一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法
【技术领域】
[0001]本发明属于可再生能源能量控制装置应用设计及其在可再生能源电力网络中的并网技术应用领域，具体涉及一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法。
【背景技术】
[0002]随着先进科学技术的进步和全世界经济发展水平的提高，世界各国对于能源的需求也越来越多，传统的化石能源正趋于枯竭;因此，新能源的整合与开发越来越受到人们的关注和追捧，尤其是风能和太阳以其得天独厚的优势，得到更为广泛的开发和利用。然而，这二者能量来源完全受自然界影响且不可控，有很大的随机性和间歇性;伴随着分布式发电系统所发电能在电力系统中所占比例的增加，其功率输出的波动给电网安全运行带来了日趋严重的影响。
[0003]为了解决这一矛盾，储能技术就逐渐成为了关注的焦点；由于风能的波动尤为突出，电能的存储方法和方式与风力发电系统相结合的研究工作已迫在眉睫。储能的思路是在风力富裕、负荷较轻时将一部分能量存入储能设备，在风力波动或不足时输出存储的能量，保证功率的稳定，这样起到电力调峰平滑输出的作用；
[0004]电能的存储问题，它涉及多个学科、多个领域;在电力行业，储能一直以来是一项非常重要的技术，也是一个特别重要的环节，特别是当分布式电源并网技术、微电网技术、智能电网技术等开始实施后，储能技术的重要性更加显现;除了在电力行业具有重要作用夕卜，储能技术也是通信、交通运输、航天等多行业的重要支撑技术，因此储能技术的发展关系到很多行业的进步。经过较长时间的发展，储能技术也获得了较大程度的发展；另外，储能的形式也是各式各样，大致可以分成物理储能，包括抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能等；电化学储能，包括铅酸、锂离子、液流、镍镉(N1-Cd)、钠硫(Na-S)电池等；电磁储能即超导线圈储能和超级电容储能等等。世界上许多国家，都对储能技术投入了很大的研究力量，也获得了可观的成果;较之国外先进技术，还存在不小的差距；因此，储能技术的应用研究具有巨大的研究意义和实用价值。
[0005]然而，常见的抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、铅酸、锂离子、液流、镍镉(N1-Cd)、钠硫(Na-S)电池、超导线圈储能和超级电容储能等单一的储能元件很难满足或者跟本就不能同时满足高频大功率波动、高能量密度、长循环寿命和低成本的要求，每种储能都有自己的优缺点，从整体来看，具有高能量密度的元件，一般功率密度小，循环使用寿命短如铅酸化学电池;高功率密度的元件，循环寿命长，能量密度却不高，如超级电容器；同时具有高能量密度和高功率密度的元件，成本造价却又十分昂贵，如锂离子电池;这就限制了单一储能元件在电力系统中的快速发展和广泛应用;超级电容器是最近几年来的新型的一种电力储能元件，以它相对较长的使用寿命、宽广的工作温度范围、较快的充放电速度和较大的功率密度等优点，恰好与蓄电池缺点相互有效的弥补，因此，使其具有了巨大的发展空间；
[0006]针对典型储能元件不同的工作特点，如化学超级电容器和电池，不断有专家提出了采用超级电容器和化学电池组成混合系统来储能电能;这使得混合储能系统兼具超级电容器高功率密度、长循环使用寿命和化学电池高能量密度的特点，满足尖峰功率的快速吞吐和大容量电能交换需求;采用混合储能系统在能够有效节约体积和重量的前提下，还可以大大改善储能系统的整体性能，又能减少初期的建设投资和维护费用，使其在当今世界人民生产和生活的各个方面拥有着广阔的应用前景。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明提出一种包含储能和能量路由器的网络系统及能量调节方法，使其整体可以与可再生能源发电快速、精确的进行功率的吞吐和能量交换，实现对可再生能源发电短时间功率快速波动的平抑和长时间能量的补充与存储;本发明这种包含储能和能量路由器的网络系统同时满足高功率密度、大能量密度、长循环使用寿命和低价格水平的要求，即实时满足平抑分布式新能源发电系统输出功率波动需求的特性;该能量路由器能够根据需求实现不同储能元件充放电独立精确的控制和调节，从而在实现实时平抑分布式能源发电系统功率波动的过程中充分发挥各储能元件的性能优势。
[0008]一种包含储能和能量路由器的网络系统，包括可再生能源交流发电系统、交流负载，该系统还包括、能量路由器、第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器、第三双向AC/DC变流器、第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统，其中，所述的能量路由器包括功率采集模块、计算模块、比较决策模块、荷电状态检测模块和选择接入动作执行装置；
[0009]功率采集模块:用于采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
[0010]计算模块:用于获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
[0011]荷电状态检测模块:用于检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即所存储的能量值，并发送至比较决策模块中；
[0012]比较决策模块:用于将三个功率差值进行升序排序，将三个存储能量值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的存储能量值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
[0013]选择接入动作执行装置:用于将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
[0014]第一双向AC/DC变流器、第二双向AC/DC变流器和第三双向AC/DC变流器:用于将第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统接入可再生能源交流发电系统中，完成能量双向流动；
[0015]第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统:用于对可再生能源交流发电系统输出的功率波动和负载吸收功率的变化进行平抑的能量存储装置。
[0016]所述的选择接入动作执行装置，由三个步进继电器组成。
[0017]所述的第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统，包括Na-S化学电池组、超级电容器组、两个双向DC/DC功率变换器;其中，Na-S化学电池组的输出端连接一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，超级电容器组的输入端连接另一个双向DC/DC功率变换器的低压侧，两个双向DC/DC功率变换器的高压测并联作为混合储能系统的输出端。
[0018]采用包含储能和能量路由器的网络系统进行的能量调节方法，包括以下步骤:
[0019]步骤1、采用功率采集模块采集可再生能源交流发电系统输出端的A、B、C三相功率值和交流负载输入端的A、B、C三相功率值，并将采集的功率值发送至计算模块中；
[0020]步骤2、采用计算模块获得交流负载输入端的A相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的A相功率值之间的差值、交流负载输入端的B相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的B相功率值之间的差值、交流负载输入端的C相功率值与可再生能源交流发电系统输出端的C相功率值之间的差值，并将获得的三个功率差值发送至比较决策模块中；
[0021]步骤3、采用荷电状态检测模块检测第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的荷电状态，即能量存储值，并将三个能量存储值发送至比较决策模块中；
[0022]步骤4、采用比较决策模块将三个功率差值进行升序排序，将三个能量存储值也进行升序排序，将排序后的功率差值与排序后的能量存储值按顺序对应组合，获得微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统的连接状态，发送执行信号至选择接入动作执行装置；
[0023]步骤5、采用选择接入动作执行装置将微网A、B、C三相与第一混合储能系统、第二混合储能系统和第三混合储能系统按照执行信号进行连接；
[0024]