本發(fā)明涉及直流微電網(wǎng)控制技術領域。更具體地，涉及一種基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法。

背景技術：

隨著能源危機和環(huán)境保護需求的日益增加，分布式發(fā)電技術獲得了越來越多的重視和應用。但是分布式電源單機接入成本高，容量小，運行不確定性強，受制于自然條件，缺少靈活可控的特點，對主網(wǎng)而言是一個不可控源。為了解決以上問題，分布式電源可通過微電網(wǎng)形式并入主網(wǎng)。微電網(wǎng)包括直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)，當前國內(nèi)外已經(jīng)投建的微電網(wǎng)主要為交流微電網(wǎng)，而直流微電網(wǎng)的投建正處于試運行狀態(tài)，相關技術的研究正逐步趨于成熟。

直流微電網(wǎng)設計主要包括拓撲結(jié)構的設計、控制系統(tǒng)的設計以及保護系統(tǒng)的設計。在控制系統(tǒng)上，近年來很多學者提出了很多控制方法。中國專利公開號CN104682376A公開了一種直流微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，能夠向不同電壓等級的負荷提供電能，供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，節(jié)約能源，實用性強。中國專利公開號CN105305480A公開一種混合儲能直流微電網(wǎng)分層控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)直流母線電壓與電池的荷電系數(shù)，各換流器根據(jù)直流微電網(wǎng)運行狀態(tài)的不同調(diào)節(jié)自身控制方式。但在對儲能單元荷電系數(shù)SOC的研究上研究尚不深入，且考慮能源的高效利用以及直流微電網(wǎng)的經(jīng)濟性上，該種控制方法仍需優(yōu)化。

深度充、放電會影響儲能單元的使用壽命，不同材料的電池組成的儲能單元的SOC工作區(qū)間的電化學性能存在差異，但通常來說儲能單元的最佳SOC工作區(qū)間為0.4-0.8，所以通常認為儲能單元在SOC≤0.4時儲能單元處于低電量狀態(tài)、在SOC≥0.8時儲能單元處于高電量狀態(tài)。

現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)控制方法是以儲能單元為核心，以控制功率穩(wěn)定為基礎的集中式能量管理模式協(xié)調(diào)控制方法，由于SOC可以反映儲能單元的運行狀態(tài)，分布式電源輸出功率P_DG與負荷功率P_Load的大小關系表示了直流微電網(wǎng)內(nèi)部的能量平衡關系，因此直流微電網(wǎng)的系統(tǒng)級控制方法的控制策略中，通過分布式電源的輸出功率總和與負荷所需功率總和比較，以及儲能單元的SOC作為雙判據(jù)，控制直流微電網(wǎng)在不同狀態(tài)時進入如圖1所示的6種基本工作模式，具體如下：

當滿足0.4<SOC<0.8時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_1：檢測得到的儲能單元的SOC滿足0.4<SOC<0.8，儲能單元處于一個既能充電又能放電的狀態(tài)，由儲能單元作為微電網(wǎng)的主控制單元控制直流母線電壓的穩(wěn)定，并網(wǎng)逆變器停止工作，分布式電源工作在MPPT模式，儲能單元工作在穩(wěn)壓模式，即如果P_DG>P_Load則分布式電源在保證滿足負荷功率的前提下利用剩余的功率為儲能單元充電，如果P_DG＝P_Load則分布式電源提供負荷需要的功率而儲能單元既不充電也不放電，如果P_DG<P_Load則儲能單元放電以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分。

當滿足SOC≥0.8且P_DG>P_Load時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_2：檢測得到的儲能單元的SOC滿足SOC≥0.8說明儲能單元處于高電量狀態(tài)，此時儲能單元只能放電，而P_DG>P_Load說明直流微電網(wǎng)內(nèi)部能量增加不平衡，只能做放棄分布式電源部分輸出功率的處理，分布式電源進入穩(wěn)壓限流模式。

當滿足SOC≥0.8且P_DG<P_Load時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_3：檢測得到的儲能單元的SOC滿足SOC≥0.8說明儲能單元處于高電量狀態(tài)，此時儲能單元只能放電，而P_DG<P_Load說明分布式電源提供的功率不能滿足負荷功率，儲能單元放電以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，儲能單元處于放電穩(wěn)壓模式。

