CN113300393B - 直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、存储介质 - Google Patents

直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、存储介质，其应用于直流微电网，所述直流微电网包括并网逆变器、光伏发电装置、直流负荷以及电池储能装置，当直流微电网处于孤网状态时，执行第一控制策略；当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|大于等于第一波动幅值阈值时，执行第二控制策略；当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|小于第一波动幅值阈值时，执行第三控制策略，本发明通过对直流微电网在不同运行模式下的母线电压的调节和储能SOC控制，考虑了分布式电源接口变流器在孤岛和并网运行下的协调控制要求，所提出的方法可使直流微电网即使在故障下也能保持稳定运行。

Description

直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、存储介质
技术领域
本发明涉及直流微电网技术领域，具体涉及一种直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、计算机可读存储介质。
背景技术
近年来，由于温室气体的排放和能源需求的增加，环境问题日益受到关注，微电网已经成为解决此类问题的可持续方案；微电网具有运行成本低、运行效率高、电能质量高等优点；其中，相比于交流微电网，直流微电网能够有效地将分布式电源整合到电网中，因此得到了广泛的研究和关注；此外，交流微电网的缺点，如复杂的有功和无功功率控制、频率稳定性、多个交直流转换导致效率低下等问题，直流微电网都不存在。
在直流微电网中，主要的控制目标是将直流侧电压维持在可接受的范围内；因此，直流微电网需要采取有效的控制方法，在并网和孤岛两种运行模式下调节直流电压。以往的研究中，重点是将分布式电源和负载进行精确的功率共享；然而，如果电池储能装置的能量没有得到适当的管理，直流网络中的电池储能装置会面临深度放电和过度充电的风险。此外，现有的直流微电网能量管理方法大多没有考虑电网扰动时的暂态响应问题，但是，直流电网的电压调节要求储能能够参与***电压稳定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、计算机可读存储介质，以使得直流微电网即使在故障下也能保持稳定运行。
为实现上述目的，本发明第一方面提出一种直流微电网电池储能能量管理方法，应用于直流微电网，所述直流微电网包括并网逆变器、光伏发电装置、直流负荷以及电池储能装置，该方法包括：
当直流微电网处于孤网状态时，执行第一控制策略；
所述第一控制策略包括：
步骤S1.1、判断电池储能装置的SOC是否大于第一SOC阈值且小于第二SOC阈值，若是，则进入步骤S1.2；若不是，则进入步骤S1.3；
步骤S1.2、判断直流母线电压波动幅值ΔVdc是否大于0，若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；若否，则将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；
步骤S1.3、判断SOC是否小于第一SOC阈值，若是，则进行甩负荷操作，并将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；若否，则对光伏发电模块进行减功率操作，使其不运行于MPPT状态，并将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref。
可选地，所述进行甩负荷操作，包括：
将参与需求响应的负荷中断，并判断在该负荷终端后负荷容量是否满足负荷需求，若满足，则停止甩负荷操作，若不满足，则进一步对不重要负荷进行中断。
可选地，所述方法还包括：
当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|大于等于第一波动幅值阈值时，执行第二控制策略；
所述第二控制策略包括：
步骤S2.1、判断直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|是否大于第二波动幅值阈值，若是，控制直流微电网暂时停运，待故障清除后，再重启直流微电网；若不是，则进入步骤S2.2；
步骤S2.2、判断电池储能装置的SOC是否大于第一SOC阈值且小于第二SOC阈值，若是，进入步骤S2.3；若不是，则不进行任何动作；
步骤S2.3、判断直流母线电压波动幅值ΔVdc是否大于0，若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；反之，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref。
可选地，所述第一SOC阈值为30％，所述第二SOC阈值为90％。
可选地，所述第一波动幅值阈值为0.09pu；所述第二波动幅值阈值为0.11pu。
可选地，所述方法还包括：
当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|小于第一波动幅值阈值时，执行第三控制策略；
所述第三控制策略包括：
步骤S3.1、判断电池储能装置的SOC是否小于第三SOC阈值，若是，进入步骤S3.2；若不是，进入步骤S3.3；
步骤S3.2、判断直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|是否小于第三波动幅值阈值，若不是，不进行任何动作；若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref，然后判断电池储能装置的SOC是否小于第四SOC阈值，若是，则返回至步骤S3.2，若不是，则不进行任何动作；
步骤S3.3、判断电池储能装置的SOC是否大于80％，若不是，不进行任何动作；若是，进入步骤S3.4；
步骤S3.4、判断|ΔVdc|是否小于第三波动幅值阈值，若不是，不进行任何动作；若是，则将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref，然后判断电池储能装置的SOC是否大于第四SOC阈值，若是，则返回至步骤S3.4，若不是，则不进行任何动作。
可选地，所述第三SOC阈值为50％，所述第四SOC阈值为70％。
可选地，所述第一波动幅值阈值为0.09pu；所述第三波动幅值阈值为0.03pu。
本发明第二方面提出一种管理设备，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据第一方面所述直流微电网电池储能能量管理方法的步骤。
