发明专利｜一种智能直流微电网系统及控制方法

发明内容

针对现有直流微电网的集中控制和通信技术造成的直流微电网可靠性不高的问题，以及直流微电网双向信息通信能力弱和系统扩展性差的问题。本发明公开的一种智能直流微电网系统及控制方法，要解决的技术问题是实现充分发挥微电网分布式控制的优点，从而提高微电网可靠性，并改善微电网双向信息通讯能力和系统可扩展性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种智能直流微电网系统，包括电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器、智能直流微电网连接功率电路、智能直流微电网通信总线、智能直流微电网预测和优化控制模块、监控模块。所述的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器、智能直流微电网连接功率电路、智能直流微电网通信总线、智能直流微电网预测和优化控制模块、监控模块在一种智能直流微电网系统中数量为一个及以上。

所述的电源模块用于向智能直流微电网系统提供电能，包括分布式电源及与其相连的最大功率跟踪器。所述的最大功率跟踪器集成有电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块和故障处理模块。

所述的负荷模块包括负荷、变换器，变换器与负荷相连。所述的变换器集成有电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块和故障处理模块。所述的负荷指任选不可控负荷或可控负荷之一，所述的变换器指任选DC/DC变换器或DC/AC变换器之一。

所述的储能模块用于通过电能储存或释放调节智能直流微电网系统功率平衡，包括蓄电池、超级电容等储能装置和双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器分别与蓄电池、超级电容等储能装置相连。所述的双向DC/DC变换器集成有电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块和故障处理模块。

所述的并网控制器可选用双向DC/AC控制器，用于调节直流微电网系统的功率平衡，并且用于智能直流微电网系统并网或孤岛运行状态的控制。所述的双向DC/AC控制器集成有电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块和故障处理模块。

所述的智能直流微电网连接功率电路用于智能直流微电网系统电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器之间的连接，并用于智能直流微电网系统电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器之间的电能传输。

所述智能直流微电网通信总线用于电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器、智能直流微电网预测和优化控制模块和监控模块之间的高速双向信息通信。

所述智能直流微电网预测和优化控制模块用于预测和优化电源模块、负荷模块和储能模块运行状态。所述智能直流微电网预测和优化控制模块使用预测和优化算法得到实时控制指令和预测控制指令，并通过智能直流微电网通信总线发送给电源模块、负荷模块和储能模块。

所述监控模块包括监控硬件和监控软件，硬件根据使用需求任意选择PC机或者服务器;软件包括智能直流微电网预测和优化控制模块算法和智能直流微电网系统监控人机交互软件平台。

所述的最大功率跟踪器、变换器、双向DC/AC控制器和双向DC/DC变换器均集成有电压电流感器模块、微控制器模块、故障处理模块，用于直流微电网电能质量控制、故障动作等暂态控制，充分发挥智能直流微电网系统分布式控制的优势，并且能够提高直流微电网可靠性。所述的最大功率跟踪器、变换器、双向DC/AC控制器和双向DC/DC变换器均集成有CAN总线通信模块，集成的CAN总线通信模块通过直流微电网通信总线相连接，能够改善智能直流微电网系统的双向信息通信能力和系统的扩展性。所述智能直流微电网预测和优化控制模块生成的优化指令包括实时指令和预测指令。通信正常时，智能直流微电网系统根据实时指令运行;当通信故障时，智能直流微电网系统能根据预测指令继续运行，改善传统直流微电网可靠性。

进一步的，所述CAN总线通信模块主动与监控模块校对时钟，所有的最大功率跟踪器、变换器、双向DC/AC控制器和双向DC/DC变换器与监控模块保持时钟一致;同时CAN总线通信具有良好的双向通信能力、简单易扩展，有利于智能直流微电网系统的双向信息通信和系统的扩展。

进一步的，所述智能直流微电网预测和优化控制模块用于生成控制直流微电网潮流优化的预测优化指令和实时优化指令。所述潮流优化基于日用电价格最低的优化算法，达到用电价格最低的目的，或者优选基于智能直流微电网系统运行总损耗最小的优化算法，达到节约能源，提高能源利用率的目的。