當滿足SOC≤0.4、P_DG<P_Load且直流微電網(wǎng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_4：檢測得到的儲能單元的SOC滿足SOC≤0.4說明儲能單元處于低電量狀態(tài)，此時儲能只能充電，而P_DG<P_Load說明分布式電源提供的功率不能滿足負荷功率，由于直流微電網(wǎng)處于并網(wǎng)狀態(tài)，由直流微電網(wǎng)通過并網(wǎng)逆變器給負荷提供分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，并網(wǎng)逆變器處于穩(wěn)壓狀態(tài)。

當滿足SOC≤0.4且P_DG>P_Load時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_5：檢測得到的儲能單元的SOC滿足SOC≤0.4說明儲能單元處于低電量狀態(tài)，此時儲能只能充電，而P_DG>P_Load說明分布式電源提供的功率超過負荷功率，分布式電源在保證滿足負荷功率的前提下利用剩余的功率為儲能單元充電，儲能單元處于充電穩(wěn)壓模式。

當滿足SOC≤0.4、P_DG<P_Load且直流微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_6：檢測得到的儲能單元的SOC滿足SOC≤0.4說明儲能單元處于低電量狀態(tài)，此時儲能只能充電，而P_DG<P_Load說明分布式電源提供的功率不能滿足負荷功率，由于直流微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)，控制負荷開啟后備線直接連接大電網(wǎng)。

但考慮在SOC≤0.4時儲能單元依然可以放電以及SOC≥0.8時儲能單元依然可以充電的實際情況，需要提供一種提高儲能單元利用率且盡量不影響儲能單元的使用壽命的基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法，包括如下步驟：

S1、對直流微電網(wǎng)參數(shù)進行實時同步采樣，所述直流微電網(wǎng)參數(shù)包括儲能單元的荷電系數(shù)SOC、分布式電源輸出功率P_DG和負荷功率P_Load；

S2、在采樣時刻T，若SOC≤0.4且P_DG<P_Load則轉(zhuǎn)入步驟S3，若SOC≥0.8且P_DG>P_Load則轉(zhuǎn)入步驟S4；

S3、從直流微電網(wǎng)的功率歷史數(shù)據(jù)中調(diào)取直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻中以1分鐘為間隔的各采樣時刻的分布式電源輸出功率和負荷功率△T為60分鐘，k＝1,2,…,60，i＝1,2,…,N；計算直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻內(nèi)的分布式電源輸出功率之和與負荷功率之和若滿足且則自T時刻起至T+△T時刻止，控制儲能單元進行放電，以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，其中Q_N為儲能單元的標稱容量；

S4、從直流微電網(wǎng)的功率歷史數(shù)據(jù)中調(diào)取直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻中以1分鐘為間隔的各采樣時刻的分布式電源輸出功率和負荷功率計算直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻內(nèi)的分布式電源輸出功率之和與負荷功率之和若滿足且則自T時刻起至T+△T時刻止，在保證滿足負荷功率的前提下，控制分布式電源利用剩余的功率為儲能單元充電。

優(yōu)選地，N＝7。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術方案可提高直流微電網(wǎng)中儲能單元的利用率，且對儲能單元的使用壽命的影響很小，可保證直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)控制方法的微電網(wǎng)工作模式示意圖。

圖2示出基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法的流程圖。

圖3示出應用基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法的直流微電網(wǎng)的拓撲結(jié)構圖。

圖4示出應用基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法的直流微電網(wǎng)的8種工作模式示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖2所示，本發(fā)明公開的一種基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法，包括如下步驟：

S1、對直流微電網(wǎng)參數(shù)進行實時同步采樣，直流微電網(wǎng)參數(shù)包括儲能單元的荷電系數(shù)SOC、分布式電源輸出功率P_DG和負荷功率P_Load；

S2、在采樣時刻T，若SOC≤0.4且P_DG<P_Load，則說明直流微電網(wǎng)進入低電量狀態(tài)且可能進入短時能量透支狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟S3進行功率預測；若SOC≥0.8且P_DG>P_Load，則說明直流微電網(wǎng)進入高電量狀態(tài)且可能進入短時能量過剩狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟S4進行功率預測；

S3、從直流微電網(wǎng)的功率歷史數(shù)據(jù)中調(diào)取直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻中以1分鐘為間隔的各采樣時刻的分布式電源輸出功率和負荷功率△T為60分鐘，k＝1,2,…,60，i＝1,2,…,N，N優(yōu)選為7，即調(diào)取采樣日期的過去7天的數(shù)據(jù)；計算直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻內(nèi)的分布式電源輸出功率之和與負荷功率之和若滿足進入短時能量透支狀態(tài)的條件：且則控制直流微電網(wǎng)進入短時能量透支狀態(tài)，自T時刻起至T+△T時刻止，控制儲能單元進行放電，以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分；若不滿足進入短時能量透支狀態(tài)的條件，則控制直流微網(wǎng)進入現(xiàn)有的工作模式Mode_4或工作模式Mode_6，工作模式Mode_4或工作模式Mode_6中直流微電網(wǎng)的工作狀態(tài)參見背景技術中關于直流微電網(wǎng)在不同狀態(tài)時進入的6種基本工作模式的說明，其中Q_N為儲能單元的標稱容量；

