一种小型电能管理与协调控制一体化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小型电能管理与协调控制一体化装置，明涉及新能源发电、电动汽车充放电、电池储能和家庭户内供电网络的电能管理与协调控制，属于包含新能源发电设备以及电动汽车等新型用电设备的家庭电能控制与管理领域。装置内的能量管理控制单元实时获取各个AC/DC和DC/DC模块，以及AC‑DC‑AC模块的控制器发送过来的信息。在此基础上分析各分布式能源出力特性，预判发电侧和需求侧功率平衡要求，评估各设备间的能量流状态变化。然后经过优化调度计算，进而协调控制各个模块高效运行，实现能量有效流动。这样在保证在整个装置和外部用电设备稳定安全运行的前提下，充分利用风力发电和太阳能发电所发电能，实现节能环保，并给用户带来经济收益。

【技术实现步骤摘要】
一种小型电能管理与协调控制一体化装置
本专利技术涉及新能源发电、电动汽车充放电、电池储能和家庭户内供电网络的电能管理与协调控制，属于包含新能源发电设备以及电动汽车等新型用电设备的家庭电能控制与管理领域。
技术介绍
随着国民经济的发展，电力需求日益增长。未来的全球能源互联网中，存在大量的风能、太阳能等新能源发电设备，以及电动汽车这类能够进行能量双向转换的新型用电设备。这些设备有相当数量不是集中管理的，因此能源互联网必须解决大量分布式电源在配电网中的运行问题。目前微电网技术是解决这一问题的有效途径，通过微电网的自我调节机制，可实现大量分布式电源的有效接入，既保证了对配电网的安全运行产生尽可能小的影响，又能够最大限度地利用可再生能源和清洁能源。专利CN105244909A《一种直流微网系统及并网自平衡控制策略》公开了一种直流微网系统，其包含多种分布式电源。每种分布式电源的输出端依次通过DC/DC变换器和分布式电源侧直流断路器接入直流母线，直流母线依次通过负载侧直流断路器和负载DC/DC变换器为智能家居负载提供电能。专利CN105356576A《一种并网型光伏直流微电网系统及其运行控制方法》公开了一种并网型光伏直流微电网系统及运行控制方法。系统中光伏发电单元通过单向DC/DC变换器连接于直流母线，储能单元和电容器通过双向DC/DC变换器连接于直流母线，市电电网侧通过双向AC/DC变换器连接于直流母线，负载直接连接于直流母线。专利CN204376420U《一种微电网能量管理控制系统》公开了一种微电网能量管理控制系统，其结构为：光伏阵列通过光伏DC/DC与直流母线连接，最大功率跟踪装置与光伏DC/DC连接，风力发电装置通过风力AC/DC与直流母线连接，蓄电池和电池管理系统通过DC/DC变换器与直流母线连接，负载与直流母线连接。以上相关的微电网组建都是将各个独立的断路器、AC/DC变换器、DC/DC变换器、光伏发电单元、风力发电单元、储能单元、能量管理单元、负载和市电电网侧等按一定方式连接起来，从而协调控制微电网的运行。以家庭或楼栋为用电单元的超小型电网系统，通常也会包含光伏发电、风力发电、电动汽车等各种发电和用电设备，此时仍以上述微电网的方式去解决这类系统中各种设备的互联和协同工作问题，会由于模块分散，设备种类规格不一，使得组网过程复杂，不便于维护和升级。同时协调一致的工作能力较差，无法在系统层面对能量流动进行有效的动态优化管理，运行效率难以达到最优。考虑到超小型电网系统的应用特点：(1)设备之间的连接距离短；(2)设备的功率较小；(3)连接的设备数量和种类相对固定。因此构建具有即插即用接口的小型电能管理与协调控制一体化装置更适合超小型电网系统，在以家庭或楼栋为用电单元的系统中具有更好的实用性和灵活性。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种具有即插即用接口的小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置要解决的技术问题为：(1)集成度高，各种接入的发电和用电设备不再需要外部单独的DC/DC、AC/DC模块来与系统连接；(2)协调能力好，由于各DC/DC、AC/DC模块内置在设备内，因此其能够和主控制器实时交互信息，遵循统一的规范接收、执行能量调度命令等，从而具有最大可能的协调控制能力；(3)接入简单，本装置提供针对外部设备的即插即用接口，即使对非智能设备，也可通过简单的设置进行连接。本专利技术一种小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置包括：能量管理控制单元、高频变压器、第一AC-DC-AC变换器、第二AC-DC-AC变换器、第一单向DC/DC模块、第二单向DC/DC模块、单向AC/DC模块、双向DC/DC模块、直流总线，以及内部信息流通路,装置外接风力发电系统、光伏发电系统、电池储能系统、电动汽车、交直流负载或外部交流电网；外部电网通过第一AC-DC-AC变换器与高频变压器连接，高频变压器再通过第二AC-DC-AC变换器与交流负荷连接；所述直流总线与第二AC-DC-AC变换器中直流电路连接，所述直流总线通过第一单向DC/DC模块向直流负荷传输电能，所述风力发电系统通过单向AC/DC模块向直流总线传输电能，所述光伏发电系统通过第二单向DC/DC模块向直流总线传输电能，所述直流总线通过第一双向DC/DC模块与电池储能系统连接，所述直流总线通过第二双向DC/DC模块和电动汽车连接；所述能量管理控制单元根据系统运行情况协调控制各个模块运行，各个模块中均有模块控制器，负责控制模块的能量流动大小和方向。进一步的，所述能量管理控制单元的控制方法为：第一，安全控制；对第一、第二单向DC/DC模块的控制：当该模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；对单向AC/DC模块的控制：当模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；对第一、第二双向DC/DC模块的控制：当模块流过电流大于最大负载电流时、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；第二，模块控制模块控制为各个模块在其控制器作用下实行的具体控制行为，这些控制包括:单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块的最大功率追踪控制、第一双向DC/DC模块的直流母线稳压控制、第二双向DC/DC模块的功率流动控制和直流母线稳压控制、双向AC/DC模块(由AC-DC-AC变换并网侧、高频变压器和AC-DC-AC变换用户侧的AC-DC模块组成)的直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的功率流动控制和单向DC/AC模块(AC-DC-AC变换用户侧的DC-AC模块)的AC稳压控制。