CN114156939A - 微电网***及其控制方法 - Google Patents

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陈金奇
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Abstract

本发明公开了一种微电网***及其控制方法，其中，该***包括：储能***、发电***和用电负载；控制器，用于在正常运行时控制储能***、发电***和用电负载的运行；储能***还用于在控制器故障时进入自主控制模式，控制储能***自身、发电***和用电负载的运行。本发明解决了现有技术中微电网***中控制器故障后导致微电网***供需不平衡的问题，减少储能***的损耗，延长储能***的寿命。

Description

微电网***及其控制方法
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，具体而言，涉及一种微电网***及其控制方法。
背景技术
当前，集成多种分布式电源和储能***的独立的孤岛型微电网，已经成为一种灵活、可靠和经济的电力供应方式，它可以有效解决海岛、山区等偏远地区的电力供应问题。在孤岛型微电网***中要实现分布式电源与负荷之间的功率平衡，需要通过GDC(通用数据控制器)调度上位机的策略，当GDC出现故障时，将可能出现电源与负荷长时间不匹配，易导致作为主要电压的储能***长期处于连续充电或放电状态，一旦其荷电状态(SOC)超过设计限值时，储能***将被迫退出运行，最终导致整个微电网停运，同时降低电池的使用寿命。
针对相关技术中微电网***中控制器故障后导致微电网***供需不平衡的问题，目前尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种微电网***及其控制方法，以至少解决现有技术中微电网***中控制器故障后导致微电网***供需不平衡的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种微电网***，包括：
储能***、发电***和用电负载；
控制器，用于在正常运行时控制储能***、发电***和用电负载的运行；
储能***还用于在控制器故障时进入自主控制模式，控制储能***自身、发电***和用电负载的运行。
进一步地，还包括：管理***，与控制器连接，用于制定微电网***的控制策略；控制器用于在正常运行时接收控制策略，并根据控制策略控制储能***、发电***和用电负载的运行。
进一步地，储能***在进入自主控制模式时，还用于检测发电***功率和用电负载功率，并根据发电***功率和用电负载功率控制储能***的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关。
进一步地，管理***至少包括以下之一：控制终端、服务器；管理***用于根据储能***、发电***和用电负载的运行状态确定控制策略；
发电***至少包括以下之一：风力发电***、光伏发电***；
用电负载包括照明设备和非照明设备。
进一步地，在管理***包括服务器时，控制器与服务器使用Tcp/Ip方式进行通讯；控制器与储能***、发电***和用电负载使用CAN方式进行通讯。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种微电网***控制方法，应用于如上述的微电网***，方法包括：
检测控制器的运行状态；其中，运行状态至少包括正常运行和故障；
在控制器故障时，控制储能***进入自主控制模式，通过储能***控制微电网***的运行。
进一步地，检测控制器的运行状态，包括：获取预设检测时间间隔；每间隔预设检测时间间隔检测是否收到控制器的在线标志数据；其中，在收到在线标志数据时，确定控制器正常运行，在未收到在线标志数据时，确定控制器故障。
进一步地，通过储能***控制微电网***的运行，包括：
获取自身的当前荷电数值和荷电状态参数；其中，荷电状态参数至少包括最小核电参数和最大核电参数；检测发电***功率和用电负载功率；根据当前荷电数值、荷电状态参数、发电***功率和用电负载功率控制自身的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关。
进一步地，根据当前荷电数值、荷电状态参数、发电***功率和用电负载功率控制自身的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关，包括：在当前荷电数值小于最小核电参数时，控制用电负载断开，并控制自身进入充电模式，按照发电***功率进行充电；在按照发电***功率进行充电之后，检测当前荷电数值是否大于最大核电参数；如果是，则停止充电，并控制用电负载按照预设顺序依次开启，直到发电***功率等于用电负载功率；其中，在预设顺序中照明设备优先于非照明设备。
进一步地，根据当前荷电数值、荷电状态参数、发电***功率和用电负载功率控制自身的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关，包括：在当前荷电数值大于最小核电参数且小于最大核电参数时，检测发电***功率是否大于用电负载功率；如果是，则按照第一功率为自身充电；其中，第一功率为发电***功率减去用电负载功率的差值；否则，查询非照明设备的用电功率，按照用电功率从大到小的顺序依次关闭非照明设备，直至发电***功率等于用电负载功率；其中，在非照明设备全部断开后，发电***功率小于用电负载功率，则控制自身进入放电模式，为用电负载供电；在为用电负载供电后，检测当前荷电数值是否小于最小核电参数，如果是，则退出放电模式，并断开用电负载。
