CN116109078A - 多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置 - Google Patents
多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116109078A CN116109078A CN202211675410.7A CN202211675410A CN116109078A CN 116109078 A CN116109078 A CN 116109078A CN 202211675410 A CN202211675410 A CN 202211675410A CN 116109078 A CN116109078 A CN 116109078A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- port
- load
- energy
- mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 116
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 58
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06312—Adjustment or analysis of established resource schedule, e.g. resource or task levelling, or dynamic rescheduling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
- H02J3/0075—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source according to economic or energy efficiency considerations, e.g. economic dispatch
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
- H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Marketing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置，以保证多端口电力电子设备内部功率平衡、维持母线稳定为目标，提出了多模式能量协调控制策略，划分了八种运行模式，实现了设备在并离网状态下的模式切换，保证设备在各种状态下的安全可靠用电，并详细给出各端口的运行状态、功率流向以及模式切换等，扩大了电力电子设备的运行场景，且提高了电力电子设备对于分布式发电的利用率以及运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子设备控制领域，特别涉及一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置。
背景技术
自第四次工业革命以来，工业和科技飞速发展，世界各国对能源的需求亦日益增加。能源作为经济和工业发展的命脉，与人们的生活息息相关。化石能源作为最常见的一次能源，其不完全燃烧后产生的气体却是极其珍贵的燃料，但是由于化石能源的不可再生性以及人类对电能的巨大需求，使得化石能源正逐渐面临枯竭，并且由传统化石能源构建而成的大电网弊端亦日益显现：污染现象严重、建设资金过高、电能远距离传输线损率较大、易产生温室气体。因此为了解决上述问题，世界各国纷纷呼吁节能减排，积极鼓励新能源产业技术的发展。微电网应运而生，微电网的出现实现了传统大电网向智能电网转变的目标。它主要由分布式电源、储能装置、能量转换装置和负载等设备组成。分布式发电与可再生能源的结合有效的减少了对传统化石能源的依赖，为自身的发展创造出更为宽阔的舞台。微电网根据自身与母线连接方式的不同可以分为以下三类：直流微电网、交流微电网、交直流混合微电网。其运行模式大致分为并网和孤岛运行两种方式。微电网既可以是独立的供配电***，也可以与大电网相连向大电网输送电能。近年来，直流微电网因其内部结构简单且电能之间无需进行过多繁琐变换的优势深受广大学者的关注。但现有研究虽然使得微电网能够在较多的模式下运行，例如负载功率变化，分布式发电功率变化，储能电池剩余荷电容量SOC变化等不同情况下***的稳定运行，但是存在对于并离网两种状态下依然能够稳定运行研究不多且对于多模式的划分不明确、分类不清晰、各端口运行状态及控制方式不明确等问题。
发明内容
为了实现电力电子设备的稳定高效投运，针对现有技术的不足，本发明提出了一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置，从而扩大了电力电子设备的运行范围，提高了电力电子设备应对突发故障的能力。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，包含以下步骤：
步骤1：判断多端口电力电子设备所处的运行模式；
步骤2：对多端口电力电子设备制定多模式能量协调控制策略；
步骤3：各端口执行多模式能量协调控制策略的指令；
步骤4：各运行模式稳定切换。
进一步地，所述步骤1具体实现方法为：首先计算分布式输出功率Pz和负荷功率Pload，通过比较分布式输出功率Pz和负荷功率Pload Pload的功率大小来判断电力电子设备的电网或储能端口是发出能量还是吸收能量，再根据电力电子设备的并离网状态来判断是电网端口是否能够参与能量协调，再结合储能设备剩余荷电容量SOC判断设备当前所处运行模式，根据运行模式确定当前模式下各端口的工作状态以选择合适的控制策略，使电力电子设备稳定运行，多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略以表格形式列出；
进一步地，所述步骤2的具体实现方法为：考虑实际应用场景中各个端口的多种运行状态，根据光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz与负荷功率Pload的大小关系以及蓄电池剩余荷电容量SOC划分出多种运行模式，给出多模式下的协调控制策略，对各端口下发指令。
进一步地，所述多模式下的协调控制策略包括：
模式一：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≥0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于空闲状态，负载正常工作，通过并网端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率流向电网；
模式二：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＜0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被储能电池吸收；
