基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法及系统与流程

1.本公开属于微电网技术领域，具体涉及一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.国民经济的发展和人民生活水平的提高，对供电可靠性要求越来越高、中低压配电网不停电检修、重要负荷保障供电以及重过载台区供电质量是目前亟需解决的一个问题。移动应急电源车可以很好的应用于上述场景，传统移动电源车基本是柴油发电机，受制于柴油发电机运行特性，在重要负荷独立供电中柴油发电机往往不能满足负荷快速波动时电能质量的要求，且柴油发电机长期工作于低负荷状态，容易造成部件磨损，减少使用寿命。
4.近年来，随着储能技术的进步，出现了一些移动储能车，储能系统可以快速跟踪负荷变化，但是其电量非常有限，无法满足长时间大负荷供电的需要。针对光柴储移动电源车的相关研究较少，有相关文献针对风光柴储互补电源车的容量配置展开了研究；有文献从经济角度出发开展能量管理策略的研究，尽可能降低柴油发电机运行时间；有文献提出了柴储孤立微网系统中柴油发电机和储能电池的协调控制方法，但该方法通过在储能系统传统下垂控制中引入辅助功率控制信号，防止柴油机长时过流引起的系统崩溃，但对于柴油发电机正常运行时，储能功率的控制没有提及。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本公开提出了一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法及系统，在源网荷储微电网理论基础上，依据柴油发电机与储能系统联合的应急电源车结构形式，切合实际应用场景，研究控制策略，实现应急电源车柴油发电机与储能系统各种运行方式的无缝自动切换，保障重要负荷不间断供电。
6.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法，采用如下技术方案：
7.一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法，所述柴储移动电源车包括柴油发电机和储能系统，所述方法包括以下步骤：
8.获取储能系统的电池荷电状态；
9.判断所获取的电池荷电状态与电池荷电状态设定值之间的大小，实现柴储移动电源车的功率控制；
10.其中，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态设定值时，启动储能系统，当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态第一阈值时，启动柴油发电机，基于带功率保持的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换；
11.当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态设定值时，启动柴油发电机，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态第二阈值时，柴油发电机停止工作，储能系统充电完成，基于带电流反馈的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换。
12.作为进一步的技术限定，在并网模式下，所述柴油发电机采用pq控制；在离网模式下，所述柴油发电机采用vf控制。
13.作为进一步的技术限定，当所述柴油发电机不运行时，所述储能系统处于电压控制模式；当所述柴油发电机运行时，所述储能系统处于电流控制模式。
14.作为进一步的技术限定，所述柴储移动电源车实时跟踪负载负荷的波动变化，其运行状态包括储能系统单独为负荷供电、储能系统和柴油发电机同时为负荷供电、柴油发电机为储能系统充电，以及柴油发电机同时为负荷供电和为储能系统充电。
15.作为进一步的技术限定，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态设定值时，启动储能系统之后，在预设时间内没有负荷时，储能系统停机。
16.作为进一步的技术限定，当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态设定值时，启动柴油发电机之后，在预设时间内没有负荷时，储能系统和柴油发电机均停机。
17.作为进一步的技术限定，当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态设定值时，启动柴油发电机之后，柴油发电机油量小于预设油量时，储能系统和柴油发电机均停机。
18.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制系统，采用如下技术方案：
19.一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制系统，所述柴储移动电源车包括柴油发电机和储能系统，包括：
20.获取模块，被配置为获取储能系统的电池荷电状态；
21.功率控制模块，被配置为判断所获取的电池荷电状态与电池荷电状态设定值之间的大小，实现柴储移动电源车的功率控制；
22.其中，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态设定值时，启动储能系统，当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态第一阈值时，启动柴油发电机，基于带功率保持的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换；