第三，能量管理控制单元协调控制能量管理控制单元实时获取各个AC/DC模块、DC/DC模块、AC-DC-AC模块的控制器发送过来的工作信息，以及该装置和外部设备的连接信息，然后根据不同情况，实行对应的能量管理控制。进一步的，所述不同情况下的具体控制方法为：连接情况1：装置连接的电网或设备有：电网、太阳能发电或风力发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷；控制策略：单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率设定为一恒定正值，否则为0；第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下；单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；双向AC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率设定值为：(1)当蓄电池电量在20％到90％之间时，并且新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为0，以减少家庭中微网和电网进行能量交换；(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小(负数)，蓄电池无法提供足够的放电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为一正值(电能从电网向直流母线传输)；(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为一负值(电能从直流母线向电网传输)；(4)当蓄电池电量小于20％时，设定双向AC/DC模块功率时应确保蓄电池处于充电状态(能量从直流母线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置包括：能量管理控制单元、高频变压器、第一AC‑DC‑AC变换器、第二AC‑DC‑AC变换器、第一单向DC/DC模块、第二单向DC/DC模块、单向AC/DC模块、双向DC/DC模块、直流总线，以及内部信息流通路,装置外接风力发电系统、光伏发电系统、电池储能系统、电动汽车、交直流负载或外部交流电网；外部电网通过第一AC‑DC‑AC变换器与高频变压器连接，高频变压器再通过第二AC‑DC‑AC变换器与交流负荷连接；所述直流总线与第二AC‑DC‑AC变换器中直流电路连接，所述直流总线通过第一单向DC/DC模块向直流负荷传输电能，所述风力发电系统通过单向AC/DC模块向直流总线传输电能，所述光伏发电系统通过第二单向DC/DC模块向直流总线传输电能，所述直流总线通过第一双向DC/DC模块与电池储能系统连接，所述直流总线通过第二双向DC/DC模块和电动汽车连接；所述能量管理控制单元根据系统运行情况协调控制各个模块运行，各个模块中均有模块控制器，负责控制模块的能量流动大小和方向。

【技术特征摘要】
1.一种小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置包括：能量管理控制单元、高频变压器、第一AC-DC-AC变换器、第二AC-DC-AC变换器、第一单向DC/DC模块、第二单向DC/DC模块、单向AC/DC模块、双向DC/DC模块、直流总线，以及内部信息流通路,装置外接风力发电系统、光伏发电系统、电池储能系统、电动汽车、交直流负载或外部交流电网；外部电网通过第一AC-DC-AC变换器与高频变压器连接，高频变压器再通过第二AC-DC-AC变换器与交流负荷连接；所述直流总线与第二AC-DC-AC变换器中直流电路连接，所述直流总线通过第一单向DC/DC模块向直流负荷传输电能，所述风力发电系统通过单向AC/DC模块向直流总线传输电能，所述光伏发电系统通过第二单向DC/DC模块向直流总线传输电能，所述直流总线通过第一双向DC/DC模块与电池储能系统连接，所述直流总线通过第二双向DC/DC模块和电动汽车连接；所述能量管理控制单元根据系统运行情况协调控制各个模块运行，各个模块中均有模块控制器，负责控制模块的能量流动大小和方向。2.如权利要求1所述的一种小型电能管理与协调控制一体化装置，其特征在于所述能量管理控制单元的控制方法为：第一，安全控制；对第一、第二单向DC/DC模块的控制：当该模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；对单向AC/DC模块的控制：当模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；对第一、第二双向DC/DC模块的控制：当模块流过电流大于最大负载电流时、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；第二，模块控制模块控制为各个模块在其控制器作用下实行的具体控制行为，这些控制包括:单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块的最大功率追踪控制、第一双向DC/DC模块的直流母线稳压控制、第二双向DC/DC模块的功率流动控制和直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的功率流动控制和单向DC/AC模块的AC稳压控制；第三，能量管理控制单元协调控制能量管理控制单元实时获取各个AC/DC模块、DC/DC模块、AC-DC-AC模块的控制器发送过来的工作信息，以及该装置和外部设备的连接信息，然后根据不同情况，实行对应的能量管理控制。3.如权利要求1所述的一种小型电能管理与协调控制一体化装置，其特征在于所述不同情况下的具体控制方法为：连接情况1：装置连接的电网或设备有：电网、太阳能发电或风力发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷；控制策略：单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率设定为一恒定正值，否则为0；第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下；单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；双向AC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率设定值为：(1)当蓄电池电量在20％到90％之间时，并且新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，宋永端，李瑞，唐鹏程，周力，石亚锋，何海林，甘霖，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51