模式三：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≥0.8，则此时设定光伏及风电端口调整为恒压控制模式，储能端口处于空闲状态，负载正常工作，通过光伏及风电端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被舍弃；
模式四：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＜0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被储能电池吸收；
模式五：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＞0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于放电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由储能电池提供；
模式六：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≤0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口和并网端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由电网提供，并且电网给储能电池提供充电功率；
模式七：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＞0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于放电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由储能电池提供；
模式八：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≤0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于空闲状态，切除非重要负载，通过光伏及风电端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额通过切除非重要负载来解决。
进一步地，所述步骤3的具体实现方法为：多端口电力电子设备包含光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载；光伏和风电端口为光伏阵列和风电机组提供标准化接口，经单向升压Boost转换器连接直流母线，将光能和风能转换成可靠的电能，输入电力电子设备；储能端口采用双向Buck/Boost变换器将储能电池与直流母线相连，根据电力电子设备的需要进行充放电控制；并网端口采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连，根据需要选择是否和电力网络连接，实现能源子网和电力网络之间的能量双向流动，或根据电力电子设备的操作需求断开，实现能源子网独立运行；并采用三相AC/DC变流器将直流母线与交流负载相连，从电力电子设备统获取电能；光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载共用一个直流母线，并行运行。
进一步地，所述各个端口控制方式如下：
(1)光伏及风电Boost变换器：光伏端口和风电端口采用MPPT即最大功率追踪控制实以使得光伏电池时刻保证在其最大功率处输出，从而实现能量利用最大化，在储能端口和并网端口无法参与能量协调时，为了维持直流母线电压的稳定，光伏及风电***根据中央控制器发出的指令进行CVC即直流母线恒压控制；
(2)储能双向Buck/Boost变换器：将根据直流侧电压值通过双闭环恒压控制充放电来维持直流母线电压稳定；
(3)并网三相AC/DC变流器：基于dq解耦的电压、电流进行双闭环控制，变流器的直流电压是由电压外环控制的，通过参考电压值与实际电压值相比较后，经过PI调节得到d轴的给定电流，电流内环在检测到给定电流后在经过相关调节工作控制变流器的交流侧电流。
进一步地，所述步骤4的具体实现方法为：在分布式输出功率Pz、负荷功率Pload、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC再次发生变化时，在满足储能电池剩余荷电容量SOC达到上、下限截止的前提下，母线电压上升5％或者下降5％时，继续判断运行模式状态，并实现各运行模式之间的平滑稳定切换。
本发明还提供一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，包括：
划分模块，用于根据当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池荷电容量SOC的情况，划分多端口电力电子设备所处的运行模式；
策略制定模块，用于根据当前所处运行模式对多端口电力电子设备制定多模式能量协调控制策略；
执行模块，用于各端口执行多模式能量协调控制策略的指令；在当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素再次发生变化时，继续进行模式判断，重复步骤1-3，实现各运行模式稳定切换。
进一步地，所述划分模块首先计算分布式输出功率Pz和负荷功率Pload，通过比较分布式输出功率Pz和负荷功率Pload Pload的功率大小来判断电力电子设备的电网或储能端口是发出能量还是吸收能量，再根据电力电子设备的并离网状态来判断是电网端口是否能够参与能量协调，再结合储能设备剩余荷电容量SOC判断设备当前所处运行模式，根据运行模式确定当前模式下各端口的工作状态以选择合适的控制策略，使电力电子设备稳定运行，多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略以表格形式列出。
进一步地，所述策略制定模块考虑实际应用场景中各个端口的多种运行状态，根据光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz与负荷功率Pload的大小关系以及蓄电池剩余荷电容量SOC划分出多种运行模式，给出多模式下的协调控制策略，对各端口下发指令。