进一步地，根据当前荷电数值、荷电状态参数、发电***功率和用电负载功率控制自身的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关，包括：在当前荷电数值大于最小核电参数时，检测发电***功率是否大于用电负载功率；如果是，则控制风力发电***关闭；其中，发电***至少包括以下之一：风力发电***、光伏发电***；否则，保持微电网***的当前运行状态；在风力发电***关闭后，检测光伏发电***是否小于用电负载功率；如果光伏发电***小于用电负载功率，查询非照明设备的用电功率，按照用电功率从大到小的顺序依次关闭非照明设备，直至发电***功率大于等于用电负载功率。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的微电网***控制方法。
在本发明中，提供了一种微电网***，在通用数据控制器GDC出现故障时，采用***本身中的储能***取代GDC作为***的调度中心，控制储能***、发电***和用电负载的运行。采用储能***作为***的调度中心，调整整个***的用电策略，避免通用数据控制器GDC故障造成的无主控状态，储能***长期处于连续充电或放电状态，其荷电状态超过设计限值时，储能***将被迫退出运行，最终导致整个微电网停运，同时降低电池的使用寿命的问题，减少储能***的损耗，延长储能***的寿命，尽可能保障***的正常运行。
附图说明
图1是根据本发明实施例的微电网***的一种可选的结构框图；
图2是根据本发明实施例的微电网***控制方法的一种可选的流程图。
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发明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、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
在本发明优选的实施例1中提供了一种微电网***，具体来说，图1示出该微电网***的一种可选的结构示意图，如图1所示，该微电网***包括：
用电负载；用电负载包括照明设备和非照明设备；
发电***，用于为微电网***提供电能；如图1所示，发电***包括风力发电***、光伏发电***；除此之外，还可以包括其他发电方式，如水利发电或其他新能源发电方式；
储能***，用于存储电能或为用电负载供电；
控制器，即通用数据控制器GDC，与储能***、发电***和用电负载连接，用于在正常运行时控制储能***、发电***和用电负载的运行；
其中，储能***还用于在控制器故障时进入自主控制模式，控制储能***、发电***和用电负载的运行。GDC出现故障时，常规的控制失效，由储能***调度进入自主控制模式。现有技术中在控制器故障时***会进入停摆状态，无法用电，影响用户的使用。或者现有技术中除了控制器还设置了备用的控制方案，例如备用控制器。在控制器异常时能够采用备用的控制器进行控制。但与现有技术中的备用控制器不同的是，本方案中的储能***此时已经不属于控制器层面的上层控制，而是储能***自主控制。储能***自主制定控制策略，并执行该控制策略，控制储能***自身、发电***和用电负载的运行。本方案不仅不需要备用的控制器，节约硬件成本，而且操作简单易行，不容易出错。
在上述实施方式中，提供了一种微电网***，在通用数据控制器GDC出现故障时，采用***本身中的储能***取代GDC作为***的调度中心，控制储能***、发电***和用电负载的运行。采用储能***作为***的调度中心，调整整个***的用电策略，避免通用数据控制器GDC故障造成的无主控状态，储能***长期处于连续充电或放电状态，其荷电状态超过设计限值时，储能***将被迫退出运行，最终导致整个微电网停运，同时降低电池的使用寿命的问题，减少储能***的损耗，延长储能***的寿命，尽可能保障***的正常运行。
本微电网***还包括管理***，用于制定微电网***的控制策略；管理***至少包括以下之一：控制终端、服务器；控制终端可以是触摸屏终端，控制器将各分部(发电和用电负载)的信息传递给上层服务器及触摸屏终端，使上层服务器及触摸屏进行管理调度；控制器接收上层服务器及触摸屏的控制策略，并按照控制策略进行控制。
具体地，储能***还用于检测发电***功率和用电负载功率，并根据发电***功率和用电负载功率控制储能***的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关。根据当前的电量尽可能的使储能***本身不处于无序的控制状态，在此基础上调整发用电，使储能***不处于过充或者过放状态，尽可能不损坏储能***，延长电池的使用寿命。
本发明中默认各用电负载具有通信功能、开关功能、能够自动上报自身的实时用电功率，同时GDC在***中能够广播自己在线标识数据(包括设备类型，设备地址等信息)，便于***中的其它负载或子***识别。GDC与服务器使用Tcp/Ip通讯，GDC与其他子***或用电负载使用CAN通讯。
实施例2
在本发明优选的实施例2中提供了一种微电网***控制方法，应用于上述实施例1中的微电网***。具体来说，图2示出该方法的一种可选的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤S202-S204：
S202：检测控制器的运行状态；其中，运行状态至少包括正常运行和故障；
S204：在控制器故障时，控制储能***进入自主控制模式，通过储能***控制微电网***的运行。本方法的执行主体为储能***，储能***执行控制器故障后的***控制。
