一種混合儲能系統(tǒng)及其在微網(wǎng)中的能量管理方法
【專利摘要】一種混合儲能系統(tǒng)及其在微網(wǎng)中的能量管理方法，系統(tǒng)包括設(shè)有磷酸鐵鋰蓄電池的磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)及其雙向儲能AC/DC、設(shè)有超級電容器的超級電容儲能系統(tǒng)，特征是設(shè)有雙向儲能DC/DC，其一側(cè)與超級電容器連接，另一側(cè)與直流母線配電線路連接，直流母線配電線路與雙向儲能AC/DC的一側(cè)連接，雙向儲能AC/DC的另一側(cè)與交流母線配電線路連接。由能量管理系統(tǒng)實時分別檢測與判定混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的荷電狀態(tài)，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的功能，滿足無縫切換以及孤島暫態(tài)運行的要求，保持不間斷供電，顯著提高供電可靠性，實現(xiàn)微網(wǎng)運營效益及成本最優(yōu)化。
【專利說明】—種混合儲能系統(tǒng)及其在微網(wǎng)中的能量管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微網(wǎng)，特別是涉及一種混合儲能系統(tǒng)及其在微網(wǎng)中的能量管理方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]微網(wǎng)是分布式發(fā)電的一種組織形式，其由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負荷、監(jiān)控系統(tǒng)，以及保護裝置組成小型發(fā)配電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行，也可以孤立運行。微網(wǎng)中的風(fēng)電和太陽能光伏等分布式發(fā)電單元的輸出功率具有間歇性和隨機性的特點，而負荷的變化也具有隨機性，給微網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成負面影響。然而，隨著可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，以及各種功率具有脈動性用電設(shè)備的日益增多，為了維持微網(wǎng)內(nèi)部的瞬時能量平衡，儲能裝置尤其是大容量的電力儲能裝置往往需要頻繁地吸收或釋放較大功率。作為常用儲能裝置的蓄電池在。頻繁的大功率充放電和深度放電過程中會出現(xiàn)溫度升高、正負極板上的活性物質(zhì)脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池容量積累性虧損，并在短時間內(nèi)快速下降，嚴重影響蓄電池的使用壽命，以及微網(wǎng)正常穩(wěn)定的運行。此外，現(xiàn)有由包括設(shè)有磷酸鐵鋰蓄電池的直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)及其雙向儲能交流/直流變換器(Alternate Current/Direct Current converter,縮略詞為AC/DC)的第一儲能單元和包括設(shè)有超級電容器的直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)的第二儲能單元的組成的混合儲能系統(tǒng)中，磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器是直接連接到直流母線配電線路，再連接雙向儲能AC/DC，并由雙向儲能AC/DC連接到交流母線配電線路，這種拓撲不能充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是對本 申請人:的上述在先申請專利的改進與完善，提供一種混合儲能系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是對本 申請人:的上述在先申請專利的改進與完善，提供一種混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法。
[0005]本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。
[0006]這種混合儲能系統(tǒng)，包括設(shè)有磷酸鐵鋰蓄電池的直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)及其雙向儲能交流/直流變換器AC/DC的第一儲能單元和包括設(shè)有超級電容器的直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)的第二儲能單元，所述磷酸鐵鋰蓄電池直接連接到直流母線配電線路，所述直流母線配電線路與雙向儲能AC/DC的直流側(cè)連接，所述雙向儲能AC/DC的交流側(cè)通過第三支路斷路器與交流母線配電線路連接，所述直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)用于平抑微網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的功率波動以及在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時延長對負荷的供電，所述超級電容儲能系統(tǒng)用于平抑微網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的功率波動，以及在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時配合所述直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)供電，以滿足對負荷不間斷供電的需求。
[0007]這種混合儲能系統(tǒng)的特點是:
[0008]設(shè)有雙向儲能直流/ 直流變換器(Direct current/Direct current converter,縮略詞為DC/DC)，所述雙向儲能DC/DC的一側(cè)與直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器連接，所述雙向儲能DC/DC的另一側(cè)與所述直流母線配電線路連接，所述直流母線配電線路與所述雙向儲能AC/DC的一側(cè)連接，所述雙向儲能AC/DC的另一側(cè)與交流母線配電線路連接，所述雙向儲能DC/DC用于充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的效果。
[0009]本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)技術(shù)問題通過以下進一步的技術(shù)方案予以解決。
[0010]所述雙向儲能DC/DC，是常用的典型三相交錯并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的雙向半橋變換器，其總輸出電流為三個單元電路輸出電流之和，平均電流為三個單元電路輸出電流平均值的三倍，其脈動頻率也是三個單元電路脈動頻率的三倍，使三個單元電路輸出電流的紋波相互抵消，進而使變換器的總輸出電流脈動值明顯減小，變換器的等效開關(guān)頻率高，快速對超級電容器充電或放電，充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的功能。
[0011]所述雙向儲能DC/DC快速對超級電容器充電，是以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，所述雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)。
[0012]所述雙向儲能DC/DC快速對超級電容器放電，是以恒流限壓的方式單向為超級電容器放電，所述雙向儲能DC/DC處于放電狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。
