一种离网型光储充供电协调控制系统及方法

本发明涉及微电网技术领域，具体涉及一种离网型光储充供电协调控制系统及方法。

背景技术：

电动汽车的快速发展，对传统配电网供电能力带来较大冲击，建立“光储充”一体化充电站，可为新能源汽车充电设施建设提供一次创新尝试，可大幅减少充电站对配电网的供电能力需求。充电站使用的是清洁能源供电，通过光伏发电后储存电能，光伏、储能和充电设施形成了一个微网，根据需求与公共电网智能互动，并可实现并网、离网两种不同运行模式。光储充微网一体化解决方案，将能够解决在有限的土地资源里配电网的问题，通过能量存储和优化配置实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，可根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行，尽可能的使用新能源，缓解了充电桩用电对电网的冲击；在能耗方面，直接使用储能电池给动力电池充电，提高了能源转换效率。

传统离网型光储供电协调控制系统中采用三级通讯网络结构，通过上层网络，中层plc进行控制，底层设备进行动作，中层plc引起通讯环节的增加，且设备投资大，网络设备故障概率高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种离网型光储充供电协调控制系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种离网型光储充供电协调控制系统，包括串口服务器、交换机、协调控制主机；

微网中的设备通讯采用串口线以modbus-rtu协议方式，则接入串口服务器，微网中的设备通讯采用网线并modbus-tcp协议或者104协议方式，则直接接入交换机；协调控制主机会同所有的设备通讯，并将信息进行采集处理分析，判断光储充系统状态、提供系统决策。

一种离网型光储充供电协调控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统初始化；

步骤2、判断是否停机状态，是，则进入停机子程序，停机子程序结束后，返回步骤2，否则步骤3；

步骤3、判断是否运行状态，是，则进入运行子程序，运行子程序结束后，返回步骤2，否则步骤4；

步骤4、判断是否故障状态，是，则进入故障子程序，故障子程序结束后，返回步骤2，否则返回步骤1。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明简化传统三层网架结果，减少了设备投资，降低了网络设备故障概率；(2)通过储能主从控制，避免储能做主电源时的多级并联问题，并通过追随控制策略，实现了离网系统中源-荷不匹配情况下的储能能量不足问题；(3)系统部分通过纯通讯网络方式实现被控对象的控制，相比传统通过上层网络、中层plc进行控制、底层设备进行动作，更加易于系统组网，减少由中层plc引起的通讯环节的增加。

附图说明

图1为协调控制系统示意图。

图2为控制方法主程序流程图。

图3为停机子程序流程图。

图4为离网运行子程序流程图。

图5为故障子程序流程图。

图6为协调控制系统实施案例示意图。

图7(a)、图7(b)、图7(c)分别为储能1初始化、储能2初始化、光伏初始化流程图。

图8为主储能开机流程图。

图9为辅助储能开机流程图。

图10为光伏开机流程图。

图11为主储能运行子程序流程图。

图12为辅储能运行子程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，协调控制系统包括串口服务器、交换机、协调控制主机，微网系统中充电桩、光伏、储能等，微网中的设备通讯采用串口线以modbus-rtu协议方式，则接入串口服务器，微网中的设备通讯采用网线并modbus-tcp协议或者104协议方式，则直接接入交换机；串口服务器可以将串口通讯规约转换为标准的协调控制主机相同的协议，然后同交换机连接，所有设备信息能够与协调控制主机交互；协调控制主机会同所有的设备通讯，并将信息进行采集处理分析，判断光储充系统状态、提供系统决策。所述判断光储充系统状态、提供系统决策的具体方法详见下述控制方法内容。

