一种小型家用微电网群能量控制方法与流程

本发明涉及微电网群能量领域，具体为一种小型家用微电网群能量控制方法。

背景技术：

1、目前小型家用微电网系统主要以单套独立运行为主，一般包括光伏、柴发、蓄电池(含电池管理系统bms)、变流器、能量管理系统ems。因为需要较大的空间安置设备，一般主要应用于别墅类房屋。对于广大住宅楼用户的微电网建设没有太多参考价值，因此需要以微电网集群方案建设小型家用微电网。

2、而一般微电网能量控制方法只能通过能量管理系统实现管理充放电时间，计算用电量等，不能做到实现每户微电网用户最合理用电需求。

3、综上所述，现有小型家用微电网系统仍存在诸多弊端，总结如下：

4、①针对用户群的住宅楼用户无法实现微电网自由，缺乏安放微电网设备空间的问题，如光伏设备未统一安放到采光强度好，且不会干扰居民日常生活的区域，电池也未统一安放在可控温度的地方；

5、②针对一般微电网能量控制方法只能通过能量管理系统实现管理充放电时间，计算用电量等，不能做到实现每户微电网用户最合理用电需求；

6、③基于多端口路由变压器结构的电源路由器一般用于中小功率场合，适用于用户侧低压配电系统与家庭分布式电源之间的功率转换和功率控制，现有电源路由器的电气拓扑设计已基本成熟，但对其控制策略的研究迫在眉睫，现有研究大多讨论了孤岛模式下直流微电网的运行和控制。由于缺乏后备储能设备，当能量过剩或短缺时系统稳定性差，应用受到限制；也有直接研究并网下的运行状态，但在电网的大力支持下，忽略了光伏等微电源与储能的协调控制，没有充分考虑剩余容量等因素的影响，损害电池使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种小型家用微电网群能量控制方法，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

3、一种小型家用微电网群能量控制方法,包括变流器、并离网切换装置、plc主控制器、hm i人机界面，

4、所述变流器采用小型模块化光储一体机形式，具有光伏和电池各一路输入接口以及一路交流输出接口，所述变流器的交流输出口与并离网切换装置的内网接口相连，并离网切换装置外网接市电或柴油发电机；

5、所述主控制器plc与变流器采用485通信控制，hm i人机界面通过以太网与主控制器进行控制交互信息，单套系统与单套系统的指令狡猾采用can总线进行通信；

6、所述每套系统预留交流输出口以及can通信的对接航空插头，方便系统组网时的快速链接；

7、上述操作步骤如下：

8、s1：面向典型家庭用户能量供给与需求情况，以家用电能路由器为核心，设计家庭能量管理系统总体架构，涵盖电网接口、光伏系统、混合储能系统、交流负荷和直流负荷，作为家庭用户的家庭能量管理系统，家用电能路由器连接到电网、光伏系统、混合储能系统、交流负荷和直流负荷，并设置电表；

9、s2：采用一种改进的变步长扰动观测方法对光伏系统进行控制；

10、s3：基于锂电池与超级电容器构建混合储能系统，通过转换器将混合储能系统并联到直流母线，以下垂控制理论为基础，根据直流母线电压的大小调节充放电功率，混合储能系统由锂电池与超级电容器构成，基于下垂控制理论，设计混合储能变流器控制电路，锂电池和超级电容器通过转换器并联到直流母线，根据直流母线电压的大小调节充放电功率；

11、s4：并网变流器采用功率下垂控制以确保并网过程中电能的稳定传输，为使交流侧电流动态响应速度更快，采用一种基于dq坐标系的矢量解耦直流控制策略，为了保证并网过程中电能的稳定传输，并网变流器在并网模式下采用功率降控制；

12、s5：根据家庭能量管理的特点和直流微网控制要求，家庭能量管理系统分为并网和离网两种模式，直流母线电压在允许的变化范围内分为三级，家庭能量管理系统共计六种运行模式，提出家用电能路由器相应的功率控制策略，通过直流母线将分布式电源、储能、负载以及mg和配电网的交换电源解耦，可以得到直流微网的直流母线等效电路，在并网模式下，光伏系统通常采用mppt控制策略；当udc≥udc_h igh或udc≤udc_l ow时，并网变流器采用下垂控制策略；当udc_l ow≤udc≤udc_h igh，混合储能系统用作主控制单元，采用下垂控制策略；

13、在离网模式下，并网变流器不工作；当udc≥udc_h igh，光伏系统从mppt控制策略运行转换为降功率控制；当udc_l ow≤udc≤udc_h igh时，混合储能系统为主控单元，采用下垂控制；当udc≤udc_l ow时，负荷转换器执行削负荷操作，以保持直流母线电压稳定。

