柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网制造技术

本发明专利技术涉及微电网及其供电控制，具体为柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网。解决现有柴油发电机组运行可靠性或运行寿命与运行经济性之间的矛盾。本发明专利技术在常规柴油发电机供电系统中增加了蓄电池组、上位机通讯模块、上位机通讯总线以及上位机处理器部分。上位机处理器接受各控制器传到总线上的状态信息，并根据这些信息作出判断和发出命令，指示各个机组控制器、蓄电池组控制器以及负荷执行模块对所控线路的断路器、逆变器作出动作指令。本发明专利技术通过合理的硬件组合和独特的软件控制，提高了独立微电网的运行经济性，并很好地平衡了运行可靠性或运行寿命与运行经济性之间的矛盾，是一种非常理想的独立微电网，具有良好的推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网
本专利技术涉及微电网及其供电控制，具体为柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网。技术背景目前，在我国大电网末端以及一些远离电网的偏远地区，依然存在着严重的供电问题。在这些地区的供电设备单一，多数地区只能采用柴油发电机与分布电源进行供电。但这种供电方式的电源之间无法互相联系并只能供应部分负荷，电能质量较差；而且负载轻重不稳定时，严重影响柴油发电机的供电效率，甚至会增加耗油量，浪费资源。传统柴油发电机组供电系统选择多台中小容量的机组组合使用，根据实际负荷需求和所需要的备用容量，确定开启台数。多台柴油发电机并列运行时，负荷分配可以按比例分配方式进行分配，即出力之比等于容量之比，也可以按平均分配的方式分配。当负荷需求下降时，则可以切除部分柴油机组，尽可能使剩余机组满载运行。但柴油发电机组在任何情况下都应满足其最大、最小运行时间的限制。如果柴油发电机实际运行时间小于其最小运行时间限制要求的话，该台机组就会频繁处于启停状态，会严重影响柴油发电机组的寿命，而且也会增加柴油消耗量；如果实际运行时间超过其最大运行时间的话，机组会由于长时间过载而处于发热、过流的状态，也会影响其寿命。单台柴油发电机组也有最大、最小额定运行功率的限制。当实际负荷需求低于其最小额定运行功率限制值，如果按最小额定运行功率限制值运行时，柴油发电机多发出来的功率就会是一种浪费；而如果在低于最小限制值运行时，柴油发电机的耗油量几乎接近于满载。同样的，当实际负荷需求高于其最大额定运行功率限制但又没有超过两台柴油发电机的功率之和时，如果按负荷需求运行，就需要多开一台机组，造成浪费；但如果超过最大额定运行功率限制运行时，机组又会处于过载发热而影响寿命。
技术实现思路
本专利技术针对现有柴油发电机组存在的以上问题，提出了一种柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网。在柴油发电机组供电系统中配置蓄电池组，作为柴油发电机组的补充电源。考虑了所配置柴油发电机单机容量的大小、多台柴油发电机组的组合启停方式、蓄电池组的充放电功率以及柴油发电机组自身的最大、最小运行时间限制等问题。本专利技术是采用如下技术方案实现的：柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网，包括多台柴油发电机和蓄电池组。每台柴油发电机分别有各自单独的机组控制器DCn，其内部含有处理器，处理器的输入连接用于采集交流母线电压、电流的交流母线机组测量模块，用于采集所控柴油发电机的电压、电流、运行时间tm（时钟的计时）、转速nm的柴油发电机测量模块，用于采集交流母线及所控柴油发电机电压相位差的相位检测模块（并网时要求相位一致）；机组控制器DCn的处理器有转速调节输出端、电压调节输出端，同时连接包括断路器的机组执行模块，其内各断路器的触点Dkm分别连接于各柴油发电机和交流母线之间；蓄电池组也拥有自己独立的控制器BC，其内部包含的处理器输入端连接用于采集交流母线电压、电流的交流母线电池测量模块，用于采集蓄电池组剩余电量SOC的蓄电池组测量模块；蓄电池组控制器BC的处理器有逆变器控制信号的输出端，同时连接包括断路器的电池执行模块，其内断路器的触点BK连接于蓄电池组逆变器和交流母线之间；机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC均通过上位机总线模块连接于上位机通讯总线上，最后实现与上位机处理器通讯；上位机处理器连接包括断路器的负荷执行模块，交流母线分别经负荷执行模块内的各断路器的触点LKn与不同重要等级的负荷连接。所述独立微电网的协调控制方法是包括如下步骤：所述方法中变量P1—P6分别表示净负荷功率P1、考虑备用容量的净负荷功率P2、蓄电池最大应充电功率P3、蓄电池最大应放电功率P4、柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率P5和柴油发电机在剩余的最小运行时间内的最大输出功率P6。在当前小时步长t内，以实际净负荷的10%作为备用容量Ptr，若实际净负荷表示为Pt1，则考虑备用容量后的净负荷表示为Pt2，其中：Pt2=Pt1+Ptr。