基于微电网的不间断电源装置及其调度控制方法

专利名称：基于微电网的不间断电源装置及其调度控制方法
技术领域：
本发明涉及分布式能源发电领域，特别涉及一种基于微电网的不间断电源装置及 其调度控制方法。
背景技术：
分布式能源发电装置是分散的小功率电源，可由化石能源或可再生能源发电，目 前主要利用可再生能源发电，例如风力、光伏、水力等资源。将分布式电源、负荷、储能装置 及控制单元等集成为一个可控的单元，使之既可以与大电网并网运行，也可在电网故障或 任何需要时与主网断开单独运行，则称该可控单元为微电网，亦称微型电网或微网。完善的 微型电网需要设计灵活的控制策略，可以单独运行，也可并网运行，并且并网运行时与电网 的功率交换可控，并服从电网调度。现有技术中的分布式电源的应用方式分为三种大功率并网、小功率并网和独立 运行。我国大功率的分布式电源发展迅速，如风力发电、光伏发电和水力发电、垃圾发电等。 大功率分布式电源以可再生能源电源为主，功率较大，运行投资费用很高，一般以最大功率 输出方式并网运行，给电网调度带来一定难度。一些小功率并网运行分布式电源，其运行不受电网调度控制，给配电网运行方式、 保护配置、电量计量等带来很多不便，所以不为供电部门支持，应用也受到限制。独立运行或户用的分布式能源发电装置一般功率较小。以风光水等可再生能源 发电为例，电能利用方式采用单独的风电控制器、光伏控制器、微水发电控制器或风光互补 控制器。这类装置配置储能系统，一般采用蓄电池储能，单机运行，常用于电网没有到达或 者可再生能源非常丰富的区域。在电网供电区域，虽然有储能装置，但是由于能源的不确定 性，无法保证供电的可靠性和持续性，只能用于特定负载，应用也受到限制。不间断电源设备(Uninterruptible Power Supply, UPS)是随着计算机的发展而 发展起来的一种电源系统，目前已应用到医疗、通信、网络中心等多个领域，而且越来越多 的尖端设备依赖于UPS的保护。UPS的基本功能是当市电电源发生故障时，不间断地为用户 设备提供符合规定的交流电源。当市电电源停电时，UPS转换为由蓄电池供电的工作方式， 在规定时间内向用户设备供电。当市电正常时，UPS采用电力电子技术，将市电电源进行适 当的变换和调节，从而抑制市电电源的各种干扰，为负载提供高质量的交流电源。根据国际 标准IEC62040-3和国标GB7260，单机UPS可分为双变换UPS(doubleconversion UPS)、冷备 用 UPS (passive standby UPS)和市电交互 UPS (line interactive UPS)三种类型。UPS 由 整流、储能、逆变和切换开关等几部分组成。市电通过整流后变为直流电为储能部分供电； 市电异常时，通过逆变将储能部分的电能转换为交流电向负荷供电；根据UPS的工作类型， 负荷供电在逆变输出和市电之间通过切换开关切换。小功率分布式电源采用电力电子技术，一般包括整流、储能、逆变和开关切换等部 分，与UPS结构类似。如果将分布式电源、微电网和UPS三种技术结合起来，在微电网的统 一调度下，将分布式电源所发电能，按照UPS的工作方式向负荷供电，必将提高小功率分布
5式电源的可用性，也不会影响电网调度。现有技术提出了一种由光伏电源、储能、逆变、切换开关及控制回路组成的供电系 统，其特点是仅利用光伏电源向储能系统供电或通过逆变向负载供电或通过逆变并入配电 网发电，没有涉及分布电源调度问题。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提高分布式电源的可用性，增强用户供电可靠性，节 约能耗。
发明内容
本发明提供了一种基于微电网的不间断电源装置，包括至少一组储能组件，与直流母线和调度控制母线相连接；分布电源组件，与所述直流母线和调度控制母线相连接，用于将能源转化为电能， 将所述电能转化为电压、电流和功率可控的直流电并输出至直流母线；至少一个逆变模块，与所述直流母线、交流母线以及调度控制母线相连接，用于将 所述直流母线的直流电逆变为交流电并输出至交流母线，逆变模块将直流母线承载的直流 电逆变输出为交流电；交直流负荷模块，包括若干与所述直流母线连接的直流负荷单元和/或与交流母 线连接的交流负荷单元；调度控制模块，与所述调度控制母线相连接，用于接收所述储能组件、分布电源组 件和逆变模块发送的工作状态报告，对所述储能组件、分布电源组件和逆变模块的工作状 态进行控制；其中，所述储能组件包括相连接的储能载体和储能功率单元，所述储能载体包括铅酸蓄电池、锂电池或飞 轮储能；所述储能功率单元用于对储能载体进行充放电管理，与直流母线和调度控制母线 相连接。所述分布电源组件包括分布式电源单元，用于将能源转换为电能；电源功率单元，其连接于所述分布式电源单元，用于将转换的所述电能转化为电 压、电流和功率可控的直流电，并将所述电压、电流和功率可控的直流电输出至直流母线。所述交直流负荷模块还包括连接所述交流负荷单元的交流负荷控制单元，连接所 述直流负荷单元的直流负荷控制单元，交流母线和市电母线。还包括市电充电模块，与所述直流母线和市电母线相连接，用于当所述分布式电 源组件供电不足且所述储能组件的荷电不足时，将市电转化为电压、电流和功率可控的直 流电。还包括同步信号发生器，与市电母线相连接所述市电充电模块包括功率单元，用于将市电进行降压处理并输出电压功率可控的直流电。所述调度控制模块包括