S4、從直流微電網(wǎng)的功率歷史數(shù)據(jù)中調(diào)取直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻中以1分鐘為間隔的各采樣時刻的分布式電源輸出功率和負荷功率△T為60分鐘，k＝1,2,…,60，i＝1,2,…,N，N優(yōu)選為7，即調(diào)取采樣日期的過去7天的數(shù)據(jù)；計算直流微電網(wǎng)在采樣日期之前N天中每天的T時刻至T+△T時刻內(nèi)的分布式電源輸出功率之和與負荷功率之和若滿足進入短時能量過剩狀態(tài)的條件：且則控制直流微電網(wǎng)進入短時能量透支狀態(tài)，自T時刻起至T+△T時刻止，在保證滿足負荷功率的前提下，控制分布式電源利用其提供給負荷的之外的剩余的功率為儲能單元充電；若不滿足進入短時能量過剩狀態(tài)的條件，則控制直流微網(wǎng)進入現(xiàn)有的工作模式Mode_2，工作模式Mode_2中直流微電網(wǎng)的工作狀態(tài)參見背景技術中關于直流微電網(wǎng)在不同狀態(tài)時進入的6種基本工作模式的說明，其中Q_N為儲能單元的標稱容量。

其中，

是對采樣日期之前N天內(nèi)每天的T+△T時刻的負荷功率取平均值，作為采樣當天的T+△T時刻的負荷功率的預測值；

是對采樣日期之前N天內(nèi)每天的T+△T時刻的分布式電源輸出功率取平均值，作為采樣當天的T+△T時刻的分布式電源輸出功率的預測值；

是對采樣日期之前N天內(nèi)每天的T時刻至T+△T時刻中以1分鐘為間隔的各采樣時刻的負荷功率之和取平均值，作為采樣當天的T時刻至T+△T時刻的負荷功率總和的預測值；

是對采樣日期之前N天內(nèi)每天的T時刻至T+△T時刻中以1分鐘為間隔的各采樣時刻的分布式電源輸出功率之和取平均值，作為采樣當天的T時刻至T+△T時刻的分布式電源輸出功率總和的預測值；

在步驟S3中，直流微電網(wǎng)進入短時能量透支狀態(tài)的條件中：

說明在采樣當天的T+△T時刻，負荷功率的預測值小于分布式電源輸出功率的預測值，即，在采樣當天的T+△T時刻，分布式電源可以在保證滿足負荷功率的前提下利用剩余的功率為儲能單元充電；

說明在采樣當天的T時刻至T+△T時刻中，負荷功率總和的預測值大于分布式電源輸出功率總和的預測值的部分小于等于儲能單元的標稱容量的1/10，儲能單元的標稱容量的1/10也就是0.1SOC，即，如果自T時刻起至T+△T時刻止，控制儲能單元進行放電，以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，T時刻至T+△T時刻消耗的儲能單元功率不會超過儲能單元的標稱容量的1/10；

且說明：在采樣當天的T+△T時刻，分布式電源可以在保證滿足負荷功率的前提下利用剩余的功率為儲能單元充電，且，如果自T時刻起至T+△T時刻止，控制儲能單元進行放電，以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，T時刻至T+△T時刻消耗的儲能單元功率不會超過儲能單元的標稱容量的1/10。因此，在滿足進入短時能量透支狀態(tài)的條件時控制直流微電網(wǎng)進入短時能量透支狀態(tài)，自T時刻起至T+△T時刻止，控制儲能單元進行放電，以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，可提高直流微電網(wǎng)中儲能單元的利用率，且對儲能單元的使用壽命的影響很小。

在步驟S4中，直流微電網(wǎng)進入短時能量過剩狀態(tài)的條件中：

說明在采樣當天的T+△T時刻，分布式電源輸出功率的預測值小于負荷功率的預測值，即，在采樣當天的T+△T時刻，儲能單元需要放電以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分；

