本發(fā)明涉及一種綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法和裝置，屬于微電網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)。微電網(wǎng)可以實現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決了數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。但是微電網(wǎng)內(nèi)部的電源大多為沒有轉(zhuǎn)動慣性或小慣性電源，在微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時，如果負(fù)荷需求發(fā)生大幅度波動，微型電源的反應(yīng)時間比較長(10～200s)，不能實時跟蹤負(fù)荷變化，微電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定性就會受到?jīng)_擊，甚至造成微電網(wǎng)系統(tǒng)的崩潰。當(dāng)一部分微型電源退出運(yùn)行或者輸出波動時，微電網(wǎng)頻率和電壓穩(wěn)定性同樣會受到?jīng)_擊。因此微電網(wǎng)系統(tǒng)中必須配置帶有儲能性質(zhì)的設(shè)備(主要是超級電容和儲能電池)以便負(fù)荷或電源發(fā)生變化時及時供電或存儲多余電能，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷的供需平衡。
超級電容體積小、質(zhì)量輕，具有動態(tài)響應(yīng)快、功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，是處理尖峰負(fù)荷的最佳選擇，可用于短期儲能。各種儲能電池能量密度大，輸出穩(wěn)定，動態(tài)響應(yīng)較慢，可以頻繁進(jìn)行充放電控制，適用于長期儲能。因此綜合利用超級電容和蓄電池作為微電網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，對于維持微電網(wǎng)能量平衡和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法和裝置，充分應(yīng)用超級電容和蓄電池在動態(tài)響應(yīng)速度和充放電能力上的互補(bǔ)性，以解決在微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生負(fù)荷和頻率變化的情況下，維持微電網(wǎng)內(nèi)部的電壓和功率平衡，實現(xiàn)微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法，方法方案一：包括
監(jiān)測步驟：實時監(jiān)測微電網(wǎng)中各個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率；
控制步驟：若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值，則計算功率缺額Em，并根據(jù)功率缺額Em與超級電容的放電容量決定超級電容和蓄電池的放電策略；若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值，則根據(jù)超級電容的電量情況決定超級電容和蓄電池的充電策略。
方法方案二：在方法方案一的基礎(chǔ)上，所述電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值對應(yīng)的條件為：增大后的電流大于最小電流門檻值Imin，電流的突增值大于最小電流突增門檻值ΔImin，系統(tǒng)頻率小于最小頻率門檻值fmin。
方法方案三：在方法方案一的基礎(chǔ)上，所述電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值對應(yīng)的條件為：減小后的電流小于最大電流門檻值Imax，電流的突減值大于最大電流突減門檻值ΔImax，系統(tǒng)頻率大于最大頻率門檻值fmax。
方法方案四：在方法方案一的基礎(chǔ)上，所述超級電容和蓄電池的放電策略為：
(1)若功率缺額Em小于超級電容的放電容量，首先投入超級電容放電，當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的80％時，退出超級電容放電，投入蓄電池放電，超級電容和蓄電池的總放電能量為Em；
(2)若功率缺額Em大于超級電容的放電容量，同時投入超級電容和蓄電池放電，當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的80％時，退出超級電容放電，超級電容和蓄電池的總放電能量為Em；
所述超級電容和蓄電池的充電策略為：
1)若超級電容處于欠電狀態(tài)，首先投入超級電容充電，當(dāng)達(dá)到超級電容的極限充電容量時，退出超級電容充電，投入蓄電池充電；
2)當(dāng)超級電容處于滿電狀態(tài)時，僅投入蓄電池充電。
方法方案五：在方法方案一或方法方案四的基礎(chǔ)上，在超級電容和蓄電池充放電過程中，若負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，立刻終止充放電過程，重新執(zhí)行控制步驟。
本發(fā)明還提供了一種綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡裝置，裝置方案一：包括
監(jiān)測單元：實時監(jiān)測微電網(wǎng)中各個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率；
控制單元：若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值，則計算功率缺額Em，并根據(jù)功率缺額Em與超級電容的放電容量決定超級電容和蓄電池的放電策略；若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值，則根據(jù)超級電容的電量情況決定超級電容和蓄電池的充電策略。
裝置方案二：在裝置方案一的基礎(chǔ)上，所述電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值對應(yīng)的條件為：增大后的電流大于最小電流門檻值Imin，電流的突增值大于最小電流突增門檻值ΔImin，系統(tǒng)頻率小于最小頻率門檻值fmin。
裝置方案三：在裝置方案一的基礎(chǔ)上，所述電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值對應(yīng)的條件為：減小后的電流小于最大電流門檻值Imax，電流的突減值大于最大電流突減門檻值ΔImax，系統(tǒng)頻率大于最大頻率門檻值fmax。
裝置方案四：在裝置方案一的基礎(chǔ)上，所述超級電容和蓄電池的放電策略為：
(1)若功率缺額Em小于超級電容的放電容量，首先投入超級電容放電，當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的80％時，退出超級電容放電，投入蓄電池放電，超級電容和蓄電池的總放電能量為Em；