本发明第三方面提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据第一方面所述直流微电网电池储能能量管理方法的步骤。
综上，本发明提出一种直流微电网电池储能能量管理方法、管理设备、计算机可读存储介质，其至少具有以下有益效果：
与现有能量管理策略相比，本发明的实施例考虑了电池储能装置可能面临的深度放电和过度充电风险，并将暂态过程对直流微电网***的影响纳入考虑范畴，利用电池储能装置的充放电功能，支撑并网逆变器对直流微电网电压稳定的控制。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中一种直流微电网电池储能能量管理方法的流程图。
图2为本发明一实施例中储能双向DC/DC变换器的控制框图。
图3为本发明一实施例中一种管理设备的结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明一实施例提出一种直流微电网电池储能能量管理方法，应用于直流微电网，所述直流微电网包括并网逆变器、光伏发电装置、直流负荷以及电池储能装置，为了有效地管理电池能量，满足微网直流控制的要求，本发明实施例的能量管理方法针对三种工作模式进行控制调节；所述三种模式基于直流微电网的运行模式、电池储能装置的SOC水平和直流母线电压波动幅值ΔVdc进行区分；
具体地，所述直流母线电压波动幅值ΔVdc根据以下公式计算得到：
其中，Vdcn为直流电压额定值，Vdc为直流电压测量值。
参阅图1，本发明实施例的方法包括如下步骤：
步骤S1、当直流微电网处于孤网状态时，执行第一控制策略；
所述第一控制策略包括：
步骤S1.1、判断电池储能装置的SOC是否大于第一SOC阈值且小于第二SOC阈值，若是，则进入步骤S1.2；若不是，则进入步骤S1.3；
步骤S1.2、判断直流母线电压波动幅值ΔVdc是否大于0，若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；若否，则将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；
步骤S1.3、判断SOC是否小于第一SOC阈值，若是，则进行甩负荷操作，并将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；若否，则对光伏发电模块进行减功率操作，使其不运行于MPPT状态，并将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref。
举例而言，所述进行甩负荷操作，包括：
将参与需求响应的负荷中断，并判断在该负荷终端后负荷容量是否满足负荷需求，若满足，则停止甩负荷操作，若不满足，则进一步对不重要负荷进行中断。
进一步地，请继续参阅图1，本发明实施例的方法还包括：
步骤S2、当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|大于等于第一波动幅值阈值时，执行第二控制策略；所述联网状态指的是直流微电网与电网的交流***连接；
所述第二控制策略包括：
步骤S2.1、判断直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|是否大于第二波动幅值阈值，若是，控制直流微电网暂时停运，待故障清除后，再重启直流微电网；若不是，则进入步骤S2.2；
步骤S2.2、判断电池储能装置的SOC是否大于第一SOC阈值且小于第二SOC阈值，若是，进入步骤S2.3；若不是，则不进行任何动作；
步骤S2.3、判断直流母线电压波动幅值ΔVdc是否大于0，若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；反之，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref。
举例而言，所述第一SOC阈值优选但不限于为30％，所述第二SOC阈值优选但不限于为90％。
举例而言，所述第一波动幅值阈值优选但不限于为0.09pu；所述第二波动幅值阈值优选但不限于为0.11pu。
其中，pu是标幺值的单位；标幺值是电力***分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值，单位为pu(也可以认为其无量纲)；标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值,当基准值选取不同时,其标幺值也不同；它们的关系如下：标幺值＝有名值/基准值。
进一步地，请继续参阅图1，本发明实施例的方法还包括：
步骤S3、当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|小于第一波动幅值阈值时，执行第三控制策略；
所述第三控制策略包括：
步骤S3.1、判断电池储能装置的SOC是否小于第三SOC阈值，若是，进入步骤S3.2；若不是，进入步骤S3.3；
步骤S3.2、判断直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|是否小于第三波动幅值阈值，若不是，不进行任何动作；若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref，然后判断电池储能装置的SOC是否小于第四SOC阈值，若是，则返回至步骤S3.2，若不是，则不进行任何动作；
步骤S3.3、判断电池储能装置的SOC是否大于80％，若不是，不进行任何动作；若是，进入步骤S3.4；
步骤S3.4、判断|ΔVdc|是否小于第三波动幅值阈值，若不是，不进行任何动作；若是，则将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref，然后判断电池储能装置的SOC是否大于第四SOC阈值，若是，则返回至步骤S3.4，若不是，则不进行任何动作。
举例而言，所述第三SOC阈值优选但不限于为50％，所述第四SOC阈值优选但不限于为70％。
举例而言，所述第一波动幅值阈值优选但不限于为0.09pu；所述第三波动幅值阈值优选但不限于为0.03pu。
其中，参阅图2，直流电压放电参考值Vdisref和直流电压充电参考值Vchgref用于控制与电池储能装置相连的DC/DC双向变换器的直流电压控制模式。
需说明的是，在本发明实施例中，所述第一控制策略用于孤网状态下，既调节直流电压同时保障电池储能装置的SOC范围；所述第二控制策略用于联网状态下，储能补偿网络中的临时功率变化，支持并网逆变器在大扰动下调节直流电压；所述第三控制策略用于联网状态下，电池储能装置获得所述第一控制策略和所述第二控制策略下直流微电网有效运行所需的SOC水平，防止过充放电引起的不必要中断。