6
与所述调度控制母线相连接的调度控制器和备用控制器。为此，本发明还提供了一种不间断电源装置的调度控制方法，包括储能组件、分布电源组件、市电充电模块、逆变模块以及调度控制模块上电初始 化，进入待机状态；所述调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、分布电源组件、市电充电模块和 逆变模块的工作状态，收到开机指令后，若所述工作状态满足逆变条件至少一个分布电源 组件或市电充电模块正常、至少一个储能组件正常且至少一个逆变模块正常，则所述调度 控制模块控制分布电源组件、储能组件和逆变模块进入逆变运行状态；若所述工作状态满 足储能条件至少一个分布电源组件或市电充电模块正常、至少一个储能组件正常且所有 逆变模块不正常，则所述调度控制模块控制分布电源组件、储能组件进入储能运行状态，同 时将所述逆变模块停止运行。所述控制分布电源组件、储能组件和逆变模块进入逆变运行状态包括控制启动 就绪分布电源组件，就绪储能组件，启动逆变模块，将所述逆变模块的切换开关合至交流母 线。控制分布电源组件、储能组件和逆变模块进入储能运行状态包括启动就绪分布 电源组件，就绪储能组件，将所述逆变模块停止运行，将交流负荷单元的切换开关切至市 电，进入储能运行状态。所述进入逆变运行状态之后还包括所述调度控制模块通过通信方式巡检储能组 件、分布电源组件、市电充电模块和逆变模块的工作状态；若所述工作状态仍满足逆变条 件，则判断直流母线电压是否越限，是则依照既定优先级调度策略调节所述分布电源组件 的发电功率；若所述工作状态不满足逆变条件但满足储能运行条件，则停机运行的逆变模 块，将交流负荷单元的切换开关切至市电。若所述直流母线电压越限，则还包括依既定优先级调度策略调节所述储能组件 的充电功率，根据所述既定优先级调度策略调度交直流负荷模块，根据所述既定优先级调 度策略调度逆变模块的输出功率。所述进入储能运行状态之后还包括所述调度控制模块通过通信方式巡检并记录 所述储能组件、分布电源组件、市电充电模块和逆变模块的工作状态；若所述工作状态满足 逆变条件，则依照既定优先级调度策略调节分布电源组件的发电功率，依照既定调度策略 调节储能组件的充电功率，根据优先级调度交直流负荷模块，根据优先级调度逆变模块的 输出功率，启动逆变模块，将逆变模块的切换开关合至交流母线，进入逆变运行状态；若所 述工作状态不满足逆变条件，则判断直流母线电压是否越限，是则依既定优先级调度策略 调节分布电源组件的发电功率，依既定优先级调度策略调节储能组件的充电功率；若收到 停机指令，则停机运行的分布电源组件和储能组件，进入待机状态；若所述工作状态异常， 则停机运行的分布电源组件和储能组件，进入故障状态。还包括若所述工作状态满足分布电源组件或市电充电组件、储能组件以及逆 变模块都不正常，则所述调度控制模块控制分布电源组件、储能组件和逆变模块进入故障 状态。所述进入故障状态之后还包括所述调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、 分布电源组件、市电充电模块和逆变模块的工作状态；若收到停机指令，则进入待机状态；
7若所述工作状态满足逆变条件，则启动就绪分布电源组件，启动就绪储能组件，启动就绪逆 变模块，将逆变模块的切换开关合至交流母线，进入逆变运行状态；若满足储能运行条件， 则启动就绪分布电源组件，启动就绪储能组件，进入储能运行状态。(三)有益效果本发明提供的不间断电源装置及其调度控制方法将分布式电源、微电网和不间断 电源三种装置整合在一起，通过微电网调度分布式电源，能够提高分布式电源可用性，增加 用户供电可靠性并节能。


