一种风光柴蓄混合能源控制系统及方法与流程

1.本发明专利涉及新能源控制系统领域，特别涉及一种风光柴蓄混合能源控制系统及方法。


背景技术：

2.目前，我国属于能源消耗第一大国，经济又属于飞速发展阶段，对电力需求相当大，所以长期以能源消耗为代价的发电方式终将被取代，尤其是针对海岛及边远山区，通过火力集中发电再经过长距离运输的方式，造成成本高、污染大等诸多问题，亟待解决。
3.由此，新能源发电系统越发引起注意，风能和太阳能最佳的利用方式是将其转化为电能，但二者在转化过程中受地理位置、季节变化和气候环境等因素的影响，一般北方冬季风力强度大，太阳辐射能量少；到了夏季，则相反，风力强度变小，但是这时的太阳辐射能量却大幅增加。因此利用风能和太阳能进行发电具有不连续性以及不确定性的缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种风光柴蓄混合能源控制系统及方法，解决了现有的利用风能和太阳能进行发电的缺点，实现安全、可靠、高效、连续不断地提供电能。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.本发明提供的一种风光柴蓄混合能源控制系统，包括混合能源控制器，所述混合能源控制器分别与：
7.用于采集风力发电机的输出电压和电流，并控制风力发电机投入或切出的风力机控制器；
8.用于采集太阳能光伏发电阵列的输出电压和电流，并控制太阳能光伏发电阵列投入或切出的太阳能控制器；
9.用于采集蓄电池组剩余容量的蓄电池控制器；
10.用于采集柴油发电机的输出电压和电流，并控制柴油发电机投入或切出的柴油机控制器；
11.以及用于采集dc/ac交流侧的母线电压和电流的母线数据采集单元连接；
12.其中，所述风力发电机组、太阳能光伏发电阵列和柴油发电机的电源输出端均与蓄电池组的电源输入端连接。
13.优选地，所述混合能源控制器包括中央数据处理单元，其中，所述中央数据处理单元分别与风力机控制器、太阳能控制器、蓄电池控制器、柴油机控制器和母线数据采集单元连接。
14.优选地，所述中央数据处理单元通过rs485通讯单元分别与风力机控制器、太阳能控制器、蓄电池控制器和柴油机控制器和母线数据采集单元连接。
15.优选地，所述混合能源控制器还控制连接有dc/ac双向转换器。
16.一种风光柴蓄混合能源控制方法，该方法基于所述的系统，包括以下步骤：
17.计算净负载功率；
18.根据计算得到的净负载功率控制风力发电机组、太阳能光伏发电阵列以及柴油发电机的投入或切出。
19.优选地，计算净负载功率的具体方法是：
20.根据采集的交流母线电压和交流母线电流计算负责功率；
21.根据采集的风力发电机输出电压和电流，以及太阳能光伏阵列输出电压和电流，分别计算对应的风力发电机组输出功率和太阳能光伏阵列输出功率；
22.根据计算得到的负责功率、风力发电机组输出功率和太阳能光伏阵列输出功率计算得到净负载功率。
23.优选地，根据计算得到的净负载功率控制负载的电源输入端，具体方法是：
24.s11，当计算得到的净负载功率大于零时，进入s12,；否则，控制风力发电机组和太阳能光伏发电阵列向蓄电池组供电；
25.s12，若采集到的蓄电池组的剩余容量soc》10％时，则通过风力发电机组和太阳能光伏发电阵列向蓄电池组供电；否则，进入s13；
26.s13,计算柴油发电机的输出功率，根据柴油发电机的输出功率控制风力发电机组、太阳能光伏发电阵列以及柴油发电机的启停。
27.优选地，根据柴油发电机的输出功率控制风力发电机组、太阳能光伏发电阵列以及柴油发电机的启停，具体方法是：
