CN204858718U - 一种微网负载分级供电控制装置 - Google Patents

一种微网负载分级供电控制装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种微网负载分级供电控制装置，所述的计算机与中央控制***连接，形成人机交互；中央控制***与光伏电池组件、混合储能组件、PCC开关和电网连接，控制器与光伏电池组件连接；光伏电池组件和混合储能组件分别通过光伏逆变器和PCS与LC滤波连接，并通过PCC开关连接电网；模糊控制器连接混合储能元件和所有负载开关。它一种结构简单，设计合理、使用方便，并能实现对不同级别的负载进行分级供电，以维持对重要负载的持续供电的一种微网负载分级供电控制装置。

Description

一种微网负载分级供电控制装置
技术领域
本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种微网负载分级供电控制装置。
背景技术
随着现代经济的快速发展和社会的进步，能源需求量日益增加。随着电网规模的日益扩大,超大规模电力***的控制越来越复杂，以至于难以保证用户灵活多样化用电的可靠性。此外,由于人们对煤、石油、天然气等传统能源的过度开采利用,使得传统能源的储量逐渐枯竭，由此带来的环境问题也日益严重。因此分布式能源的研究与应用有着重大的意义和广阔的前景。
微电网作为一种新的发电技术，由分布式电源（DG）、储能装置、控制装置和用户负荷共同组成的***。微电网不但可以与大电网进行并网运行，还可以在大电网电能质量不符合要求时进行孤岛运行。还能根据电网调度和用户需求实现电能的双向流动。微电网灵活方便，输电设备成本低、输电损耗小，一般通过使用太阳能、风能等新能源发电，大大降低对环境的污染。这些特点和意义都使得微电网的研究显的尤为重要。
当微网进入孤岛运行时，仅由***中光伏电池组件和混合储能组件，如图1所示。当遇到天气不良等情况，光伏电池和蓄电池的电能有限，且长时对负载供电会导致电池输出不足。因此，对于这种情况，如何延长负载供电，保护重要敏感负载，根据所剩电量智能选择对负载供电就成了重要的研究课题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便，并能实现对不同级别的负载进行分级供电，以维持对重要负载的持续供电的一种微网负载分级供电控制装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含计算机、中央控制***、控制器、光伏电池组件、混合储能组件、光伏逆变器、PCS、LC滤波、PCC开关、三种级别的负载、额外负载、电网和模糊控制器；所述的计算机与中央控制***连接，形成人机交互，可人为对整个微网***进行控制；中央控制***与光伏电池组件、混合储能组件、PCC开关和电网连接，以获取其信息并对PCC的开通关断进行控制；控制器与光伏电池组件连接；光伏电池组件和混合储能组件分别通过光伏逆变器和PCS与LC滤波连接，并通过PCC开关连接电网；模糊控制器连接混合储能元件和所有负载开关；所有负载通过可控开关接入微网***。
进一步地，中央控制***包含监测装置、控制装置、处理器、通讯模块等。监测装置对光伏电池组件、混合储能组件和电网的电流、电压、频率、相位等信息进行采样和监测。控制装置由通讯模块与监测装置产生通信，根据信息来切换微网工作模式。处理器可选用DSP型号为TMS320F2812芯片。
进一步地，控制器中包含Boost变换器、最大功率追踪器（MPPT）、PWM调制和PI调节器。MPPT可以实时监测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使***以最大功率输出。
进一步地，PCS为储能换流器，其包含双向DC/DC变换器，可经行能量双向传输。当中央控制器检测到电网故障或电能质量不满足要求时，PCS从P/Q模式切换到V/F模式，同时控制公共连接点（PCC）断开，进入孤岛模式。当电网恢复后，中央控制器检测到微网和电网的电压频率相位同步时，再进入并网模式。
进一步地，模糊控制器包括模糊化模块、模糊推理模块、去模糊化模块、知识库模块。以蓄电池剩余电量和微网提供功率与当前负载功率的差额为输入，输出即为控制负载开关的开通、关断。
进一步地，负载分别为一级负载、二级负载、三级负载和额外负载。其中一级负载为大功率用电设备，如空调、热水壶、冰箱等。二级负载为一般设备，如电视、风扇等。三级负载为重要设备，如照明灯，计算机等。额外负载为预估以外的未知负载。
进一步地，混合储能组件包含超级电容和蓄电池。超级电容用于平衡由并网切换至孤岛时瞬间的电能波动，蓄电池用于孤岛运行时提供功率补偿。
本实用新型的有益效果在于：混合储能组件可提高并网切换离网时的电能质量，并且在离网时提供电能。模糊控制器以蓄电池剩余电量和微网提供功率与当前负载功率的差额为作为输入，对负载开关的开通、关断为其输出。这样可保证不需要人为参与情况下，自动实现对敏感重要负载的保护和延长蓄电池电能的使用。
附图说明
图1是本实用新型的原理结构示意图；
附图标记说明：1-计算机；2-中央控制***；3-控制器；4-光伏电池组件；5-混合储能组件；6-光伏逆变器；7-PCS；8-LC滤波；9-PCC开关；10-三种级别的负载；11-额外负载；12-电网；13-模糊控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
参看如图1所示，本具体实施方式的一种微网负载分级供电控制装置包含计算机1、中央控制***2、控制器3、光伏电池组件4、混合储能组件5、光伏逆变器6、PCS7、LC滤波8、PCC开关9、三种级别的负载10、额外负载11、电网12和模糊控制器13；所述的计算机1与中央控制***2连接，形成人机交互，可人为对整个微网***进行控制；中央控制***2与光伏电池组件4、混合储能组件5、PCC开关9和电网12连接，以获取其信息并对PCC的开通关断进行控制；控制器3与光伏电池组件4连接；光伏电池组件4和混合储能组件5分别通过光伏逆变器6和PCS7与LC滤波8连接，并通过PCC开关9连接电网12；模糊控制器13连接混合储能元件和所有负载开关；所有负载通过可控开关接入微网***。
中央控制***包含监测装置、控制装置、处理器、通讯模块等。其中监测装置对光伏电池组件、混合储能组件和电网的电流、电压、频率、相位等信息进行采样和监测。控制装置由通讯模块与监测装置产生通信，根据信息来切换微网工作模式。处理器选用DSPTMS320F2812芯片，用来对采集的各种信息的处理。通讯模块通过以太网与微网中各个装置产生通信，从而实现对装置的遥测、遥信、遥调、遥控。
控制器中包含Boost变换器、最大功率追踪器（MPPT）、PWM调制和PI调节器。PWM调制和PI调节根据逆变器的电压信息对Boost变换器进行控制。MPPT可以实时监测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使***以最大功率输出。当***运行孤岛时，断开MPPT控制；并网时，加入MPPT控制。
光伏逆变器中包含SPWM调制、锁相环（PLL）、P/Q控制。***并网发电时，通过PLL跟踪电网电压，使逆变器输出电流与电网电压同频同相，通过控制电流的大小直接控制逆变器以最大功率并网。***并网和离网，都采用P/Q模式控制输出。
PCS作为一种四象限运行的换流器，它既可以实现并网逆变功能，也可以实现并网整流充电功能，还可以实现离网独立逆变功能。其中包括双向DC/DC换流器、P/Q控制和V/F控制。PCS根据中央控制器监测到的信息识别电网运行状态，并做出向P/Q控制或V/f控制切换动作。利用双向DC/DC可以按情况对电网充电或吸收电网电能。
对负载的分配，主要分为一级负载、二级负载、三级负载和额外负载。其中一级负载为大功率用电设备，如空调、热水壶、冰箱等。二级负载为一般设备，如电视、风扇等。三级负载为重要设备，如照明灯，计算机等。额外负载为预估以外的未知负载。并网模式下，三种负载的开关不动作。孤岛模式下，考虑到天气因素和蓄电池电能有限，模糊控制器以蓄电池剩余电量和微网提供功率与当前负载功率的差额为输入，控制负载开关的开通和关断。
假设e为微网提供功率与当前负载功率的差额，U为控制开关状态，y为当前蓄电池的剩余电量。当剩余电量y多且功率差额大时，所有负载开关全部闭合；当剩余电量y多且功率差额中时，断开额外负载开关；当剩余电量y多且功率差额小时，断开部分一级负载；当剩余电量y中且功率差额大时，同样是断开部分一级负载；当剩余电量y中且功率差额中时，断开所有一级负载；当剩余电量y中且功率差额小时，断开所有一级负载和部分二级负载；当剩余电量y少且功率差额大时，同样是断开所有一级负载和部分二级负载；当剩余电量y少且功率差额中时，断开所有一级二级负载；当剩余电量y少且功率差额小时，断开所有一级二级负载和部分三级负载。
本具体实施方式对负载的重要性按不同级别分类，当***运行在孤岛模式下，通过使用模糊控制器来模拟人的蓄电池电能多少和供电的思维模式，使得负载供电更加灵活可靠。也在有限的电能资源下保证对重要敏感负载尽可能的持续供电，且增加了蓄电池电能的使用时间。