在上述实施方式中，提供了一种微电网***，在通用数据控制器GDC出现故障时，采用***本身中的储能***取代GDC作为***的调度中心，控制储能***、发电***和用电负载的运行。采用储能***作为***的调度中心，调整整个***的用电策略，避免通用数据控制器GDC故障造成的无主控状态，储能***长期处于连续充电或放电状态，其荷电状态超过设计限值时，储能***将被迫退出运行，最终导致整个微电网停运，同时降低电池的使用寿命的问题，减少储能***的损耗，延长储能***的寿命，尽可能保障***的正常运行。
用户在触屏端设置服务器及储能***检测GDC在线标识的时间间隔M秒(例如5s)和N秒(例如10s)，设置储能***的可用SOC(储能***荷电状态)的最大值SOCmax和最小值SOCmin。SOCmin为储能***最小的荷电状态，低于该值储能***有过放风险；SOCma为储能***最大的荷电状态，高于该值储能***有过充风险。
服务器每隔M秒判断是否收到GDC的在线标识数据，若没有收到数据，给微网***的管理端发送，微网***管理端显示GDC掉线，***进入储能***自主控制。储能***每隔N秒判断是否收到GDC的在线标识数据，若没有收到数据，储能***当前执行的充放电策略失效(即储能进入不充不放状态)，储能子***进入自主控制。即检测控制器的运行状态，包括：获取预设检测时间间隔；每间隔预设检测时间间隔检测是否收到控制器的在线标志数据；其中，在收到在线标志数据时，确定控制正常运行，在未收到在线标志数据时，确定控制故障。
具体的控制方案包括：获取自身的当前荷电数值和荷电状态参数；其中，荷电状态参数至少包括最小核电参数和最大核电参数；检测发电***功率和用电负载功率；根据当前荷电数值、荷电状态参数、发电***功率和用电负载功率控制自身的充电和放电、发电***是否运行和用电负载的开关。通过检测光伏、风力、用电负载功率等参数，根据他们之间的关系调整整个***的用电策略，尽可能的延长***的基础用电及减少电池的损耗。
在当前荷电数值小于最小核电参数时，控制用电负载断开，并控制自身进入充电模式，按照发电***功率进行充电；对储能***充电，避免储能***有过放风险；在按照发电***功率进行充电之后，检测当前荷电数值是否大于最大核电参数；如果是，则停止充电，并控制用电负载按照预设顺序依次开启，直到发电***功率等于用电负载功率；其中，在预设顺序中照明设备优先于非照明设备。对储能***充电后，大于最大核电参数时停止充电，避免储能***有过充风险；之后多余的电能为负载供电。
在当前荷电数值大于最小核电参数且小于最大核电参数时，检测发电***功率是否大于用电负载功率；如果是，则按照第一功率为自身充电；其中，第一功率为发电***功率减去用电负载功率的差值；在当前荷电数值大于最小核电参数且小于最大核电参数时，储能***不需要充放电，因此优先考虑用电负载，多余的电能再为储能充电。否则，查询非照明设备的用电功率，按照用电功率从大到小的顺序依次关闭非照明设备，直至发电***功率等于用电负载功率；优先保障照明设备的用电。其中，在非照明设备全部断开后，发电***功率小于用电负载功率，则控制自身进入放电模式，为用电负载供电；在为用电负载供电后，检测当前荷电数值是否小于最小核电参数，如果是，则退出放电模式，并断开用电负载。
在当前荷电数值大于最小核电参数时，检测发电***功率是否大于用电负载功率；如果是，则控制风力发电***关闭；其中，发电***至少包括以下之一：风力发电***、光伏发电***；在当前荷电数值大于最小核电参数时，储能***不需要充电，因此，需要关闭部分发电***。否则，保持微电网***的当前运行状态；在风力发电***关闭后，检测光伏发电***是否小于用电负载功率；如果光伏发电***小于用电负载功率，查询非照明设备的用电功率，按照用电功率从大到小的顺序依次关闭非照明设备，直至发电***功率大于等于用电负载功率。
通过上述控制方案，根据当前的电量尽可能的使储能***本身不处于无序的控制状态，在此基础上调整发用电，使储能不处于过充或者过放状态，尽可能不损坏储能***，延长电池的使用寿命。
实施例3
基于上述实施例2中提供的微电网***控制方法，在本发明优选的实施例3中还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的微电网***控制方法。
在上述实施方式中，提供了一种微电网***，在通用数据控制器GDC出现故障时，采用***本身中的储能***取代GDC作为***的调度中心，控制储能***、发电***和用电负载的运行。采用储能***作为***的调度中心，调整整个***的用电策略，避免通用数据控制器GDC故障造成的无主控状态，储能***长期处于连续充电或放电状态，其荷电状态超过设计限值时，储能***将被迫退出运行，最终导致整个微电网停运，同时降低电池的使用寿命的问题，减少储能***的损耗，延长储能***的寿命，尽可能保障***的正常运行。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、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发明的一般性原理并包括本发明未发明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，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明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。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种微电网***，其特征在于，包括：