一种离网型光储充供电协调控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、系统初始化；

步骤2、判断是否停机状态，是，则进入停机子程序，停机子程序结束后，返回步骤2，否则步骤3；

步骤3、判断是否运行状态，是，则进入运行子程序，运行子程序结束后，返回步骤2，否则步骤4；

步骤4、判断是否故障状态，是，则进入故障子程序，故障子程序结束后，返回步骤2，否则返回步骤1。

进一步的，步骤1中，所述系统初始化，是指光储充微网协调控制系统自身所有参数、变量进行默认配置，并分别对多个(如有)光伏系统初始化、多个(如有)储能系统初始化。

进一步的，步骤2中，所述判断是否停机状态：

1)判断光伏停机状态，由光伏逆变器的点表信号组成关机状态的逻辑；

2)判断储能停机状态，由储能pcs的点表信号组成关机状态的逻辑；

主储能停机状态；

辅助储能1停机状态；

辅助储能n停机状态。

3)判断bms停机状态；

4)以上3个状态同时成立，且无故障，则认为该状态为停机状态，进入停机子程序，否则步骤3。

进一步的，步骤3中，所述判断是否运行状态：

1)判断光伏开机状态，由光伏逆变器的点表信号组成开机状态的逻辑。

2)判断储能pcs开机状态，由pcs的点表信号组成开机状态的逻辑。

3)判断bms开机状态，由bms的点表信号组成开机状态的逻辑。

4)以上3个状态同时成立，则认为该状态为开机状态。则进入运行子程序，否则步骤4。

进一步的，步骤4中，所述判断是否故障状态：

1)判断光伏故障，由光伏逆变器的点表信号组成故障状态的逻辑。

2)判断储能故障，由pcs的点表信号组成故障状态的逻辑。

3)判断bms故障，由bms的点表信号组成故障状态的逻辑。

4)其他故障

系统故障；

bms通讯不正常；

光伏通讯正常不正常；

pcs通讯不正常；

通讯心跳超过10s则认为不正常；

5)以上4个状态只要任一故障成立，则认为该状态为故障状态，进入故障子程序。

如图3所示，所述停机子程序为：

1)判断是否手动模式，是则下一步，否则第3)步；

2)判断是否切换为自动，是则下一步，否则第4)步；

3)进入一键开机程序：

主储能开机、辅助储能1开机、…辅助储能n开机，光伏1开机、光伏n开机；

4)判断是否有手动一键开机指令，是则下一步，否则返回2)；

5)判断开机是否成功，成功则结束流程，进入故障状态。

如图4所示，所述运行子程序为：

1)判断是否手动模式，是则下一步，否则第6)、7)、8)步；

2)判断是否有手动一键停机指令，是则下一步；

3)判断是否切换为自动，是则执行第8)步；否则下一步；

4)进入一键停机程序：

充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅助储能n停机、主储能停机；

5)判断停机是否成功，成功则执行第8)步，否则进入故障状态；

6)主储能soc控制子程序：

a)主储能soc是否大于等于高位上限，是则下一步，否则执行步骤e)；

b)限制光伏发电；

c)主储能soc是否小于等于高位下限，是则下一步，否则执行步骤i)；

d)恢复光伏发电；

e)主储能soc是否小于等于低位下限。是则下一步，否则执行步骤i)；

f)停止全部或部分充电桩负荷；

g)主储能soc是否大于等于低位上限，是则下一步，否则执行步骤i)；

h)恢复全部或部分充电桩负荷；

i)返回。

7)辅储能追随主储能soc运行：

a)判断辅储能soc与主储能偏差是否越限，是则下一步，否则执行步骤e)；

b)控制辅储能soc向主储能soc一致方向按照一定功率值进行充电或者放电；

c)判断辅储能soc与主储能偏差小于一定值，则下一步；否则执行步骤e)；

d)停止辅储能充放电行为；

e)返回；

8)程序返回。

如图5所示，所述故障子程序为：

1)停机流程：充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅助储能n停机、主储能停机；按照顺序执行，原则是先停负荷、再停电源、再停储能；

2)判断是否有手动复归指令，是则下一步，否则执行步骤5)；

3)复归：充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅助储能n停机、主储能停机；

4)判断是否停机态；是则下一步，否则返回步骤2)；

5)返回。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例

如图6所示，本实施例的协调控制系统包括串口服务器、交换机、协调控制主机，微网系统中充电桩7台、一组光伏#1，2组储能，储能#1为主储能，储能#2为辅助储能，其中光伏、储能通过485线modbus-rtu协议通讯的设备接入串口服务器，充电桩通过网线modbus-tcp协议通讯接入交换机。

控制方法包括以下步骤：

步骤1、系统初始化；

如图7(a)、图7(b)、图7(c)，系统初始化包括储能1、储能2、光伏的初始化，结合储能、光伏逆变器厂家的控制软件要求进行初始化。

步骤2、判断是否停机状态，是，则进入停机子程序，停机子程序结束后，返回步骤2，否则步骤3；

步骤3、判断是否运行状态，是，则进入运行子程序，运行子程序结束后，返回步骤2，否则步骤4；

步骤4、判断是否故障状态，是，则进入故障子程序，故障子程序结束后，返回步骤2，否则返回步骤1。

步骤1中，所述系统初始化，是指光储充微网协调控制系统自身所有参数、变量进行默认配置，并分别对多个(如有)光伏系统初始化、多个(如有)储能系统初始化。

步骤2中，所述判断是否停机状态：

1)判断光伏停机状态，由光伏逆变器的点表信号组成关机状态的逻辑。

yc_295dd5x光伏dcdc_1_pm_state＝＝0，视为停机。

表达式左侧是一个代号，定义为光伏停机状态，＝＝是编程语言中常用的判断语句，即光伏停机状态变量是否为零的意思。

2)判断储能停机状态，由储能pcs的点表信号组成关机状态的逻辑。

主副储能均停机视为停机；

主储能停机状态：

yc_0储能dd250_1_1_statusdisplay(主要状态)状态码＝＝0

辅储能停机状态：

yc_59储能dd250_2_2_statusdisplay(主要状态)状态码＝＝0

3)判断bms停机状态

由bms的点表信号组成停机状态的逻辑。

由于实例中储能系统bms无停机态，上电即投入运行，视为待机。

yc_119电池bms_1_1_电池堆工作状态＝＝3就绪(电池可充放)

