CN110168829B 一种用于微电网的装置及其操作方法 （诚信智能家庭微电网有限责任公司）

2019.06.03PCT/GB2017/0536402WO2018/100398EN2018.06.07司所述直流母线和所述交流总线耦合的DC/AC转换其中每一个直流功率转换器被配置为将相应的述直流母线流向所述多个可控直流负载中的每的每一个的以实现其功能和对所述直流母线电2其中：所述控制系统被配置为协同控制进出所述至少一在一个定义的时间窗口内至少部分基于所述负载的功率需求预测以及所述至少一个直流电源的发电预测周期性地调度满足一组第一级控制目标集所需的进出所述直流母线周期性地更新上一个时间段内监测到的所述负载的平均功率需求和监测到的所述至至少部分地基于当前时间周期内调度的进出所述直流母线的功率流分布以及上一个确定满足一组第二级控制目标集所需的流经所述DC/AC转换器和进出所述至少一个储能设至少部分地基于当前时间段内确定的流经所述DC/AC转换器和进出所述至少一个储能设备的功率来持续控制流向所述n个可控直流负载中的每一个的功率，从而平衡进出所述至少部分地基于当前时间段内确定的流经所述DC/AC转换器和进出所述至少一个储能设备的功率以及所述至少一个直流电源发电的瞬间变化和流向所述n个可控直流负载功率的瞬间变化来持续控制流经所述DC/AC转换器和进出所述至少一个储能设备的功率从而满至少一个储能电池的功率和流向所述n个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转换器的可控直流负载的功率通过相应的耦合直流功率转3至少一个储能设备的功率和流向所述n个可控直流负载的功率来平衡进出所述直流母线的的双向储能充电器来控制，流向所述n个可控直流负载的功率通过相应的耦合直流功率转至少一个储能设备的功率和流向所述n个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转换器的一个储能设备的功率通过其耦合的双向储能充电器来控制，流向所述n个可控直流负载的至少一个储能电池的功率和进出所述至少一个储能设备的功率和流向所述n个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转换器的功率来平衡进出所述直流母线的功率，从而控制所述7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置8.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其对应的耦合直流功率转换器被配置为DC/12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：当某个耦合的可控直流负载为电动车向所述n个可控直流负载中的部分而非全部的可控直流负载的功率来平衡进出所述直流母16.一种用于控制包括连接至少一个直流电源的直流母线、连接到主电网并提供微电网电源的交流总线、包含至少一个可控直流负载的负载和耦合该直流母线和交流总线的4个定义的时间窗口内至少部分基于所述负载的功率需求预测以及所述至少一个直流电源的发电预测周期性地调度满足一组第一级控制目标集所需的进出所述直流母线的功率流周期性地更新上一个时间段内监测到的所述负载的平均功率需求和监测到的所述至母线的功率流分布以及上一个时间段内的所述负载的平均功率需求和所述至少一个直流电源的平均发电预测，周期性地确定满足一组第二级控制目标集所需的流经所述DC/AC转其中，控制从所述直流母线流向所述n个可控直流负载中的每一个的功率包括至少部分地基于当前时间段内确定的流经所述DC/AC转换器的功率和进出所述至少一个储能设备的功率来持续控制流向所述n个可控直流负载中的每一个的功率，从而平衡进出所述直流DC/AC转换器的功率和进出所述至少一个储能设备的功率以及所述至少一个直流电源发电的瞬间变化和流向所述n个可控直流负载功率的瞬间变化来持续控制流经所述DC/AC转换器的功率和进出所述至少一个储能设备的功率从而满足一组第三级控制目标更新所述负载的功率需求预测和所述至少一个直流电源的发电预测以及调度进出所述直流母线的功率流分布可在定义的时间窗口内执行至少两个连续更新所述负载平均功率需求和更新所述至少一个直流电源的平均发电以及所述确定流经所述DC/AC转换器的功率和进出所述至少一个储能设备的功率可在当前时间周期内执通过微电网中的负载使来自所述至少一个直流电源发电的就地至少部分基于所述n个可控直流负载中的每一个的功率可控性、功率容量和功能稳定5通过遵循优先级顺序来连续控制流向所述n个可控直流负载的功率，所述优先级顺序当每次进出所述直流母线的功率平衡至少部分地被相当大的直流负载和/或直流电源24.