进一步的，为加强智能直流微电网系统的安全性，所述的智能直流微电网系统还包括过压保护装置、过流保护装置和短路保护装置。

本发明还公开用于上述的一种智能直流微电网系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：智能直流微电网预测和优化控制模块获取外部信息和智能直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器的模块运行实时信息。

步骤二：智能直流微电网预测和优化控制模块使用预测和优化控制算法生成预测优化指令和实时优化指令，并通过CAN总线通信模块下发给电源模块、负荷模块和储能模块。CAN总线通信具有良好的双向通信能力、简单易扩展，有利于智能直流微电网系统的双向信息通信和系统的扩展。

步骤三：检测智能直流微电网系统通信状态。智能直流微电网系统通信正常可用时，电源模块、负荷模块和储能模块接受并执行实时控制指令，同时接收并存储预测控制指令;智能直流微电网系统通信异常时，电源模块、负荷模块和储能模块提取已储存的预测控制指令，并按照预测控制指令运行，同时报警并等待通信恢复。智能直流微电网系统通信异常使用已储存的预测控制指令能够提高智能直流微电网系统的可靠性。

步骤四：电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器分别在实时控制指令的控制下独立运行，实现分布式控制的优点，能够提高智能直流微电网系统的可靠性。

步骤五：电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器自身集成的电压电流传感器测量得到模块运行实时信息，并传输给智能直流微电网预测和优化控制模块。

步骤六：重复上述步骤一到步骤五，使智能直流微电网系统实现持续可靠、高效和安全地运行。

进一步的，所述的并网控制器不接受智能直流微电网预测和优化控制模块的控制信息而独立运行，用于补偿因为计算误差和外部扰动引起的功率不平衡，并用于智能直流微电网系统的并网运行状态或孤岛运行状态的控制。

进一步的，所述的智能直流微电网预测和优化控制模块使用预测和优化控制算法优选基于日用电价格最低的优化算法，达到用电价格最低的目的，或者优选基于智能直流微电网系统运行总损耗最小的优化算法，达到节约能源，提高能源利用率的目的。

进一步的，为了更好地实现分布式的优点，所述的电源模块、负荷模块、储能模块具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

本发明公开的用于上述的一种智能直流微电网系统实现即插即用(Plug-andPlay)的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：新接入的模块接入上述的智能直流微电网系统，包括功率电路的接入和通信电路的接入。

步骤2：控制器对CAN总线通信进行初始化，配置CAN总线通讯节点模块的地址，特征码信息。

步骤3：新接入的模块主动向监控模块发送时钟校对请求，并在下一周期接受监控模块的时钟信息，完成与监控模块的时钟校对，保持整个智能直流微电网系统时钟一致。

步骤4：新接入的模块向智能直流微电网预测和优化控制模块发送设备信息。

步骤5：新接入的模块进行功率电路初始化，完成故障继电器开关自检和电容预充电。

步骤6：基本初始化完成后，开始接受预测控制指令和实时控制指令。

步骤7：新接入的模块按照控制指令运行。

步骤8：重复步骤6和步骤7，新接入的设备进入正常运行状态。

有益效果

1、本发明公开的一种智能直流微电网系统及控制方法，系统所使用的最大功率跟踪器、DC/DC变换器、DC/AC变换器、双向DC/AC控制器和双向DC/DC变换器均集成有电压电流传感器、控制器、故障处理模块，充分发挥智能直流微电网系统分布式控制的优势，并且能够提高直流微电网可靠性。

2、本发明公开的一种智能直流微电网系统及控制方法，使用的CAN总线通信具有良好的双向通信能力、简单易扩展，有利于智能直流微电网系统的双向信息通信和系统的扩展。

3、本发明公开的一种智能直流微电网系统及控制方法，在智能直流微电网系统通信异常时，使用已储存的预测控制指令能够提高智能直流微电网系统的可靠性。

4、本发明公开的一种智能直流微电网系统及控制方法，为了更好地实现分布式的优点，所述的电源模块、负荷模块、储能模块具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

附图说明

图1是本发明的智能直流微电网系统较佳实施例的结构示意图;