进一步地，所述执行模块用于多端口电力电子设备执行指令，所述多端口电力电子设备包含光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载；光伏和风电端口为光伏阵列和风电机组提供标准化接口，经单向升压Boost转换器连接直流母线，将光能和风能转换成可靠的电能，输入电力电子设备；储能端口采用双向Buck/Boost变换器将储能电池与直流母线相连，根据电力电子设备的需要进行充放电控制；并网端口采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连，根据需要选择是否和电力网络连接，实现能源子网和电力网络之间的能量双向流动，或根据电力电子设备的操作需求断开，实现能源子网独立运行；并采用三相AC/DC变流器将直流母线与交流负载相连，从电力电子设备统获取电能；光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载共用一个直流母线，并行运行；在分布式输出功率Pz、负荷功率Pload、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC再次发生变化时，在满足储能电池剩余荷电容量SOC达到上、下限截止的前提下，母线电压上升5％或者下降5％时，继续判断运行模式状态，并实现各运行模式之间的平滑稳定切换。
有益效果：
1、本发明提出的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，考虑实际工况下分布式输出功率、负载功率、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素，不同于现有控制策略针对固定情况下的适用性，不仅能够适应分布式输出功率变化以及负载变化，还能够在在不同的储能电池SOC情况下实现在并网、离网两种状态下依然能够稳定运行，极大的扩大了电力电子设备的运行范围，提高了电力电子设备应对突发故障的能力。
2、在进行控制策略执行时，本发明首先针对当前分布式输出功率Pz和负荷功率Pload进行判断，再依次判断并离网状态和SOC所处区间，根据判断结果，划分出不同运行模式，对各个模式采取不同的控制方式，有针对性地进行控制指令的下发，使得得出的指令能更为准确地控制当前各个端口的运行，提高了电力电子设备的运行稳定性。
3、在分布式输出功率、负载功率、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素再次发生变化时，本发明能继续判断模式状态，并实现各模式之间的平滑稳定切换，无需多余操作，方便简洁。
4、本发明提出的多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略具有非常强的普适性，本发明建立在一种多端口电力电子设备的基础上，其核心在于考虑运行的多种模式划分与稳定切换，针对各种模式分别进行控制，在适用于其他具有分布式电源、储能、负载及并网端口的电力电子设备时，本发明依旧成立。
附图说明
图1为为本发明的一种多端口电力电子设备结构图；
图2为本发明的多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略示意图；
图3为本发明的多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略模式选择流程图；
图4为本发明的多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略模式切换图；
图5为本发明的多端口电力电子设备光伏及风电单元的变换器控制框图；
图6为本发明的多端口电力电子设备电网单元的变换器控制框图；
图7为本发明的多端口电力电子设备储能单元的变换器控制框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，多端口电力电子设备包含光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载；光伏端口和风电端口为光伏阵列和风电机组提供标准化接口，经单向升压Boost转换器连接直流母线，将光能和风能转换成可靠的电能，输入电力电子设备；储能端口采用双向Buck/Boost变换器将储能电池与直流母线相连，可根据电力电子设备的需要进行充放电控制；并网端口采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连，既可以根据需要选择是否和电力网络连接，实现能源子网和电力网络之间的能量双向流动，也可以根据电力电子设备的操作需求断开，实现能源子网独立运行；并采用三相AC/DC变流器将直流母线与交流负载相连，从电力电子设备统获取电能；光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载共用一个直流母线，并行运行。
如图2所示，本发明的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，包括以下步骤：
步骤1：如图3所示，进行模式判断：
本发明提出的多模式能量协调控制策略针对不同模式，具体实现方法为：首先计算分布式输出功率Pz和负荷功率Pload，通过比较分布式输出功率Pz和负荷功率的功率大小来判断电力电子设备的电网或储能端口是发出能量还是吸收能量，再根据电力电子设备的并离网状态来判断是电网端口是否能够参与能量协调，再结合储能设备剩余荷电容量判断设备当前所处运行模式，根据运行模式确定当前模式下各端口的工作状态以选择合适的控制策略，使电力电子设备稳定运行，多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略以表1列出。表1中，分布式输出功率Pz为光伏和风电端口输出功率总和，负荷功率Pload为负载功率，SOC为储能电池剩余荷电容量，MPPT为最大功率追踪控制，CVC为直流母线恒压控制。
表1
步骤2：如图4所示，对电力电子设备制定多模式能量协调控制策略，具体表现为：
模式一：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≥0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于空闲状态，负载正常工作，通过并网端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率流向电网；
模式二：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＜0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被储能电池吸收；
模式三：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≥0.8，则此时设定光伏及风电端口调整为恒压控制模式，储能端口处于空闲状态，负载正常工作，通过光伏及风电端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被舍弃；
模式四：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＜0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被储能电池吸收；
模式五：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＞0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于放电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由储能电池提供；
