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CN107785931B - 一种小型电能管理与协调控制一体化装置 - Google Patents

一种小型电能管理与协调控制一体化装置 Download PDF

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CN107785931B CN201710958092.8A CN201710958092A CN107785931B CN 107785931 B CN107785931 B CN 107785931B CN 201710958092 A CN201710958092 A CN 201710958092A CN 107785931 B CN107785931 B CN 107785931B
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Abstract

本发明公开了一种小型电能管理与协调控制一体化装置，明涉及新能源发电、电动汽车充放电、电池储能和家庭户内供电网络的电能管理与协调控制，属于包含新能源发电设备以及电动汽车等新型用电设备的家庭电能控制与管理领域。装置内的能量管理控制单元实时获取各个AC/DC和DC/DC模块，以及AC‑DC‑AC模块的控制器发送过来的信息。在此基础上分析各分布式能源出力特性，预判发电侧和需求侧功率平衡要求，评估各设备间的能量流状态变化。然后经过优化调度计算，进而协调控制各个模块高效运行，实现能量有效流动。这样在保证在整个装置和外部用电设备稳定安全运行的前提下，充分利用风力发电和太阳能发电所发电能，实现节能环保，并给用户带来经济收益。

Description

一种小型电能管理与协调控制一体化装置
技术领域
本发明涉及新能源发电、电动汽车充放电、电池储能和家庭户内供电网络的电能管理与协调控制，属于包含新能源发电设备以及电动汽车等新型用电设备的家庭电能控制与管理领域。
背景技术
随着国民经济的发展，电力需求日益增长。未来的全球能源互联网中，存在大量的风能、太阳能等新能源发电设备，以及电动汽车这类能够进行能量双向转换的新型用电设备。这些设备有相当数量不是集中管理的，因此能源互联网必须解决大量分布式电源在配电网中的运行问题。目前微电网技术是解决这一问题的有效途径，通过微电网的自我调节机制，可实现大量分布式电源的有效接入，既保证了对配电网的安全运行产生尽可能小的影响，又能够最大限度地利用可再生能源和清洁能源。
专利CN105244909A《一种直流微网系统及并网自平衡控制策略》公开了一种直流微网系统，其包含多种分布式电源。每种分布式电源的输出端依次通过DC/DC变换器和分布式电源侧直流断路器接入直流母线，直流母线依次通过负载侧直流断路器和负载DC/DC变换器为智能家居负载提供电能。
专利CN105356576A《一种并网型光伏直流微电网系统及其运行控制方法》公开了一种并网型光伏直流微电网系统及运行控制方法。系统中光伏发电单元通过单向DC/DC变换器连接于直流母线，储能单元和电容器通过双向DC/DC变换器连接于直流母线，市电电网侧通过双向AC/DC变换器连接于直流母线，负载直接连接于直流母线。
专利CN204376420U《一种微电网能量管理控制系统》公开了一种微电网能量管理控制系统，其结构为：光伏阵列通过光伏DC/DC与直流母线连接，最大功率跟踪装置与光伏DC/DC连接，风力发电装置通过风力AC/DC与直流母线连接，蓄电池和电池管理系统通过DC/DC变换器与直流母线连接，负载与直流母线连接。
以上相关的微电网组建都是将各个独立的断路器、AC/DC变换器、DC/DC变换器、光伏发电单元、风力发电单元、储能单元、能量管理单元、负载和市电电网侧等按一定方式连接起来，从而协调控制微电网的运行。
以家庭或楼栋为用电单元的超小型电网系统，通常也会包含光伏发电、风力发电、电动汽车等各种发电和用电设备，此时仍以上述微电网的方式去解决这类系统中各种设备的互联和协同工作问题，会由于模块分散，设备种类规格不一，使得组网过程复杂，不便于维护和升级。同时协调一致的工作能力较差，无法在系统层面对能量流动进行有效的动态优化管理，运行效率难以达到最优。
考虑到超小型电网系统的应用特点：(1)设备之间的连接距离短；(2)设备的功率较小；(3)连接的设备数量和种类相对固定。因此构建具有即插即用接口的小型电能管理与协调控制一体化装置更适合超小型电网系统，在以家庭或楼栋为用电单元的系统中具有更好的实用性和灵活性。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种具有即插即用接口的小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置要解决的技术问题为：(1)集成度高，各种接入的发电和用电设备不再需要外部单独的DC/DC、AC/DC模块来与系统连接；(2)协调能力好，由于各DC/DC、AC/DC模块内置在设备内，因此其能够和主控制器实时交互信息，遵循统一的规范接收、执行能量调度命令等，从而具有最大可能的协调控制能力；(3)接入简单，本装置提供针对外部设备的即插即用接口，即使对非智能设备，也可通过简单的设置进行连接。
本发明一种小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置包括：能量管理控制单元、高频变压器、第一AC-DC-AC变换器、第二AC-DC-AC变换器、第一单向DC/DC模块、第二单向DC/DC模块、单向AC/DC模块、双向DC/DC模块、直流总线，以及内部信息流通路,装置外接风力发电系统、光伏发电系统、电池储能系统、电动汽车、交直流负载或外部交流电网；
外部电网通过第一AC-DC-AC变换器与高频变压器连接，高频变压器再通过第二AC-DC-AC变换器与交流负荷连接；所述直流总线与第二AC-DC-AC变换器中直流电路连接，所述直流总线通过第一单向DC/DC模块向直流负荷传输电能，所述风力发电系统通过单向AC/DC模块向直流总线传输电能，所述光伏发电系统通过第二单向DC/DC模块向直流总线传输电能，所述直流总线通过第一双向DC/DC模块与电池储能系统连接，所述直流总线通过第二双向DC/DC模块和电动汽车连接；所述能量管理控制单元根据系统运行情况协调控制各个模块运行，各个模块中均有模块控制器，负责控制模块的能量流动大小和方向。
进一步的，所述能量管理控制单元的控制方法为：
第一，安全控制；
