直流微电网的控制系统、方法、计算机设备及存储介质与流程

1.本技术涉及微电网技术领域，尤其涉及直流微电网的控制系统、方法、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.随着全球气候变暖和化石能源匮乏等问题的日益凸显，开发利用绿色可再生的能源供电是保证人类社会可持续发展的一个重要方向。绿色可再生能源包括太阳能、风能、氢能、核能、化学电源、生物质能及地热能、海洋能新能源等，太阳能和风能是开发利用最多的可再生能源，但由于在时空上风光两种能源无法控制，其出力将会表现出波动性、间歇性和随机性。
3.目前为解决太阳能和风能两种能源无法控制和其出力表现出的波动性、间歇性和随机性这一问题，采用电池存储能量平滑波动及远距离输电等技术，但是能源存储成本较高，同时也不能实现能源的有效存储和高效利用。


技术实现要素：

4.本技术提供的直流微电网的控制系统、方法、计算机设备及存储介质，以至少解决相关技术中的不能够低成本有效存储和高效利用能源的问题。
5.本技术第一方面实施例提出一种直流微电网的控制系统，所述系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐；
6.所述风光氢储监测控制系统用于对风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的电流和电压进行实时监测，对第一变电单元、第二变电单元、第三变电单元、第四变电单元和第五变电单元进行控制；
7.所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统连接；
8.所述氢气储存罐的两端分别接入电解水制氢系统和氢燃料电池系统，用于存储风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。
9.本技术第二方面实施例提出一种直流微电网的控制方法，所述方法包括：
10.利用风光氢储监测控制系统监测风电系统的电流及电压、光电系统的电流及电压和风光氢储直流微电网系统的母线电压，并基于所述风电系统的电流及电压、光电系统的电流及电压确定风电系统与光电系统的发电量之和；
11.基于所述风电系统与光电系统的发电量之和与风光氢储直流微电网的母线电压的情况选择需要控制的风光氢储直流微电网中的系统；
12.利用风光氢储监测控制系统对所述选择的系统对应的变电单元进行控制。
13.本技术第三方面实施例提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如本技术第二方面的控制方法。
14.本技术第四方面实施例提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本技术第二方面的控制方法。
15.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
16.综上所述，本技术提出的直流微电网的控制系统、方法、计算机设备及存储介质中，所述系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐；所述风光氢储监测控制系统用于对风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的电流和电压进行实时监测，对第一变电单元、第二变电单元、第三变电单元、第四变电单元和第五变电单元进行控制；所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统连接；所述氢气储存罐的两端分别接入电解水制氢系统和氢燃料电池系统，用于存储风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。本发明提供的技术方案，设置有电解水制氢系统，通过利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。
17.本技术附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
18.本技术上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为根据本技术一个实施例提供的直流微电网的控制系统的结构图；
20.图2为根据本技术一个实施例提供的直流微电网的控制方法的流程图；
21.附图标记说明：
22.风光氢储监测控制系统1、风电系统2、第一变电单元3、光电系统4、第二变电单元5、储能系统6、第三变电单元7、电解水制氢系统8、第四变电单元9、氢燃料电池系统10、第五变电单元11和氢气储存罐12。
具体实施方式
23.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
24.本技术提出的直流微电网的控制系统、方法、计算机设备及存储介质中，所述系统包括：风光氢储监测控制系统、风电系统及其对应的第一变电单元、光电系统及其对应的第
