通信步驟:通過所述儲能變流器(30)與所述光伏逆變器(20)通信連接； 采樣步驟:通過所述儲能變流器(30)獲取所述蓄能裝置(40)的電性能參數； 判斷步驟:通過所述儲能變流器(30)將所述電性能參數與所述電性能參數的預設閾值進行比較； 以及調節步驟:通過所述儲能變流器(30)，根據所述判斷步驟的判斷結果產生調節所述光伏逆變器(20)的輸出功率的指令并將所述指令通過所述通信連接發送到所述光伏逆變器(20)。
8.根據權利要求7所述的微電網能量管理系統的管理方法，其特征在于，所述采樣步驟進一步包括: 獲取所述蓄能裝置(40)的充電電流和/或充電電壓；和/或， 獲取所述蓄能裝置(40)的電量。
9.根據權利要求8所述的微電網能量管理系統的管理方法，其特征在于，所述充電電流的預設閾值為0.25C ； 所述電量的預設閾值為額定電量的90%。
10.根據權利要求9所述的微電網能量管理系統的管理方法，其特征在于，所述調節步驟進一步包括: 根據所述判斷步驟的判斷結果將所述光伏逆變器(20)的輸出功率至少減少30%。
【文檔編號】H02J3/32GK104009489SQ201410216512
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】羅梅林 申請人:深圳市匯川技術股份有限公司