4)以上3个状态同时成立，且无故障，则认为该状态为停机状态,进入停机子程序，否则步骤3；

步骤3中，判断是否运行状态：

1)判断光伏开机状态，由光伏逆变器的点表信号组成开机状态的逻辑。

yc_295dd5x光伏dcdc_1_pm_state＝＝8，成立即为开机状态

2)判断储能pcs开机状态，由pcs的点表信号组成开机状态的逻辑。主辅储能开机即视为开机。

yc_0储能dd250_1_1_statusdisplay(主要状态)状态码＝＝8为主储能开机；

yc_59储能dd250_2_2_statusdisplay(主要状态)状态码＝＝8，为辅储能开机；

3)判断bms开机状态，由bms的点表信号组成开机状态的逻辑。

yc_119电池bms_1_1_电池堆工作状态＝＝3&&yc_118电池bms_1_1_堆电池保护状态＝＝0同时成立视为开机。

4)以上3个状态同时成立，则认为该状态为开机状态。则进入运行子程序，否则步骤4；

步骤4中判断是否故障状态：

1)判断光伏故障，由光伏逆变器的点表信号组成故障状态的逻辑。

yc_296dd5x光伏dcdc_1_alarm！＝0

本表达式代表左边变量不等于0，用！＝标示。

2)判断储能故障，由pcs的点表信号组成故障状态的逻辑。

yc_1储能dd250_1_1_故障码alarm！＝0

yc_60储能dd250_2_2_故障码alarm！＝0

3)判断bms故障，由bms的点表信号组成故障状态的逻辑。

yc_119电池bms_1_1_电池堆工作状态＝＝5

4)其他故障

系统故障；

bms通讯不正常；

光伏通讯正常不正常；

pcs通讯不正常；

注：通讯心跳超过一定时间则认为不正常，一般时间未15s以上。

5)以上4个状态只要故障成立，则认为该状态为故障状态，进入故障子程序。

附：子程序流程

(1)停机子程序

1)判断是否手动模式，是则下一步，否则第3)步；

2)判断是否切换为自动，是则下一步，否则第4)步；

3)进入一键开机程序：

主储能开机、辅助储能1开机、辅助储能2开机，光伏1开机；如图8、图9、图10所示。

4)判断是否有手动一键开机指令，是则下一步，否则返回2)；

5)判断开机是否成功，成功则结束流程，进入故障状态。

(2)运行子程序

1)判断是否手动模式，是则下一步，否则第6)、7)、8)步；

2)判断是否有手动一键停机指令，是则下一步；

3)判断是否切换为自动，是则8)；否则下一步；

4)进入一键停机程序：

充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅助储能n停机、主储能停机

5)判断停机是否成功，成功则8)，否则进入故障状态。

6)如图11所示，主储能soc控制子程序：

a)主储能soc是否大于等于高位上限90％，是则下一步，否则e；

b)限制光伏发电功率为0；

c)主储能soc是否小于等于高位下限80％，是则下一步，否则i；

d)恢复光伏发电为正常值；

e)主储能soc是否小于等于低位下限20％。是则下一步，否则i

f)停止全部充电桩负荷；

g)主储能soc是否大于等于低位上限40％，是则下一步，否则i；

h)恢复全部充电桩负荷；

i)返回。

7)如图12所示，辅储能追随主储能soc运行

a)判断辅储能soc与主储能偏差是否超过15％，是则下一步，否则e；

b)控制辅储能soc向主储能soc一致方向按照一定功率值进行充电或者放电；

c)判断辅储能soc与主储能偏差小于一定值5％，则下一步；否则e；

d)停止辅储能充放电行为；

e)返回；

8)程序返回。

(3)故障子程序

1)停机流程：充电桩停机、光伏停机、储能2停机、储能1停机；

充电桩首先停机，下发如下指令：

yt_70充电桩_1号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_72充电桩_2号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_74充电桩_3号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_76充电桩_4号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_78充电桩_5号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_80充电桩_6号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_82充电桩_7号_20kw禁止/允许充电＝＝0

yt_84充电桩_8号_20kw禁止/允许充电＝＝0

光伏停机，下发如下指令：

103dd5x光伏dcdc_1_control-modecmd_起停＝＝0

辅助储能即储能2停机，下发如下指令：

yt_68储能dd250_2_2_cmd运行指令/control-mode＝＝0

主储能即储能1停机，下发如下指令：

yt_33储能dd250_1_1_cmd运行指令/control-mode＝＝0

2)判断是否有手动复归指令，是则下一步，否5)

3)复归：光伏停机、储能2停机、储能1停机；

光伏复归：yt_102dd5x光伏dcdc_1_reset_cmd＝＝1

储能1复归：yt_32储能dd250_1_1_reset命令＝＝1

储能2复归：yt_67储能dd250_2_2_reset命令＝＝1

4)判断是否停机态；是则下一步，否2)；

5)返回。

本发明针对传统离网型光储供电协调控制系统中3级通讯网络结构，提出通过纯通讯网络方式实现被控对象的控制，相比传统通过上层网络，中层plc进行控制，底层设备进行动作，更加易于系统组网，减少由中层plc引起的通讯环节的增加。此外，本发明提出了主从储能跟随控制策略，相比无主从系统，不存在储能电源多机并联协调控制问题。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。