23.当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态设定值时，启动柴油发电机，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态第二阈值时，柴油发电机停止工作，储能系统充电完成，基于带电流反馈的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换。
24.根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
25.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法中的步骤。
26.根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
27.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法中的步骤。
28.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
29.本公开通过负荷反馈进行柴储移动电源车的功率控制，在基于带功率保持的中间
控制环节以及基于带电流反馈的中间控制环节的作用下实现柴油发电机与储能系统运行方式上的无缝自动切换，实现了重要负荷的不间断供电。
附图说明
30.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
31.图1是本公开实施例一中的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法的流程图；
32.图2是本公开实施例一中的柴储移动电源车的拓扑接线图；
33.图3是本公开实施例一中的柴油发电机vf模式的控制框图；
34.图4是本公开实施例一中的柴油发电机下垂控制的控制框图；
35.图5是本公开实施例一中的dq坐标下储能系统的电压控制框图；
36.图6是本公开实施例一中的dq坐标下储能系统的电流控制框图；
37.图7是本公开实施例一中的柴储移动电源车网络拓扑图；
38.图8是本公开实施例一中的功率反馈的控制框图；
39.图9是本公开实施例一中的电流反馈的控制框图；
40.图10是本公开实施例一中的功率保持的控制框图；
41.图11是本公开实施例一中的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法的工作流程图；
42.图12是本公开实施例二中的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制系统的结构框图。
具体实施方式
43.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
44.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
45.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
46.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.实施例一
48.本公开实施例一介绍了一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法。
49.如图1所示的一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法，包括以下步骤：
50.获取储能系统的电池荷电状态；
51.判断所获取的电池荷电状态与电池荷电状态设定值之间的大小，实现柴储移动电源车的功率控制；
52.其中，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态设定值时，启动储能系统，当所
获取的电池荷电状态小于电池荷电状态第一阈值时，启动柴油发电机，基于带功率保持的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换；
53.当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态设定值时，启动柴油发电机，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态第二阈值时，柴油发电机停止工作，储能系统充电完成，基于带电流反馈的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换。
54.考虑移动储能车主要应用于中低压配电网不停电检修、重要负荷独立供电，均为交流负载，因此柴油发电机、储能系统以及负荷采用交流微电网连接方式，其拓扑结构如图2所示，柴油发电机、交流负荷直接接入母线，储能系统通过双向变流器接入交流母线，为方便移动电源车车应用于重要负荷独立供电时储能系统的充电，移动储能车预留电网接口，并且与柴油发电机两者之间采用闭锁设计，柴油发电机与电网不同时接入系统。
55.柴油发电机一般由柴油机、励磁调节器以及控制单元组成。一般来说，并网模式下柴油发电机采用pq控制，离网模式下柴油发电机采用vf控制。