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其6[0002]最近，人们对独立或在建筑/社区环境中建造的分布式和嵌入式可再生能源发电对于建筑/社区可再生能源发电系统，有必要增加现场或当地的可再生能源发电的就地消所述交流总线耦合的DC/AC转换器，其中所述DC/AC转换器可以是单向DC/AC逆变器或双向DC/AC转换器，该装置包括一个控制系统，其被配置为控制多个(至少一个)直流功率转换器，其中每一个直流功率转换器被配置为将其对应的可控直流负载耦合到所述直流母线，可控直流负载中的每一个以实现其功能和对所述直流母线电压的[0004]所述控制系统可被配置为通过相应的耦合直流功率转换器协同控制流向所述至[0005]所述可控直流负载可以是电阻，且相应的耦合直流功率转换器可被配置为DC/DC[0006]所述可控直流负载可以是直流电机，且相应的耦合直流功率转换器可被配置为[0007]所述可控直流负载可以是感应电机，且相应的耦合直流功率转换器可被配置为[0009]所述控制系统可被配置为通过协同控制流向所述多个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转换器的功率，来平衡进出所述直流母线的功率从而控制所述直流母线的电[0011]所述控制系统可被配置为通过协同控制进出所述至少一个储能电池的功率和经7[0012]所述控制系统可被配置为通过协同控制进出所述至少一个储能电池的功率和流向所述多个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转换器的功率，来平衡进出所述直流母[0014]所述控制系统可被配置为通过协同控制进出所述至少一个储能设备的功率和流流向所述多个可控直流负载的功率通过相应的耦合直流功率转[0015]所述控制系统可被配置为通过协同控制进出所述至少一个储能设备的功率和流向所述多个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转换器的功率，来平衡进出所述直流母[0016]所述控制系统可被配置为通过协同控制进出所述至少一个储能电池的功率和进出所述至少一个储能设备的功率和流向所述多个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转流负载的功率通过相应的耦合直流功率转换器储能充电器可被配置为智能双向DC/DCEV充电器或智能[0019]所述控制系统可被配置为通过协同控制流向部分(而不是全部)的多个可控直流括至少一个可控直流负载和将所述直流母线和所述交流总线耦合的DC/AC转换器；该方法8[0023]所述方法可包括周期性地更新上一个时间段内监测到的所述负载的平均功率需调度的进出所述直流母线的功率流分布以及上一个时间段内的所述负载的平均功率需求所述DC/AC转换器和进出所述至少一个储能设备(如果有的[0024]控制从所述直流母线流向所述多个可控直流负载中的每一个的功率可包括至少部分地基于当前时间段内确定的流经所述DC/AC转换器的功率和确定的进出所述至少一个储能设备(如果有的话)的功率来持续控制流向所述多个可控直流负载中的每一个的功率，时间段内确定的流经所述DC/AC转换器的功率和确定的进出所述至少一个储能设备(如果有的话)的功率以及所述至少一个直流电源发电的瞬间变化和流向所述多个可控直流负载的功率的瞬间变化来持续控制流经所述DC/AC转换器的功率和进出所述至少一个储能设备(如