开始时，各个机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC的处理器首先由小到大依次加载确定各自的控制器编号，并经过上位机通讯总线模块向上位机通讯总线发送各控制器所控柴油发电机及蓄电池组的编号（编号最大者为蓄电池组的编号），启动至少一台柴油发电机，上位机上电开始工作：（1）将蓄电池组投入至交流母线上；首个小时步长内，各个机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC采集相应的信息，并发送至上位机通讯总线上；（2）上位机计算当前小时步长t（非首个小时步长）内的任一时刻的净负荷功率Pt1，并计算考虑备用容量的净负荷功率Pt2，Pt2=(1+10%)Pt1；（3）调取上一个小时步长t-1内柴油发电机运行台数nt-1；上一个小时步长t-1内未满足最小运行时间的柴油发电机台数nt-11；（4）计算当前小时步长t内蓄电池最大应充电功率Pt3、蓄电池最大应放电功率Pt4，设蓄电池总功率为P；若SOC≥95%，则Pt3=0，否则Pt3=P*(1-SOC)；若SOC≤5%，则Pt4=0，否则Pt4=P*SOC；（5）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2和蓄电池最大应充电功率Pt3之和是否大于等于上一小时步长t-1内未满足最小运行时间的所有柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt-15的总和；如果不满足则关闭上一小时步长t-1内所有已满足最小运行时间的柴油发电机，跳转至步骤（10）；如果满足则进行步骤（6）；（6）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2和蓄电池最大应充电功率Pt3之和是否大于等于上一小时步长t-1内所有正在运行的柴油发电机的在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt-15的总和；如果不满足则关闭一台上一小时步长t-1内已满足最小运行时间的柴油发电机，重复步骤（6），直至第一次满足本步骤条件；如果满足则进行步骤（7）；（7）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2是否大于等于上一小时步长t-1内所有正在运行的柴油发电机的在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt-15的总和；如果不满足则关闭一台上一小时步长t-1内已满足最小运行时间的柴油发电机，重复步骤（7），直至第一次满足本步骤条件，并进行步骤（8）；如果满足则进行步骤（8）；（8）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2是否大于等于所有正在运行的柴油发电机的在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt5的总和与蓄电池组的最大应放电功率Pt4之和；如果不满足则跳转至步骤（12）；如果满足则进行步骤（9）；（9）判断在当前小时步长t内所有正在运行的柴油发电机总台数nt是否等于柴油发电机的总台数m；如果不满足则投入一台柴油发电机，重复步骤（8）；如果满足则按重要等级由低到高切除一个负荷，重复步骤（8）；（10）判断当前小时步长t内正在运行的柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt5之和是否大于当前净负荷功率Pt1与蓄电池最大充电功率Pt3之和；如果满足则保持各柴油发电机运行状态，并对蓄电池进行充电，跳转至步骤（12）；如果不满足则进行步骤（11）；（11）判断当前小时步长t内正在运行的柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt5之和是否大于当前净负荷功率Pt1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网，其特征在于包括多台柴油发电机和蓄电池组；每台柴油发电机分别有各自单独的机组控制器DCn，其内部含有处理器，处理器的输入连接用于采集交流母线电压、电流的交流母线机组测量模块，用于采集所控柴油发电机的电压、电流、运行时间tm、转速nm的柴油发电机测量模块，用于采集交流母线及所控柴油发电机电压相位差的相位检测模块；机组控制器DCn的处理器有转速调节输出端、电压调节输出端，同时连接包括断路器的机组执行模块，其内各断路器的触点Dkm分别连接于各柴油发电机和交流母线之间；蓄电池组也拥有自己独立的控制器BC，其内部包含的处理器输入端连接用于采集交流母线电压、电流的交流母线电池测量模块，用于采集蓄电池组剩余电量SOC的蓄电池组测量模块；蓄电池组控制器BC的处理器有逆变器控制信号的输出端，同时连接包括断路器的电池执行模块，其内断路器的触点BK连接于蓄电池组逆变器和交流母线之间；机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC均通过上位机总线模块连接于上位机通讯总线上，最后实现与上位机处理器通讯；上位机处理器连接包括断路器的负荷执行模块，交流母线分别经负荷执行模块内的各断路器的触点LKn与不同重要等级的负荷连接；所述独立微电网的协调控制方法是包括如下步骤：开始时，各个机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC的处理器首先由小到大依次加载确定各自的控制器编号，并经过上位机通讯总线模块向上位机通讯总线发送各控制器所控柴油发电机及蓄电池组的编号，启动至少一台柴油发电机，上位机上电开始工作：（1）将蓄电池组投入至交流母线上；首个小时步长内，各个机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC采集相应的信息，并发送至上位机通讯总线上；（2）上位机计算当前小时步长t内的任一时刻的净负荷功率Pt1，并计算考虑备用容量的净负荷功率Pt2，Pt2=(1+10%)Pt1；（3）调取上一个小时步长t‑1内柴油发电机运行台数nt‑1；上一个小时步长t‑1内未满足最小运行时间的柴油发电机台数nt‑11；（4）计算当前小时步长t内蓄电池最大应充电功率Pt3、蓄电池最大应放电功率Pt4，设蓄电池总功率为P；若SOC≥95%，则Pt3=0，否则Pt3=P*(