14、优选的，所述主控制器plc具有485串口、以太网口、can通信三种接口，所述触摸屏通过以太网口向主控制器plc下发控制指令。

15、优选的，所述主控制器plc收到控制指令通过485通信接口向变流器下发控制指令。

16、优选的，所述变流器的交流输出对插并联，每套主控系统的plc can地址分别设置为1、2依次排序。

17、优选的，两套系统的控制指令通过can总线进行通信。

18、优选的，单套系统的控制方式不变，当两套并联时，触摸屏选着并联模式，选着任意一触摸屏进行控制操作。

19、优选的，对于数据采集层和数据汇集层间的通信，节点相对较少，网络结构相对简单规模较小的微电网可直接采用各采集设备自有的通信协议rs485、rs232、can总线、modbus协议、i ec60870-5-103、i ec60870-5-104、i ec61850协议，也有多种协议融合的通信方式；微电网通信设计技术方案时，要考虑成本、传输数据的类型、微电网的规模、通信节点的地理位置的综合因素，同时要利用不同通信技术的优势和特点选取最适合的通信技术，也可对通信技术和通信规约搭配使用，最大程度地发挥不同通信技术和不同通信规约的优势，完善自己的通信方案，建设自治、高速、双向的通信网络，逆变器、变换器、整流器等监测交流负荷、直流负荷、光伏、电池所在的数据采集层与固态变压器所在的数据汇集层之间采用设备自有的传统的基于tcp/ip的modbus协议、rs232协议和rs485协议融合的通信方式，通过固态变压器集成各设备运行情况，汇集户用微网各设备的运行数据，通过以太网、modbus协议对外提供数据通讯。

20、优选的，根据i ec61850数据交换模型和微电网的特点，提出微电网的数据交换分层结构模型；基于i ec61850的微电网信息结构，将户用微网能量管理单元的通信系统划分为3个层次：底层是为电网物理设备层及其数据接口、中间层为数据与网络层、上层为展示与应用层。

21、优选的，所述微电网物理设备层由一次设备和二次设备构成，包括光伏电池、储能装置、交直流负载、故障录波分析装置、保护与控制单元、气象参数采集装置；微电网物理设备层能够对微电网物理设备的运行数据进行有效采集和及时上传，其具体功能如下：

22、(1)利用底层设备各自的通信协议，分别采集各设备的实际运行状况，将运行状态数据进行存储和管理，及时上传到数据与网络层；

23、(2)检测控制开关设备运行模式，监控逆变器、变流器等设备端口的输入和输出量，即设备的遥信量；

24、(3)接受上层下发的遥控指令，并直接下发给微电网中的具体设备，及时进行设备运行状态的切换。

25、优选的，数据与网络层主要提供数据协议转换和远程访问功能，是整个数据传输模型中的中间层，起到承上启下的作用，为数据层和网络层的双层结构；数据层包含ecu\dcu、通讯服务器、微网控制器，可通过网络层中的集中\分散控制、远程访问、通讯接口配置技术，将微电网设备层中的通信规约转换为i ec61850通讯标准，并通过交换机与mems系统中的i ec61850客户端进行实时通信，实现与微电网底层设备的数据交换；每个i ec61850服务器可接收、整合、处理来自微电网设备层中的一个或多个微电网设备上传的数据包指令，也可根据上层i ec61850客户端的下发命令向具体的微电网设备层下发控制命令；数据与网络层利用主要基于云平台的控制系统来实现系统远程多终端的实时监控。

26、相比于现有技术而言，本发明公开了一种小型家用微电网群能量控制方法，包括变流器、并离网切换装置、plc主控制器、hmi人机界面，四者相互结合使用发挥作用，

27、①针对更多用户群的住宅楼用户实现微电网自由，却缺乏安放微电网设备空间的问题，可以以小区为单位，或是以楼为单位建立小型家用微电网群来解决，如光伏设备统一安放到楼顶等采光强度好，且不会干扰居民日常生活的区域，电池统一安放在可控温度的房间，有条件的地方可以安装风能发电或是柴油发电机等设备；

28、②针对一般微电网能量控制方法只能通过能量管理系统实现管理充放电时间，计算用电量等，不能做到实现每户微电网用户最合理用电需求,可以统一建设家用微电网群实行共享管理，配套数据分析管理系统，可根据每户用电习惯，调整使用；

29、③多端口电能路由器拓扑，不仅实现了电压转换、可靠的电气隔离、独立端口设计、双向能量流等基本要求，而且降低了设备成本，减少了占用空间，提升了使用的灵活性，可应对多种场景，该方法能够可靠、有效实现对以面向家用电能路由器为核心的直流微网功率控制；

30、④面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模方式，避免了使用复杂的iec61850数据结构，大大缩短了i ec61850客户端远程连接i ec61850服务器的时问，提高了i ec61850客户端读取i ec61850服务器中数据的效率，将i ec61850国际标准应用于微电网通信系统，通过数据与网络层的通讯协议转变，避免了底层设备的使用各自分散复杂的设备通讯协议，大大缩短了i ec61850客户端远程连接i ec61850服务器的时问，提高了iec61850客户端读取i ec61850服务器中数据的效率；

31、⑤采用了面向对象的数据建模技术，i ec61850标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个i ed包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言，i ed同时也扮演客户的角色，任何一个客户可通过抽象通信服务接口(acs i)和服务器通信可访问数据对象；

32、⑥数据自描述，该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则；采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，如获取和设定对象值的通信服务、取得对象名列表的通信服务、获得数据对象值列表的服务等。面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作

33、⑦网络独立性，i ec61850标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务，设计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口(asci)。在i ec61850-7-2中，建立了标准兼容服务器所必须提供的通信服务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过acs i，由专用通信服务映射(scsm)映射到所采用的具体协议栈，例如制造报文规范(mms)等。i ec61850标准使用acs i和scsm技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动scsm，而不需要修改acs i；

34、上述内容需变流器、并离网切换装置、plc主控制器、hm i人机界面四者结合才可实现其效果，缺一不可。