图1是本发明实施例的基于微电网的不间断电源装置结构示意图；图2是本发明实施例的储能组件结构示意图；图3是图2中的蓄电池结构示意图；图4是本发明实施例的定功率调节模式示意图；图5是本发明实施例的定电压调节模式示意图；图6是本发明实施例的定电流调节模式示意图；图7是本发明实施例的风能分布电源组件结构示意图；图8是本发明实施例的市电充电模块结构示意图；图9是本发明实施例的全控桥式逆变和变压器升压结构的逆变模块结构示意图；图10是本发明实施例的调度控制模块结构示意图；图11是本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的状态转移图；图12是本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的逆变运行状态转移 图；图13是本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的储能运行状态转移 图；图14是本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的故障状态转移图。图中，1 储能组件；11 储能载体；12 储能功率单元；2 分布电源组件；21 分布 式电源单元；22 电源功率单元；3 逆变模块；4 交直流负荷模块；41 交流负荷单元；42 交流负荷控制单元；43 直流负荷单元；44 直流负荷控制单元；5 调度控制模块；51 调度 控制器；52 备用控制器；6 市电充电模块。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，为本发明实施例的基于微电网的不间断电源装置结构示意图，本实 施例包括储能组件1、分布电源组件2、逆变模块3，交直流负荷模块4和调度控制模块5。其中储能组件1与直流母线和调度控制母线相连接，用于储能载体数据监测，储 存电能并对该电能进行充放电管理；分布电源组件2与直流母线和调度控制母线相连接， 用于将能源转化为电能，将该电能转化为电压、电流和功率可控的直流电并输出至直流母 线；逆变模块3与直流母线、交流母线以及调度控制母线相连接，用于将直流母线的直流电
8逆变为交流电并输出至交流母线；交直流负荷模块包括交流母线，直流母线，调度控制母 线、交流负荷控制母线、直流负荷控制母线，与交流母线和交流负荷控制母线相连接的交流 负荷单元41，与交流负荷控制母线和调度控制母线相连接的交流负荷控制单元42，与直流 母线和直流负荷控制母线相连接的直流负荷单元43，与直流负荷控制母线和调度控制母线 相连接的直流负荷控制单元44;调度控制模块5用于通过调度控制母线接收储能组件1、分 布电源组件2和逆变模块3发送的工作状态报告，对储能组件1、分布电源组件2和逆变模 块3的开机、停机等工作状态进行控制。本实施例还可以包括市电充电模块6，用于当分布电源组件2供电不足且储能组 件1的荷电不足时，向储能组件1提供电能。根据本实施例基于微电网的不间断电源装置的容量要求和单台储能组件的设计 容量的不同，可以设置一台或多台储能组件。再如图1所示，储能组件1包括储能载体11和 储能功率单元12。其中储能载体11可以选择合适的储能介质，如铅酸蓄电池、锂电池和飞 轮储能等，用于存储电能。本实施例的储能载体11为蓄电池。储能功率单元12需要按照本 发明不间断电源装置的性能要求、直流母线电压幅值和储能载体的类别来设计功率回路拓 扑结构和充放电控制策略，对储能载体11进行充放电管理。如图2所示，为本发明实施例 的储能组件结构示意图，本实施例以安装一台储能组件为例，包括控制单元121、电容(C)、 电感(L)、二极管⑶、开关器件⑴以及蓄电池⑶；其中蓄电池⑶作为储能载体，控制单 元121、电容(C)、电感(L)、二极管(D)以及开关器件(T)组成储能功率单元；控制单元121 与调度控制模块5相连接，用于与调度控制模块5进行通信，接收调度控制模块5的控制指 令，根据控制指令执行开机或停机，还可以上传储能组件的工作状态至调度控制模块5。本 实施例的储能组件有定电压和定电流两种工作模式，以满足储能载体工作特性需要。当有 多个储能组件时，可根据储能载体的性质，设计各路储能组件的优先级调度策略，尽量使充 放电快、储能容量大的组件优先充放电。本实施例的储能组件采用降压电路，设计直流母线电压额定值与蓄电池⑶的额 定电压相等，当直流母线电压高于蓄电池⑶的电压时，可以对蓄电池⑶进行充电；当直 流母线电压低于蓄电池⑶的电压时，蓄电池⑶工作于放电状态。控制单元121检测蓄 电池⑶的电压电流，并输出控制信号G对开关器件⑴的电压进行调制，将调制后的电压 施加至蓄电池(B)，在开关器件(T)断开时经二极管(D)续流，电感(L)储能继续向蓄电池 (B)充电，电容(C)维持电压恒定；控制单元121根据蓄电池(B)的荷电状态实现恒流、恒 压等充电过程控制。本实施例的蓄电池(B)由单体蓄电池经过串并联连接达到合适的端电压和容量。 如图3所示，为图2中的蓄电池结构示意图，单体蓄电池Bll、B12. .. Bln串联后与蓄电池 B21、B22. . .B2n并联，再与蓄电池Bml、Bm2. . . Bmn并联，串并联数量需要在蓄电池电压幅 值、容量、直流母线电压和微电源装置容量之间进行均衡设计。再如图1所示，分布电源组件2包括分布式电源单元21及电源功率单元22。