模式六：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≤0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口和并网端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由电网提供，并且电网给储能电池提供充电功率；
模式七：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＞0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于放电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由储能电池提供；
模式八：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≤0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于空闲状态，切除非重要负载，通过光伏及风电端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额通过切除非重要负载来解决。
步骤3：各端口执行控制，包括：
指令设定并下发后，由各个端口进行指令的执行，各个端口控制方式如下：如图5所示，光伏及风电Boost变换器采用最大功率点跟踪即MPPT模式和直流母线恒压控制即CVC模式双切换；如图6所示设备将根据直流侧电压值通过双闭环控制储能双向Buck/Boost变换器维持直流母线电压稳定；如图7所示并网三相AC/DC变流器采用基于dq解耦的电压、电流双闭环控制：变流器的直流电压是由电压外环控制的，通过参考电压值与实际电压值相比较后，经过PI调节得到d轴的给定电流，电流内环在检测到给定电流后在经过相关调节工作控制变流器的交流侧电流。
步骤4：各模式稳定切换，包括：
在分布式输出功率、负荷功率、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素再次发生变化的时候，在满足储能电池剩余荷电容量达到上下限截止的前提下，母线电压上升5％或者下降5％时，此控制策略能继续判断模式状态，并实现各模式之间的平滑稳定切换，无需多余操作，方便简洁。
本发明还提供了一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，其包括计算机设备、中央控制器、分布式电源多能互补智能管控***；所述计算机设备、中央控制器、分布式电源多能互补智能管控***被配置或编程为用于执行上述策略的步骤。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。
本发明还提供一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，包括：
划分模块，用于根据当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池荷电容量SOC的情况，划分多端口电力电子设备所处的运行模式；
策略制定模块，用于根据当前所处运行模式对多端口电力电子设备制定多模式能量协调控制策略；
执行模块，用于各端口执行多模式能量协调控制策略的指令；在当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素再次发生变化时，继续进行模式判断，重复步骤1-3，实现各运行模式稳定切换。
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，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
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 (11)
1.一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：根据当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池荷电容量SOC的情况，划分多端口电力电子设备所处的运行模式；
步骤2：根据当前所处运行模式对多端口电力电子设备制定多模式能量协调控制策略；
步骤3：各端口执行多模式能量协调控制策略的指令；
步骤4：在当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素再次发生变化时，继续进行模式判断，重复步骤1-3，实现各运行模式稳定切换。
2.根据权利要求1所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，所述步骤1具体实现方法为：首先计算分布式输出功率Pz和负荷功率Pload，通过比较分布式输出功率Pz和负荷功率PloadPload的功率大小来判断电力电子设备的电网或储能端口是发出能量还是吸收能量，再根据电力电子设备的并离网状态来判断是电网端口是否能够参与能量协调，再结合储能设备剩余荷电容量SOC判断设备当前所处运行模式，根据运行模式确定当前模式下各端口的工作状态以选择合适的控制策略，使电力电子设备稳定运行，多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略以表格形式列出。
3.根据权利要求1所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，所述步骤2的具体实现方法为：考虑实际应用场景中各个端口的多种运行状态，根据光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz与负荷功率Pload的大小关系以及蓄电池剩余荷电容量SOC划分出多种运行模式，给出多模式下的协调控制策略，对各端口下发指令。
4.根据权利要求3所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，所述多模式下的协调控制策略包括：
模式一：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≥0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于空闲状态，负载正常工作，通过并网端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率流向电网；
模式二：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＜0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被储能电池吸收；
