直流微電網是分布式電源模塊及相關負荷模塊、儲能模塊按照一定拓撲結構(如總線結構、環(huán)形母線結構等)組成的網絡，但是目前的直流微電網多采用集中控制的方法，無法凸顯直流微電網分布式的特點。并且集中式控制依賴于可靠的信息通信技術，但目前的直流微電網系統(tǒng)通信技術的可靠性不足以滿足微電網長期穩(wěn)定運行的需求。

　　

　　國家智能電網戰(zhàn)略同時要求實現(xiàn)高速的雙向信息通信。目前大部分直流微電網平臺多采用RS232或者RS485串行總線。RS232和RS485都有一些明顯的缺點，包括通信距離短、總線利用率低、不易擴展等。

　　

　　發(fā)明內容

　　

　　針對現(xiàn)有直流微電網的集中控制和通信技術造成的直流微電網可靠性不高的問題，以及直流微電網雙向信息通信能力弱和系統(tǒng)擴展性差的問題。本發(fā)明公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)及控制方法，要解決的技術問題是實現(xiàn)充分發(fā)揮微電網分布式控制的優(yōu)點，從而提高微電網可靠性，并改善微電網雙向信息通訊能力和系統(tǒng)可擴展性。

　　

　　本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。

　　

　　本發(fā)明公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)，包括電源模塊、負荷模塊、儲能模塊、并網控制器、智能直流微電網連接功率電路、智能直流微電網通信總線、智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊。所述的電源模塊、負荷模塊、儲能模塊、并網控制器、智能直流微電網連接功率電路、智能直流微電網通信總線、智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊、監(jiān)控模塊在一種智能直流微電網系統(tǒng)中數量為一個及以上。

　　

　　所述的電源模塊用于向智能直流微電網系統(tǒng)提供電能，包括分布式電源及與其相連的最大功率跟蹤器。所述的最大功率跟蹤器集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊。

　　

　　所述的負荷模塊包括負荷、變換器，變換器與負荷相連。所述的變換器集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊。所述的負荷指任選不可控負荷或可控負荷之一，所述的變換器指任選DC/DC變換器或DC/AC變換器之一。

　　

　　所述的儲能模塊用于通過電能儲存或釋放調節(jié)智能直流微電網系統(tǒng)功率平衡，包括蓄電池、超級電容等儲能裝置和雙向DC/DC變換器，雙向DC/DC變換器分別與蓄電池、超級電容等儲能裝置相連。所述的雙向DC/DC變換器集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊。

　　

　　所述的并網控制器可選用雙向DC/AC控制器，用于調節(jié)直流微電網系統(tǒng)的功率平衡，并且用于智能直流微電網系統(tǒng)并網或孤島運行狀態(tài)的控制。所述的雙向DC/AC控制器集成有電壓電流傳感器模塊、微控制器模塊、CAN總線通信模塊和故障處理模塊。

　　

　　所述的智能直流微電網連接功率電路用于智能直流微電網系統(tǒng)電源模塊、負荷模塊、儲能模塊和并網控制器之間的連接，并用于智能直流微電網系統(tǒng)電源模塊、負荷模塊、儲能模塊和并網控制器之間的電能傳輸。

　　

　　所述智能直流微電網通信總線用于電源模塊、負荷模塊、儲能模塊、并網控制器、智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊和監(jiān)控模塊之間的高速雙向信息通信。

　　

　　所述智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊用于預測和優(yōu)化電源模塊、負荷模塊和儲能模塊運行狀態(tài)。所述智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化算法得到實時控制指令和預測控制指令，并通過智能直流微電網通信總線發(fā)送給電源模塊、負荷模塊和儲能模塊。

　　

　　所述監(jiān)控模塊包括監(jiān)控硬件和監(jiān)控軟件，硬件根據使用需求任意選擇PC機或者服務器;軟件包括智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊算法和智能直流微電網系統(tǒng)監(jiān)控人機交互軟件平臺。

　　