本实 施例的分布式电源单元21是指分散的小功率电源，通过发电设备将一次化石能源和可再 生能源转化为电能，再经分布电源组件2得到功率和电压可控的直流电源。以风能为例，利 用风力发电机将风力机接收到的风能转化为电能。电源功率单元22将分布式电源发出的 电能转化为输出电压、电流和功率可控的直流电，并送至直流母线。本实施例的分布电源组件有定功率、定电压和定电流三种工作模式，一般设置为定功率模式，以满足调度控制策略 的需要。根据分布式电源的功率、容量和运行成本，设计分布电源的优先级调度策略，在投 入电源或增加电源功率时，优先考虑发电功率大、容量大且运行成本低的电源，切除或减小 电源功率时正好相反。电源的优先级可以动态调整。如图4所示，为本发明实施例的定功率调节模式示意图；Pg为给定功率，对于分布 电源组件，相当于调度控制模块期望该分布电源组件发出的功率，Pf为实际输出功率反馈 值，可由分布电源组件输出端测量得到的输出电压u和输出电流i相乘得到，Pg和Pf经PI 调节器运算后得到给定电流Ig，给定电流Ig与分布电源组件输出端测量的输出电流If经 第二个PI调节器运算后得到占空比D，其中输出电流If由测量瞬时值i经运算得到，PWM 控制模块根据D调节开关器件的开关，使组件输出功率达到给定功率要求。市电充电模块 的定功率调节模式与分布电源组件相同。如图5所示，为本发明实施例的定电压调节模式示意图，其中Ug为给定功率，对于 分布电源组件，相当于调度控制模块期望该分布电源组件输出的电压，Uf为实际输出电压 反馈值，可由分布电源组件输出端测量得到的的输出电压u得到，Uf和u经PI调节器运算 后得到给定电流Ig，给定电流Ig再与分布电源组件输出端测量得到的输出电流If经第二 个PI调节器运算后得到占空比D，其中If由测量瞬时值i经运算得到，PWM控制模块根据 D调节开关器件的开关，使组件输出电压达到给定电压要求。一般分布电源组件不工作于定 电压调节模式。储能组件经常工作于定电压调节模式，以蓄电池为例，当蓄电池电压高于恒 压充电限值时应工作于定电压调节模式，以维持蓄电池电压在安全范围内。由于常用负载 都是定电压工作，所以逆变模块一般采用定电压调节模式。如图6所示，为本发明实施例的定电流调节模式示意图，以分布电源组件为例，给 定电流Ig和分布电源组件输出端测量得到的输出电流If经PI调节器运算后得到占空比 D，其中If由测量瞬时值i经运算得到，PWM控制模块根据D调节开关器件的开关，使组件 输出电流达到给定电流要求。分布电源组件一般不工作于定电流调节模式，逆变模块也不 工作于定电流调节模式。储能组件经常使用定电流调节模式，以蓄电池为例，当蓄电池电压 低于恒压充电限值时应工作于定电流调节模式，加速蓄电池充电过程。以小型风能电源组件为例，如图7所示，为本发明实施例的风能分布电源组件结 构示意图，本实施例的分布电源组件包括风力机(W)、风力发电机(G)、整流电路(BR)、开关 器件(T)、二极管(D)、电感(L)、电容(C)和控制单元221 ；其中开关器件(T)、二极管(D)、 电感(L)和电容(C)构成斩波电路；风力机(W)和风力发电机(G)组成分布式电源单元，整 流电路(BR)、开关器件(T)、二极管(D)、电感(L)、电容(C)和控制单元221组成电源功率 单元。在本实施例中设计风力电源电压高于直流母线电压，采用降压电路将风力电源电 压降压后，再将降压后的风力电源输出至直流母线。风力机(W)将风能转换为旋转机械能 并将其施加至风力发电机(G)轴上，发出幅值、频率变化的三相交流电，该三相交流电经整 流电路(BR)转化为波动的直流电，再经由斩波电路处理，得到电压、电流和功率可控的直 流电，经开关KP输出至直流母线。控制单元221根据调度控制模块5的调度控制目标，控 制本组件按给定的电压、电流或功率输出。由于分布式电源种类很多，所以电源功率单元的
10结构和容量也不相同。即便同一种分布式电源也会根据本发明不间断电源装置的需要安装 一台或多台，并且容量也不尽相同。当分布电源组件供电不足且储能组件的储能载体荷电不足时，可由市电充电模块 提供电能，以维持直流母线电压的稳定，如图8所示，为本发明实施例的市电充电模块结构 示意图；本实施例包括降压变压器(TR)、整流电路(BR)、开关器件(T)、二极管(D)、电感 (L)、电容(C)和控制单元61 ；其中降压变压器(TR)、整流电路(BR)、开关器件(T)、二极管 (D)、电感(L)、电容(C)和控制单元61组成市电充电功率单元。在本实施例中，市电经变压器(TR)降压后，将电压降至稍高于直流母线电压，然 后由降压电路经开关KCO输出至直流母线，控制单元61根据调度控制模块的调度控制目 标，控制本组件按给定的电压、电流或功率输出。根据本发明的不间断电源装置容量变化的 需要，可以设置一台或多台市电充电模块。本实施例的市电充电模块有定功率、定电压和定 电流三种工作模式，以满足调度控制策略的需要。