二变电单元、储能系统及其对应的第三变电单元、电解水制氢系统及其对应的第四变电单元、氢燃料电池系统及其对应的第五变电单元和氢气储存罐；所述风光氢储监测控制系统用于对风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的电流和电压进行实时监测，对第一变电单元、第二变电单元、第三变电单元、第四变电单元和第五变电单元进行控制；所述风电系统、光电系统、储能系统、电解水制氢系统和氢燃料电池系统的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统连接；所述氢气储存罐的两端分别接入电解水制氢系统和氢燃料电池系统，用于存储风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。本发明提供的技术方案，设置有电解水制氢系统，通过利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。
25.下面参考附图描述本技术实施例的直流微电网的控制系统、方法、计算机设备及存储介质。
26.实施例1
27.图1为本公开实施例所提供的一种直流微电网的控制系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：
28.风光氢储监测控制系统1、风电系统2及其对应的第一变电单元3、光电系统4及其对应的第二变电单元5、储能系统6及其对应的第三变电单元7、电解水制氢系统8及其对应的第四变电单元9、氢燃料电池系统10及其对应的第五变电单元11和氢气储存罐12；
29.所述风光氢储监测控制系统1用于对风电系统2、光电系统4、储能系统6、电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10的电流和电压进行实时监测，对第一变电单元3、第二变电单元5、第三变电单元7、第四变电单元9和第五变电单元11进行控制；
30.所述风电系统2、光电系统4、储能系统6、电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，且各变电单元的另一端接入风光氢储直流微电网系统的母线中，各所述系统的另一端与风光氢储监测控制系统1连接；
31.所述氢气储存罐12的两端分别接入电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10，用于存储风电系统2和光电系统4电量富足的情况下电解水制氢系统8制得的氢气。
32.在本公开实施例中，所述风电系统2、光电系统4、储能系统6、电解水制氢系统8和氢燃料电池系统10的一端分别与其对应的变电单元的一端连接，包括：
33.所述风电系统2与其对应的第一变电单元3单向连接，用于将风电系统产生的电能经过第一变电单元3整流变换后接入风光氢储直流微电网系统的直流母线中；
34.所述光电系统4与其对应的第二变电单元5单向连接，用于将光电系统产生的电能经过第二变电单元5整流变换后接入风光氢储直流微电网系统的直流母线中；
35.所述储能系统6与其对应的第三变电单元7双向连接，用于当风光氢储直流微电网系统的直流母线电压升高时，存储所述直流母线经过第三变换单元7整流变换后的电能，当风光氢储直流微电网系统的直流母线电压急剧下降时，储能系统6释放电能支撑所述直流母线的电压；
36.所述电解水制氢系统8与其对应的第四变电单元9单向连接，用于接收风光氢储直
流微电网系统的直流母线经过第四变电单元9变换后的电能，利用接收的电能进行电解水制氢生产氢气；
37.所述氢燃料电池系统10其对应的第五变电单元11单向连接，用于将电解水制氢系统产生的氢气进行电化学能转换产生的电能经过第五变电单元11变换后接入接入风光氢储直流微电网系统的直流母线中。
38.需要说明的是，所述第一变电单元3的电路为ac/dc转换电路，用于把风电系统2发出的交流电转换成直流电；
39.所述第二变电单元5的电路为dc/dc转换电路，用于把光电系统4发出的直流电转换成风光氢储直流微电网系统的额定直流母线电压的输出；
40.所述第三变电单元7的电路为双向buck-boost直流变换电路，用于在风光氢储直流微电网系统的直流母线电压升高时使储能系统6存储电能，在所述直流母线电压急剧下降时使储能系统6释放电能；
41.所述第四变电单元9的电路为dc/dc转换电路，用于把风光氢储直流微电网系统的直流母线电压转换成电解水制氢需要的额定直流工作电压；
42.所述第五变电单元11的电路为dc/dc转换电路，把氢燃料电池发出的直流电转换成风光氢储直流微电网系统的额定直流母线电压。
43.进一步的，所述第一变电单元的ac/dc转换电路的前端设置有变压器或第一变电单元的ac/dc转换电路的后端设置有dc/dc转换电路，用于将输出的电能变换以达到风光氢储直流微电网系统的额定母线电压。
44.具体的，采用高压气态存储的方式存储风电系统2和光电系统4电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气。
45.需要说明的是：本系统中风电系统2，光电系统4，储能系统6，电解水制氢系统8，氢燃料电池系统10可设置一个或多个。每个单独的系统都配有相应的变电单元，风电系统2的变电单元主要是ac/dc转换电路构成的，ac/dc转换电路把风电系统发出的交流电转换成直流电，根据微电网直流系统的额定电压要求还可以在ac/dc转换电路前端增加变压器或者在后端增加dc/dc转换电路以达到额定母线电压的输出，ac/dc或者dc/dc转换电路都是需要触发电路来控制的，整个变电单元受风光氢储监测控制系统1的控制；光电系统4的变电单元主要是dc/dc转换电路构成的，dc/dc转换电路把光电系统4发出的直流电转换成额定直流母线电压的输出，同样的变电单元受风光氢储监测控制系统的控制；储能系统6不但要在直流母线电压升高时储存电能而且还要在直流母线电压急剧下降时及时放电以支撑母线电压，因此其对应的变电单元采用双向buck-boost直流变换电路，双向buck-boost直流变换电路是dc/dc变换电路的一种，所述变电单元受风光氢储监测控制系统1的控制；电解水制氢系统8的变电单元主要是dc/dc转换电路构成的，dc/dc转换电路把直流母线电压转换成电解水制氢需要的额定直流工作电压，变电单元受风光氢储监测控制系统1的控制；氢燃料电池系统10的变电单元主要是dc/dc转换电路构成的，dc/dc转换电路把氢燃料电池发出的直流电转换成额定直流母线电压，变电单元5受风光氢储监测控制系统1的控制。此外，在风电系统和光电系统电量富足的情况下电解水制氢系统制得的氢气存储在氢气存储罐12中，氢气存储一般采用高压气态存储。
46.综上所述，本技术提出的一种直流微电网的控制系统通过利用低成本电力生产氢
能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。
47.实施例2
48.图2为本公开实施例所提供的一种直流微电网的控制方法的流程图，如图2所示，所述方法包括：
49.步骤1：利用风光氢储监测控制系统监测风电系统的电流及电压、光电系统的电流及电压和风光氢储直流微电网系统的母线电压，并基于所述风电系统的电流及电压、光电系统的电流及电压确定风电系统与光电系统的发电量之和；
50.步骤2：基于所述风电系统与光电系统的发电量之和与风光氢储直流微电网的母线电压的情况选择需要控制的风光氢储直流微电网中的系统；
51.在本公开实施例中，若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和小于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值大于等于预先设置的发电量急剧下降阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压小于第一预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的储能系统放电和氢燃料电池系统发电；
52.其中，当风光氢储直流微电网的储能系统储备的电量不能够支撑风光氢储直流微电网的母线电压稳定时，再选择控制氢燃料电池系统发电；
53.若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和小于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值小于等于预先设置的发电量缓慢下降阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压大于等于第一预设电压值且小于第二预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的储能系统放电和电解水制氢系统最小功率运行，其中所述最小功率等于所述电解水制氢系统运行的最小额定功率；
54.若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和大于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值小于等于预先设置的发电量缓慢上升阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压大于第三预设电压值且小于等于第四预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的电解水制氢系统的功率增大，其中，将所述电解水制氢系统的功率调至可以抑制母线电压上升的功率运行；
55.若当前时刻风电系统与光电系统的发电量之和大于前一时刻风电系统与光电系统的发电量之和且两者之间的差值的绝对值大于预先设置的发电量急剧上升阈值，同时所述风光氢储直流微电网的母线电压大于第四预设电压值，则选择控制风光氢储直流微电网的电解水制氢系统的满功率运行和储能系统充电，其中所述满功率等于所述电解水制氢系统运行的最大额定功率。
56.步骤3：利用风光氢储监测控制系统对所述选择的系统对应的变电单元进行控制。
57.综上所述，本技术提出的一种直流微电网的控制方法，利用低成本电力生产氢能可以有效吸纳原有弃风弃光所产生的电能，提高可再生能源消纳水平，同时实现了电能与化学能之间的有效耦合，在电力不足的情况下可通过氢燃料电池系统发电回馈电网，实现能源的有效存储和高效利用。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
60.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。