(2)若功率缺額Em大于超級電容的放電容量，同時投入超級電容和蓄電池放電，當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的80％時，退出超級電容放電，超級電容和蓄電池的總放電能量為Em；
所述超級電容和蓄電池的充電策略為：
1)若超級電容處于欠電狀態(tài)，首先投入超級電容充電，當(dāng)達(dá)到超級電容的極限充電容量時，退出超級電容充電，投入蓄電池充電；
2)當(dāng)超級電容處于滿電狀態(tài)時，僅投入蓄電池充電。
裝置方案五：在裝置方案一或裝置方案四的基礎(chǔ)上，所述裝置還包括用于在超級電容和蓄電池充放電過程中，若負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，立刻終止充放電過程，重新執(zhí)行控制單元中的控制策略的單元。
本發(fā)明的有益效果是：當(dāng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值時，則根據(jù)負(fù)荷功率缺額與超級電容的放電容量決定超級電容和蓄電池的放電策略；當(dāng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值時，根據(jù)超級電容的電量情況決定超級電容和蓄電池的充電策略。該方法通過控制微電網(wǎng)內(nèi)超級電容和蓄電池的充放電策略，可有效維持微電網(wǎng)內(nèi)部的電壓和功率平衡，實現(xiàn)微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
附圖說明
圖1是綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。
本發(fā)明提供了一種綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法，其流程圖如圖1所示，具體包括：
監(jiān)測步驟：實時監(jiān)測微電網(wǎng)中各個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率；
控制步驟：若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值，計算功率缺額Em，并根據(jù)功率缺額Em與超級電容的放電容量決定超級電容和蓄電池的放電策略；若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值，根據(jù)超級電容的電量情況決定超級電容和蓄電池的充電策略。
其中，電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值對應(yīng)的條件為：增大后的電流大于最小電流門檻值Imin，電流的突增值大于最小電流突增門檻值ΔImin，系統(tǒng)頻率小于最小頻率門檻值fmin。作為其他實施方式，電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值對應(yīng)的條件也可以是上述條件的各種等效變形。
電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值對應(yīng)的條件為：減小后的電流小于最大電流門檻值Imax，電流的突減值大于最大電流突減門檻值ΔImax，系統(tǒng)頻率大于最大頻率門檻值fmax。作為其他實施方式，電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值對應(yīng)的條件也可以是上述條件的各種等效變形。
超級電容和蓄電池的放電策略為：
(1)若功率缺額Em小于超級電容的放電容量，首先投入超級電容放電，當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的80％時，退出超級電容放電，投入蓄電池放電，超級電容和蓄電池的總放電能量為Em。
(2)若功率缺額Em大于超級電容的放電容量，同時投入超級電容和蓄電池放電，當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的80％時，退出超級電容放電，超級電容和蓄電池的總放電能量為Em。
上述超級電容和蓄電池的放電策略根據(jù)功率缺額與超級電容放電容量的大小關(guān)系來確定超級電容和蓄電池的放電投入次序。另外，退出超級電容放電的條件也可根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，如當(dāng)超級電容的放電能量達(dá)到超級電容極限放電深度的90％時，退出超級電容放電。
超級電容和蓄電池的充電策略為：
1)若超級電容處于欠電狀態(tài)，首先投入超級電容充電，當(dāng)達(dá)到超級電容的極限充電容量時，退出超級電容充電，投入蓄電池充電。
2)當(dāng)超級電容處于滿電狀態(tài)時，僅投入蓄電池充電。
上述超級電容和蓄電池的充電策略根據(jù)超級電容是否處于欠電狀態(tài)來確定超級電容和蓄電池的充電投入次序。
在超級電容和蓄電池充放電過程中，微電網(wǎng)仍實時監(jiān)測各個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率，當(dāng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，即使超級電容和蓄電池的充放電過程還沒有結(jié)束，也立刻終止充放電過程，重新執(zhí)行控制步驟。
綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡裝置，包括：
監(jiān)測單元：實時監(jiān)測微電網(wǎng)中各個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值和系統(tǒng)頻率；
控制單元：若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然增大且系統(tǒng)頻率小于設(shè)定值，則計算功率缺額Em，并根據(jù)功率缺額Em與超級電容的放電容量決定超級電容和蓄電池的放電策略；若任一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的任一相電流突然減小且系統(tǒng)頻率大于設(shè)定值，則根據(jù)超級電容的電量情況決定超級電容和蓄電池的充電策略。
上述綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡裝置，實際上是建立在綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法上的一種計算機(jī)解決方案，即一種軟件構(gòu)架，該軟件可以運(yùn)行于微電網(wǎng)功率平衡控制設(shè)備或者其它包含了本發(fā)明所述功能的控制設(shè)備中。由于已對上述的綜合應(yīng)用超級電容和蓄電池的微電網(wǎng)功率平衡方法進(jìn)行了足夠清晰完整的介紹，故對該裝置中每個單元不再做詳細(xì)描述。