对第一、第二单向DC/DC模块的控制：当该模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；
对单向AC/DC模块的控制：当模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；
对第一、第二双向DC/DC模块的控制：当模块流过电流大于最大负载电流时、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；
第二，模块控制
模块控制为各个模块在其控制器作用下实行的具体控制行为，这些控制包括:单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块的最大功率追踪控制、第一双向DC/DC模块的直流母线稳压控制、第二双向DC/DC模块的功率流动控制和直流母线稳压控制、双向AC/DC模块(由AC-DC-AC变换并网侧、高频变压器和AC-DC-AC变换用户侧的AC-DC模块组成)的直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的功率流动控制和单向DC/AC模块(AC-DC-AC变换用户侧的DC-AC模块)的AC稳压控制。
第三，能量管理控制单元协调控制
能量管理控制单元实时获取各个AC/DC模块、DC/DC模块、AC-DC-AC模块的控制器发送过来的工作信息，以及该装置和外部设备的连接信息，然后根据不同情况，实行对应的能量管理控制。
进一步的，所述不同情况下的具体控制方法为：
连接情况1：
装置连接的电网或设备有：电网、太阳能发电或风力发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷；
控制策略：单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率设定为一恒定正值，否则为0；第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下；单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；双向AC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率设定值为：
(1)当蓄电池电量在20％到90％之间时，并且新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为0，以减少家庭中微网和电网进行能量交换；
(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小(负数)，蓄电池无法提供足够的放电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为一正值(电能从电网向直流母线传输)；
(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为一负值(电能从直流母线向电网传输)；
(4)当蓄电池电量小于20％时，设定双向AC/DC模块功率时应确保蓄电池处于充电状态(能量从直流母线流向蓄电池)；
(5)当蓄电池电量大于90％时，设定双向AC/DC模块功率时应确保蓄电池处于放电状态；
连接情况2：
装置连接的电网或设备有：电网、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷。比连接情况1少连接新能源发电设备，新能源发电设备未发电时或相应模块自动断开也属于该情况；
控制策略：此时单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块不工作，新能源发电功率为0；其他的控制方法和连接情况1相同；
连接情况3：
装置连接的电网或设备有：新能源发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负载。比连接情况1少连接电网；
控制策略：
先设定单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下；第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下。单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率流动设定值设定方法为：
(1)当蓄电池电量在20％到90％之间时，并且新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率：第二双向DC/DC模块功率流动设定为0；
(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小(负数)，蓄电池无法提供足够的放电功率：第二双向DC/DC模块功率流动设定为一负值(电动汽车放电)；
(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率：第二双向DC/DC模块功率流动设定为一正值，如果蓄电池充电功率和电动汽车充电功率设定到最大值仍然不能够平衡功率流动，新能源发电设备单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块停止最大功率追踪，改为功率平衡点追踪；
(4)当蓄电池电量小于20％时，第二双向DC/DC模块功率流动设定应确保蓄电池不在处于放电状态；
(5)当蓄电池电量大于90％时，第二双向DC/DC模块功率流动设定应确保蓄电池不在处于充电状态，如果这时电动汽车电量也充满，新能源发电设备单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块停止最大功率追踪，改为功率平衡点追踪；
连接情况4：
装置连接的电网或设备有：电网、新能源发电设备、电动汽车储能设备和交直流负载。比连接情况1少连接蓄电池储能设备，蓄电池储能设备故障使得第一双向DC/DC模块断开也属于该情况；
控制策略：
单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率为一正值，否则为0。单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；双向AC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下。