[0014]這種混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，由微網(wǎng)中的能量管理系統(tǒng)(EnergyManagement System,縮略詞為EMS)在微網(wǎng)運行中實時分別檢測與判定所述混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的荷電狀態(tài)(State of Charge，縮略詞為S0C)，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，穩(wěn)定微網(wǎng)的交流母線配電線路電壓，滿足負荷不間斷供電的需求，實現(xiàn)微網(wǎng)運行成本最優(yōu)化。
[0015]這種混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法的特點是:
[0016]在微網(wǎng)處于并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行時，所述調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值如下:
[0017]如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，且控制雙向儲能雙向AC/DC處于整流狀態(tài)；
[0018]如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，磷酸鐵鋰蓄電池繼續(xù)充電，且控制雙向儲能AC/DC處于整流狀態(tài)；
[0019]如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC和雙向儲能AC/DC都處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，由大電網(wǎng)維持交流母線配電線路電壓穩(wěn)定；
[0020]如果要求磷酸鐵鋰蓄電池放電補充大電網(wǎng)能量，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)。
[0021]在微網(wǎng)處于并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行切換為孤島暫態(tài)運行時，交流母線配電線路的電壓波動，所述調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值如下:[0022]如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，先控制雙向儲能DC/DC處于放電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器放電，由超級電容器單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電出力，快速補償交流母線配電線路的電壓跌落，此時磷酸鐵鋰蓄電池不出力，然后，逐漸減小超級電容器的出力，逐漸增大磷酸鐵鋰蓄電池的出力，再控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止放電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，在至多20ms的時間內(nèi)切換到由雙向儲能DC/DC以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容器側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式維持直流母線配電線路電壓穩(wěn)定，無縫切換到孤島穩(wěn)態(tài)運行。
[0023]在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時，所述調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值如下:
[0024]如果微源出力小于負荷需求，交流母線配電線路電壓低于額定電壓，下降至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，超級電容器的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓；且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，以恒流限壓的方式工作，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式配合雙向儲能DC/DC穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，且以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓，以保證超級電容器在任何時刻都具備對孤島暫態(tài)的進行至多20ms的電網(wǎng)供電補償?shù)哪芰Γ?br> [0025]如果微源出力小于負荷需求，交流母線配電線路電壓低于額定電壓，下降至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，磷酸鐵鋰蓄電池繼續(xù)單獨放電出力；且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓；
[0026]如果微源出力大于負荷需求，交流母線配電線路電壓高于額定電壓，上升至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC都是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，以保證超級電容器在任何時刻都具備在孤島暫態(tài)運行時單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電能力，補償交流母線配電線路的電壓跌落，且控制雙向儲能AC/DC處于整流狀態(tài)，對磷酸鐵鋰蓄電池單獨充電，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式配合雙向儲能DC/DC穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，且以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓；
[0027]如果微源出力大于負荷需求，交流母線配電線路電壓高于額定電壓，上升至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，且控制雙向儲能AC/DC處于整流狀態(tài)，對磷酸鐵鋰蓄電池單獨繼續(xù)充電，吸收光伏發(fā)電系統(tǒng)的多余電量，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓；
[0028]如果微源出力等于負荷需求，交流母線配電線路電壓等于額定電壓，達到雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC和雙向儲能AC/DC分別都處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電；
[0029]如果微源出力等于負荷需求，交流母線配電線路電壓等于額定電壓，達到雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，超級電容器的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒壓限流的方式單向為超級電容器充電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓，保證超級電容器在任何時刻都具備在孤島暫態(tài)運行時單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電能力，補償交流母線配電線路的電壓跌落，且控制雙向儲能AC/DC處于待機狀態(tài)；