与现有能量管理策略相比，本发明实施例提出的方法考虑了电池储能装置可能面临的深度放电和过度充电风险，并将暂态过程对直流微电网***的影响纳入考虑范畴，利用电池储能装置的充放电功能，支撑并网逆变器对直流微电网电压稳定的控制。
参阅图3，本发明另一实施例还提出一种管理设备，包括：存储器10和处理器20，所述存储器10中存储有计算机可读指令101，所述计算机可读指令101被所述处理器20执行时，使得所述处理器20执行根据上述实施例所述直流微电网电池储能能量管理方法的步骤。
当然，所述管理设备还可以具有有线或无线网络接口、键盘以及输入输出接口等部件，以便进行输入输出，该管理设备还可以包括其他用于实现设备功能的部件，在此不做赘述。
示例性地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述管理设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述管理设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个所述管理设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或单元，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或单元，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述管理设备的各种功能。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明的另一实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例所述直流微电网电池储能能量管理方法的步骤。
具体而言，所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种直流微电网电池储能能量管理方法，应用于直流微电网，所述直流微电网包括并网逆变器、光伏发电装置、直流负荷以及电池储能装置，其特征在于，包括：
当直流微电网处于孤网状态时，执行第一控制策略；
当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|大于等于第一波动幅值阈值时，执行第二控制策略；
当直流微电网处于联网状态时，且直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|小于第一波动幅值阈值时，执行第三控制策略；
所述第一控制策略包括：
步骤S1.1，判断电池储能装置的SOC是否大于第一SOC阈值且小于第二SOC阈值，若是，则进入步骤S1.2；若不是，则进入步骤S1.3；
步骤S1.2，判断直流母线电压波动幅值ΔVdc是否大于0，若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；若否，则将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；
步骤S1.3，判断SOC是否小于第一SOC阈值，若是，则进行甩负荷操作，并将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；若否，则对光伏发电模块进行减功率操作，使其不运行于MPPT状态，并将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；
所述第二控制策略包括：
步骤S2.1，判断直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|是否大于第二波动幅值阈值，若是，控制直流微电网暂时停运，待故障清除后，再重启直流微电网；若不是，则进入步骤S2.2；
步骤S2.2，判断电池储能装置的SOC是否大于第一SOC阈值且小于第二SOC阈值，若是，进入步骤S2.3；若不是，则不进行任何动作；
步骤S2.3，判断直流母线电压波动幅值ΔVdc是否大于0，若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref；反之，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref；
所述第三控制策略包括：
步骤S3.1，判断电池储能装置的SOC是否小于第三SOC阈值，若是，进入步骤S3.2；若不是，进入步骤S3.3；
步骤S3.2，判断直流母线电压波动幅值的绝对值|ΔVdc|是否小于第三波动幅值阈值，若不是，不进行任何动作；若是，将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压充电参考值Vchgref，然后判断电池储能装置的SOC是否小于第四SOC阈值，若是，则返回至步骤S3.2，若不是，则不进行任何动作；
步骤S3.3，判断电池储能装置的SOC是否大于80%，若不是，不进行任何动作；若是，进入步骤S3.4；
步骤S3.4，判断|ΔVdc|是否小于第三波动幅值阈值，若不是，不进行任何动作；若是，则将电池储能装置的直流电压控制指令值设定为直流电压放电参考值Vdisref，然后判断电池储能装置的SOC是否大于第四SOC阈值，若是，则返回至步骤S3.4，若不是，则不进行任何动作。
2.根据权利要求1所述的直流微电网电池储能能量管理方法，其特征在于，所述进行甩负荷操作，包括：
将参与需求响应的负荷中断，并判断在该负荷中断后负荷容量是否满足负荷需求，若满足，则停止甩负荷操作，若不满足，则进一步对不重要负荷进行中断。
3.根据权利要求1-2任一项所述的直流微电网电池储能能量管理方法，其特征在于，所述第一SOC阈值为30%，所述第二SOC阈值为90%。
4.根据权利要求1-2任一项所述的直流微电网电池储能能量管理方法，其特征在于，所述第一波动幅值阈值为0.09pu；所述第二波动幅值阈值为0.11pu。
5.根据权利要求4所述的直流微电网电池储能能量管理方法，其特征在于，所述第三SOC阈值为50%，所述第四SOC阈值为70%。
6.根据权利要求4所述的直流微电网电池储能能量管理方法，其特征在于，所述第一波动幅值阈值为0.09pu；所述第三波动幅值阈值为0.03pu。
7.一种管理设备，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求1-6任一项所述直流微电网电池储能能量管理方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-6中任一项所述直流微电网电池储能能量管理方法的步骤。
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