本实施例的逆变模块用于将直流母线承载的直流电逆变输出交流电，根据本发明 不间断电源装置容量需求和逆变单元设计容量，可以将多台逆变模块并联工作。根据实际需要，有多种逆变电路选择，图9为本发明实施例的全控桥式逆变和变 压器升压结构的逆变模块结构示意图。本实施例的逆变模块包括开关器件T1、T2、T3和Τ4 构成的全控桥式逆变单元、电感(L)和电容(C)、变压器(TR)和控制单元31。其中全控桥式 逆变单元的直流侧经开关KNI连接至直流母线，其输出侧经电感(L)和电容(C)构成的滤 波器，滤除高频分量，再经变压器(TR)升压后，输出稳定的交流电压，再通过开关KNO输出 至交流母线。当逆变模块工作正常时，开关KNO闭合，否则开关KNO断开。控制单元31根据 交流输出电流i、交流输出电压U、直流电压Ud等采样信号，控制切换开关KNO、KNI和桥式 逆变电路的开关器件正常工作，并向调度控制模块5上传工作状态数据。同步信号发生器 7产生与市电电压同相位的方波信号，送至本实施例逆变控制单元，可使逆变模块的输出电 压与市电同步，避免电源切换对负荷的冲击。用于当多个逆变模块同时工作时，维持所有逆 变模块同步运行。本实施例的逆变模块有定功率、定电压和定电流三种工作模式，一般设置 为定电压模式，以满足交流负荷大多为定电压工作的要求。当有多个逆变模块时，可根据逆变模块的工作时间，设计各路逆变模块的优先级 调度策略，尽量使所有逆变模块利用率相同，延长使用寿命。再如图1所示，本实施例的交直流负荷模块包括交流负荷单元41、交流负荷控制 单元42、直流负荷单元43、直流负荷控制单元44、交流母线、市电母线、直流母线以及调度 控制母线。在实际应用当中电源一般使用交流负荷，市电母线和交流母线经接触器KLl至 KLr接至交流负荷单元。接触器KL可由逆变模块控制投切，当交流负荷较多、需要进行负 荷控制时可设置交流负荷控制单元，由交流负荷控制单元42控制接触器KL投切。设存在 r个交流负荷单元41，每个交流负荷单元通过接触器KL接至交流母线和市电母线，接触器 KL由交流负荷控制器通过交流负荷控制母线传送投切信号。根据电源功率与负荷功率平 衡原则，微网调度控制器通过交流负荷控制单元实施负荷控制。当微网功率不足时，接触器 KL将负荷切换至市电母线，当微网功率充足时，接触器KL将负荷切换至交流母线。若存在 直流负荷单元时，可将直流负荷单元直接接至直流母线，当直流负荷较多、需要进行负荷控制时可设置直流负荷控制单元，其工作原理与交流负荷相同。根据负荷的功率、容量和紧急 程度，设计各路负荷的优先级调度策略，尽量使重要负荷由本系统供电，并使本装置供电利 用率最大。负荷的优先级可以动态调整。如图10所示，为本发明实施例的调度控制模块结构示意图；本实施例的调度控制 模块包括人机接口回路511、微处理器及外围电路512和通信接口回路513。调度控制模块 5的微处理器一般选择高档微控制器如ARM微处理器，并采用实时操作系统(RTOS)管理微 处理器及外围电路512 ；人机接口回路511根据本发明的不间断电源装置复杂程度可选择 简单或复杂人机界面，简单界面如发光二极管和几个按键，复杂设计可采用触摸屏。通信接 口回路513作为调度控制母线与微处理器之间的接口，根据实际通信介质和通信协议来设 计。调度控制模块5是本发明不间断电源装置的核心部件。根据实际需要，可设置两 台调度控制模块互为热备用，分别称为调度控制器51和备用控制器52。调度控制器51用 于接收储能组件1、分布电源组件2、市电充电模块6、交流负荷控制单元42、直流负荷控制 单元44和逆变模块3发送的数据，并发送控制指令至储能组件1、分布电源组件2、市电充 电模块6、交流负荷控制单元42、直流负荷控制单元44和逆变模块3等；当出现异常时发送 故障通知至备用控制器52开始工作；备用控制器52，正常运行时与调度控制器51同时接 收储能组件1、分布电源组件2、市电充电模块6、交流负荷控制单元42、直流负荷控制单元 41和逆变模块3发送的数据，当调度控制器51异常时接管其控制工作。而且当正常工作 时，两台控制器都接收储能组件1、分布电源组件2以及逆变模块3等传来的数据，但只有调 度控制器51能够发出调度指令，对储能组件1、分布电源组件2和逆变模块3进行控制；当 调度控制器51出现异常不能正常工作时，停止发出控制调度指令，发出故障通知至备用控 制器52 ；备用控制器52接收到调度控制器51的故障通知后转为调度控制器，执行调度控 制器的功能，这时故障调度控制器可拆下检修，使得本发明的不间断电源可以不受影响的 持续工作。调度控制模块5与其它各个模块之间的通信线路也是关键部件，出现故障将导致 整个不间断装置不能正常工作。根据需要，调度控制母线也可设置双线互为热备用。调度 控制通信介质可以采用光纤、双绞线等，通信协议至少支持半双工，也可运行全双工、一主 多从和多主工作模式等。