[0030]如果負荷突然增加，交流母線配電線路電壓跌落，微網(wǎng)處于孤島暫態(tài)運行，混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，先控制雙向儲能DC/DC以恒流限壓的方式放電，控制超級電容器單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電出力，快速補充增加負荷需要的電量，快速補償交流母線配電線路的電壓跌落，此時磷酸鐵鋰蓄電池不出力，然后，逐漸減小超級電容器的出力，逐漸增大磷酸鐵鋰蓄電池的出力，直至進入孤島穩(wěn)態(tài)運行，再控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，僅用至多200ms無縫切換為孤島穩(wěn)態(tài)運行，且保證交流母線配電線路電壓跌落在穩(wěn)態(tài)電壓值的5%以內(nèi)，以滿足孤島暫態(tài)運行的要求；
[0031]如果負荷突然切掉部分，交流母線配電線路電壓驟升，微網(wǎng)處于孤島暫態(tài)運行，混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，超級電容器快速吸收切掉部分負荷多余的電量，穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，磷酸鐵鋰蓄電池保持原有的充電或放電狀態(tài)，僅用至多200ms無縫切換為孤島穩(wěn)態(tài)運行，且保證交流母線配電線路電壓跌落在穩(wěn)態(tài)電壓值的5%以內(nèi)，以滿足孤島暫態(tài)運行的要求。
[0032]本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法技術(shù)問題通過以下進一步的技術(shù)方案予以解決。
[0033]所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC充電閾值，是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，相應(yīng)的交流母線配電線路電壓為允許最大值。[0034]所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC充電閾值為75%?85%。
[0035]所述交流母線配電線路電壓的允許最大值為405V?415V。
[0036]所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC放電閾值，是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，相應(yīng)的交流母線配電線路電壓為允許最小值。
[0037]所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC放電閾值為25%?35%。
[0038]所述交流母線配電線路電壓的允許最小值為355V?365V。
[0039]所述雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，是交流母線配電線路的額定電壓。
[0040]所述交流母線配電線路的額定電壓為370V?390V。
[0041]所述微網(wǎng)除所述混合儲能系統(tǒng)、EMS外，包括微源、交流母線配電線路、通過第一支路斷路器連接所述交流母線配電線路的負荷，以及用于建立系統(tǒng)內(nèi)部通信的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，用戶側(cè)大電網(wǎng)通過并網(wǎng)開關(guān)連接交流母線配電線路。
[0042]所述微源包括光伏發(fā)電系統(tǒng)及其通過第二支路斷路器連接交流母線配電線路的光伏交流/直流變換器AC/DC，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)用于充分利用太陽能環(huán)保節(jié)能，所述光伏AC/DC通過匯流箱與所述光伏發(fā)電系統(tǒng)連接，用于實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的最大功率跟蹤，提高太陽能利用效率。
[0043]所述負荷是模擬交流負荷，包括照明負荷、空調(diào)負荷和不間斷(UninterruptedPower Supply，縮略詞為UPS)負荷，其中UPS負荷為關(guān)鍵負荷，微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時優(yōu)先對關(guān)鍵負荷UPS負荷持續(xù)可靠供電。
[0044]所述EMS是微網(wǎng)穩(wěn)定工作的控制系統(tǒng)，包括常用的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)、自動發(fā)電控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計系統(tǒng)和PC機人機交互部件，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、能量管理與網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用程序，通過與電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,縮略詞為BMS)通信，實時分別檢測與判定混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，實時顯示微網(wǎng)總電壓、電流、S0C,以及儲能單元電池組的每個電池模組的電壓、溫度和單個電芯的電壓，還通過與光伏系統(tǒng)監(jiān)控器通信，實時監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行，檢測和記錄光伏發(fā)電系統(tǒng)運行故障，由PC機人機交互部件的顯示器顯示光伏AC/DC變換器輸出的交流電壓、電流、功率、頻率、當日發(fā)電量、總發(fā)電量。
[0045]所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)分別與所述EMS、所述光伏AC/DC、所述雙向儲能DC/DC，以及所述雙向儲能AC/DC無線連接，用于系統(tǒng)內(nèi)部通信。
[0046]本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法技術(shù)問題通過以下再進一步的技術(shù)方案予以解決。
[0047]所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)是執(zhí)行M0DBUS-RTU通信規(guī)約的無線通信網(wǎng)絡(luò)，包括與所述EMS連接的通信服務(wù)器、與所述通信服務(wù)器連接的Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端、設(shè)置在所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端與所述雙向儲能AC/DC之間的第一 Zigbee采集器、設(shè)置在所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端與所述雙向儲能DC/DC之間的第二 Zigbee采集器，以及設(shè)置在Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端與所述光伏AC/DC之間的第三Zigbee采集器,所述EMS通過第一 Zigbee采集器、第二 Zigbee采集器和第三Zigbee采集器分別接收所述雙向儲能AC/DC、雙向儲能DC/DC和光伏AC/DC上傳的遙信和遙測信息，并通過第一 Zigbee采集器、第二 Zigbee采集器和第三Zigbee采集器分別向所述雙向儲能AC/DC、雙向儲能DC/DC和光伏AC/DC下發(fā)遙控和遙調(diào)指令。[0048]所述微網(wǎng)是交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)和交直流微網(wǎng)中的一種。