28.若柴油机发电机的输出功率d》1.1ln时，则通过柴油发电机向蓄电池组供电；否则，通过风力发电机组和太阳能光伏发电阵列向蓄电池组供电。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明提供的一种风光柴蓄混合能源控制系统，集风能发电、太阳能光伏发电、柴油发电和蓄电池供电于一身的复合电力能源技术，能够充分利用风能和太阳能资源，替代或者补充蓄电池和柴油发电所提供的电力。
31.本发明提供的一种风光柴蓄混合能源控制方法，根据综合控制策略的需求，以功率平衡为准则，优先新能源发电，从整体上调控系统多能量源的功率分配和运行管理，并根据系统运行状态制定了详细的运行控制策略，提高了运行的经济性，保证了系统的可靠运行，使风光柴蓄混合能源系统安全、可靠、高效地运行。
附图说明
32.图1为本发明风光柴蓄混合能源控制系统设计的原理示意图；
33.图2为本发明风光柴蓄混合能源系统的母线构架示意图；
34.图3为本发明风光柴蓄混合能源系统的控制策略程序流程图；
35.附图标记说明：1混合能源控制器；2风力机控制器；3太阳能控制器；4蓄电池控制器；5柴油机控制器；6dc/ac双向转换器；7混合能源调度中心；1-1gprs通讯单元；1-2数据存储单元；1-3中央数据处理单元；1-4母线信息采集单元；1-5rs485通讯单元。
具体实施方式
36.下面参考附图并结合技术方案详细说明本发明的具体实施方式。
37.如图1所示，为风光柴蓄混合能源控制系统设计的原理示意图，本发明提供的风光柴蓄混合能源控制系统涉及到与诸多设备的通讯与控制，还涉及到能源控制系统多个控制器之间的协调控制，具体包括：
38.混合能源控制器1、风力机控制器2、太阳能控制器3、蓄电池控制器4、柴油机控制器5和dc/ac双向转换器6，其中：风力机控制器2、太阳能控制器3、蓄电池控制器4、柴油机控制器5和dc/ac双向转换器6均与混合能源控制器1相连。
39.风力机控制器2与风力发电机组相连，用于监测风力发电机输出电压、电流、发电量、和风机转速，还能够控制风力发电机的投入或切出。
40.太阳能控制器3与太阳能光伏发电阵列相连，用于监测太阳能光伏输出电压、电流、发电量和太阳辐射量，还能够控制太阳能光伏发电系统的投入或切出。
41.蓄电池控制器4与蓄电池组相连，用于监测蓄电池电压、电流、温度和剩余容量、获得电量和输出电量信息，还能够控制蓄电池的充电和放电。
42.柴油机控制器5与柴油发电机相连，用于监测柴油发电机电压、电流、发电量、运行时间、温度和油量信息，还能够控制柴油发电机的启动和停止、投入或切出。
43.dc/ac双向转换器6分别与24v直流母线和220v交流母线相连，用于24v直流电和220v交流电之间的双向转换。
44.混合能源控制器1根据其功能细分为多个单元，具体包括gprs通讯单元1-1、数据储存单元1-2、中央数据处理单元1-3、母线数据采集单元1-4和rs485通讯单元1-5，其中：
45.gprs通讯单元1-1通过gprs网络向远程混合能源调度中心7实时上传系统数据，接收远程混合能源调度中心7下发的混合能源运行控制指令。
46.数据储存单元1-2用于储存系统运行中的各项数据，实时存储经中央数据处理单元1-3分析处理的数据信息。
47.母线数据采集单元1-4用于采集dc/ac母线上的电压、电流和温度信息。
48.rs485通讯单元1-5用于分别与风力机控制器2、太阳能控制器3、蓄电池控制器4、柴油机控制器5和dc/ac双向转换器6通过rs485通信总线建立通讯连接。