果有的话)的功率从而满足第三级控制目标[0025]所述微电网可进一步包括连接到所述交流总线的交流负载和/或直接或通过相应的平均功率需求也可包含所述交流负载和/或不可控直流负载的功率需求，以及所述进出所述直流母线的功率流分布可包括进出所述至少一个储能设备的功率和流向所述多个可控直流负载的功率和流经所述DC/AC转[0026]更新所述负载的功率需求预测和所述至少一个直流电源的发电预测以及调度进[0027]更新所述负载的平均功率需求和更新所述至少一个直流电源的平均发电以及确定流经所述DC/AC转换器的功率和进出所述至少一个储能设备(如果有的话)的功率可在当[0028]所述第一级控制目标集可至少部分地包括通过微电网中的负载使来自所述至少[0029]所述第二级控制目标集可至少部分地包括稳定流经所述DC/AC转换器的功率，稳[0030]所述第三级控制目标集至少部分地包括平衡进出所述直流母线的功率和稳定所[0031]所述方法可进一步包括通过遵循优先级顺序来连续控制流向所述多个可控直流9述DC/AC转换器的确定功率和/或进出所述至少一个储能设备(如果有的话[0033]根据第一方面所述的装置可进一步包括被配置为执行第二方面所述的方法的控[0037]图1C和1D示出了用于图1A和1B所示的直接并网的可再生能源发电系统的可再生[0041]图3B和4B示出了用于具有双向DC/AC转换器的微电网的装置的储能电池的例子；和[0044]图1A描述了一个用于建筑环境中的直接并网的太阳能光伏发电系统或建筑环境光伏模块的并联组串7，其通过一个中央DC/AC转换器30或形成中央DC/AC转换器的多个并阳能光伏模块的并联组串的剩余功率通过DC/AC转换总线2的电压，则变压器通常被配置为耦合交流总线2和配电网。多个交流负载中心(未示出)可直接或通过变压器间接连接到配电网。来自所述太阳能光伏模块的组串的功率通过述太阳能光伏发电系统可取代图1A和1B所示的能光伏模块组串7的DC/AC转换器30(如图1A,1B和1C所示)和用于风力发电机9的电力电子转换器10(如图1D所示)，用于交流总线2的电缆和耦合交流总线2和配电网的变压器(如图[0049]对于图1A和1B所示的并网型可再生能源发电系统，无论是用于建筑环境(如图1A机的发电可能无法匹配建筑环境(如图1A所示)中的交流负载或连接到配电网络的交流负能有限；和4)直接并网型可再生能源发电系统的并网设备一般具有较低的功率容量系数，如太阳能光伏发电系统的功率容量系数约812风力发电系统约2535％。[0053]如图2B所示，微电网可包括通过开关柜91连接到交流总线2的(至少一个)交流负功率的可控性。输入到直流负载的功率的可控性是指将电源输入到直流负载的时间(即何载的功率在时间(即何时供电)和值(即功率大小或水加热的电热器或浸入式加热器通常在为电热器或浸入式电热器在供电时间(即何时)压缩机和热泵的功能)得以实现或不受影响或不受显著影响。空调和通风系统中的风扇和流电机的供电时间(即何时)和供电功率(即功率大小)方面具有[0064]感应电机(即交流电机)可以是直流负载由直流电源通过DC/AC逆变器供电。感应能(即压缩机和热泵的功能)得以实现或不受影响或不受显著影响。与直流电机的分析类DC/AC变频器供电，并在给所述感应电机的供电时间(即何时)和供电功率(即功率大小)方[0066]如图2A和2B所示，装置100包括多个(至少一个)直流功率转换器和控制系统。其向所述多个可控直流负载的每一个的功率来实控制从直流母线1流向可控直流负载(即电阻)的功率来置为控制从直流母线1流向可控直流负载(即直流电机)的功率来实现其功能(即作为变速变频器可被配置为控制从直流母线1流向可控直流负载(即交流电机)的功率来实现其功能连接到直流母线1。所述特定的直流功率转换器可被配置为DC/DC充电转换器(即电动车直流充电器)，而该电动车直流充电器可被配置为控制从直流母线1流向可控直流负载(即电个。