模式三：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≥0.8，则此时设定光伏及风电端口调整为恒压控制模式，储能端口处于空闲状态，负载正常工作，通过光伏及风电端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被舍弃；
模式四：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz大于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＜0.8，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，分布式单元多余输出功率被储能电池吸收；
模式五：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＞0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于放电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由储能电池提供；
模式六：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≤0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于充电状态，负载正常工作，通过储能端口和并网端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由电网提供，并且电网给储能电池提供充电功率；
模式七：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在离网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC＞0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于放电状态，负载正常工作，通过储能端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额由储能电池提供；
模式八：光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz小于负荷功率Pload，且电力电子设备工作在并网状态，此时蓄电池剩余荷电容量SOC≤0.2，则此时设定光伏及风电端口保持MPPT模式，储能端口处于空闲状态，切除非重要负载，通过光伏及风电端口控制母线电压稳定，负载输出功率缺额通过切除非重要负载来解决。
5.根据权利要求1所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，所述步骤3的具体实现方法为：多端口电力电子设备包含光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载；光伏和风电端口为光伏阵列和风电机组提供标准化接口，经单向升压Boost转换器连接直流母线，将光能和风能转换成可靠的电能，输入电力电子设备；储能端口采用双向Buck/Boost变换器将储能电池与直流母线相连，根据电力电子设备的需要进行充放电控制；并网端口采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连，根据需要选择是否和电力网络连接，实现能源子网和电力网络之间的能量双向流动，或根据电力电子设备的操作需求断开，实现能源子网独立运行；并采用三相AC/DC变流器将直流母线与交流负载相连，从电力电子设备统获取电能；光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载共用一个直流母线，并行运行。
6.根据权利要求3所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，所述各个端口控制方式如下：
(1)光伏及风电Boost变换器：光伏端口和风电端口采用MPPT即最大功率追踪控制实以使得光伏电池时刻保证在其最大功率处输出，从而实现能量利用最大化，在储能端口和并网端口无法参与能量协调时，为了维持直流母线电压的稳定，光伏及风电***根据中央控制器发出的指令进行CVC即直流母线恒压控制；
(2)储能双向Buck/Boost变换器：将根据直流侧电压值通过双闭环恒压控制充放电来维持直流母线电压稳定；
(3)并网三相AC/DC变流器：基于dq解耦的电压、电流进行双闭环控制，变流器的直流电压是由电压外环控制的，通过参考电压值与实际电压值相比较后，经过PI调节得到d轴的给定电流，电流内环在检测到给定电流后在经过相关调节工作控制变流器的交流侧电流。
7.根据权利要求3所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略，其特征在于，所述步骤4的具体实现方法为：在分布式输出功率Pz、负荷功率Pload、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC再次发生变化时，在满足储能电池剩余荷电容量SOC达到上、下限截止的前提下，母线电压上升5％或者下降5％时，继续判断运行模式状态，并实现各运行模式之间的平滑稳定切换。
8.一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，其特征在于，包括：
划分模块，用于根据当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池荷电容量SOC的情况，划分多端口电力电子设备所处的运行模式；
策略制定模块，用于根据当前所处运行模式对多端口电力电子设备制定多模式能量协调控制策略；
执行模块，用于各端口执行多模式能量协调控制策略的指令；在当前多端口电力电子设备功率、并离网状态、储能电池剩余荷电容量SOC这些变化因素再次发生变化时，继续进行模式判断，重复步骤1-3，实现各运行模式稳定切换。
9.根据权利要求8所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，其特征在于，所述划分模块首先计算分布式输出功率Pz和负荷功率Pload，通过比较分布式输出功率Pz和负荷功率PloadPload的功率大小来判断电力电子设备的电网或储能端口是发出能量还是吸收能量，再根据电力电子设备的并离网状态来判断是电网端口是否能够参与能量协调，再结合储能设备剩余荷电容量SOC判断设备当前所处运行模式，根据运行模式确定当前模式下各端口的工作状态以选择合适的控制策略，使电力电子设备稳定运行，多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略以表格形式列出。
10.根据权利要求8所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，其特征在于，所述策略制定模块考虑实际应用场景中各个端口的多种运行状态，根据光伏及风力发电两者功率总和为分布式输出功率Pz与负荷功率Pload的大小关系以及蓄电池剩余荷电容量SOC划分出多种运行模式，给出多模式下的协调控制策略，对各端口下发指令。
