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CN106655257B - 基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统及方法 - Google Patents

基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统及方法 Download PDF

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CN106655257B
CN106655257B CN201611005947.7A CN201611005947A CN106655257B CN 106655257 B CN106655257 B CN 106655257B CN 201611005947 A CN201611005947 A CN 201611005947A CN 106655257 B CN106655257 B CN 106655257B
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赵宏大
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State Grid Corp of China SGCC
Hohai University HHU
Shanghai Maritime University
Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统及方法，所述能量管理系统包括：母线，母线上的电压流入至负载中；光伏发电装置，用于将太阳能转化的电能传送至母线；配电网，用于向母线输送电能，或者通过母线获取电能；电池储能装置，用于向母线放电，或者通过母线充电；以及电容储能装置，用于向母线放电，或者通过母线充电。本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统中通过将光伏发电装置、风力发电装置、配电网、电池储能装置及电容储能装置分别与母线连接，从而实现对多种不同途径的能源的充分利用，进而确保母线上电压的稳定性。

Description

基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统及方法
技术领域
本发明涉及供电技术领域，特别是涉及一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统及方法。
背景技术
目前，在现有的岸电系统中，电源一般是将配电网高压电经港口变电站降压、再经过变频器调压调频后接到码头岸电箱。但是这种供电方式的电能来源途径单一，改造时常会面临配电网容量不足等问题，并且无法充分利用可再生能源，造成能源的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统，可充分利用多种不同途径的能源。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统，所述能量管理系统包括：
母线，与负载连接，所述母线上的电压流入至所述负载中；
光伏发电装置，与所述母线连接，用于将太阳能转化的电能传送至所述母线；
风力发电装置，与所述母线连接，用于将风能转化的电能传送至所述母线；
配电网，与所述母线连接，用于向所述母线输送电能，或者通过所述母线获取电能；
电池储能装置，与所述母线连接，用于向所述母线放电，或者通过所述母线充电；以及
电容储能装置，与所述母线连接，用于向所述母线放电，或者通过所述母线充电。
可选的，所述母线为直流母线。
可选的，所述负载包括直流负载和/或交流负载；其中，
所述能量管理系统还包括：
负载逆变器，设置在所述直流母线与交流负载之间，用于将直流母线上的直流电压转化为交流电压，并输送至所述交流负载；
风力逆变器，设置在所述风力发电装置与直流母线之间，用于将所述风力发电装置产生的交流电压转化为直流电压，并传送至所述直流母线上；
配电逆变器，设置在所述直流母线与所述配电网之间，用于将配电网中输出的交流电压转化为直流电压，并传输至所述直流母线；或者，将所述直流母线上的直流电压转化为交流电压，并传输出至所述配电网。
可选的，所述能量管理系统还包括：
光伏变换器，设置在所述光伏发电装置与所述直流母线之间，用于调整所述光伏发电装置向所述直流母线传输的直流电压。
可选的，所述能量管理系统还包括：
电池储能变换器，设置在所述电池储能装置与所述直流母线之间，用于调整所述电池储能装置向所述直流母线上传输的直流电压，以实现所述电池储能装置向所述直流母线放电；或调整直流母线传输至所述电池储能装置的直流电压，以实现所述电池储能装置通过所述直流母线充电。
可选的，所述能量管理系统还包括：
电容储能变换器，设置在所述电容储能装置与所述直流母线之间，用于调整所述电容储能变换器向所述直流母线上传输的直流电压，以实现所述电容储能装置向所述直流母线放电；或调整直流母线传输至所述电容储能装置的直流电压，以实现所述电容储能装置通过所述直流母线充电。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统通过将光伏发电装置、风力发电装置、配电网、电池储能装置及电容储能装置分别与母线连接，从而实现对多种不同途径的能源的充分利用，进而确保母线上电压的稳定性。
本发明的目的是提供一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理方法，可充分利用多种不同途径的能源，同时对各能源优化控制，以提高用户用电的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种使用上述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的能量管理方法，所述能量管理方法包括：
检测所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统中光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及母线上的当前电压U；
根据所述光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及母线上的当前电压U，调整所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的工作模式，控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述母线间的电能传输。
可选的，所述控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述母线间的电能传输的方法包括：
当(PWT+PPV)+△Pbat≥Pload≥PWT+PPV或者(1-a)UR≤U<UR时，所述能量管理系统工作于模式1，控制电池储能装置工作于放电模式；
当PWT+PPV≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat或者UR<U≤(1+a)UR时，所述能量管理系统工作于模式2，控制电池储能装置工作于充电模式；
当(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC≥Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat或者(1-b)UR≤U<(1-a)UR时，所述能量管理系统工作于模式3，控制电池储能装置和电容储能装置同时工作于放电模式；当电池储能装置和电容储能装置低于设定值时，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
当(PWT+PPV)-△Pbat≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC或者(1+a)UR<U≤(1+b)UR时，所述能量管理系统工作于模式4，控制电池储能装置和电容储能装置工作于充电模式；当电池储能装置和电容储能装置充满电后，并网向配电网输送电能；
当Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC时，或者当U<(1-b)UR时，所述能量管理系统工作于模式5，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
当(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC≥Pload或者(1+b)UR<U时，所述能量管理系统工作于模式6，并网向配电网输送电能；
其中，UR为额定电压、Pload为负载需求功率，a、b分别为电压误差率。
可选的，a的取值为3％，b的取值为5％。
可选的，所述母线为直流母线。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理方法通过将光伏发电装置、风力发电装置、配电网、电池储能装置及电容储能装置分别与母线连接，从而实现对多种不同途径的能源的充分利用，进而确保母线上电压的稳定性；此外，根据实时获取的光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及母线上的当前电压U对调控各个能源装置的工作情况，可有效降低对配电网的依赖性，同时也可提高供电的可靠性，并能够达到节能减排，减少污染物排放的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的结构示意图；
图2为本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理方法的流程图。
符号说明：
母线 1 光伏发电装置 2
光伏变换器 21 风力发电装置 3
风力逆变器 31 配电网 4
配电逆变器 41 电池储能装置 5
电池储能变换器 51 电容储能装置 6
电容储能变换器 61 直流负载 7
交流负载 8 负载逆变器 81。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统，通过将光伏发电装置、风力发电装置、配电网、电池储能装置及电容储能装置分别与母线连接，从而实现对多种不同途径的能源的充分利用，进而确保母线上电压的稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统包括母线1、光伏发电装置2、风力发电装置3、配电网4、电池储能装置5及电容储能装置6。其中，所述母线1与负载连接，所述母线1上的电压流入至所述负载中；所述光伏发电装置2与所述母线1连接，用于将太阳能转化的电能传送至所述母线1；所述风力发电装置3与所述母线1连接，用于将风能转化的电能传送至所述母线1；所述配电网4与所述母线1连接，用于向所述母线1输送电能，或者通过所述母线1获取电能；所述电池储能装置5与所述母线1连接，用于向所述母线1放电，或者通过所述母线1充电；所述电容储能装置6与所述母线1连接，用于向所述母线1放电，或者通过所述母线1充电。
其中，所述母线1为直流母线。所述负载包括直流负载7和/或交流负载8(如图1所示)。
进一步地，本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统还包括：负载逆变器81、风力逆变器31及配电逆变器41；其中，所述负载逆变器81设置在所述直流母线与交流负载8之间，用于将直流母线上的直流电压转化为交流电压，并输送至所述交流负载8；所述风力逆变器设置在所述风力发电装置3与直流母线之间，用于将所述风力发电装置3产生的交流电压转化为直流电压，并传送至所述直流母线上；所述配电逆变器41设置在所述直流母线与所述配电网4之间，用于将配电网4中输出的交流电压转化为直流电压，并传输至所述直流母线；或者，将所述直流母线上的直流电压转化为交流电压，并传输出至所述配电网4。在本实施例中，所述载逆变器91、风力逆变器31及配电逆变器41可为分别为DC/AC逆变器。
此外，本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统还包括光伏变换器21，所述光伏变换器21设置在所述光伏发电装置2与所述直流母线之间，用于调整所述光伏发电装置向所述直流母线传输的直流电压。
进一步地，本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统还包括电池储能变换器51，所述电池储能变换器51设置在所述电池储能装置5与所述直流母线之间，用于调整所述电池储能装置5向所述直流母线上传输的直流电压，以实现所述电池储能装置5向所述直流母线放电；或调整直流母线传输至所述电池储能装置5的直流电压，以实现所述电池储能装置5通过所述直流母线充电。在本实施例中，所述电池储能变换器51为锂电池。
可选的，本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统还包括电容储能变换器61，所述电容储能变换器61设置在所述电容储能装置6与所述直流母线之间，用于调整所述电容储能变换器7向所述直流母线上传输的直流电压，以实现所述电容储能装置向所述直流母线放电；或调整直流母线传输至所述电容储能装置的直流电压，以实现所述电容储能装置通过所述直流母线充电。在本实施例中，所述电容储能变换器61为超级电容。
在本发明中，通过设置光伏变换器21、电池储能变换器51以及电容储能变换器61中至少一个，可有效对直流电压进行调整，将固定的直流电压变换为可变的直流电压，输送至直流母线，从而确保直流母线上电压的稳定性以及系统功率的平衡性。在本实施例中，所述光伏变换器21、电池储能变换器51、电容储能变换器61可分别为DC/DC变换器。
直流母线通过公共连接点(point of common coupling，PCC)与配电网相连，两者之间可进行传递能量的相互传输。对于光伏发电装置而言，其经光伏变换器连接在直流母线上，根据实际运行需要，选择能充分利用太阳能的最大功率点跟踪(Maximum PowerPoint Tracker,MPPT)控制方法。风力发电装置通过可控整流器逆变器连接到直流母线，根据风速变化，可采用MPPT控制。而电池储能装置和电容储能装置组成的混合储能部件，各储能元件分别经双向DC/DC变换器与直流母线相连，确保直流母线电压稳定以及系统功率处于平衡状态。在系统运行期间，可根据负载重要程度选择卸载负载，以维持系统功率平衡。
此外，本发明还提供一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理方法，通过将光伏发电装置、风力发电装置、配电网、电池储能装置及电容储能装置分别与母线连接，从而实现对多种不同途径的能源的充分利用，进而确保母线上电压的稳定性；此外，根据实时获取的光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及母线上的当前电压U对调控各个能源装置的工作情况，可有效降低对配电网的依赖性，同时也可提高供电的可靠性，并能够达到节能减排，减少污染物排放的效果。
如图2所示，本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理方法包括：
步骤100：检测所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统中光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及母线上的当前电压U；
步骤200：根据所述光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及母线上的当前电压U，调整所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的工作模式，控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述母线间的电能传输。进一步地，所述母线为直流母线。
如表1所示，在步骤200中，所述控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述母线间的电能传输的方法包括：
(1)当(PWT+PPV)+△Pbat≥Pload≥PWT+PPV或者(1-a)UR≤U<UR时，所述能量管理系统工作于模式1，控制电池储能装置工作于放电模式；
(2)当PWT+PPV≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat或者UR<U≤(1+a)UR时，所述能量管理系统工作于模式2，控制电池储能装置工作于充电模式；
(3)当(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC≥Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat或者(1-b)UR≤U<(1-a)UR时，所述能量管理系统工作于模式3，控制电池储能装置和电容储能装置同时工作于放电模式；当电池储能装置和电容储能装置低于设定值时，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
(4)当(PWT+PPV)-△Pbat≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC或者(1+a)UR<U≤(1+b)UR时，所述能量管理系统工作于模式4，控制电池储能装置和电容储能装置工作于充电模式；当电池储能装置和电容储能装置充满电后，并网向配电网输送电能；
(5)当Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC时，或者当U<(1-b)UR时，所述能量管理系统工作于模式5，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
(6)当(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC≥Pload或者(1+b)UR<U时，所述能量管理系统工作于模式6，并网向配电网输送电能；
其中，UR为额定电压、Pload为负载需求功率，a、b分别为电压误差率，在本实施例中，a的取值为3％，b的取值为5％，但并不以此为限。
表1
本发明基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理方法通过引入多种可再生能源发电、混合储能部件储能，可确保对负载供电的稳定性；通过合理调控各个能源的工作情况，减少对大电网的依赖，进一步提高供电的稳定性及可靠性，达到节能减排，减少污染物排放的效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统包括：
直流母线，与负载连接，所述直流母线上的电压流入至所述负载中；
光伏发电装置，与所述直流母线连接，用于将太阳能转化的电能传送至所述直流母线；
风力发电装置，与所述直流母线连接，用于将风能转化的电能传送至所述直流母线；
配电网，与所述直流母线连接，用于向所述直流母线输送电能，或者通过所述直流母线获取电能；
电池储能装置，与所述直流母线连接，用于向所述直流母线放电，或者通过所述直流母线充电；以及
电容储能装置，与所述直流母线连接，用于向所述直流母线放电，或者通过所述直流母线充电；
通过设置光伏变换器、电池储能变换器以及电容储能变换器中至少一个，对直流电压进行调整，将固定的直流电压变换为可变的直流电压，输送至直流母线，确保所述直流母线上电压的稳定性以及系统功率的平衡性；
所述光伏变换器，设置在所述光伏发电装置与所述直流母线之间，用于调整所述光伏发电装置向所述直流母线传输的直流电压；
所述电池储能变换器，设置在所述电池储能装置与所述直流母线之间，用于调整所述电池储能装置向所述直流母线上传输的直流电压，以实现所述电池储能装置向所述直流母线放电；或调整直流母线传输至所述电池储能装置的直流电压，以实现所述电池储能装置通过所述直流母线充电；
电容储能变换器，设置在所述电容储能装置与所述直流母线之间，用于调整所述电容储能变换器向所述直流母线上传输的直流电压，以实现所述电容储能装置向所述直流母线放电；或调整直流母线传输至所述电容储能装置的直流电压，以实现所述电容储能装置通过所述直流母线充电；
根据所述光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及直流母线上的当前电压U，调整所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的工作模式，控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述直流母线间的电能传输；
所述控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述直流母线间的电能传输的方法包括：
当(PWT+PPV)+△Pbat≥Pload≥PWT+PPV或者(1-a)UR≤U<UR时，所述能量管理系统工作于模式1，控制电池储能装置工作于放电模式；
当PWT+PPV≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat或者UR<U≤(1+a)UR时，所述能量管理系统工作于模式2，控制电池储能装置工作于充电模式；
当(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC≥Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat或者(1-b)UR≤U<(1-a)UR时，所述能量管理系统工作于模式3，控制电池储能装置和电容储能装置同时工作于放电模式；当电池储能装置和电容储能装置低于设定值时，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
当(PWT+PPV)-△Pbat≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC或者(1+a)UR<U≤(1+b)UR时，所述能量管理系统工作于模式4，控制电池储能装置和电容储能装置工作于充电模式；当电池储能装置和电容储能装置充满电后，并网向配电网输送电能；
当Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC时，或者当U<(1-b)UR时，所述能量管理系统工作于模式5，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
当(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC≥Pload或者(1+b)UR<U时，所述能量管理系统工作于模式6，并网向配电网输送电能；
其中，UR为额定电压、Pload为负载需求功率，a、b分别为电压误差率。
2.根据权利要求1所述的基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统，其特征在于，所述负载包括直流负载和/或交流负载；其中，
所述能量管理系统还包括：
负载逆变器，设置在所述直流母线与交流负载之间，用于将直流母线上的直流电压转化为交流电压，并输送至所述交流负载；
风力逆变器，设置在所述风力发电装置与直流母线之间，用于将所述风力发电装置产生的交流电压转化为直流电压，并传送至所述直流母线上；
配电逆变器，设置在所述直流母线与所述配电网之间，用于将配电网中输出的交流电压转化为直流电压，并传输至所述直流母线；或者，将所述直流母线上的直流电压转化为交流电压，并传输出至所述配电网。
3.一种使用根据权利要求1-2中任一项所述的基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的能量管理方法，其特征在于，所述能量管理方法包括：
检测所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统中光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及直流母线上的当前电压U；
根据所述光伏发电装置的输出功率PPV、风力发电装置的输出功率PWT、电池储能装置的输出功率变化量ΔPbat、电容储能装置的输出功率变化量ΔPSC以及直流母线上的当前电压U，调整所述基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的工作模式，控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述直流母线间的电能传输；
所述控制所述电池储能装置、电容储能装置的充放电以及所述配电网与所述直流母线间的电能传输的方法包括：
当(PWT+PPV)+△Pbat≥Pload≥PWT+PPV或者(1-a)UR≤U<UR时，所述能量管理系统工作于模式1，控制电池储能装置工作于放电模式；
当PWT+PPV≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat或者UR<U≤(1+a)UR时，所述能量管理系统工作于模式2，控制电池储能装置工作于充电模式；
当(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC≥Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat或者(1-b)UR≤U<(1-a)UR时，所述能量管理系统工作于模式3，控制电池储能装置和电容储能装置同时工作于放电模式；当电池储能装置和电容储能装置低于设定值时，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
当(PWT+PPV)-△Pbat≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC或者(1+a)UR<U≤(1+b)UR时，所述能量管理系统工作于模式4，控制电池储能装置和电容储能装置工作于充电模式；当电池储能装置和电容储能装置充满电后，并网向配电网输送电能；
当Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC时，或者当U<(1-b)UR时，所述能量管理系统工作于模式5，并网从配电网中获取电能，同时向电池储能装置和电容储能装置充电；
当(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC≥Pload或者(1+b)UR<U时，所述能量管理系统工作于模式6，并网向配电网输送电能；
其中，UR为额定电压、Pload为负载需求功率，a、b分别为电压误差率。
4.根据权利要求3所述的基于新能源混合供电的港口岸电的能量管理系统的能量管理方法，其特征在于，a的取值为3％，b的取值为5％。
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