所述控制系统被配置为控制所述多个直流功率转换器中的每一个从而控制直流母线1母线1流向其相应的可控直流负载的功率来平衡进出直流母限定的)额定功率(即功率容量)，其从太阳能光伏模块可获得的最大功率在某个时间段内置为通过控制从直流母线1流向浸入式加热器的功率，从而使从太阳能光伏模块流出的功率通过流向浸入式加热器和通过DC/AC转换器3调度流向交流总线的功率(在控制方法中描置为通过相应的耦合直流功率转换器协同控制流向部分或全部的可控直流负载的功率来和一台电动车EV，作为两个可控直流负载通过一个DC/DC转换器(适用于浸入式加热器)和一个电动车直流充电器(适用于电动车电池)作为相应的直流功率转换器连接到直流母线加热器可能没有足够的可控功率容量来平衡多个太阳能光伏模块组串7的功率波动，但与被配置为通过协同控制经由所述DC/DC转换器流向浸入式加热器的功率和通过电动车直流[0075]需要指出的是，任何适当的优先控制顺序和/或模式都可用于通过相应的耦合直够的可控功率容量来平衡进出直流母线1的功率并控制直流母线1的电压。所述DC/AC转换AC转换器3可被配置为接收来自控制系统的控制信号(即从直流母线1到交流总线2的功率通过所述相应的耦合直流功率转换器流向所述多个可控直流负载的功率和通过DC/AC转换器3控制从直流母线1流向交流总线2的功率来平衡进出直流母[0080]如图3A所示，微电网中的DC/AC转换器3是DC/AC逆变器(即功率流仅从直流母线1流向交流总线2)。仅当所述至少一个直流电源发电且直流母线1的电压高于储能电池51的[0085]使用双向DC/AC转换器31(如图3B和4B所示)，所述控制系统10可被配置为控制从个AC/DC转换器来实现，而DC/AC逆变器和AC/DC转换器可以通过一对互锁开关(未示出)互少一个储能电池51的充放电可通过控制直流母线1的电压来进行控制(如图3A和3B所示)。[0088]控制系统10可被配置为通过控制相应的耦合直流功率转换器4来协同控制流向所配置为协同控制进出所述至少一个储能电池51的功率和通过相应的耦合直流功率转换器4控制进出所述多个可控直流负载的功率来平衡进出直流母线1的功率，从而控制所述直流述至少一个储能电池51通过特定的双向DC/DC电池充电器5连接到直流母线1时，控制进出[0092]需要指出的是，将至少一个储能电池51直接连接到直流母线1可能是一个非常经[0093]需要指出的是，用于图3A和3B所示装置100的控制系统10可能比用于图4A和4B所[0094]控制系统10可被配置通过协同控制流向所述多个可控直流负载的功率(通过控制相应的耦合直流功率转换器4)以及通过DC/AC转换器3从直流母线1流向交流总线2的功率率可进一步包括通过DC/AC转换器3流向交率可进一步包括通过双向DC/AC转换器31进出交协同控制进出所述至少一个储能电池51的功率、经由相应的耦合直流功率转换器4流向所述多个可控直流负载的功率以及经由DC/AC转换器3流向交流总线2的功率(如图3A和4A所示)或经由双向DC/AC转换器31进出交流总线2的功率(如图3B和4B所示)来平衡进出直流母输出到主电网20的功率的波动一般比直接并网的太阳能光伏发电系统输出到主电网20的功率的波动(如图1A和1B所示)的控制述至少一个双向DC/DC电池充电器5可被配置为智能双向DC/DC电动车充电器(即智能电动来的灯可被视为一个不可控直流负载，并被配置为直接或通过特定的DC/DC转换器间接连述负载包括连接到交流总线2的交流负载9和连接到直流母线1的直流负载，其中所述直流负载包括连接到直流母线1的所有可控直流负载和所有不可控直流负载。控制系统10被配MPPTDC/DC转换器212耦合的太阳能光伏模块组串7(如图2C所示)和/或与AC/DC功率转换测(S5.1)和所述至少一个直流电源21的发电预测(S5.2)的方法都可被采用。[0105]控制系统10可被进一步配置为调度进出直流或双向DC/AC转换器31(如图3B和4B所示)的功率。所述功率流分布调度模块(S5.3)至分基于来自所述至少一个直流电源21的发电预测(S5.2)和来自所述负载的功率需求预测到的负载平均功率需求(S5.4)以及监测到的所述至少一个直流电源21的平均发电量调度好的功率流分布(S5.3)和上一个时间段内T6.3监测到的所述负载平均功率需求的功能(S5.4,S5.5和S5.6)在当前时间周期T6.2的至少两个连续时间段[