56.离网模式下，柴油发电机作为主电源，通过改变进油量维持系统电压和频率的稳定，其控制框图如图3所示。
57.并网模式下，系统电压和频率由电网提供，柴油发电机采用pq控制方式，但与连接大电网情景不同，在独立微网系统中，当其他电源担任主电源时，为保证系统稳定，柴油发电机一般采用下垂控制，参与部分电压和频率的调节，其控制框图如图4所示。
58.储能系统是移动电源车中另一主要电源，考虑设备能量密度、使用寿命等因素，移动电源车一般选用磷酸铁锂离子电池，在与柴油发电机和负荷构成的微电网系统中，储能系统主要存在两种运行模式，柴油发电机不运行时，储能系统担任系统主电源，用于维持系统电压和频率稳定，一般采用电压源控制方式，基于dq坐标下的电压控制结构如图5所示。
59.柴油发电机运行时，储能系统工作于电流控制模式，根据控制系统要求提供有功和无功功率，基于dq坐标下的电流控制结构如图6所示。
60.柴油发电机和储能系统组成的混合移动式供能系统需要实时跟踪负载的波动变化，其运行工况有：储能系统单独供电、储能系统和柴油发电机同时供电、柴油发电机给储能充电、柴油发电机同时给负荷供电和给储能充电。实际运行过程中，需根据负荷实际情况，随时调整柴油发电机和储能的运行状态，其连接拓扑图如图7所示。
61.考虑柴油发电机和储能系统运行特点，为了防止柴油发电机长期工作于低负荷状态和系统工作状态的频繁切换，移动电源车可靠经济的运行方式是柴油发电机承担稳定负荷部分，储能系统承担波动负荷。
62.在本实施例中，以储能系统的电池荷电状态(state of charge，简称soc值)作为柴油发电机输出功率和模式转换的判断条件，soc值高于一定值时，控制降低柴油发电机输出功率；soc值低于一定值，控制增大柴油发电机输出功率。
63.柴油发电机和储能系统同时运行时，柴油发电机作为主电源，工作于pv模式下，为系统提供稳定的电压和频率，储能系统工作于电流控制模式。储能系统接受控制系统指令发出或者吸收有功和无功功率。考虑柴油发电机负荷响应时间较长，为了系统安全稳定运行，本实施例根据储能系统当前soc值，提出采用负荷功率反馈控制的方式确定储能系统瞬时功率，反馈控制框图如图8所示。
64.在这种控制方式下，通过合理选择pi控制器控制参数，储能系统可以有效跟踪负
荷波动，且可以实现在储能系统soc值较低时，控制柴油发电机向储能充电或者储能少放电；在储能系统soc值较高时，控制储能系统多放电，降低柴油发电机功率；同时保证较长一段时间内柴油发电机工作于某一稳定状态，防止出现柴油发电机长期低负荷或者过流工作，柴油发电机和储能系统的功率分配如下表1所示：
65.表1柴油发电机和储能系统的功率分配表
[0066][0067]
在表1中，pg为柴油发电机额定功率；pl为实际负荷功率；储能功率设定值与当前bms要求充放电电流相比较，取其中较小值。
[0068]
储能系统单独运行时，作为主电源承担为系统提供稳定的电压和频率，储能系统采用图5所示电压控制。该种运行方式下，储能可以快速影响负荷变化和波动，但是因为储能系统容量有限，一般用于短时供电。
[0069]
无缝切换控制逻辑
[0070]
(1)储能系统由电流控制转换为电压控制
[0071]
柴油发电机作为主电源时，当出现电池soc值过高或者柴油发电机因燃料不足等因素退出运行时，储能变流器需由电流控制方式转换为电压控制方式，为保证供电稳定性，储能系统状态切换过程中，应保证交流母线电压稳定可靠，维持负荷的不间断供电。
[0072]
控制系统得到柴油发电机退出系统的判据成立后，需要给柴油发电机发送停机指令，同时给并网开关发送断开指令，给储能系统发送指令由电流控制模式切换到电压控制模式。因为储能变流器的转换时间比并网开关的动作快，因此储能系统转换为电压控制模式后，储能系统与柴油发电机仍然相连，两者之间存在，柴油发电机端口与储能系统变流器端口存在电压和频率差，同时由于变流器出口阻抗很小，容易出现变流器过流的现象。为了维持变流器状态切换过程中不会出现电流突变的现象，本实施例在变流器由电流控制模式转换到电压切换模式过程中增加具有电流反馈的中间控制状态，控制变流器状态切换后一段时间内储能系统输出功率不变，其控制框图如图9所示，其中，idt0和iqt0为模式切换前变流器输出电流值，变流器接收到控制系统由电流控制转换到电压控制的指令后，首先切换至中间控制状态，待达到设定时间后转换到电压控制模式。
[0073]
(2)储能系统由电压控制转换为电流控制
[0074]
储能系统作为主电源时，当出现电池soc值过低，需要启动柴油发电机并入系统运行，此时储能变流器需由电压控制方式转换为电流控制方式；由于柴油发电机响应时间慢，如果系统内负荷全部转移到柴油发电机，容易造成柴油发电机转速下降和系统的不稳定，因此储能系统由电流控制转换为电压控制过程中，应逐步将负荷转移到柴油发电机，并根据负荷反馈控制策略合理确定储能系统的瞬时功率。与电流控制转换为电压控制类似，本实施例在电压控制转换为电流控制的过程中，增加带有功率保持的中间控制环节，其控制框图如图10所示，储能变流器接收到控制系统由电压控制转换为电流控制的指令后，首先切换至中间控制状态，并根据预先设定的功率曲线逐渐降低储能系统功率值直到目标值，
然后切换至电流控制模式。
[0075]
基于以上的控制逻辑，柴储移动电源车用于重要负荷独立供电时，为实现移动电源车智能、自动化工作，本实施例提出柴储移动储能车自动化控制系统工作原理，其工作流程如图11所示：
[0076]
基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法的具体过程为：