装置内的能量管理控制单元实时获取各个AC/DC和DC/DC模块，以及AC-DC-AC模块的控制器发送过来的信息。在此基础上分析各分布式能源出力特性，预判发电侧和需求侧功率平衡要求，评估各设备间的能量流状态变化。然后经过优化调度计算，进而协调控制各个模块高效运行，实现能量有效流动。这样在保证在整个装置和外部用电设备稳定安全运行的前提下，充分利用风力发电和太阳能发电所发电能，实现节能环保，并给用户带来经济收益。
附图说明
图1是本发明装置的结构总图。
图2是单向AC/DC模块和单向DC/DC模块的最大功率追踪控制扰动检测法的控制流程。
图3是双向DC/DC模块和双向AC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下的控制流程。
图4是双向DC/DC模块和双向AC/DC模块工作在功率流动控制模式下的控制流程。
图5是单向AC/DC模块和单向DC/DC模块工作在功率平衡点追踪模式下的控制流程。
图6是平衡点追踪控制流程中的反最大功率控制子流程。
具体实施方式
图1是本发明装置的结构总图。图中包含了装置和外部设备以及电网的连接关系示意。装置的控制方法具体实施如下：
1.安全控制具体实施
为了保证电网、装置本身和所连接的其他设备的安全，装置控制中最高优先级为安全控制。安全控制具体如下表：
Figure BDA0001434486040000061
2.模块控制具体实施
模块控制为各个模块在其控制器作用下实行的具体行为，这些控制主要为:单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块的最大功率追踪控制、第一双向DC/DC模块的直流母线稳压控制、第二双向DC/DC模块的功率流动控制和直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的功率流动控制和单向DC/AC模块的AC稳压控制。
(1)单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块的最大功率追踪控制
为了充分利用风能发电和太阳能发电，单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块具有最大功率追踪功能(MPPT)。追踪方法采用扰动观测法，图2为该方法的控制流程。
(2)第一双向DC/DC模块的直流母线稳压控制
装置连接上储能电池时，第一双向DC/DC模块在能量管理控制单元的作用下运行在直流母线稳压控制模式。在该模式下，能量管理控制单元给该模块控制器设置直流母线标准电压和电压容许误差。模块控制器检测直流母线电压，计算直流母线标准电压和检测到的直流母线电压之差，若差值在电压容许误差范围内则不进行调节，若在其外，则采用PI调节。直流母线稳压控制实际上为可变死区的PI控制，图3为该模式的控制流程。
(3)第二双向DC/DC模块的功率流动控制和直流母线稳压控制
第二双向DC/DC模块在能量管理控制单元的作用下可运行于功率流动控制模式。在该模式下，能量管理控制单元给模块控制器设置直流母线标准电压、电压容许误差、功率流动设定值和功率容许误差。模块控制器检测直流母线的实际电压、模块流动电流，计算模块功率流动值。由于模块电能变换有能量损耗，模块两端的功率流动值是有差异的，上述的功率流动设定值和模块功率流动值都是连接直流母线一侧的控制量和检测量。
为了保证直流母线电压稳定，当直流母线标准电压和直流母线实际电压差大于电压容许误差，模块切换到直流母线稳压控制模式，并将异常信息传递给能量管理控制单元。当直流母线标准电压和直流母线实际电压差小于等于电压容许误差，如果模块功率流动设定值与模块功率流动值差小于功率容许误差，则不进行调节，否则，采用PI调节。图4为该控制模式的控制流程图。
(4)双向AC/DC模块的直流母线稳压控制
双向AC/DC模块在能量管理控制单元的作用下可以运行在直流母线稳压控制模式，这时双向AC/DC模块能起到稳定直流母线的作用。其接收到的控制信息和控制方法和双向DC/DC模块的直流母线稳压控制模式相同。
(5)双向AC/DC模块的功率流动控制
同样，双向AC/DC模块也可运行于功率流动控制模式下。其接收到的控制信息和控制方法和双向的DC/DC模块的功率流动控制模式类似。
(6)单向DC/AC模块的AC稳压控制
在这种控制模式下，能量管理控制单元给模块控制器设置电压、频率和相位容许的标准值和误差。单向DC/AC模块检测交流端电压、频率和相位，和要求的标准输出设置值比较，若两者差值在容许误差范围内，则不调节，否则进行PI调节。其方法和原理和直流母线稳压控制类似，只是反馈控制的是交流端的电压、频率和相位，而不是直流母线上的电压。
3.能量管理控制单元协调控制具体实施
连接情况1具体实施：
装置连接的电网或设备有：电网、新能源发电设备(太阳能发电或者风力发电设备)、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷。
控制策略：单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下。第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率为一正值，否则为0。第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下。单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下。双向AC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率设定值PSetAC2DC具体的设置为：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1-PRealWi-PRealSo
其中PRealDCLoad表示直流负荷消耗的实际功率；PRealACLoad表示交流负荷消耗的实际功率；PRealDC2DC2表示电动汽车充电消耗的实际功率；PRealWi表示风力发电的实际功率；PRealSo表示太阳能发电的实际功率；PDC2DC1表示第一双向DC/DC模块的功率(充电时功率为正)，该功率在最小值PDC2DC1Low(为负，表示最大的放电功率)和最大值PDC2DC1Up(为正，表示最大的充电功率)之间。
(1)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率，即当PDC2DC1为PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的一个功率值时，上式右边可以为零。