本发明提供的不间断电源装置将分布式电源、微电网和不间断电源三种装置整合 在一起，通过微电网调度分布式电源，能够提高分布式电源可用性，增加用户供电可靠性并 节能。本发明还提出了多个逆变单元的并联接入交流母线方法。如图11所示，为本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的状态转移图， 本实施例的调度控制方法包括以下步骤步骤10、储能组件、分布电源组件、市电充电模块、逆变模块以及调度控制模块上 电初始化，进入待机状态；本实施例的调度控制方法由调度控制模块控制运行，调度控制模块通过与各组件 通信获取各组件的运行数据，通过通信下发控制指令，维持不间断电源装置的正常运行。调 度控制模块共存在四种工作状态待机状态、故障状态、逆变运行状态和储能运行状态。步骤20、调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、分布电源组件、市电充电模块和逆变模块的工作状态；步骤30、若上述四个组件的工作状态满足逆变条件，则执行步骤31 ；本实施例的逆变条件是指至少一个分布电源组件或市电充电模块正常，且至少一 个储能组件正常，且至少一个逆变模块正常。步骤40、若上述四个组件的工作状态满足储能条件，则执行步骤41 ；本实施例的储能运行条件是指至少一个分布电源组件或市电充电模块正常，且至 少一个储能组件正常，且逆变模块都不正常。步骤50、若上述四个组件的工作状态异常，则执行步骤51 ；步骤31、启动就绪分布电源组件，就绪储能组件，启动逆变模块，将逆变模块的切 换开关合至交流母线，进入逆变运行状态；步骤41、启动就绪分布电源组件和就绪储能组件，将逆变模块停止运行，将交流负 荷单元的切换开关切至市电，进入储能运行状态；步骤51、将交流负荷单元的切换开关切至市电，进入故障状态。如图12所示，为本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的逆变运行状 态转移图，进入逆变运行状态之后还包括步骤32、调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、分布电源组件、市电充电模块 和逆变模块的工作状态；步骤321、若上述四个组件的工作状态仍满足逆变条件且直流母线电压越限，则执 行步骤3211 ；在逆变和充电状态时，直流母线电压和蓄电池电流是系统调度的重要判据。当直 流母线电压超出上限时，表示电源功率大于负荷功率，需要减小电源输出功率；当直流母线 电压超出下限或蓄电池放电电流超越上限时，表示电源功率小于负荷功率，需要增加电源 输出功率；若电源给定功率已到最大值，直流母线电压仍然超出下限，说明电源输出不足以 满足全部负荷，则依次将部分负荷切换至市电供电。在上述调节过程中，虽然直流母线电压 存在波动，由于逆变模块自身的闭环控制使得输出交流电压仍满足稳定指标。步骤322、若工作状态满足储能条件，则执行步骤3221 ；步骤323、若收到停机指令，则执行步骤3231 ；步骤324、若工作状态异常，则执行步骤3241 ；步骤3211、依照既定优先级调度策略调节分布电源组件的发电功率，依照既定优 先级调度策略调节储能组件的充电功率，依照既定优先级调度策略调度交直流负荷模块， 依照既定优先级调度策略调度逆变模块的输出功率；步骤3221、将交流负荷单元的切换开关切至市电，停机运行的逆变模块，进入储能 运行状态；步骤3231、停机运行的分布电源组件、储能组件，停机运行的逆变模块，进入待机 状态；步骤3241、停机运行的分布电源组件、储能组件，将交流负荷单元的切换开关切至 市电，停机运行的逆变模块，进入故障状态。如图13所示，为本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的储能运行状 态转移图，进入储能运行状态之后还包括
13
步骤42、调度控制模块通过通信方式巡检并记录储能组件、分布电源组件、市电充 电模块和逆变模块的工作状态；步骤421、若工作状态满足逆变条件，则执行步骤4211 ；步骤422、若直流母线电压越限，则执行步骤4221 ；步骤423、若收到停机指令，则执行步骤4231 ；步骤424、若工作状态都异常，则执行步骤4241 ；步骤4211、依照既定优先级调度策略调节分布电源组件的发电功率，依照既定优 先级调度策略调节储能组件的充电功率，依照既定优先级调度策略调度交直流负荷模块， 依照优先级调度策略调度逆变模块的输出功率，启动逆变模块，将逆变模块的切换开关合 至交流母线，进入逆变运行状态；步骤4221、依照既定优先级调度策略调节分布电源组件的发电功率，依照既定优 先级调度策略调节储能组件的充电功率；步骤4231、停机运行的分布电源组件和储能组件，进入待机状态；步骤4241、停机运行的分布电源组件和储能组件，进入故障状态。