11.根据权利要求8所述的一种多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略的装置，其特征在于，所述执行模块用于多端口电力电子设备执行指令，所述多端口电力电子设备包含光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载；光伏和风电端口为光伏阵列和风电机组提供标准化接口，经单向升压Boost转换器连接直流母线，将光能和风能转换成可靠的电能，输入电力电子设备；储能端口采用双向Buck/Boost变换器将储能电池与直流母线相连，根据电力电子设备的需要进行充放电控制；并网端口采用三相AC/DC变流器将直流母线与电网相连，根据需要选择是否和电力网络连接，实现能源子网和电力网络之间的能量双向流动，或根据电力电子设备的操作需求断开，实现能源子网独立运行；并采用三相AC/DC变流器将直流母线与交流负载相连，从电力电子设备统获取电能；光伏端口、风电端口、储能端口、并网端口和交流负载共用一个直流母线，并行运行；在分布式输出功率Pz、负荷功率Pload、并离网状态以及储能电池剩余荷电容量SOC再次发生变化时，在满足储能电池剩余荷电容量SOC达到上、下限截止的前提下，母线电压上升5％或者下降5％时，继续判断运行模式状态，并实现各运行模式之间的平滑稳定切换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211675410.7A CN116109078A (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211675410.7A CN116109078A (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116109078A true CN116109078A (zh) | 2023-05-12 |
Family
ID=86266716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211675410.7A Pending CN116109078A (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116109078A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116404698A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-07-07 | 国网信息通信产业集团有限公司 | 一种基于扰动观察法的光伏能量路由控制方法及*** |
-
2022
- 2022-12-26 CN CN202211675410.7A patent/CN116109078A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116404698A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-07-07 | 国网信息通信产业集团有限公司 | 一种基于扰动观察法的光伏能量路由控制方法及*** |
| CN116404698B (zh) * | 2023-06-02 | 2023-10-17 | 国网信息通信产业集团有限公司 | 一种基于扰动观察法的光伏能量路由控制方法及*** |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022142812A1 (zh) | 多端海上风电柔性直流与储能协同并网***及其控制方法 | |
| CN112510737B (zh) | 一种光伏储能充电站并离网协同控制方法及*** | |
| CN110797921B (zh) | 微电网控制方法 | |
| CN110912242B (zh) | 含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法 | |
| CN110867897B (zh) | 一种多端口能量路由器多模态下的协调控制策略 | |
| CN105429128A (zh) | 基于混合储能的直流微网母线电压控制策略 | |
| CN109888845B (zh) | 一种交直流混合微电网 | |
| CN109888811B (zh) | 利用储能提升直流输电***暂态稳定性的协调控制方法 | |
| CN110336268A (zh) | 用于储能双向变换器的充放电控制方法 | |
| CN109659941A (zh) | 一种交直流混合微电网自治控制方法及*** | |
| CN115811128A (zh) | 一种中低压柔性互联协调控制***、方法、设备及介质 | |
| CN116109078A (zh) | 多端口电力电子设备的多模式能量协调控制策略及装置 | |
| CN113113912B (zh) | 四端口能量路由器的多模态协同控制方法及*** | |
| CN113162053B (zh) | 基于负荷转供和储能调节的配电网电压控制方法及*** | |
| CN110957734B (zh) | 一种适用于多端柔性直流输配电***的电压下垂控制方法 | |
| CN105680463B (zh) | 一种光储一体化发电***优化节能控制方法 | |
| CN110048396B (zh) | 一种光储直流微网的控制***及方法 | |
| CN116031920A (zh) | 一种多端口电力电子设备的分层能量协调控制策略 | |
| Zheng et al. | SOC balancing control strategy based on piecewise adaptive droop coefficient algorithm for multi-energy storage units in dc microgrid | |
| CN112087000B (zh) | 一种光伏型柔性合环装置及运行控制方法 | |
| Gu et al. | Research On Voltage Regulation Strategy Of Multi-Terminal DC Distribution Network | |
| CN112491098A (zh) | 一种多端口智能微电网能源交换机及其控制方法和*** | |
| CN105914797B (zh) | 大型光伏电站无功电压分序协调控制方法 | |
| Jaya et al. | Mode Transition in DC Microgrids with Non-Dispatchable Sources | |
| CN116565964B (zh) | 一种户用光储***全工况下直流母线控制*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |