一种微电网管理系统及其管理方法
【专利摘要】本发明涉及一种微电网能量管理系统及其管理方法，该系统包括分别连接到输电线路的储能变流器及光伏逆变器，所述储能变流器连接有蓄能装置并利用所述光伏逆变器产生的电能为所述蓄能装置充电，所述储能变流器包括：用于与所述光伏逆变器通信连接的通信模块，用于获取所述蓄能装置的电性能参数的采样模块；用于将所述电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较的判断模块；以及连接到所述通信模块的调节模块，所述调节模块用于根据所述判断模块的判断结果调节所述光伏逆变器的输出功率。本发明的管理系统及其管理方法能及时有效地控制光伏逆变器的输出功率并降低系统的复杂度。
【专利说明】—种微电网管理系统及其管理方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及微电网电力领域，尤其涉及一种微电网能量管理方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的不断发展，解决高海拔山区、海岛等无电地区的供电问题，电站正逐渐兴起。目前解决无电地区供电的问题，主要通过建设光储能离网微型电站(简称:微电网，Micro Grid)，电站主要是白天利用新能源光伏发电给用电地区供电、多余的能够使用储能电池储存，然后晚上供给负荷使用。微电网作为一种新型能源网络化供应与管理系统，能够整合分布式发电的优势，协调分布式发电单元(微电源)与大电网(指由发电厂、变电站、输电线路网、配电变压器和低压线路网等组成的电力网)间的矛盾，充分利用各种分散能源，结合本地负荷、储能装置及相关监控和保护装置，构成的新型电力微系统。微电网的能量管理系统将对微电网内设备的运行状态进行监控，根据当前系统运行情况与控制目标制定相应的控制策略，针对微电源的出力特点，采用合理的能量优化技术使微电源得到最大利用，充分发挥微电网低碳、经济的优势。
[0003]然而，微电网涉及到多种能源形式，多种变流器设备，多种类的负载，并且受到天气变换的影响，必须需要复杂的能量管理系统才能保证微电网的稳定运行。
[0004]为了管理整个电站的稳定运行，一般都需要一套复杂的上位机能量管理系统。能量管理系统通常运行在PC机上，且大得多需要通过通讯方式获取设备数据，进行能够管理控制，微电网存在多种设备，在管理上经常会存在因天气变化，光伏发电能量管理不当导致电站储能电池因过充出现过压、过载等故障，导致供电中断。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有的微电网管理系统运行在PC机上经常会存在因天气变化或光伏发电能量管理不当导致电站储能电池因过冲出现过压、过载等故障甚至导致供电中断的缺陷，提供一种能保证有效且稳定管理的微电网能量管理系统及其管理方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种微电网能量管理系统，包括分别连接到输电线路的储能变流器及光伏逆变器，所述储能变流器连接有蓄能装置并利用所述光伏逆变器产生的电能为所述蓄能装置充电；所述储能变流器包括:
[0007]通信模块，用于与所述光伏逆变器通信连接；
[0008]采样模块，用于获取所述蓄能装置的电性能参数；
[0009]判断模块，用于将所述电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较；
[0010]以及调节模块，用于根据所述判断模块的判断结果产生调节所述光伏逆变器的输出功率的指令并通过所述通信模块将所述指令发送到所述光伏逆变器。
[0011]本发明所述的微电网能量管理系统中，所述采样模块进一步包括:
[0012]电流电压采样单元，用于获取所述蓄能装置的充电电流和/或充电电压；和/或，[0013]电量采样单元，用于获取所述蓄能装置的电量。
[0014]本发明所述的微电网能量管理系统中，所述充电电流的预设阈值为0.25C。
[0015]本发明所述的微电网能量管理系统中，所述电量的预设阈值为额定电量的90%。
[0016]本发明所述的微电网能量管理系统中，所述调节模块根据所述判断模块的判断结果将所述光伏逆变器的输出功率至少减少当前输出功率的30%。
[0017]本发明所述的微电网能量管理系统中，所述通信模块为电力载波通信模块。
[0018]本发明所述的微电网能量管理系统中，所述微电网能量管理系统还包括连接到所述光伏逆变器及所述储能变流器的监控设备，所述监控设备用于记录所述光伏逆变器及所述储能变流器的运行状况。
[0019]此外，本发明还提供了一种微电网能量管理系统的管理方法，所述微电网能量管理系统包括分别连接到输电线路的储能变流器及光伏逆变器，所述储能变流器连接有蓄能装置并利用所述光伏逆变器产生的电能为所述蓄能装置充电；
[0020]其中，所述管理方法包括；
[0021]通信步骤:通过所述储能变流器与所述光伏逆变器通信连接；
[0022]采样步骤:通过所述储能变流器获取所述蓄能装置的电性能参数；
[0023]判断步骤:通过所述储能变流器将所述电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较；
[0024]以及调节步骤:通过所述储能变流器，根据所述判断步骤的判断结果产生调节所述光伏逆变器的输出功率的指令并将所述指令通过所述通信连接发送到所述光伏逆变器。
[0025]本发明所述的微电网能量管理系统的管理方法中，所述采样步骤进一步包括:
[0026]获取所述蓄能装置的充电电流和/或充电电压；和/或，
[0027]获取所述蓄能装置的电量。
[0028]本发明所述的微电网能量管理系统的管理方法中，所述充电电流的预设阈值为
0.25C ；
[0029]所述电量的预设阈值为90%。
[0030]本发明所述的微电网能量管理系统的管理方法中，所述调节步骤进一步包括:
[0031]根据所述判断步骤的判断结果将所述光伏逆变器的输出功率至少减少当前输出功率的30%。
[0032]实施本发明的微电网能量管理系统及其管理方法，具有以下有益效果:本发明通过储能变流器对蓄能装置的电性能检测及判断，及时控制光伏逆变器的输出，有效防止因光伏发电管理不当导致的蓄能装置的电池组因过流过充导致的故障，避免供电中断，同时相比于现有的通过PC机进行调控而言，本申请的微电网能量管理系统及其管理方法，通过储能变流器与光伏逆变器的通信连接来控制光伏逆变器的输出更迅速且更稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0034]图1是根据本发明优选实施例的微电网能量管理系统的系统结构示意图；
[0035]图2为图1所示的微电网能量管理系统的储能变流器的结构示意图；
[0036]图3为根据本发明又一实施例的微电网能量管理系统的系统结构示意图；[0037]图4为根据本发明优选实施例的微电网能量管理系统的管理方法的流程示意图。【具体实施方式】
[0038]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。
[0039]请参阅图1，为根据本发明优选实施例的微电网能量管理系统的系统结构示意图。如图1示，本发明的第一优选实施例中，微电网能量管理系统至少包括分别连接到输电线路的储能变流器30、光伏逆变器20，所述储能变流器30还连接有负载10。负载10通过电网主网与储能变流器30连接。本发明的微电网管理系统主要适用于光储能离网微型电站。
[0040]参考图1，储能变流器30连接有蓄能装置40，储能变流器30利用光伏逆变器20产生的电能为蓄能装置40充电。光伏逆变器20连接有光伏电池板50，一般地，光伏电池板50包括多个太阳能电池组件阵列，以将太阳能转换为直流电能并汇集至光伏逆变器20。光伏逆变器20通过将直流电能逆变为交流电能。光伏电池板50通过接入电网主网与储能变流器30连接，因此上述交流电能最终接入储能变流器30，由所述储能变流器30转换为直流电能存储于所述蓄能装置40内。
[0041]本实施例中的光伏逆变器20可通过电网主网与负载10直接连接，因此在白天，光伏逆变器20产生的交流电能可一部分直接通过电网主网对负载10进行供电，而多余的交流电能则经储能变流器30进行转换并存储在蓄能装置40内。而在夜间，则由蓄能装置40对负载10进行供电。特别地，蓄能装置40可以为储能电池组，该储能电池组可由参数为2V/1000A的240节铅酸蓄电池串接而成。本实施例中，储能变流器30与光伏逆变器20通信连接，并通过蓄能装置40的电性能参数向光伏逆变器20发送调节光伏逆变器20的输出功率的指令。
[0042]参考图2，在本发明的第一优选实施例中，储能变流器30进一步包括:通信模块301、采样模块302、判断模块303以及调节模块304。其中，通信模块301用于实现储能变流器30与光伏逆变器20之间的通信连接，储能变流器30可通过通信模块301实现对光伏逆变器20的输出功率的控制。特别地，本实施例的通信模块301为电力载波通信模块，即本实施例的光伏逆变器20与储能变流器30通过电力载波通讯技术实现通信连接，其不需架设网线，只需通过电线即可实现数据传递，因此实现方法简单，传输数据迅速。应当理解，在本发明的其他非限制性实施例中，所述通信模块301还可以是但不限于WIFI无线通信模块、ZIGBEE通信模块、RFC无线射频通信模块、RS串行接口或以太网通讯接口等。
[0043]采样模块302，连接到蓄能装置40，用于获取蓄能装置40的电性能参数。所述电性能参数包括充电电流和/或充电电压和/或电量。因此在本发明的实施例中，采样模块302进一步包括用于获取蓄能装置40的充电电流和/或充电电压的电流电压采样单元以及用于获取蓄能装置40的充电电量的电量采样单元中的至少一个。上述由采样模块302获取的电性能参数将传递至判断模块303，判断模块303用于将所述电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较。判断模块303连接到调节模块304，调节模块304根据判断模块303的判断结果产生指令，并将该指令经通信模块301发送至光伏逆变器20，进而实现对光伏逆变器20的输出功率的调整。
[0044]进一步地，判断模块303设定的预设阈值包括电量阈值或充电电流阈值等，其中，充电电流阈值可设定为0.25C，当判断模块303比较得出当前充电电流大于0.25C时，当前蓄能装置40的充电电流过大，则调节模块304可经通信模块301对光伏逆变器20的输出功率进行下调，使光伏逆变器20的输出功率至少减少当前输出功率的30%，调节模块304对光伏逆变器20的实际调节幅度可依据实际的比较结果进行调整。
[0045]在本发明的其他非限制性实施例中，所述电量阈值可以设定为额定电量的90%。通过判断模块303对采样获得的蓄能装置40的电量是否超过额定电量的90 %，并据此控制光伏逆变器20的输出功率。特别地，本发明的调节模块304可在电量越大时更大程度地减少光伏逆变器20的输出功率，所述光伏逆变器20的输出功率的降低幅度至少为30%，例如在检测到当前电量为额定电量的90%时，将光伏逆变器20的输出功率降低为当前输出功率的70%，而在当前电量为额定电量的100%时，光伏逆变器20的输出功率则降低至O。
[0046]在本发明的其他非限制性实施例中，可结合充电电流及充电电压实现对当前电量的判断，例如在蓄能装置40的电池组充电电流小于0.1C且电池组的总压大于240*2.35V时，判断当前的蓄能装置40的充电电量过大，为保护电池组并延长电池组的使用寿命，调节模块304降低所述光伏逆变器20的输出功率，所述光伏逆变器20的输出功率的降低幅度至少30%。
[0047]参考图3，为本发明的第二优选实施例的微电网管理系统的系统结构示意图。本实施例中，所述微电网能量管理系统包括如图1所示的光伏逆变器20、光伏电池板50、储能变流器40、蓄能装置40及负载10，还包括连接到光伏逆变器20及储能变流器30的监控设备60，上述光伏逆变器20、光伏电池板50、储能变流器40、蓄能装置40及负载10的相关技术特征请结合并参照图1至图2的具体描述。所述监控设备60 —般采用计算机实现，监控系统60用于记录光伏逆变器20及储能变流器30的运行状况。相比于现有的微电网能量管理系统，本实施例的监控设备60由于可仅仅用于记录功能，因此具有相对简单的软硬件性能要求。
[0048]请参阅图4，为根据本发明优选实施例的微电网管理系统的管理方法的流程示意图。所述微电网管理系统的具体结构与上述图1至图2所述的微电网管理系统相同的技术特征，在此不作赘述。
[0049]参考图4，本发明的微电网管理系统的管理方法开始于步骤S10，在光伏逆变器20开始进入光电转换状态时本发明的微电网管理系统开始运行。
[0050]随后，在步骤S20中，与蓄能装置40连接的采样模块302对蓄能装置40的电性能参数进行检测采样。进一步包括对蓄能装置40的充电电流的检测，和/或对蓄能装置40的电量的检测。其中，检测蓄能装置40的电量时，可以通过直接检测蓄能装置40当前充电电量所占额定电量的百分比，或者通过同时检测充电电流及充电电压来获得当前充电电量。
[0051]在步骤S30中，判断模块303将采样模块302所获得的电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较，判断当前的电性能参数是否超出该预设阈值，在超出预设阈值时，触发调节模块304进入步骤S40，否则返回步骤SlO并继续进行电性能参数的采样。具体地，判断模块303设定的预设阈值可以是充电电流的预设阈值，如0.25C，当步骤S20中采样获得的充电电流大于0.25C时，充电电流过大，判断模块303触发调节模块304进行相应的调节。或者，判断模块303中预设充电电量的阈值为额定电量的90%，因此当采样模块302获得的蓄能装置40的当前电量大于90%时，为防止过度充电对蓄能装置40造成损耗，判断模块303将触发调节模块304做出响应。
[0052]此外，在本发明的又一实施例中，当采样模块302同时对蓄能装置40的充电电流及充电电压进行采样时，判断模块303可通过同时判断电流与电压来获知当前的充电电量是否超出预设的电量阈值。例如，当前的充电电流小于最佳充电电流0.1C且当前的充电电压大于240*2.25V (本实施例中的蓄能装置40选取240节2V/1000A的铅蓄电池组，因此，此处充电电压为电池组的总压)，则判定当前的充电电量超出了电量的预设阈值，因此需要触发调节模块304进行下一步操作。应当理解，本申请的上述预设阈值并不限于上述的0.25C或额定电量的90%等，也可以根据实际情况做出适当调整，在此不作赘述。
[0053]在步骤S40中，调整模块304受判断模块303触发进而根据步骤S30的判断结果向光伏逆变器20发送调节光伏逆变器20的输出功率的指令。在判断模块303判定当前的充电电流和/或充电电量超出预设阈值的情况下，调整模块304将生成指令以控制光伏逆变器20的输出功率。例如，所述指令根据步骤S30的判断结果将所述光伏逆变器20的输出功率至少减少当前输出功率的30%。应当理解，本发明的上述指令对光伏逆变器20的输出功率的调整幅度可根据对应的电性能参数的变化为变化。
[0054]例如，本发明的调节模块304可在电量越大时更大程度地减少光伏逆变器20的输出功率，所述光伏逆变器20的输出功率的降低幅度至少为30%，例如在检测到当前电量为额定电量的90%时，将光伏逆变器20的输出功率降低为当前输出功率的70%，而在当前电量为额定电量的100%时，光伏逆变器20的输出功率则降低至O。
[0055]在步骤S50中，通信模块301与光伏逆变器20通信连接，调节模块304产生的指令经通信模块301传递至光伏逆变器20，光伏逆变器20根据该指令产生对应的输出功率。在本发明的非限制性实施例中，通信模块301可以是电力载波通信模块，即本实施的光伏逆变器20与储能变流器30通过电力载波通讯技术实现通信连接，其不需架设网线，只需通过电线即可实现数据传递，因此实现方法简单，传输数据迅速。应当理解，在本发明的其他非限制性实施例中，所述通信模块301还可以是但不限于WIFI无线通信模块、ZIGBEE通信模块、RFC无线射频通信模块、RS串行接口或以太网通讯接口等。
[0056]应当理解的是，步骤S50中，光伏逆变器20与储能变流器30之间的通信连接不仅限于上述的在步骤S40之后，其可以在步骤SlO之前，或步骤S10-S40的任意步骤中，或者，在本发明的微电网管理系统的管理方法的全部过程中，光伏逆变器20与储能变流器30始终保持通信连接。
[0057]在发明的其他非限制性实施例中，所述管理方法还包括，利用监控设备60对光伏逆变器20及储能变流器30的运行状况进行监测和记录。监控设备60 —般采用计算机实现，监控系统60用于记录光伏逆变器20及储能变流器30的运行状况。相比于现有的微电网能量管理系统，本实施例的监控设备60由于可仅仅用于记录功能，因此具有相对简单的软硬件性能要求。