如图14所示，为本发明实施例的不间断电源装置的调度控制方法的故障状态转 移图，进入故障状态之后还包括步骤52、调度控制模块通过通信方式巡检并记录储能组件、分布电源组件、市电充 电模块和逆变模块的工作状态；步骤521、若接收到停机指令，则进入待机状态；步骤522、若满足逆变条件，则执行步骤5221 ；步骤523、若满足储能条件，则执行步骤5231 ；步骤5221、启动就绪分布电源组件、就绪储能组件和逆变模块，将逆变模块的切换 开关合至交流母线，进入逆变运行状态；步骤5231、启动就绪分布电源组件和就绪储能组件，进入储能运行状态。本实施例中，只要分布电源组件和储能组件电能充足，则优先工作于逆变状态，相 当于双变换UPS。当逆变模块及交直流负荷单元的切换开关采用固态开关时，市电与逆变 输出切换延时会很小，不会中断负荷供电，若采用接触器或断路器时，会产生一个周波的断 电，不会影响一般设备的运行。本实施例的逆变模块及交直流负荷单元的切换开关优选采 用静态开关。本发明提供的不间断电源装置及其调度控制方法将分布式电源、微电网和不间断 电源三种装置整合在一起，通过微电网调度分布式电源，能够提高分布式电源可用性，增加 用户供电可靠性并节能。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。
1权利要求
1.一种基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，包括至少一组储能组件，与直流母线和调度控制母线相连接；分布电源组件，与所述直流母线和调度控制母线相连接，用于将能源转化为电能，将所 述电能转化为电压、电流和功率可控的直流电并输出至直流母线；至少一个逆变模块，与所述直流母线、交流母线以及调度控制母线相连接，逆变模块将 直流母线承载的直流电逆变输出为交流电；交直流负荷模块，包括若干与所述直流母线连接的直流负荷单元和/或与交流母线连 接的交流负荷单元；调度控制模块，与所述调度控制母线相连接，用于接收所述储能组件、分布电源组件和 逆变模块发送的工作状态报告，对所述储能组件、分布电源组件和逆变模块的工作状态进 行控制。
2.如权利要求1所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，所述储能组件包括相连接的储能载体和储能功率单元，所述储能载体包括铅酸蓄电池、锂电池或飞轮储 能；所述储能功率单元用于对储能载体进行充放电管理，与直流母线和调度控制母线相连 接。
3.如权利要求1所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，所述分布电源组 件包括分布式电源单元，用于将能源转换为电能；电源功率单元，其连接于所述分布式电源单元，用于将转换的所述电能转化为电压、电 流和功率可控的直流电，并将所述电压、电流和功率可控的直流电输出至直流母线。
4.如权利要求1所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，所述交直流负荷 模块还包括连接所述交流负荷单元的交流负荷控制单元，连接所述直流负荷单元的直流负 荷控制单元，交流母线和市电母线。
5.如权利要求4所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，还包括市电充电 模块，与所述直流母线和市电母线相连接，用于当所述分布式电源组件供电不足且所述储 能组件的荷电不足时，将市电转化为电压、电流和功率可控的直流电。
6.如权利要求4所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，还包括同步信号 发生器，与市电母线相连接。
7.如权利要求5所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，所述市电充电模 块包括功率单元，用于将市电进行降压处理并输出电压功率可控的直流电。
8.如权利要求1所述的基于微电网的不间断电源装置，其特征在于，所述调度控制模 块包括与所述调度控制母线相连接的调度控制器和备用控制器。
9.一种不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，包括储能组件、分布电源组件、市电充电模块、逆变模块以及调度控制模块上电初始化，进 入待机状态；所述调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、分布电源组件、市电充电模块和逆变模块的工作状态，收到开机指令后，若所述工作状态满足逆变条件至少一个分布电源组件 或市电充电模块正常、至少一个储能组件正常且至少一个逆变模块正常，则所述调度控制 模块控制分布电源组件、储能组件和逆变模块进入逆变运行状态；若所述工作状态满足储 能条件至少一个分布电源组件或市电充电模块正常、至少一个储能组件正常且所有逆变 模块不正常，则所述调度控制模块控制分布电源组件、储能组件进入储能运行状态，同时将 所述逆变模块停止运行。