i)此时当蓄电池电量小于等于20％，为了防止电池过放，PDC2DC1不能为PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的任意值，应有PDC2DC1≥PDC2DC1Charge，其中PDC2DC1Charge为给电池的缓慢充电的充电功率(为正)。这时PSetAC2DC的设置满足：
PSetAC2DC≥PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Charge-PRealWi-PRealSo
为了尽量的减少微网和外部电网的能量交换，可以进行如下设置：
当PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Charge-PRealWi-PRealSo≤0时，设置：
PSetAC2DC＝0
当PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Charge-PRealWi-PRealSo＞0时，设置：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Charge-PRealWi-PRealSo
ii)此时当蓄电池电量大于等于90％，为了防止电池过充，PDC2DC1不能为PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的任意值，应有PDC2DC1≤PDC2DC1Discharge，其中PDC2DC1Discharge为给电池的缓慢放电的放电功率(为负)。这时PSetAC2DC的设置满足：
PSetAC2DC≤PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Discharge-PRealWi-PRealSo
为了尽量的减少微网和外部电网的能量交换，可以进行如下设置：
当PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Discharge-PRealWi-PRealSo≥0时，设置：
PSetAC2DC＝0
当PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Discharge-PRealWi-PRealSo＜0时，设置：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Discharge-PRealWi-PRealSo
iii)此时当蓄电池电量大于20％且小于90％，蓄电池不用考虑过充和过放，PDC2DC1可以取PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的任意值，当取合适的值时，上式右边等于0。故可直接设置：
PSetAC2DC＝0
(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小(负数)，蓄电池无法提供足够的放电功率即：
PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PRealDC2DC2＜PDC2DC1low＜0，故PSetAC2DC的设置为：
PSetAC2DC≥PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Low-PRealWi-PRealSo＞0
i)此时当蓄电池电量小于等于20％，PDC2DC1设定值应大于等于0，保证蓄电池不进一步放电，这时PSetAC2DC的设定为：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Charge-PRealWi-PRealSo，其中PDC2DC1Charge为给电池的缓慢充电的充电功率(为正)。
ii)此时当蓄电池电量大于20％，PDC2DC1可以为PDC2DC1Low，蓄电池以最大功率放电，以减少从电网中获取电能。这时PSetAC2DC设定为：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Low-PRealWi-PRealSo
(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率即：
PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PRealDC2DC2＞PDC2DC1Up＞0，故PSetAC2DC的设置为：
PSetAC2DC≤PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Up-PRealWi-PRealSo＜0
i)此时当蓄电池电量大于等于90％，PDC2DC1设定值应该小于等于0，保证蓄电池不进一步充电，这时PSetAC2DC的设定为：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Discharge-PRealWi-PRealSo，其中
Figure BDA0001434486040000101
为给电池缓慢放电的放电功率(为负)。
ii)此时当蓄电池电量小于90％，PDC2DC1可以为PDC2DC1Up，蓄电池以最大功率充电，以减少新能源发电回馈到电网。这时PSetAC2DC设定为：
PSetAC2DC≈PRealDCLoad+PRealACLoad+PRealDC2DC2+PDC2DC1Up-PRealWi-PRealSo
连接情况3具体实施：
装置连接的电网或设备有：新能源发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负载。比连接情况1少连接电网。
控制策略：
先设定单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下。第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下。单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下。第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率流动设定值PSetDC2DC2(为正表示电能从直流母线流入电动汽车)设定方法和连接情况1设定双向AC/DC的功率流动值PSetAC2DC类似：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1,其中的PRealWi、PRealSo、PRealDCLoad、PRealACLoad和PDC2DC1和连接情况一表示的意思相同。同样PDC2DC1的取值应位于PDC2DC1Low(为负，表示最大的放电功率)和最大值PDC2DC1Up(为正，表示最大的充电功率)之间。