[0049]所述微網(wǎng)不必配置無功補償設(shè)備。
[0050]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0051]由微網(wǎng)中的能量管理系統(tǒng)在微網(wǎng)運行中實時分別檢測與判定本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的荷電狀態(tài)，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的功能，滿足無縫切換以及孤島暫態(tài)運行的要求，保持不間斷供電，顯著提高供電可靠性，實現(xiàn)微網(wǎng)運行成本最優(yōu)化。而且由于是交流配電線路，微網(wǎng)中不需要再配置無功補償設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1是應(yīng)用本發(fā)明的混合儲能系統(tǒng)【具體實施方式】的微網(wǎng)組成方框圖；
[0053]圖2是圖1中的雙向儲能DC/DC的組成方框圖；
[0054]圖3是圖1中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組成方框圖。
【具體實施方式】
[0055]下面結(jié)合【具體實施方式】并對照附圖對本發(fā)明進行說明。
[0056]一種設(shè)置在如圖1所示的交直流微網(wǎng)中的混合儲能系統(tǒng)，包括設(shè)有磷酸鐵鋰蓄電池的直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)3及其雙向儲能AC/DC 2的第一儲能單元和包括設(shè)有超級電容器的直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)10的第二儲能單元，磷酸鐵鋰蓄電池直接連接到直流母線配電線路13，直流母線配電線路13與雙向儲能AC/DC 2的直流側(cè)連接，雙向儲能AC/DC2的交流側(cè)通過第三支路斷路器17與交流母線配電線路7連接，直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)3包括容量為50kWX2小時的儲能電池，用于平抑微網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)5發(fā)出的功率波動以及在在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時延長對負荷的供電，超級電容儲能系統(tǒng)10包括容量為55.3F的超級電容器，用于平抑微網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)5發(fā)出的功率波動，以及在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時配合直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)3供電，以滿足對負荷不間斷供電的需求。
[0057]設(shè)有雙向儲能DC/DC 4，其是如圖2所示的常用的典型三相交錯并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的雙向半橋變換器，雙向儲能DC/DC 4的一側(cè)與直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)10的超級電容器連接，雙向儲能DC/DC 4的另一側(cè)與直流母線配電線路13連接，直流母線配電線路13與雙向儲能AC/DC 2的一側(cè)連接，雙向儲能AC/DC 2的另一側(cè)與交流母線配電線路7連接。
[0058]雙向儲能DC/DC 4的總輸出電流為三個單元電路輸出電流之和，平均電流為三個單元電路輸出電流平均值的三倍，其脈動頻率也是三個單元電路脈動頻率的三倍，使三個單元電路輸出電流的紋波會相互抵消，進而使變換器的總輸出電流脈動值明顯減小，顯著提高變換器的等效開關(guān)頻率，快速對超級電容器充電或放電，充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的功能。雙向儲能DC/DC快速對超級電容器充電，是以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)。雙向儲能DC/DC快速對超級電容器放電，是以恒流限壓的方式單向為超級電容器放電，雙向儲能DC/DC處于放電狀態(tài)。
[0059]如圖1所示的交直流微網(wǎng)，不必配置無功補償設(shè)備，除上述混合儲能系統(tǒng)、EMS 8外包括微源、交流母線配電線路7、通過第一支路斷路器15連接交流母線配電線路7的模擬交流負荷15，以及用于建立系統(tǒng)內(nèi)部通信的無線傳感網(wǎng)絡(luò)12，用戶側(cè)大電網(wǎng)I通過并網(wǎng)開關(guān)14連接交流母線配電線路7。
[0060]微源包括光伏發(fā)電系統(tǒng)5及其通過第二支路斷路器16連接交流母線配電線路7的光伏AC/DC 6，光伏發(fā)電系統(tǒng)5采用IOkW光伏單晶硅電池，用于充分利用太陽能環(huán)保節(jié)能，光伏AC/DC 6通過匯流箱與光伏發(fā)電系統(tǒng)5連接，用于實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)5發(fā)出的最大功率跟蹤，提聞太陽能利用效率。
[0061]模擬交流負荷15包括照明負荷、空調(diào)負荷和不間斷UPS負荷11，其中UPS負荷為關(guān)鍵負荷，微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時優(yōu)先對關(guān)鍵負荷UPS負荷持續(xù)可靠供電。
[0062]EMS 8是微網(wǎng)穩(wěn)定工作的控制系統(tǒng)，包括常用的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)、自動發(fā)電控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計系統(tǒng)和PC機人機交互部件，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、能量管理與網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用程序，通過與電池管理系統(tǒng)BMS通信，實時分別檢測與判定混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，實時顯示微網(wǎng)總電壓、電流、S0C,以及磷酸鐵鋰蓄電池的每個電池模組的電壓、溫度和單個電芯的電壓，還通過與光伏系統(tǒng)監(jiān)控器通信，實時監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)5的運行，檢測和記錄光伏發(fā)電系統(tǒng)5運行故障，由PC機人機交互部件的顯不器顯不光伏AC/DC變換器6輸出的交流電壓、電流、功率、頻率、當日發(fā)電量、總發(fā)電量。
[0063]無線傳感網(wǎng)絡(luò)12分別與EMS 8、光伏AC/DC 6、雙向儲能DC/DC 4，以及雙向儲能AC/DC 2無線連接，用于系統(tǒng)內(nèi)部通信。
