一種包含儲能和能量路由器的網絡系統及能量調節方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于可再生能源能量控制裝置應用設計及其在可再生能源電力網絡中的并網技術應用領域，具體涉及一種包含儲能和能量路由器的網絡系統及能量調節方法。
【背景技術】
[0002]隨著先進科學技術的進步和全世界經濟發展水平的提高，世界各國對于能源的需求也越來越多，傳統的化石能源正趨于枯竭;因此，新能源的整合與開發越來越受到人們的關注和追捧，尤其是風能和太陽以其得天獨厚的優勢，得到更為廣泛的開發和利用。然而，這二者能量來源完全受自然界影響且不可控，有很大的隨機性和間歇性;伴隨著分布式發電系統所發電能在電力系統中所占比例的增加，其功率輸出的波動給電網安全運行帶來了日趨嚴重的影響。
[0003]為了解決這一矛盾，儲能技術就逐漸成為了關注的焦點；由于風能的波動尤為突出，電能的存儲方法和方式與風力發電系統相結合的研究工作已迫在眉睫。儲能的思路是在風力富裕、負荷較輕時將一部分能量存入儲能設備，在風力波動或不足時輸出存儲的能量，保證功率的穩定，這樣起到電力調峰平滑輸出的作用；
[0004]電能的存儲問題，它涉及多個學科、多個領域;在電力行業，儲能一直以來是一項非常重要的技術，也是一個特別重要的環節，特別是當分布式電源并網技術、微電網技術、智能電網技術等開始實施后，儲能技術的重要性更加顯現;除了在電力行業具有重要作用夕卜，儲能技術也是通信、交通運輸、航天等多行業的重要支撐技術，因此儲能技術的發展關系到很多行業的進步。經過較長時間的發展，儲能技術也獲得了較大程度的發展；另外，儲能的形式也是各式各樣，大致可以分成物理儲能，包括抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等；電化學儲能，包括鉛酸、鋰離子、液流、鎳鎘(N1-Cd)、鈉硫(Na-S)電池等；電磁儲能即超導線圈儲能和超級電容儲能等等。世界上許多國家，都對儲能技術投入了很大的研究力量，也獲得了可觀的成果;較之國外先進技術，還存在不小的差距；因此，儲能技術的應用研究具有巨大的研究意義和實用價值。
[0005]然而，常見的抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、鉛酸、鋰離子、液流、鎳鎘(N1-Cd)、鈉硫(Na-S)電池、超導線圈儲能和超級電容儲能等單一的儲能元件很難滿足或者跟本就不能同時滿足高頻大功率波動、高能量密度、長循環壽命和低成本的要求，每種儲能都有自己的優缺點，從整體來看，具有高能量密度的元件，一般功率密度小，循環使用壽命短如鉛酸化學電池;高功率密度的元件，循環壽命長，能量密度卻不高，如超級電容器；同時具有高能量密度和高功率密度的元件，成本造價卻又十分昂貴，如鋰離子電池;這就限制了單一儲能元件在電力系統中的快速發展和廣泛應用;超級電容器是最近幾年來的新型的一種電力儲能元件，以它相對較長的使用壽命、寬廣的工作溫度范圍、較快的充放電速度和較大的功率密度等優點，恰好與蓄電池缺點相互有效的彌補，因此，使其具有了巨大的發展空間；
[0006]針對典型儲能元件不同的工作特點，如化學超級電容器和電池，不斷有專家提出了采用超級電容器和化學電池組成混合系統來儲能電能;這使得混合儲能系統兼具超級電容器高功率密度、長循環使用壽命和化學電池高能量密度的特點，滿足尖峰功率的快速吞吐和大容量電能交換需求;采用混合儲能系統在能夠有效節約體積和重量的前提下，還可以大大改善儲能系統的整體性能，又能減少初期的建設投資和維護費用，使其在當今世界人民生產和生活的各個方面擁有著廣闊的應用前景。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明提出一種包含儲能和能量路由器的網絡系統及能量調節方法，使其整體可以與可再生能源發電快速、精確的進行功率的吞吐和能量交換，實現對可再生能源發電短時間功率快速波動的平抑和長時間能量的補充與存儲;本發明這種包含儲能和能量路由器的網絡系統同時滿足高功率密度、大能量密度、長循環使用壽命和低價格水平的要求，即實時滿足平抑分布式新能源發電系統輸出功率波動需求的特性;該能量路由器能夠根據需求實現不同儲能元件充放電獨立精確的控制和調節，從而在實現實時平抑分布式能源發電系統功率波動的過程中充分發揮各儲能元件的性能優勢。