1‑SOC)；若SOC≤5%，则Pt4=0，否则Pt4=P*SOC；（5）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2和蓄电池最大应充电功率Pt3之和是否大于等于上一小时步长t‑1内未满足最小运行时间的所有柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt‑15的总和；如果不满足则关闭上一小时步长t‑1内所有已满足最小运行时间的柴油发电机，跳转至步骤（10）；如果满足则进行步骤（6）；（6）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2和蓄电池最大应充电功率Pt3之和是否大于等于上一小时步长t‑1内所有正在运行的柴油发电机的在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt‑15的总和；如果不满足则关闭一台上一小时步长t‑1内已满足最小运行时间的柴油发电机，重复步骤（6），直至第一次满足本步骤条件；如果满足则进行步骤（7）；（7）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2是否大于等于上一小时步长t‑1内所有正在运行的柴油发电机的在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt‑15的总和；如果不满足则关闭一台上一小时步长t‑1内已满足最小运行时间的柴油发电机，重复步骤（7），直至第一次满足本步骤条件，并进行步骤（8）；如果满足则进行步骤（8）；（8）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率Pt2是否大于等于所有正在运行的柴油发电机的在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt5的总和与蓄电池组的最大应放电功率Pt4之和；如果不满足则跳转至步骤（12）；如果满足则进行步骤（9）；（9）判断在当前小时步长t内所有正在运行的柴油发电机总台数nt是否等于柴油发电机的总台数m；如果不满足则投入一台柴油发电机，重复步骤（8）；如果满足则按重要等级由低到高切除一个负荷，重复步骤（8）；（10）判断当前小时步长t内正在运行的柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt5之和是否大于当前净负荷功率Pt1与蓄电池最大充电功率Pt3之和；如果满足则保持各柴油发电机运行状态，并对蓄电池进行充电，跳转至步骤（12）；如果不满足则进行步骤（11）；（11）判断当前小时步长t内正在运行的柴油发电机在剩余的最大运行时间内的最大输出功率Pt5之和是否大于当前净负荷功率Pt1；如果满足，则正在运行的柴油发电机既可以满足净负荷的功率需求，又可以给蓄电池充电，进行步骤（12）；如果不满足，则跳转至步骤（6）；（12）当前小时步长t内的计算结束，等待准备进行下一个小时步长t+1内的计算。...

【技术特征摘要】
1.一种柴油发电机和蓄电池组构成的独立微电网，其特征在于包括多台柴油发电机和蓄电池组；每台柴油发电机分别有各自单独的机组控制器DCn，其内部含有处理器，处理器的输入连接用于采集交流母线电压、电流的交流母线机组测量模块，用于采集所控柴油发电机的电压、电流、运行时间tm、转速nm的柴油发电机测量模块，用于采集交流母线及所控柴油发电机电压相位差的相位检测模块；机组控制器DCn的处理器有转速调节输出端、电压调节输出端，同时连接包括断路器的机组执行模块，其内各断路器的触点Dkm分别连接于各柴油发电机和交流母线之间；蓄电池组也拥有自己独立的控制器BC，其内部包含的处理器输入端连接用于采集交流母线电压、电流的交流母线电池测量模块，用于采集蓄电池组剩余电量SOC的蓄电池组测量模块；蓄电池组控制器BC的处理器有逆变器控制信号的输出端，同时连接包括断路器的电池执行模块，其内断路器的触点BK连接于蓄电池组逆变器和交流母线之间；机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC均通过上位机总线模块连接于上位机通讯总线上，最后实现与上位机处理器通讯；上位机处理器连接包括断路器的负荷执行模块，交流母线分别经负荷执行模块内的各断路器的触点LKn与不同重要等级的负荷连接；所述独立微电网的协调控制方法是包括如下步骤：开始时，各个机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC的处理器首先由小到大依次加载确定各自的控制器编号，并经过上位机通讯总线模块向上位机通讯总线发送各控制器所控柴油发电机及蓄电池组的编号，启动至少一台柴油发电机，上位机上电开始工作：（1）将蓄电池组投入至交流母线上；首个小时步长内，各个机组控制器DCn和蓄电池组控制器BC采集相应的信息，并发送至上位机通讯总线上；（2）上位机计算当前小时步长t内的任一时刻的净负荷功率Pt1，并计算考虑备用容量的净负荷功率Pt2，Pt2=(1+10%)Pt1；（3）调取上一个小时步长t-1内柴油发电机运行台数nt-1；上一个小时步长t-1内未满足最小运行时间的柴油发电机台数nt-11；（4）计算当前小时步长t内蓄电池最大应充电功率Pt3、蓄电池最大应放电功率Pt4，设蓄电池总功率为P；若SOC≥95%，则Pt3=0，否则Pt3=P*(1-SOC)；若SOC≤5%，则Pt4=0，否则Pt4=P*SOC；（5）判断在当前小时步长t内，考虑备用容量的净负荷功率P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岚，杨建廷，刘海霞，王宇龙，叶吉亮，王浩，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14