10.如权利要求9所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，所述控制分布 电源组件、储能组件和逆变模块进入逆变运行状态包括控制启动就绪分布电源组件，就绪 储能组件，将所述逆变模块的切换开关合至交流母线，启动逆变模块。
11.如权利要求9所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，控制分布电 源组件、储能组件和逆变模块进入储能运行状态包括启动就绪分布电源组件，就绪储能组 件，将所述逆变模块停止运行，将交流负荷单元的切换开关切至市电，进入储能运行状态。
12.如权利要求9所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，所述进入逆变 运行状态之后还包括所述调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、分布电源组件、市电 充电模块和逆变模块的工作状态；若所述工作状态仍满足逆变条件，则判断直流母线电压 是否越限，是则依照既定优先级调度策略调节所述分布电源组件的发电功率；若所述工作 状态不满足逆变条件但满足储能运行条件，则停机运行的逆变模块，将交流负荷单元的切 换开关切至市电。
13.如权利要求12所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，若所述直流 母线电压越限，则还包括依既定优先级调度策略调节所述储能组件的充电功率，根据所述 既定优先级调度策略调度交直流负荷模块，根据所述既定优先级调度策略调度逆变模块的 输出功率。
14.如权利要求12所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，所述进入储 能运行状态之后还包括所述调度控制模块通过通信方式巡检并记录所述储能组件、分布 电源组件、市电充电模块和逆变模块的工作状态；若所述工作状态满足逆变条件，则依照既 定优先级调度策略调节分布电源组件的发电功率，依照既定调度策略调节储能组件的充电 功率，根据优先级调度交直流负荷模块，根据优先级调度逆变模块的输出功率，启动逆变模 块，将逆变模块的切换开关合至交流母线，进入逆变运行状态；若所述工作状态不满足逆变 条件，则判断直流母线电压是否越限，是则依既定优先级调度策略调节分布电源组件的发 电功率，依既定优先级调度策略调节储能组件的充电功率；若收到停机指令，则停机运行的 分布电源组件和储能组件，进入待机状态；若所述工作状态异常，则停机运行的分布电源组 件和储能组件，进入故障状态。
15.如权利要求9所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，还包括若所 述工作状态满足分布电源组件或市电充电组件、储能组件以及逆变模块都不正常，则所述 调度控制模块控制分布电源组件、储能组件和逆变模块进入故障状态。
16.如权利要求14或15所述的不间断电源装置的调度控制方法，其特征在于，所述进 入故障状态之后还包括所述调度控制模块通过通信方式巡检储能组件、分布电源组件、市 电充电模块和逆变模块的工作状态；若收到停机指令，则进入待机状态；若所述工作状态 满足逆变条件，则启动就绪分布电源组件，启动就绪储能组件，启动就绪逆变模块，将逆变模块的切换开关合至交流母线，进入逆变运行状态；若满足储能运行条件，则启动就绪分布 电源组件，启动就绪储能组件，进入储能运行状态。
全文摘要
本发明公开了一种基于微电网的不间断电源装置及其调度控制方法，该装置包括储能组件，与直流母线和调度控制母线相连接；分布电源组件，与所述直流母线和调度控制母线相连接，用于将能源转化为电能，将电能转化为电压、电流和功率可控的直流电并输出至直流母线；至少一个逆变模块，与直流母线、交流母线以及调度控制母线相连接；交直流负荷模块，包括交流母线，直流母线，调度控制母线、交流负荷控制母线、直流负荷控制母线，与直流母线和交流母线相连接的负荷单元；调度控制模块，与所述调度控制母线相连接。本发明能够提高分布式电源的可用性，增加用户供电可靠性。
文档编号H02J9/00GK102005817SQ20101029126
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者井天军, 杜海江, 杨明皓 申请人:中国农业大学