[0064]無線傳感網(wǎng)絡(luò)12是執(zhí)行M0DBUS-RTU通信規(guī)約的無線通信網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示，包括與EMS8連接的通信服務(wù)器18、與通信服務(wù)器18連接的Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端14、設(shè)置在Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端14與雙向儲能AC/DC 2之間的第一 Zigbee采集器19、設(shè)置在Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端14與雙向儲能DC/DC 4之間的第二 Zigbee采集器20，以及設(shè)置在Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端14與光伏AC/DC 6之間的第三Zigbee采集器21，EMS 8通過第一 Zigbee采集器19、第二 Zigbee采集器20和第三Zigbee采集器21分別接收雙向儲能AC/DC 2、雙向儲能DC/DC 4和光伏AC/DC 6上傳的遙信和遙測信息，并通過第一 Zigbee采集器19、第二 Zigbee采集器20和第三Zigbee采集器21分別向雙向儲能AC/DC 2、雙向儲能DC/DC 4和光伏AC/DC 6下發(fā)遙控和遙調(diào)指令。
[0065]磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC充電閾值為80%，是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，相應(yīng)的交流母線配電線路電壓為允許最大值為410V。
[0066]磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC放電閾值為30%，是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，相應(yīng)的交流母線配電線路電壓為允許最小值為360V。
[0067]雙向儲能AC/DC 2整流逆變切換閾值為380V，是交流母線配電線路的額定電壓。
[0068]本【具體實施方式】的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，由微網(wǎng)中的EMS 8在微網(wǎng)運行中實時分別檢測與判定混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，穩(wěn)定微網(wǎng)的交流母線配電線路7電壓，滿足照明負荷、空調(diào)負荷和不間斷UPS負荷11不間斷供電的需求，實現(xiàn)微網(wǎng)運行成本最優(yōu)化。
[0069]在微網(wǎng)處于并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行時，調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值如下:
[0070]如果超級電容儲能系統(tǒng)10的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)3的磷酸鐵鋰蓄電池SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值30%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，且控制雙向儲能雙向AC/DC 2處于整流狀態(tài)；
[0071]如果超級電容儲能系統(tǒng)10的超級電容器SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC4處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，磷酸鐵鋰蓄電池繼續(xù)充電，且控制雙向儲能AC/DC 2處于整流狀態(tài)；
[0072]如果超級電容儲能系統(tǒng)10的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)3的磷酸鐵鋰蓄電池SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4和雙向儲能AC/DC2都處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，由大電網(wǎng)I維持交流母線配電線路7電壓穩(wěn)定；
[0073]如果要求磷酸鐵鋰蓄電池放電補充大電網(wǎng)I能量，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，且控制雙向儲能AC/DC 2處于逆變狀態(tài)。
[0074]在微網(wǎng)處于并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行切換為孤島暫態(tài)運行時，交流母線配電線路7的電壓波動跌落，調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值如下:
[0075]如果超級電容儲能系統(tǒng)10的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)3的磷酸鐵鋰蓄電池SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，先控制雙向儲能DC/DC 4處于放電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器放電，由超級電容器單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電出力，快速補償交流母線配電線路7的電壓跌落，此時磷酸鐵鋰蓄電池不出力，然后，逐漸減小超級電容器的出力，逐漸增大磷酸鐵鋰蓄電池的出力，再控制雙向儲能DC/DC 4處于待機狀態(tài)，超級電容器停止放電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，且控制雙向儲能AC/DC 2處于逆變狀態(tài)，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓，在至多20ms的時間內(nèi)切換到由雙向儲能DC/DC 4以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容器側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式維持直流母線配電線路13電壓穩(wěn)定，無縫切換到孤島穩(wěn)態(tài)運行。
[0076]在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時，調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值如下:
[0077]如果微源出力小于負荷需求，交流母線配電線路7電壓低于額定電壓380V，下降至雙向儲能AC/DC 2整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，超級電容器的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值30%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓，以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路13的電壓，且控制雙向儲能AC/DC 2處于逆變狀態(tài)，以恒流限壓的方式工作，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式配合雙向儲能DC/DC 4穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓，且以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路13的電壓，以保證超級電容器在任何時刻都具備對孤島暫態(tài)的進行至多20ms的電網(wǎng)供電補償?shù)哪芰Γ?br> [0078]如果微源出力小于負荷需求，交流母線配電線路7電壓低于額定電壓380V，下降至雙向儲能AC/DC 2整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，磷酸鐵鋰蓄電池繼續(xù)單獨放電出力，且控制雙向儲能AC/DC 2處于逆變狀態(tài)，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓；