　　所述的最大功率跟蹤器、變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器均集成有電壓電流感器模塊、微控制器模塊、故障處理模塊，用于直流微電網電能質量控制、故障動作等暫態(tài)控制，充分發(fā)揮智能直流微電網系統(tǒng)分布式控制的優(yōu)勢，并且能夠提高直流微電網可靠性。所述的最大功率跟蹤器、變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器均集成有CAN總線通信模塊，集成的CAN總線通信模塊通過直流微電網通信總線相連接，能夠改善智能直流微電網系統(tǒng)的雙向信息通信能力和系統(tǒng)的擴展性。所述智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊生成的優(yōu)化指令包括實時指令和預測指令。通信正常時，智能直流微電網系統(tǒng)根據實時指令運行;當通信故障時，智能直流微電網系統(tǒng)能根據預測指令繼續(xù)運行，改善傳統(tǒng)直流微電網可靠性。

　　

　　進一步的，所述CAN總線通信模塊主動與監(jiān)控模塊校對時鐘，所有的最大功率跟蹤器、變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器與監(jiān)控模塊保持時鐘一致;同時CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡單易擴展，有利于智能直流微電網系統(tǒng)的雙向信息通信和系統(tǒng)的擴展。

　　

　　進一步的，所述智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊用于生成控制直流微電網潮流優(yōu)化的預測優(yōu)化指令和實時優(yōu)化指令。所述潮流優(yōu)化基于日用電價格最低的優(yōu)化算法，達到用電價格最低的目的，或者優(yōu)選基于智能直流微電網系統(tǒng)運行總損耗最小的優(yōu)化算法，達到節(jié)約能源，提高能源利用率的目的。

　　

　　進一步的，為加強智能直流微電網系統(tǒng)的安全性，所述的智能直流微電網系統(tǒng)還包括過壓保護裝置、過流保護裝置和短路保護裝置。

　　

　　本發(fā)明還公開用于上述的一種智能直流微電網系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

　　

　　步驟一：智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊獲取外部信息和智能直流微電網系統(tǒng)的電源模塊、負荷模塊、儲能模塊和并網控制器的模塊運行實時信息。

　　

　　步驟二：智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化控制算法生成預測優(yōu)化指令和實時優(yōu)化指令，并通過CAN總線通信模塊下發(fā)給電源模塊、負荷模塊和儲能模塊。CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡單易擴展，有利于智能直流微電網系統(tǒng)的雙向信息通信和系統(tǒng)的擴展。

　　

　　步驟三：檢測智能直流微電網系統(tǒng)通信狀態(tài)。智能直流微電網系統(tǒng)通信正?？捎脮r，電源模塊、負荷模塊和儲能模塊接受并執(zhí)行實時控制指令，同時接收并存儲預測控制指令;智能直流微電網系統(tǒng)通信異常時，電源模塊、負荷模塊和儲能模塊提取已儲存的預測控制指令，并按照預測控制指令運行，同時報警并等待通信恢復。智能直流微電網系統(tǒng)通信異常使用已儲存的預測控制指令能夠提高智能直流微電網系統(tǒng)的可靠性。

　　

　　步驟四：電源模塊、負荷模塊、儲能模塊和并網控制器分別在實時控制指令的控制下獨立運行，實現(xiàn)分布式控制的優(yōu)點，能夠提高智能直流微電網系統(tǒng)的可靠性。

　　

　　步驟五：電源模塊、負荷模塊、儲能模塊和并網控制器自身集成的電壓電流傳感器測量得到模塊運行實時信息，并傳輸給智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊。

　　

　　步驟六：重復上述步驟一到步驟五，使智能直流微電網系統(tǒng)實現(xiàn)持續(xù)可靠、高效和安全地運行。

　　

　　進一步的，所述的并網控制器不接受智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊的控制信息而獨立運行，用于補償因為計算誤差和外部擾動引起的功率不平衡，并用于智能直流微電網系統(tǒng)的并網運行狀態(tài)或孤島運行狀態(tài)的控制。

　　

　　進一步的，所述的智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化控制算法優(yōu)選基于日用電價格最低的優(yōu)化算法，達到用電價格最低的目的，或者優(yōu)選基于智能直流微電網系統(tǒng)運行總損耗最小的優(yōu)化算法，達到節(jié)約能源，提高能源利用率的目的。

　　

　　進一步的，為了更好地實現(xiàn)分布式的優(yōu)點，所述的電源模塊、負荷模塊、儲能模塊具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

　　

　　本發(fā)明公開的用于上述的一種智能直流微電網系統(tǒng)實現(xiàn)即插即用(Plug-andPlay)的控制方法，包括如下步驟：

　　

　　步驟1：新接入的模塊接入上述的智能直流微電網系統(tǒng)，包括功率電路的接入和通信電路的接入。

　　