Claims (7)

1.一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于：它包含计算机、中央控制***、控制器、光伏电池组件、混合储能组件、光伏逆变器、PCS、LC滤波、PCC开关、三种级别的负载、额外负载、电网和模糊控制器；所述的计算机与中央控制***连接，形成人机交互；中央控制***与光伏电池组件、混合储能组件、PCC开关和电网连接，控制器与光伏电池组件连接；光伏电池组件和混合储能组件分别通过光伏逆变器和PCS与LC滤波连接，并通过PCC开关连接电网；模糊控制器连接混合储能元件和所有负载开关。
2.根据权利要求1所述的一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于所述的中央控制***包含监测装置、控制装置、处理器、通讯模块；监测装置对光伏电池组件、混合储能组件和电网的电流、电压、频率、相位信息进行采样和监测；控制装置由通讯模块与监测装置产生通信，根据信息来切换微网工作模式；处理器可选用DSP型号为TMS320F2812芯片。
3.根据权利要求1所述的一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于所述的控制器中包含Boost变换器、最大功率追踪器、PWM调制和PI调节器。
4.根据权利要求1所述的一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于所述的PCS为储能换流器，其包含双向DC/DC变换器。
5.根据权利要求1所述的一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于所述的模糊控制器包括模糊化模块、模糊推理模块、去模糊化模块、知识库模块。
6.根据权利要求1所述的一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于所述的三种级别的负载分别为一级负载、二级负载、三级负载。
7.根据权利要求1所述的一种微网负载分级供电控制装置，其特征在于所述的混合储能组件包含超级电容和蓄电池。
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