一種包含儲能和能量路由器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及能量調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可再生能源能量控制裝置應(yīng)用設(shè)計(jì)及其在可再生能源電力網(wǎng)絡(luò)中的并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種包含儲能和能量路由器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及能量調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，世界各國對于能源的需求也越來越多，傳統(tǒng)的化石能源正趨于枯竭;因此，新能源的整合與開發(fā)越來越受到人們的關(guān)注和追捧，尤其是風(fēng)能和太陽以其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，得到更為廣泛的開發(fā)和利用。然而，這二者能量來源完全受自然界影響且不可控，有很大的隨機(jī)性和間歇性;伴隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能在電力系統(tǒng)中所占比例的增加，其功率輸出的波動給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來了日趨嚴(yán)重的影響。
[0003]為了解決這一矛盾，儲能技術(shù)就逐漸成為了關(guān)注的焦點(diǎn)；由于風(fēng)能的波動尤為突出，電能的存儲方法和方式與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的研究工作已迫在眉睫。儲能的思路是在風(fēng)力富裕、負(fù)荷較輕時(shí)將一部分能量存入儲能設(shè)備，在風(fēng)力波動或不足時(shí)輸出存儲的能量，保證功率的穩(wěn)定，這樣起到電力調(diào)峰平滑輸出的作用；
[0004]電能的存儲問題，它涉及多個(gè)學(xué)科、多個(gè)領(lǐng)域;在電力行業(yè)，儲能一直以來是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，也是一個(gè)特別重要的環(huán)節(jié)，特別是當(dāng)分布式電源并網(wǎng)技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)等開始實(shí)施后，儲能技術(shù)的重要性更加顯現(xiàn);除了在電力行業(yè)具有重要作用夕卜，儲能技術(shù)也是通信、交通運(yùn)輸、航天等多行業(yè)的重要支撐技術(shù)，因此儲能技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到很多行業(yè)的進(jìn)步。經(jīng)過較長時(shí)間的發(fā)展，儲能技術(shù)也獲得了較大程度的發(fā)展；另外，儲能的形式也是各式各樣，大致可以分成物理儲能，包括抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等；電化學(xué)儲能，包括鉛酸、鋰離子、液流、鎳鎘(N1-Cd)、鈉硫(Na-S)電池等；電磁儲能即超導(dǎo)線圈儲能和超級電容儲能等等。世界上許多國家，都對儲能技術(shù)投入了很大的研究力量，也獲得了可觀的成果;較之國外先進(jìn)技術(shù)，還存在不小的差距；因此，儲能技術(shù)的應(yīng)用研究具有巨大的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
[0005]然而，常見的抽水儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、鉛酸、鋰離子、液流、鎳鎘(N1-Cd)、鈉硫(Na-S)電池、超導(dǎo)線圈儲能和超級電容儲能等單一的儲能元件很難滿足或者跟本就不能同時(shí)滿足高頻大功率波動、高能量密度、長循環(huán)壽命和低成本的要求，每種儲能都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，從整體來看，具有高能量密度的元件，一般功率密度小，循環(huán)使用壽命短如鉛酸化學(xué)電池;高功率密度的元件，循環(huán)壽命長，能量密度卻不高，如超級電容器；同時(shí)具有高能量密度和高功率密度的元件，成本造價(jià)卻又十分昂貴，如鋰離子電池;這就限制了單一儲能元件在電力系統(tǒng)中的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用;超級電容器是最近幾年來的新型的一種電力儲能元件，以它相對較長的使用壽命、寬廣的工作溫度范圍、較快的充放電速度和較大的功率密度等優(yōu)點(diǎn)，恰好與蓄電池缺點(diǎn)相互有效的彌補(bǔ)，因此，使其具有了巨大的發(fā)展空間；
[0006]針對典型儲能元件不同的工作特點(diǎn)，如化學(xué)超級電容器和電池，不斷有專家提出了采用超級電容器和化學(xué)電池組成混合系統(tǒng)來儲能電能;這使得混合儲能系統(tǒng)兼具超級電容器高功率密度、長循環(huán)使用壽命和化學(xué)電池高能量密度的特點(diǎn)，滿足尖峰功率的快速吞吐和大容量電能交換需求;采用混合儲能系統(tǒng)在能夠有效節(jié)約體積和重量的前提下，還可以大大改善儲能系統(tǒng)的整體性能，又能減少初期的建設(shè)投資和維護(hù)費(fèi)用，使其在當(dāng)今世界人民生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面擁有著廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種包含儲能和能量路由器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及能量調(diào)節(jié)方法，使其整體可以與可再生能源發(fā)電快速、精確的進(jìn)行功率的吞吐和能量交換，實(shí)現(xiàn)對可再生能源發(fā)電短時(shí)間功率快速波動的平抑和長時(shí)間能量的補(bǔ)充與存儲;本發(fā)明這種包含儲能和能量路由器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同時(shí)滿足高功率密度、大能量密度、長循環(huán)使用壽命和低價(jià)格水平的要求，即實(shí)時(shí)滿足平抑分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出功率波動需求的特性;該能量路由器能夠根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)不同儲能元件充放電獨(dú)立精確的控制和調(diào)節(jié)，從而在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)平抑分布式能源發(fā)電系統(tǒng)功率波動的過程中充分發(fā)揮各儲能元件的性能優(yōu)勢。