[0079]如果微源出力大于負荷需求，交流母線配電線路7電壓高于額定電壓380V，上升至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC都是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值30%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，以保證超級電容器在任何時刻都具備在孤島暫態(tài)運行時單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電能力，補償交流母線配電線路7的電壓跌落，且控制雙向儲能AC/DC 2處于整流狀態(tài)，對磷酸鐵鋰蓄電池單獨充電，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式配合雙向儲能DC/DC 4穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓，且以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路13的電壓；
[0080]如果微源出力大于負荷需求，交流母線配電線路7電壓高于額定電壓380V，上升至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值30%，超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，且控制雙向儲能AC/DC 2處于整流狀態(tài)，對磷酸鐵鋰蓄電池單獨繼續(xù)充電，吸收光伏發(fā)電系統(tǒng)5的多余電量，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓；
[0081]如果微源出力等于負荷需求，交流母線配電線路7電壓等于額定電壓380V，達到雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4和雙向儲能AC/DC 2分別都處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電；
[0082]如果微源出力等于負荷需求，交流母線配電線路7電壓等于額定電壓380V，達到雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，超級電容器的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值30%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于充電狀態(tài)，以恒壓限流的方式單向為超級電容器充電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，穩(wěn)定交流母線配電線路7的電壓，以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路13的電壓，保證超級電容器在任何時刻都具備在孤島暫態(tài)運行時單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電能力，補償交流母線配電線路7的電壓跌落，且控制雙向儲能AC/DC 2處于待機狀態(tài)；
[0083]如果負荷突然增加，交流母線配電線路7電壓跌落，微網(wǎng)處于孤島暫態(tài)運行，混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，先控制雙向儲能DC/DC 4以恒流限壓的方式放電，控制超級電容器單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電出力，快速補充增加負荷需要的電量，快速補償交流母線配電線路7的電壓跌落，此時磷酸鐵鋰蓄電池不出力，然后，逐漸減小超級電容器的出力，逐漸增大磷酸鐵鋰蓄電池的出力，直至進入孤島穩(wěn)態(tài)運行，再控制雙向儲能DC/DC 4處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，僅用至多200ms無縫切換為孤島穩(wěn)態(tài)運行，且保證交流母線配電線路7電壓跌落在穩(wěn)態(tài)電壓值的5%以內(nèi)，以滿足孤島暫態(tài)運行的要求；
[0084]如果負荷突然切掉部分，交流母線配電線路7電壓驟升，微網(wǎng)處于孤島暫態(tài)運行，混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值80%，由EMS 8發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC 4處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，超級電容器快速吸收切掉部分負荷多余的電量，維持交流母線配電線路7的電壓穩(wěn)定，且控制雙向儲能AC/DC 2處于逆變狀態(tài)，磷酸鐵鋰蓄電池保持原有的充電或放電狀態(tài)，僅用至多200ms無縫切換為孤島穩(wěn)態(tài)運行，且保證交流母線配電線路7電壓跌落在穩(wěn)態(tài)電壓值的5%以內(nèi)，以滿足孤島暫態(tài)運行的要求。
[0085]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種混合儲能系統(tǒng)，包括設(shè)有磷酸鐵鋰蓄電池的直流側(cè)磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)及其雙向儲能交流/直流變換器AC/DC的第一儲能單元和包括設(shè)有超級電容器的直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)的第二儲能單元，所述磷酸鐵鋰蓄電池直接連接到直流母線配電線路，所述直流母線配電線路與雙向儲能AC/DC的直流側(cè)連接，所述雙向儲能AC/DC的交流側(cè)通過第三支路斷路器與交流母線配電線路連接，其特征在于:設(shè)有雙向儲能直流/直流變換器DC/DC，所述雙向儲能DC/DC的一側(cè)與直流側(cè)超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器連接，所述雙向儲能DC/DC的另一側(cè)與所述直流母線配電線路連接，所述直流母線配電線路與所述雙向儲能AC/DC的一側(cè)連接,所述雙向儲能AC/DC的另一側(cè)與交流母線配電線路連接，所述雙向儲能DC/DC用于充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的效果。
2.如權(quán)利要求1所述的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述雙向儲能DC/DC，是常用的典型三相交錯并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的雙向半橋變換器，其等效開關(guān)頻率高，快速對超級電容器充電或放電，以充分發(fā)揮超級電容器迅速補償電網(wǎng)波動的功所述雙向儲能DC/DC快速對超級電容器充電，是以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，所述雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)；所述雙向儲能DC/DC快速對超級電容器放電，是以恒流限壓的方式單向為超級電容器放電，所述雙向儲能DC/DC處于放電狀態(tài)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:由微網(wǎng)中的能量管理系統(tǒng)EMS在微網(wǎng)處于并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行時，實時分別檢測與判定所述 混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的荷電狀態(tài)S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，穩(wěn)定微網(wǎng)的交流母線配電線路電壓，滿足負荷不間斷供電的需求，實現(xiàn)微網(wǎng)運行成本最優(yōu)化；如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，且控制雙向儲能雙向AC/DC處于整流狀態(tài)；如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，磷酸鐵鋰蓄電池繼續(xù)充電，且控制雙向儲能AC/DC處于整流狀態(tài)；如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC和雙向儲能AC/DC都處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，由大電網(wǎng)維持交流母線配電線路電壓穩(wěn)定；如果要求磷酸鐵鋰蓄電池放電補充大電網(wǎng)能量，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)。