储能***、发电***和用电负载；
控制器，用于在正常运行时控制所述储能***、所述发电***和所述用电负载的运行；
所述储能***还用于在所述控制器故障时进入自主控制模式，控制所述储能***自身、所述发电***和所述用电负载的运行。
2.根据权利要求1所述的微电网***，其特征在于，还包括：
管理***，与所述控制器连接，用于制定微电网***的控制策略；
所述控制器用于在正常运行时接收所述控制策略，并根据所述控制策略控制所述储能***、所述发电***和所述用电负载的运行。
3.根据权利要求1所述的微电网***，其特征在于，所述储能***在进入所述自主控制模式时，还用于检测所述发电***功率和所述用电负载功率，并根据所述发电***功率和所述用电负载功率控制所述储能***的充电和放电、所述发电***是否运行和所述用电负载的开关。
4.根据权利要求1所述的微电网***，其特征在于，所述管理***至少包括以下之一：控制终端、服务器；所述管理***用于根据所述储能***、所述发电***和所述用电负载的运行状态确定所述控制策略；
所述发电***至少包括以下之一：风力发电***、光伏发电***；
所述用电负载包括照明设备和非照明设备。
5.根据权利要求4所述的微电网***，其特征在于，在所述管理***包括服务器时，所述控制器与所述服务器使用Tcp/Ip方式进行通讯；所述控制器与所述储能***、所述发电***和所述用电负载使用CAN方式进行通讯。
6.一种微电网***控制方法，应用于如权利要求1-5中任一项所述的微电网***，其特征在于，所述方法包括：
检测控制器的运行状态；其中，所述运行状态至少包括正常运行和故障；
在所述控制器故障时，控制储能***进入自主控制模式，通过所述储能***控制微电网***的运行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述检测控制器的运行状态，包括：
获取预设检测时间间隔；
每间隔所述预设检测时间间隔检测是否收到所述控制器的在线标志数据；其中，在收到所述在线标志数据时，确定所述控制器正常运行，在未收到所述在线标志数据时，确定所述控制器故障。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过所述储能***控制微电网***的运行，包括：
获取自身的当前荷电数值和荷电状态参数；其中，所述荷电状态参数至少包括最小核电参数和最大核电参数；
检测发电***功率和用电负载功率；
根据所述当前荷电数值、所述荷电状态参数、所述发电***功率和所述用电负载功率控制自身的充电和放电、所述发电***是否运行和所述用电负载的开关。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述当前荷电数值、所述荷电状态参数、所述发电***功率和所述用电负载功率控制自身的充电和放电、所述发电***是否运行和所述用电负载的开关，包括：
在所述当前荷电数值小于所述最小核电参数时，控制所述用电负载断开，并控制自身进入充电模式，按照所述发电***功率进行充电；
在按照所述发电***功率进行充电之后，检测所述当前荷电数值是否大于所述最大核电参数；
如果是，则停止充电，并控制所述用电负载按照预设顺序依次开启，直到所述发电***功率等于所述用电负载功率；其中，在所述预设顺序中照明设备优先于非照明设备。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述当前荷电数值、所述荷电状态参数、所述发电***功率和所述用电负载功率控制自身的充电和放电、所述发电***是否运行和所述用电负载的开关，包括：
在所述当前荷电数值大于所述最小核电参数且小于所述最大核电参数时，检测所述发电***功率是否大于所述用电负载功率；
如果是，则按照第一功率为自身充电；其中，所述第一功率为所述发电***功率减去所述用电负载功率的差值；
否则，查询非照明设备的用电功率，按照所述用电功率从大到小的顺序依次关闭所述非照明设备，直至所述发电***功率等于所述用电负载功率；其中，在所述非照明设备全部断开后，所述发电***功率小于所述用电负载功率，则控制自身进入放电模式，为所述用电负载供电；
在为所述用电负载供电后，检测所述当前荷电数值是否小于所述最小核电参数，如果是，则退出所述放电模式，并断开所述用电负载。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述当前荷电数值、所述荷电状态参数、所述发电***功率和所述用电负载功率控制自身的充电和放电、所述发电***是否运行和所述用电负载的开关，包括：
在所述当前荷电数值大于所述最小核电参数时，检测所述发电***功率是否大于所述用电负载功率；
如果是，则控制风力发电***关闭；其中，所述发电***至少包括以下之一：风力发电***、光伏发电***；
否则，保持所述微电网***的当前运行状态；
在所述风力发电***关闭后，检测所述光伏发电***是否小于所述用电负载功率；
如果所述光伏发电***小于所述用电负载功率，查询非照明设备的用电功率，按照所述用电功率从大到小的顺序依次关闭所述非照明设备，直至所述发电***功率大于等于所述用电负载功率。
12.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求6至11中任一项所述的微电网***控制方法。
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