[0008]一種包含儲能和能量路由器的網絡系統，包括可再生能源交流發電系統、交流負載，該系統還包括、能量路由器、第一雙向AC/DC變流器、第二雙向AC/DC變流器、第三雙向AC/DC變流器、第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統，其中，所述的能量路由器包括功率采集模塊、計算模塊、比較決策模塊、荷電狀態檢測模塊和選擇接入動作執行裝置；
[0009]功率采集模塊:用于采集可再生能源交流發電系統輸出端的A、B、C三相功率值和交流負載輸入端的A、B、C三相功率值，并將采集的功率值發送至計算模塊中；
[0010]計算模塊:用于獲得交流負載輸入端的A相功率值與可再生能源交流發電系統輸出端的A相功率值之間的差值、交流負載輸入端的B相功率值與可再生能源交流發電系統輸出端的B相功率值之間的差值、交流負載輸入端的C相功率值與可再生能源交流發電系統輸出端的C相功率值之間的差值，并將獲得的三個功率差值發送至比較決策模塊中；
[0011]荷電狀態檢測模塊:用于檢測第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統的荷電狀態，即所存儲的能量值，并發送至比較決策模塊中；
[0012]比較決策模塊:用于將三個功率差值進行升序排序，將三個存儲能量值也進行升序排序，將排序后的功率差值與排序后的存儲能量值按順序對應組合，獲得微網A、B、C三相與第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統的連接狀態，發送執行信號至選擇接入動作執行裝置；
[0013]選擇接入動作執行裝置:用于將微網A、B、C三相與第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統按照執行信號進行連接；
[0014]第一雙向AC/DC變流器、第二雙向AC/DC變流器和第三雙向AC/DC變流器:用于將第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統接入可再生能源交流發電系統中，完成能量雙向流動；
[0015]第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統:用于對可再生能源交流發電系統輸出的功率波動和負載吸收功率的變化進行平抑的能量存儲裝置。
[0016]所述的選擇接入動作執行裝置，由三個步進繼電器組成。
[0017]所述的第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統，包括Na-S化學電池組、超級電容器組、兩個雙向DC/DC功率變換器;其中，Na-S化學電池組的輸出端連接一個雙向DC/DC功率變換器的低壓側，超級電容器組的輸入端連接另一個雙向DC/DC功率變換器的低壓側，兩個雙向DC/DC功率變換器的高壓測并聯作為混合儲能系統的輸出端。
[0018]采用包含儲能和能量路由器的網絡系統進行的能量調節方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1、采用功率采集模塊采集可再生能源交流發電系統輸出端的A、B、C三相功率值和交流負載輸入端的A、B、C三相功率值，并將采集的功率值發送至計算模塊中；
[0020]步驟2、采用計算模塊獲得交流負載輸入端的A相功率值與可再生能源交流發電系統輸出端的A相功率值之間的差值、交流負載輸入端的B相功率值與可再生能源交流發電系統輸出端的B相功率值之間的差值、交流負載輸入端的C相功率值與可再生能源交流發電系統輸出端的C相功率值之間的差值，并將獲得的三個功率差值發送至比較決策模塊中；
[0021]步驟3、采用荷電狀態檢測模塊檢測第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統的荷電狀態，即能量存儲值，并將三個能量存儲值發送至比較決策模塊中；
[0022]步驟4、采用比較決策模塊將三個功率差值進行升序排序，將三個能量存儲值也進行升序排序，將排序后的功率差值與排序后的能量存儲值按順序對應組合，獲得微網A、B、C三相與第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統的連接狀態，發送執行信號至選擇接入動作執行裝置；
[0023]步驟5、采用選擇接入動作執行裝置將微網A、B、C三相與第一混合儲能系統、第二混合儲能系統和第三混合儲能系統按照執行信號進行連接；
[0024]