說明在采樣當天的T時刻至T+△T時刻中，分布式電源輸出功率總和的預測值大于負荷功率總和的預測值的部分小于等于儲能單元的標稱容量的1/10，儲能單元的標稱容量的1/10也就是0.1SOC，即，如果自T時刻起至T+△T時刻止，在保證滿足負荷功率的前提下，控制分布式電源利用剩余的功率為儲能單元充電，T時刻至T+△T時刻為儲能單元充電的功率不會超過儲能單元的標稱容量的1/10；

且說明：在采樣當天的T+△T時刻，儲能單元需要放電以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分，且，如果自T時刻起至T+△T時刻止，在保證滿足負荷功率的前提下，控制分布式電源利用剩余的功率為儲能單元充電，T時刻至T+△T時刻為儲能單元充電的功率不會超過儲能單元的標稱容量的1/10。因此，在滿足進入短時能量過剩狀態(tài)的條件時控制直流微電網(wǎng)進入短時能量透支狀態(tài)，自T時刻起至T+△T時刻止，在保證滿足負荷功率的前提下，控制分布式電源利用剩余的功率為儲能單元充電，可提高直流微電網(wǎng)中儲能單元的利用率，且對儲能單元的使用壽命的影響很小。

圖3所示的直流微電網(wǎng)以儲能單元DC/DC變流器為主控制單元，以并網(wǎng)變流器為后備控制單元。由于考慮到用戶電費計量的實際情況，雖然并網(wǎng)變流器為雙向的AC/DC，但實際按照單向模式，即能量僅可能由電網(wǎng)流向微電網(wǎng)。于是，某些工作狀態(tài)下(比如儲能單元不能接受能量且直流母線電壓上升)，分布式電源(光伏)不能工作在MPPT模式下，需切換到穩(wěn)壓(所謂“穩(wěn)壓”為穩(wěn)定直流母線電壓，處于穩(wěn)壓模式的變流器用來控制母線電壓)模式。

將本發(fā)明公開的一種基于功率預測的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)級控制方法應用于如圖3所示的100kW直流微電網(wǎng)時，該直流微電網(wǎng)在不同狀態(tài)時進入如圖4所示的8種工作模式，具體如下：

對直流微電網(wǎng)參數(shù)進行實時同步采樣，直流微電網(wǎng)參數(shù)包括儲能單元的荷電系數(shù)SOC、分布式電源輸出功率P_DG和負荷功率P_Load；

在采樣時刻T：

當滿足0.4<SOC<0.8時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_1：如果P_DG>P_Load則分布式電源在保證滿足負荷功率的前提下利用剩余的功率為儲能單元充電，如果P_DG＝P_Load則分布式電源提供負荷需要的功率而儲能單元既不充電也不放電，如果P_DG<P_Load則儲能單元放電以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分。

當滿足SOC≥0.8且P_DG>P_Load，但不滿足進入短時能量過剩狀態(tài)的條件：且時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_2：放棄分布式電源部分輸出功率。

當滿足SOC≥0.8且P_DG<P_Load時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_3：儲能單元放電以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分。

當滿足SOC≤0.4、P_DG<P_Load且直流微電網(wǎng)處于并網(wǎng)狀態(tài)，但不滿足進入短時能量透支狀態(tài)的條件：且時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_4：由直流微電網(wǎng)通過并網(wǎng)逆變器給負荷提供分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分。

當滿足SOC≤0.4且P_DG>P_Load時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_5：分布式電源在保證滿足負荷功率的前提下利用剩余的功率為儲能單元充電。

當滿足SOC≤0.4、P_DG<P_Load且直流微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)，但不滿足進入短時能量透支狀態(tài)的條件：且時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_6：控制負荷開啟后備線直接連接大電網(wǎng)。

當滿足SOC≤0.4且P_DG<P_Load，并滿足進入短時能量透支狀態(tài)的條件：且時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_7：自T時刻起至T+△T時刻止，控制儲能單元進行放電，以填補分布式電源輸出功率不足以滿足負荷功率的部分。

當滿足SOC≥0.8且P_DG>P_Load，并滿足進入短時能量過剩狀態(tài)的條件：且時，控制直流微電網(wǎng)進入工作模式Mode_8：自T時刻起至T+△T時刻止，在保證滿足負荷功率的前提下，控制分布式電源利用其提供給負荷的之外的剩余的功率為儲能單元充電。

最后，利用PSCAD/EMTDC軟件對該100kW直流微電網(wǎng)進行了電磁暫態(tài)仿真，在仿真中通過設置不同的SOC、P_DG和P_Load，仿真上述8種工作模式，驗證了本發(fā)明提出方法的正確性。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。