[0008]一種包含儲能和能量路由器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)、交流負(fù)載，該系統(tǒng)還包括、能量路由器、第一雙向AC/DC變流器、第二雙向AC/DC變流器、第三雙向AC/DC變流器、第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)，其中，所述的能量路由器包括功率采集模塊、計(jì)算模塊、比較決策模塊、荷電狀態(tài)檢測模塊和選擇接入動作執(zhí)行裝置；
[0009]功率采集模塊:用于采集可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的A、B、C三相功率值和交流負(fù)載輸入端的A、B、C三相功率值，并將采集的功率值發(fā)送至計(jì)算模塊中；
[0010]計(jì)算模塊:用于獲得交流負(fù)載輸入端的A相功率值與可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的A相功率值之間的差值、交流負(fù)載輸入端的B相功率值與可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的B相功率值之間的差值、交流負(fù)載輸入端的C相功率值與可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的C相功率值之間的差值，并將獲得的三個(gè)功率差值發(fā)送至比較決策模塊中；
[0011]荷電狀態(tài)檢測模塊:用于檢測第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，即所存儲的能量值，并發(fā)送至比較決策模塊中；
[0012]比較決策模塊:用于將三個(gè)功率差值進(jìn)行升序排序，將三個(gè)存儲能量值也進(jìn)行升序排序，將排序后的功率差值與排序后的存儲能量值按順序?qū)?yīng)組合，獲得微網(wǎng)A、B、C三相與第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)的連接狀態(tài)，發(fā)送執(zhí)行信號至選擇接入動作執(zhí)行裝置；
[0013]選擇接入動作執(zhí)行裝置:用于將微網(wǎng)A、B、C三相與第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)按照執(zhí)行信號進(jìn)行連接；
[0014]第一雙向AC/DC變流器、第二雙向AC/DC變流器和第三雙向AC/DC變流器:用于將第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)接入可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)中，完成能量雙向流動；
[0015]第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng):用于對可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出的功率波動和負(fù)載吸收功率的變化進(jìn)行平抑的能量存儲裝置。
[0016]所述的選擇接入動作執(zhí)行裝置，由三個(gè)步進(jìn)繼電器組成。
[0017]所述的第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)，包括Na-S化學(xué)電池組、超級電容器組、兩個(gè)雙向DC/DC功率變換器;其中，Na-S化學(xué)電池組的輸出端連接一個(gè)雙向DC/DC功率變換器的低壓側(cè)，超級電容器組的輸入端連接另一個(gè)雙向DC/DC功率變換器的低壓側(cè)，兩個(gè)雙向DC/DC功率變換器的高壓測并聯(lián)作為混合儲能系統(tǒng)的輸出端。
[0018]采用包含儲能和能量路由器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行的能量調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1、采用功率采集模塊采集可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的A、B、C三相功率值和交流負(fù)載輸入端的A、B、C三相功率值，并將采集的功率值發(fā)送至計(jì)算模塊中；
[0020]步驟2、采用計(jì)算模塊獲得交流負(fù)載輸入端的A相功率值與可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的A相功率值之間的差值、交流負(fù)載輸入端的B相功率值與可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的B相功率值之間的差值、交流負(fù)載輸入端的C相功率值與可再生能源交流發(fā)電系統(tǒng)輸出端的C相功率值之間的差值，并將獲得的三個(gè)功率差值發(fā)送至比較決策模塊中；
[0021]步驟3、采用荷電狀態(tài)檢測模塊檢測第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，即能量存儲值，并將三個(gè)能量存儲值發(fā)送至比較決策模塊中；
[0022]步驟4、采用比較決策模塊將三個(gè)功率差值進(jìn)行升序排序，將三個(gè)能量存儲值也進(jìn)行升序排序，將排序后的功率差值與排序后的能量存儲值按順序?qū)?yīng)組合，獲得微網(wǎng)A、B、C三相與第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)的連接狀態(tài)，發(fā)送執(zhí)行信號至選擇接入動作執(zhí)行裝置；
[0023]步驟5、采用選擇接入動作執(zhí)行裝置將微網(wǎng)A、B、C三相與第一混合儲能系統(tǒng)、第二混合儲能系統(tǒng)和第三混合儲能系統(tǒng)按照執(zhí)行信號進(jìn)行連接；
[0024]