(1)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率，即PDC2DC1取PDC2DC1Low到PDC2DC1Up中的某个值时，右边的式子为0。
i)此时当蓄电池电量小于等于20％，为了防止电池过放，PDC2DC1不能为PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的任意值，应有PDC2DC1≥PDC2DC1Charge，其中PDC2DC1Charge为给电池的缓慢充电的充电功率(为正)。这时PSetDC2DC2的设置应满足：
PSetDC2DC2≤PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Charge
为了尽量的减少蓄电池和电动汽车的能量交换，可以进行如下设置：
当PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Charge≥0时，设置：PSetDC2DC2＝0
当PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Charge＜0时，设置：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Charge
ii)此时当蓄电池电量大于等于90％，为了防止电池过充，PDC2DC1不能为PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的任意值，应有PDC2DC1≤PDC2DC1Discharge，其中PDC2DC1Discharge为给电池的缓慢放电的放电功率(为负)。这时PSetDC2DC2的设置满足：
PSetDC2DC2≥PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Discharge
为了尽量的减少蓄电池和电动汽车的能量交换，可以进行如下设置：
当PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Discharge≤0时，设置：PSetDC2DC2＝0
当PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Discharge＞0时，设置：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Discharge
iii)此时当蓄电池电量大于20％且小于90％，蓄电池不用考虑过充和过放，PDC2DC1可以取PDC2DC1Low到PDC2DC1Up之间的任意值，当取合适的值时，上式右边等于0.故可直接设置：
PSetDC2DC2＝0
(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小(负数)，蓄电池无法提供足够的放电功率即：
PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad＜PDC2DC1Low＜0，故PSetDC2DC2的设置满足:
PSetDC2DC2≤PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Low＜0
i)此时当蓄电池电量小于等于20％，PDC2DC1设定值应大于等于0，保证蓄电池不进一步放电，这时PSetDC2DC2的设定为：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Charge，其中PDC2DC1Charge为给电池的缓慢充电的充电功率(为正)。
ii)此时当蓄电池电量大于20％，PDC2DC1可以为PDC2DC1Low，蓄电池以最大功率放电，以减少从电动汽车中获取电能。这时PSetDC2DC2设定为：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Low
(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率即：
PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad＞PDC2DC1Up＞0，故PSetDC2DC2的设置满足：
PSetDC2DC2≥PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Up＞0
i)此时当蓄电池电量大于等于90％，PDC2DC1设定值应该小于等于0，保证蓄电池不进一步充电，这时PSetDC2DC2的设定为：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Discharge，其中PDC2DC1Discharge为给电池缓慢放电的放电功率(为负)。
ii)此时当蓄电池电量小于90％，PDC2DC1可以为PDC2DC1Up，蓄电池以最大功率充电。这时PSetDC2DC2设定为：
PSetDC2DC2≈PRealWi+PRealSo-PRealDCLoad-PRealACLoad-PDC2DC1Up。

Claims (2)

1.一种小型电能管理与协调控制一体化装置，该装置包括：能量管理控制单元、高频变压器、第一AC-DC-AC变换器、第二AC-DC-AC变换器、第一单向DC/DC模块、第二单向DC/DC模块、单向AC/DC模块、双向DC/DC模块、直流总线，以及内部信息流通路,装置外接风力发电系统、光伏发电系统、电池储能系统、电动汽车、交直流负载或外部交流电网；
外部电网通过第一AC-DC-AC变换器与高频变压器连接，高频变压器再通过第二AC-DC-AC变换器与交流负荷连接；所述直流总线与第二AC-DC-AC变换器中直流电路连接，所述直流总线通过第一单向DC/DC模块向直流负荷传输电能，所述风力发电系统通过单向AC/DC模块向直流总线传输电能，所述光伏发电系统通过第二单向DC/DC模块向直流总线传输电能，所述直流总线通过第一双向DC/DC模块与电池储能系统连接，所述直流总线通过第二双向DC/DC模块和电动汽车连接；所述能量管理控制单元根据系统运行情况协调控制各个模块运行，各个模块中均有模块控制器，负责控制模块的能量流动大小和方向；