[0058]应该说明的是，本发明提供微电网管理系统的光伏逆变器20、储能变流器30、光伏电池板50、蓄能装置40及负载10以及各部分之间的连接所采用的原理和流程与上述的管理方法相同，因此上述对微电网管理系统的管理方法的各个实施例的详细阐述也适用于本发明的微电网管理系统。
[0059]本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
【权利要求】
1.一种微电网能量管理系统，包括分别连接到输电线路的储能变流器(30)及光伏逆变器(20)，所述储能变流器(30)连接有蓄能装置(40)并利用所述光伏逆变器(20)产生的电能为所述蓄能装置(40)充电，其特征在于，所述储能变流器(30)包括: 通信模块(301)，用于与所述光伏逆变器(20)通信连接， 采样模块(302)，用于获取所述蓄能装置(40)的电性能参数； 判断模块(303)，用于将所述电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较；以及调节模块(304)，用于根据所述判断模块(303)的判断结果产生调节所述光伏逆变器(20)的输出功率的指令并通过所述通信模块(301)将所述指令发送到所述光伏逆变器(20)。
2.根据权利要求1所述的微 电网能量管理系统，其特征在于，所述采样模块(302)进一步包括: 电流电压采样单元，用于获取所述蓄能装置(40)的充电电流和/或充电电压；和/或， 电量采样单元，用于获取所述蓄能装置(40)的电量。
3.根据权利要求2所述的微电网能量管理系统，其特征在于， 所述充电电流的预设阈值为0.25C ;和/或， 所述电量的预设阈值为额定电量的90%。
4.根据权利要求3所述的微电网能量管理系统，其特征在于，所述调节模块(304)根据所述判断模块(303)的判断结果将所述光伏逆变器(20)的输出功率至少减少30%。
5.根据权利要求1所述的微电网能量管理系统，其特征在于，所述通信模块(301)为电力载波通信模块。
6.根据权利要求1所述的微电网能量管理系统，其特征在于，所述微电网能量管理系统还包括连接到所述光伏逆变器(20)及所述储能变流器(30)的监控设备(60)，所述监控设备(60)用于记录所述光伏逆变器(20)及所述储能变流器(30)的运行状况。
7.一种微电网能量管理系统的管理方法，所述微电网能量管理系统包括分别连接到输电线路的储能变流器(30)及光伏逆变器(20)，所述储能变流器(30)连接有蓄能装置(40)并利用所述光伏逆变器(20)产生的电能为所述蓄能装置(40)充电，其特征在于，所述管理方法包括； 通信步骤:通过所述储能变流器(30)与所述光伏逆变器(20)通信连接； 采样步骤:通过所述储能变流器(30)获取所述蓄能装置(40)的电性能参数； 判断步骤:通过所述储能变流器(30)将所述电性能参数与所述电性能参数的预设阈值进行比较； 以及调节步骤:通过所述储能变流器(30)，根据所述判断步骤的判断结果产生调节所述光伏逆变器(20)的输出功率的指令并将所述指令通过所述通信连接发送到所述光伏逆变器(20)。
8.根据权利要求7所述的微电网能量管理系统的管理方法，其特征在于，所述采样步骤进一步包括: 获取所述蓄能装置(40)的充电电流和/或充电电压；和/或， 获取所述蓄能装置(40)的电量。
9.根据权利要求8所述的微电网能量管理系统的管理方法，其特征在于，所述充电电流的预设阈值为0.25C ； 所述电量的预设阈值为额定电量的90%。
10.根据权利要求9所述的微电网能量管理系统的管理方法，其特征在于，所述调节步骤进一步包括: 根据所述判断步骤的判断结果将所述光伏逆变器(20)的输出功率至少减少30%。
【文档编号】H02J3/32GK104009489SQ201410216512
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】罗梅林 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司