49.中央数据处理单元1-3用于将rs485通讯单元1-5传来的数据根据系统控制决策程序做出相应响应并通过rs485通讯单元1-5发出控制命令，并将风光柴蓄混合能源数据信息存储到数据存储单元1-2中，同时通过gprs通讯单元1-1向远程混合能源调度中心7实时上传；同时，如果接收到所述混合能源调度中心7下发的混合能源运行控制指令后也会通过rs485通讯单元1-5向发出控制命令。
50.如图2所示，为本发明风光柴蓄混合能源系统的母线构架示意图，风力发电机组和太阳能光伏阵列经其内部的电力电子装置转换输出稳定的24v直流电，然后汇聚到直流母线上，直流母线再经dc/ac双向转换器转换成220v交流电连接到交流母线上，交流母线向交流负载提供稳定电能。
51.蓄电池控制器可以向直流母线获取电能向蓄电池组充电，还可以控制蓄电池组对外向直流母线输出电能。必要时，混合能源控制器1会向柴油发电机控制器5发出命令启动柴油发电机向交流母线输出电能。本发明采用的母线架构只需考虑功率平衡，降低了微电网控制的难度以及成本，提高供电质量和系统效率，成本低且效率高。
52.如图3所示，为本发明风光柴蓄混合能源系统的控制策略程序流程图，具体控制方
式如下：
53.步骤1，根据母线信息采集单元1-4采集的数据计算负载功率：
54.l＝u
ac
×iac
ꢀꢀ
(1)
55.其中，l为负载功率；u
ac
为交流母线电压；i
ac
为交流母线电流。
56.步骤2，根据风力机控制器2和太阳能控制器3采集的数据分别计算出风力发电机输出功率和太阳能光伏阵列输出功率：
57.w＝uw×iw
ꢀꢀ
(2)
58.s＝us×is
ꢀꢀ
(3)
59.其中，w为风力发电机输出功率；uw为风力发电机输出电压；iw为风力发电机输出电流；s为太阳能光伏阵列输出功率；us为太阳能光伏阵列输出电压；is为太阳能光伏阵列输出电流。
60.步骤3，计算净负载功率：
61.ln＝l-w-s
ꢀꢀ
(4)
62.其中，ln为净负载功率。
63.步骤4，若净负载功率ln》0时，进入步骤5；若净负载功率ln＝0时，则通过风力发电机组和太阳能光伏发电阵列向蓄电池组供电，进而通过蓄电池组向负载提供电能；
64.步骤5，若采集到的蓄电池组的剩余容量soc》10％时，则通过风力发电机组和太阳能光伏发电阵列向蓄电池组供电，进而通过蓄电池组向负载提供电能；
65.若采集到的蓄电池组的剩余容量soc≤10％时，则进入步骤6；
66.步骤6，根据柴油发电机控制器采集柴油发电机的输出电压和电流，计算柴油机发电机的输出功率d：
67.d＝ud×
id68.其中，ud为柴油发电机的输出电压；id为柴油发电机的输出电流。
69.若柴油机发电机的输出功率d》1.1ln时，则认为柴油机功率充足，进而通过柴油发电机向蓄电池组供电，进而向负载提供电能；否则，通过风力发电机组和太阳能光伏发电阵列向蓄电池组供电，进而通过蓄电池组向负载提供电能。
70.综上所述，本发明风光柴蓄混合能源控制系统是集风能发电、太阳能光伏发电、柴油发电和蓄电池供电于一身的复合电力能源技术，与单一的风能发电系统或光伏发电系统进行比较，在满足相同要求的前提下，更能够充分利用风能和太阳能资源，替代或者补充蓄电池和柴油发电所提供的电力。根据综合控制策略的需求，以功率平衡为准则，优先新能源发电，从整体上调控系统多能量源的功率分配和运行管理，并根据系统运行状态制定了详细的运行控制策略，提高了运行的经济性，保证了系统的可靠运行，使风光柴蓄混合能源系统安全、可靠、高效地运行。
71.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他形式的变化或变动凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。