　　步驟2：控制器對CAN總線通信進行初始化，配置CAN總線通訊節(jié)點模塊的地址，特征碼信息。

　　

　　步驟3：新接入的模塊主動向監(jiān)控模塊發(fā)送時鐘校對請求，并在下一周期接受監(jiān)控模塊的時鐘信息，完成與監(jiān)控模塊的時鐘校對，保持整個智能直流微電網系統(tǒng)時鐘一致。

　　

　　步驟4：新接入的模塊向智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊發(fā)送設備信息。

　　

　　步驟5：新接入的模塊進行功率電路初始化，完成故障繼電器開關自檢和電容預充電。

　　

　　步驟6：基本初始化完成后，開始接受預測控制指令和實時控制指令。

　　

　　步驟7：新接入的模塊按照控制指令運行。

　　

　　步驟8：重復步驟6和步驟7，新接入的設備進入正常運行狀態(tài)。

　　

　　有益效果

　　

　　1、本發(fā)明公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)所使用的最大功率跟蹤器、DC/DC變換器、DC/AC變換器、雙向DC/AC控制器和雙向DC/DC變換器均集成有電壓電流傳感器、控制器、故障處理模塊，充分發(fā)揮智能直流微電網系統(tǒng)分布式控制的優(yōu)勢，并且能夠提高直流微電網可靠性。

　　

　　2、本發(fā)明公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)及控制方法，使用的CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡單易擴展，有利于智能直流微電網系統(tǒng)的雙向信息通信和系統(tǒng)的擴展。

　　

　　3、本發(fā)明公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)及控制方法，在智能直流微電網系統(tǒng)通信異常時，使用已儲存的預測控制指令能夠提高智能直流微電網系統(tǒng)的可靠性。

　　

　　4、本發(fā)明公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)及控制方法，為了更好地實現(xiàn)分布式的優(yōu)點，所述的電源模塊、負荷模塊、儲能模塊具有即插即用(Plug-and-Play)功能。

　　

　　附圖說明
 

　　

圖1是本發(fā)明的智能直流微電網系統(tǒng)較佳實施例的結構示意圖;



 

　　

圖2是本發(fā)明的控制方法的實施例的流程示意圖;


 

　　

圖3是本發(fā)明用于結構擴展的流程示意圖。
 

　
 

　　其中：1—電源模塊、2—負荷模塊、3—儲能模塊、4—并網控制器、5—智能直流微電網連接功率電路、6—智能直流微電網通信總線、7—監(jiān)控模塊、11—光伏電池、12—最大功率跟蹤器、21—負荷、22—變換器、31—鋰離子蓄電池組、32—可控型雙向DC/DC變換器

　　

　　具體實施方式

　　

　　現(xiàn)在結合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。

　　

　　實施例1：

　　

　　參閱圖1、圖2和圖3，本實施例公開的一種智能直流微電網系統(tǒng)包括至少一個以上電源模塊1、負荷模塊2、儲能模塊3、并網控制器、智能直流微電網連接功率電路5、智能直流微電網通信總線6、智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊和監(jiān)控模塊7。所述電源模塊1包括光伏電池11及與其相連的最大功率跟蹤器12等;所述的負荷模塊2包括可控直流負荷21及與其相連的可控型單向DC/DC變換器22;所述的儲能模塊3包括鋰離子蓄電池組31及與其相連的可控型雙向DC/DC變換器32;所述的并網控制器4為可控型雙向DC/AC控制器。所述電源模塊1、負荷模塊2和儲能模塊3通過智能直流微電網連接功率電路5相互連接，實現(xiàn)電能流動。所述的最大功率跟蹤器12、可控型單向DC/DC變換器22、可控型雙向DC/DC變換器32和可控型雙向DC/AC控制器均集成有CAN總線通信模塊，并且集成的CAN總線通信模塊通過智能直流微電網通信總線6實現(xiàn)電源模塊1、負荷模塊2、儲能模塊3、可控型雙向DC/AC控制器和監(jiān)控模塊7之間的高速雙向信息通信。所述智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊運行于監(jiān)控模塊7上，實現(xiàn)智能直流微電網系統(tǒng)的實時優(yōu)化和預測控制。所述智能直流微電網系統(tǒng)通過可控型雙向DC/AC控制器與大電網相連，并且用于智能直流微電網系統(tǒng)并網或孤島運行狀態(tài)的控制。