4.一種如權(quán)利要求1所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:由微網(wǎng)中的能量管理系統(tǒng)EMS在微網(wǎng)處于并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行切換為孤島暫態(tài)運行時，交流母線配電線路的電壓波動，實時分別檢測與判定所述混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的荷電狀態(tài)S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，穩(wěn)定微網(wǎng)的交流母線配電線路電壓，滿足負荷不間斷供電的需求，實現(xiàn)微網(wǎng)運行成本最優(yōu)化；如果超級電容儲能系統(tǒng)的超級電容器與磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，先控制雙向儲能DC/DC處于放電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器放電，由超級電容器單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電出力，快速補償交流母線配電線路的電壓跌落，此時磷酸鐵鋰蓄電池不出力，然后，逐漸減小超級電容器的出力，逐漸增大磷酸鐵鋰蓄電池的出力，再控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止放電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，在至多20ms的時間內(nèi)切換到由雙向儲能DC/DC以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容器側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式維持直流母線配電線路電壓穩(wěn)定，無縫切換到孤島穩(wěn)態(tài)運行。
5.一種如權(quán)利要求1所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:由微網(wǎng)中的能量管理系統(tǒng)EMS在微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時，實時分別檢測與判定所述混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的荷電狀態(tài)S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，穩(wěn)定微網(wǎng)的交流母線配電線路電壓，滿足負荷不間斷供電的需求，實現(xiàn)微網(wǎng)運行成本最優(yōu)化；如果微源出力小于負荷需求，交流母線配電線路電壓低于額定電壓，下降至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，超級電容器的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓；且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，以恒流限壓的方式工作，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式配合雙向儲能DC/DC穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，且以電壓 源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓，以保證超級電容器在任何時刻都具備對孤島暫態(tài)的進行至多20ms的電網(wǎng)供電補償?shù)哪芰Γ蝗绻⒃闯隽π∮谪摵尚枨?，交流母線配電線路電壓低于額定電壓，下降至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC都是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，磷酸鐵鋰蓄電池繼續(xù)單獨放電出力；且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓；如果微源出力大于負荷需求，交流母線配電線路電壓高于額定電壓，上升至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC都是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，以保證超級電容器在任何時刻都具備在孤島暫態(tài)運行時單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電能力，補償交流母線配電線路的電壓跌落，且控制雙向儲能AC/DC處于整流狀態(tài)，對磷酸鐵鋰蓄電池充電，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式配合雙向儲能DC/DC穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，且以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓；如果微源出力大于負荷需求，交流母線配電線路電壓高于額定電壓，上升至雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，且控制雙向儲能AC/DC處于整流狀態(tài)，對磷酸鐵鋰蓄電池單獨繼續(xù)充電，吸收光伏發(fā)電系統(tǒng)的多余電量，采用交流母線電壓外環(huán)、輸出電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓；如果微源出力等于負荷需求，交流母線配電線路電壓等于額定電壓，達到雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC和雙向儲能AC/DC分別都處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電；如果微源出力等于負荷需求，交流母線配電線路電壓等于額定電壓，達到雙向儲能AC/DC整流逆變切換閾值，而混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，超級電容器的SOC是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/DC處于充電狀態(tài)，以恒壓限流的方式單向為超級電容器充電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，以電壓源形式即采用直流母線電壓外環(huán)、儲能超級電容側(cè)電感電流內(nèi)環(huán)的控制方式穩(wěn)定直流母線配電線路的電壓，保證超級電容器在任何時刻都具備在孤島暫態(tài)運行時單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電能力，補償交流母線配電線路的電壓跌落，且控制雙向儲能AC/DC處于待機狀態(tài)； 