[0077]
步骤s01：有供能需求，系统上电；
[0078]
步骤s02：控制系统开始工作，判断储能系统soc值，如果大于电池荷电状态设定值soc_n1，启动储能系统(power conversion system，简称pcs)pcs，储能系统开始工作，运行转入步骤s04中的工作状态1(此处控制系统需下发启动命令给pcs)；
[0079]
步骤s03：如果不大于soc_n1，启动柴油发电机，工作于vf模式，启动pcs，储能系统并网，工作于pq模式，运行转入步骤s05中的工作状态2(此处控制系统需下发启动命令给柴油发电机，下发合闸命令给柴油发电机并网断路器，下发启动命令给pcs)；
[0080]
步骤s04：工作状态1：储能系统工作于vf模式，给负荷供电，负荷包括电源车内空调、照明等；
[0081]
在此工作状态下，若出现soc值小于电池荷电状态第一阈值soc-n5，启动柴油发电机，并完成储能工作模式由vf切换至pq，之后，系统运行转入步骤s05中的工作状态2；
[0082]
在此工作状态下，若超过预设时间time1没有负荷，则停止柴油发电机、停止pcs，运行转入步骤s06中的停机状态(此处控制系统需下发停机命令给柴油发电机，下发分闸命令给柴油发电机并网断路器，下发停机命令给pcs)；
[0083]
步骤s05：工作状态2：柴油发电机工作于vf模式，储能系统工作于pq模式，给负荷供电，此时储能功率根据soc值不同。
[0084]
在此工作状态下，若超过预设时间time1没有负荷，则停止柴油发电机、停止pcs，运行转入步骤s06中的停机状态(此处控制系统需下发停机命令给柴油发电机，下发分闸命令给柴油发电机并网断路器，下发停机命令给pcs)；
[0085]
在此工作状态下，若柴油发电机油量小于预设油量m1，则停止柴油发电机、停止pcs，运行转入步骤s06中的停机状态(此处控制系统需下发停机命令给柴油发电机，下发分闸命令给柴油发电机并网断路器，下发停机命令给pcs)，
[0086]
在此工作状态下，若储能系统充电完成，soc值大于电池荷电状态第二阈值soc-n0或者单体最高电压vcell_max达到最高电压限制vcell_h_limit时，则停止柴油发电机，储能系统由pq模式转换为vf模式，运行转入步骤04中的工作状态1(此处控制系统需下发停机命令给柴油发电机，下发分闸命令给柴油发电机并网断路器，下发命令给pcs完成储能工作模式由pq转换到vf模式)；
[0087]
步骤s06：停机状态：柴油发电机停机，pcs停机，柴储移动电源车停机，400v母线停电。
[0088]
本实施例在源网荷储微电网理论基础上，依据柴油发电机与储能系统联合的应急电源车结构形式，切合实际应用场景，研究控制策略，实现应急电源车柴油发电机与储能系统各种运行方式的无缝自动切换，保障重要负荷不间断供电。
[0089]
实施例二
[0090]
本公开实施例二介绍了一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制系统。
[0091]
如图12所示的一种基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制系统，所述柴储移动电源车包括柴油发电机和储能系统，包括：
[0092]
获取模块，被配置为获取储能系统的电池荷电状态；
[0093]
功率控制模块，被配置为判断所获取的电池荷电状态与电池荷电状态设定值之间的大小，实现柴储移动电源车的功率控制；
[0094]
其中，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态设定值时，启动储能系统，当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态第一阈值时，启动柴油发电机，基于带功率保持的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换；
[0095]
当所获取的电池荷电状态小于电池荷电状态设定值时，启动柴油发电机，当所获取的电池荷电状态大于电池荷电状态第二阈值时，柴油发电机停止工作，储能系统充电完成，基于带电流反馈的中间控制环节实现储能系统控制模式的转换。
[0096]
详细步骤与实施例一提供的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法相同，在此不再赘述。
[0097]
实施例三
[0098]
本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
[0099]
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法中的步骤。
[0100]
详细步骤与实施例一提供的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法相同，在此不再赘述。
[0101]
实施例四
[0102]
本公开实施例四提供了一种电子设备。
[0103]
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法中的步骤。
[0104]
详细步骤与实施例一提供的基于负荷反馈的柴储移动电源车功率控制方法相同，在此不再赘述。
[0105]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。