　　

　　所述智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊獲取外部信息，包括天氣信息，電價信息和歷史運行數據等，并通過CAN總線通訊獲得智能直流微電網系統(tǒng)的電源模塊1、負荷模塊2、儲能模塊3和可控型雙向DC/AC控制器實時狀態(tài)和設備信息等。智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊根據獲得的信息，運行基于智能直流微電網系統(tǒng)運行總損耗最小的優(yōu)化算法得到實時控制指令和對未來三小時內的預測控制指令。智能直流微電網系統(tǒng)通信正?？捎脮r，電源模塊1、負荷模塊2和儲能模塊3獲得實時信息并按照實時控制指令運行，并更新存儲預測控制指令;微電網通信異常時，無法獲得實時控制指令，或者獲得的控制指令明顯錯誤時，按照電源模塊1、負荷模塊2和儲能模塊3已存儲的預測控制指令運行，等待通信恢復后，重新更新為實時控制指令。所述的可控型雙向DC/AC控制器根據智能直流微電網系統(tǒng)的運行狀態(tài)，自動補償因為計算誤差和外部擾動產生的功率誤差，通過向大電網釋放功率或者吸收功率來保持智能直流微電網系統(tǒng)功率平衡，并根據實際狀態(tài)進行并網狀態(tài)和孤島狀態(tài)的平滑切換。

　　

　　所述智能直流微電網系統(tǒng)易于擴展，可實現(xiàn)即插即用(Plug-and-Play)。擴展模塊可以是電源模塊1、負荷模塊2或者儲能模塊3。新接入的模塊的功率電路接入智能直流微電網連接功率電路5，CAN通信模塊接入微電網通信總線6，接入完成后CAN通信模塊首先完成初始化，包括配置CAN總線通訊節(jié)點模塊的地址，特征碼信息。CAN總線初始化完成后，新接入的模塊與監(jiān)控模塊7完成時鐘校對，保持時間一致。新接入的模塊向智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊發(fā)送設備信息，加入智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊算法的元素集合。新接入的模塊進行功率電路初始化，完成故障繼電器開關自檢和電容預充電。下一個控制周期開始，智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊即可將該擴展模塊加入預測和優(yōu)化控制計算，并向該擴展模塊發(fā)送實時控制指令和預測控制指令。此后，新加入的模塊開始正常地運行。

　　

　　用于上述的一種智能直流微電網系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

　　

　　步驟一：智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊獲取外部信息和智能直流微電網系統(tǒng)的電源模塊1、負荷模塊2、儲能模塊3和并網控制器的模塊運行實時信息。

　　

　　步驟二：智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊使用預測和優(yōu)化控制算法生成預測優(yōu)化指令和實時優(yōu)化指令，并通過CAN總線通信模塊下發(fā)給電源模塊1、負荷模塊2和儲能模塊3。CAN總線通信具有良好的雙向通信能力、簡單易擴展，有利于智能直流微電網系統(tǒng)的雙向信息通信和系統(tǒng)的擴展。

　　

　　步驟三：檢測智能直流微電網系統(tǒng)通信狀態(tài)。智能直流微電網系統(tǒng)通信正?？捎脮r，電源模塊1、負荷模塊2和儲能模塊3接受并執(zhí)行實時控制指令，同時接收并存儲預測控制指令;智能直流微電網系統(tǒng)通信異常時，電源模塊1、負荷模塊2和儲能模塊3提取已儲存的預測控制指令，并按照預測控制指令運行，同時報警并等待通信恢復。智能直流微電網系統(tǒng)通信異常使用已儲存的預測控制指令能夠提高智能直流微電網系統(tǒng)的可靠性。

　　

　　步驟四：電源模塊1、負荷模塊2、儲能模塊3和并網控制器分別在實時控制指令的控制下獨立運行，實現(xiàn)分布式控制的優(yōu)點，能夠提高智能直流微電網系統(tǒng)的可靠性。

　　

　　步驟五：電源模塊1、負荷模塊2、儲能模塊3和并網控制器自身集成的電壓電流傳感器測量得到模塊運行實時信息，并傳輸給智能直流微電網預測和優(yōu)化控制模塊。

　　

　　步驟六：重復上述步驟一到步驟五，使智能直流微電網系統(tǒng)實現(xiàn)持續(xù)可靠、高效和安全地運行。

　　

　　以上所述的具體描述，對發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。