不同情况下的具体控制方法为：
连接情况1：
装置连接的电网或设备有：电网、太阳能发电或风力发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷；
控制策略：单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率设定为一恒定正值，否则为0；第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下；单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；双向AC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率设定值为：
(1)当蓄电池电量在20％到90％之间时，并且新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为0，以减少家庭中微网和电网进行能量交换；
(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小，蓄电池无法提供足够的放电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为一正值；
(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率：设定双向AC/DC模块功率流动为一负值；
(4)当蓄电池电量小于20％时，设定双向AC/DC模块功率时应确保蓄电池处于充电状态；
(5)当蓄电池电量大于90％时，设定双向AC/DC模块功率时应确保蓄电池处于放电状态；
连接情况2：
装置连接的电网或设备有：电网、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负荷；比连接情况1少连接新能源发电设备，新能源发电设备未发电时或相应模块自动断开也属于该情况；
控制策略：此时单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块不工作，新能源发电功率为0；其他的控制方法和连接情况1相同；
连接情况3：
装置连接的电网或设备有：新能源发电设备、蓄电池储能设备、电动汽车储能设备和交直流负载；比连接情况1少连接电网；
控制策略：
先设定单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式下；第一双向DC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下；单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下，其功率流动设定值设定方法为：
(1)当蓄电池电量在20％到90％之间时，并且新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率是蓄电池能承受的充电或者放电功率：第二双向DC/DC模块功率流动设定为0；
(2)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较小，蓄电池无法提供足够的放电功率：第二双向DC/DC模块功率流动设定为一负值；
(3)当新能源发电设备发电功率减去负荷消耗功率得到的剩余功率较大，蓄电池无法提供足够的充电功率：第二双向DC/DC模块功率流动设定为一正值，如果蓄电池充电功率和电动汽车充电功率设定到最大值仍然不能够平衡功率流动，新能源发电设备单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块停止最大功率追踪，改为功率平衡点追踪；
(4)当蓄电池电量小于20％时，第二双向DC/DC模块功率流动设定应确保蓄电池不在处于放电状态；
(5)当蓄电池电量大于90％时，第二双向DC/DC模块功率流动设定应确保蓄电池不在处于充电状态，如果这时电动汽车电量也充满，新能源发电设备单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块停止最大功率追踪，改为功率平衡点追踪；
连接情况4：
装置连接的电网或设备有：电网、新能源发电设备、电动汽车储能设备和交直流负载；比连接情况1少连接蓄电池储能设备，蓄电池储能设备故障使得第一双向DC/DC模块断开也属于该情况；
控制策略：
单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块工作在最大功率追踪控制模式；第二双向DC/DC模块工作在功率流动控制模式下给电动汽车充电，如果电动汽车储能设备电能未充满，充电功率为一正值，否则为0；单向DC/AC模块工作在AC稳压控制模式下；双向AC/DC模块工作在直流母线稳压控制模式下。
2.如权利要求1所述的一种小型电能管理与协调控制一体化装置，其特征在于所述能量管理控制单元的控制方法为：
第一，安全控制；
对第一、第二单向DC/DC模块的控制：当该模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；
对单向AC/DC模块的控制：当模块电流逆向流动、模块过载、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；
对第一、第二双向DC/DC模块的控制：当模块流过电流大于最大负载电流时、模块失去控制时，关断对应模块，并显示该模块异常；
第二，模块控制
模块控制为各个模块在其控制器作用下实行的具体控制行为，这些控制包括:单向AC/DC模块和第二单向DC/DC模块的最大功率追踪控制、第一双向DC/DC模块的直流母线稳压控制、第二双向DC/DC模块的功率流动控制和直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的直流母线稳压控制、双向AC/DC模块的功率流动控制和单向DC/AC模块的AC稳压控制；
第三，能量管理控制单元协调控制
能量管理控制单元实时获取各个AC/DC模块、DC/DC模块、AC-DC-AC模块的控制器发送过来的工作信息，以及该装置和外部设备的连接信息，然后根据不同情况，实行对应的能量管理控制。
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