如果負荷突然增加，交流母線配電線路電壓跌落，微網(wǎng)處于孤島暫態(tài)運行，混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，先控制雙向儲能DC/DC以恒流限壓的方式放電，控制超級電容器單獨在至多20ms的時間內(nèi)放電出力，快速補充增加負荷需要的電量，快速補償交流母線配電線路的電壓跌落，此時磷酸鐵鋰蓄電池不出力，然后，逐漸減小超級電容器的出力，逐漸增大磷酸鐵鋰蓄電池的出力，直至進入孤島穩(wěn)態(tài)運行，再控制雙向儲能DC/DC處于待機狀態(tài)，超級電容器停止充放電，僅由磷酸鐵鋰蓄電池單獨放電出力，僅用至多200ms無縫切換為孤島穩(wěn)態(tài)運行，且保證交流母線配電線路電壓跌落在穩(wěn)態(tài)電壓值的5%以內(nèi)，以滿足孤島暫態(tài)運行的要求；如果負荷突然切掉部分，交流母線配電線路電壓驟升，微網(wǎng)處于孤島暫態(tài)運行，混合儲能系統(tǒng)的磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，由所述EMS發(fā)出指令，控制雙向儲能DC/D C處于充電狀態(tài)，以恒流限壓的方式單向為超級電容器充電，超級電容器快速吸收切掉部分負荷多余的電量，穩(wěn)定交流母線配電線路的電壓，且控制雙向儲能AC/DC處于逆變狀態(tài)，磷酸鐵鋰蓄電池保持原有的充電或放電狀態(tài)，僅用至多200ms無縫切換為孤島穩(wěn)態(tài)運行，且保證交流母線配電線路電壓跌落在穩(wěn)態(tài)電壓值的5%以內(nèi)，以滿足孤島暫態(tài)運行的要求。
6.如權(quán)利要求3或4或5所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC充電閾值，是微網(wǎng)足以滿足孤島運行時相應(yīng)的SOC比例閾值，相應(yīng)的交流母線配電線路電壓為允許最大值；所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC充電閾值為75%?85% ;所述交流母線配電線路電壓的允許最大值為405V?415V。
7.如權(quán)利要求3或4或5所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC放電閾值，是微網(wǎng)必須切除普通負荷時相應(yīng)的SOC比例閾值，相應(yīng)的交流母線配電線路電壓為允許最小值；所述磷酸鐵鋰蓄電池和超級電容器的SOC放電閾值為25%?35% ;所述交流母線配電線路電壓的允許最小值為355V?365V。
8.如權(quán)利要求7所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:所述微網(wǎng)除所述混合儲能系統(tǒng)、EMS外，包括微源、交流母線配電線路、通過第一支路斷路器連接所述交流母線配電線路的負荷，以及用于建立系統(tǒng)內(nèi)部通信的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，用戶側(cè)大電網(wǎng)通過并網(wǎng)開關(guān)連接交流母線配電線路；所述微源包括光伏發(fā)電系統(tǒng)及其通過第二支路斷路器連接交流母線配電線路的光伏交流/直流變換器AC/DC，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)用于充分利用太陽能環(huán)保節(jié)能，所述光伏AC/DC通過匯流箱與所述光伏發(fā).電系統(tǒng)連接，用于實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的最大功率跟蹤，提高太陽能利用效率；所述負荷是模擬交流負荷，包括照明負荷、空調(diào)負荷和不間斷UPS負荷，其中UPS負荷為關(guān)鍵負荷，微網(wǎng)處于孤島穩(wěn)態(tài)運行時優(yōu)先對關(guān)鍵負荷UPS負荷持續(xù)可靠供電；所述EMS是微網(wǎng)穩(wěn)定工作的控制系統(tǒng)，包括常用的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)、自動發(fā)電控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計系統(tǒng)和PC機人機交互部件，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、能量管理與網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用程序，通過與電池管理系統(tǒng)BMS通信，實時分別檢測與判定混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的S0C，實時分別調(diào)整與控制混合儲能系統(tǒng)的儲能單元的能量流動方向和幅值，實時顯示微網(wǎng)總電壓、電流、S0C,以及儲能單元電池組的每個電池模組的電壓、溫度和單個電芯的電壓，還通過與光伏系統(tǒng)監(jiān)控器通信，實時監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行，檢測和記錄光伏發(fā)電系統(tǒng)運行故障，由PC機人機交互部件的顯示器顯示光伏AC/DC變換器輸出的交流電壓、電流、功率、頻率、當日發(fā)電量、總發(fā)電量；所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)分別與所述EMS、所述光伏AC/DC、所述雙向儲能DC/DC，以及所述雙向儲能AC/DC無線連接，用于系統(tǒng)內(nèi)部通信。
9.如權(quán)利要求8所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于:所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)是執(zhí)行M0DBUS-RTU通信規(guī)約的無線通信網(wǎng)絡(luò)，包括與所述EMS連接的通信服務(wù)器、與所述通信服務(wù)器連接的Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端、設(shè)置在所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端與所述雙向儲能AC/DC之間的第一 Zigbee采集器、設(shè)置在所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端與所述雙向儲能DC/DC之間的第二 Zigbee采集器，以及設(shè)置在Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端與所述光伏AC/DC之間的第三Zigbee采集器,所述EMS通過第一 Zigbee采集器、第二 Zigbee采集器和第三Zigbee采集器分別接收所述雙向儲能AC/DC、雙向儲能DC/DC和光伏AC/DC上傳的遙信和遙測信息，并通過第一 Zigbee采集器、第二 Zigbee采集器和第三Zigbee采集器分別向所述雙向儲能AC/DC、雙向儲能DC/DC和光伏AC/DC下發(fā)遙控和遙調(diào)指令。
10.如權(quán)利要求9所述的混合儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的能量管理方法，其特征在于： 所述微網(wǎng)是交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)和交直流微網(wǎng)中的一種；所述微網(wǎng)不必配置無功補償設(shè)備。
【文檔編號】H02J3/32GK103427430SQ201310123459
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】秦毅 申請人:深圳市天智系統(tǒng)技術(shù)有限公司