一种能源系统控制方法、装置及能源系统

技术领域

本发明涉及能源系统领域，特别是涉及一种能源系统控制方法、装置及能源系统。

背景技术

随着新能源的大规模开发利用，近年来，光伏发电成为最有发展前景的可再生能源发电技术之一。现有的能源系统包括发电单元、储能单元和负载单元，发电单元利用光伏发电用于为负载单元供电，储能单元用于储存电能并在发电单元供电不足时放电以供负载单元使用。

但是，当发电单元发电量过多，无法被及时消耗时，容易导致能源系统供电电压过高，影响能源系统的可靠性。

发明内容

本发明的第一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能源系统控制方法、装置及能源系统，该能源系统控制方法、装置及能源系统可以提高能源系统的可靠性，节约成本。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种能源系统控制方法，所述能源系统包括发电单元、储能单元和负载单元；所述发电单元分别与所述储能单元和所述负载单元连接；

所述能源系统控制方法包括以下步骤：

获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量；

若所述发电单元的发电量大于所述能源系统的总用电量，则按照预设的步长逐步减小所述发电单元的输出功率；其中，所述能源系统的总用电量包括储能单元的用电量和负载单元的用电量。

优选地，在获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量的步骤之后，还包括：

若所述发电单元的发电量小于或等于所述能源系统的总用电量，控制所述发电单元以最大功率进行输出。

优选地，在获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量的步骤之后，还包括：

若所述发电单元的发电量大于所述负载单元的用电量，获取所述储能单元的剩余电量；

若所述储能单元的剩余电量小于预设的充电电量阈值，控制所述储能单元充电。

优选地，所述控制所述储能单元充电的步骤，包括：

获取预设的储能单元的最大充电量和储能单元的充电输入电压；

根据所述储能单元的剩余电量，从预设的充电系数表中获取与该剩余电量对应的充电系数；其中，所述储能单元的剩余电量越大，所述充电系数越小；

按照以下公式，获取储能单元的充电电流：

其中，I

按照所述充电电流，对所述储能单元进行充电。

优选地，在获取所述储能单元的剩余电量的步骤之后，还包括：

若所述储能单元的剩余电量大于或等于预设的充电电量阈值，控制所述储能系统处于待机状态。

优选地，在获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量的步骤之后，还包括：

若所述发电单元的发电量小于所述负载单元的用电量，获取所述储能单元的剩余电量；

若所述储能单元的剩余电量大于预设的放电电量阈值，控制所述储能单元放电。

优选地，所述控制所述储能单元放电的步骤，包括：

获取预设的储能单元的最大放电量和储能单元的放电输出电压；

根据所述储能单元的剩余电量，从预设的放电系数表中获取与该剩余电量对应的放电系数；其中，所述储能单元的剩余电量越大，对应的放电系数越大；

按照以下公式，获取储能单元的放电电流：

其中，I

按照所述放电电流，对所述储能单元进行放电。

优选地，所述能源系统还包括燃料发电单元；

在控制所述储能单元放电的步骤之后，还包括：

获取储能单元的放电量；

若所述发电单元的发电量和所述储能单元放电量小于能源系统的总用电量，控制所述燃料发电单元发电；

否则，控制所述燃料发电单元处于待机状态。

本发明的第二目的在于提供一种能源系统控制装置，所述能源系统包括发电单元、储能单元和负载单元；所述发电单元分别与所述储能单元和所述负载单元连接；

所述能源系统控制装置包括：

数据获取模块，用于获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量；

输出调整模块，用于若所述发电单元的发电量大于所述能源系统的总用电量，则按照预设的步长逐步减小所述发电单元的输出功率；其中，所述能源系统的总用电量包括储能单元的用电量和负载单元的用电量。

本发明的第三目的在于提供一种能源系统，包括：发电单元、储能单元、控制器和负载单元；所述发电单元分别与所述储能单元和所述负载单元连接，所述控制器分别与所述发电单元、所述储能单元和所述负载单元连接；

所述控制器包括存储器以及处理器；

所述存储器，用于存储个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行，使得所述处理器实现如上述任一项所述的能源系统控制方法。

在本发明中，通过将发电单元的发电量与能源系统的总用电量进行比较，判断发电单元的发电量是否能满足能源系统的用电需求，当发电单元的发电量大于能源系统的总用电量时，通过控制发电单元按照预设的步长逐步减小输出功率，避免能源系统由于发电功率过大无法及时得到消耗导致供电电压过高，影响能源系统运行的稳定性，节约成本。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一种能源系统控制方法的其中一种具体实施方式的流程图；

图2是本发明一种能源系统控制装置的其中一种具体实施方式的结构示意图；

图3是本发明一种能源系统的其中一种具体实施方式的的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它例子，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，本申请实施例提供了一种能源系统控制方法，可以应用于能源系统中，所述能源系统包括发电单元、储能单元和负载单元；所述发电单元分别与所述储能单元和所述负载单元连接；

在一个实施例中，所述发电单元可以是光伏电池或光伏发电矩阵形成的光伏发电装置。

所述储能单元可以是具备充电和放电功能的储能电池。

所述负载单元为所述能源系统的负载，用于消耗能源系统的电能。

所述能源系统控制方法包括以下步骤：

步骤S1：获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量。

所述发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量可以通过设置在发电单元、储能单元和负载单元通电线路上的电量检测装置获取。

步骤S2：若所述发电单元的发电量大于所述能源系统的总用电量，则按照预设的步长逐步减小所述发电单元的输出功率。

所述能源系统的总用电量即为所述能源系统的运转所需的用电量，包括储能单元的用电量和负载单元的用电量。在一个实施例中，所述能源系统的总用电量可以是储能单元的用电量和负载单元的用电量之和。

在本申请实施例中，通过将发电单元的发电量与能源系统的总用电量进行比较，判断发电单元的发电量是否能满足能源系统的用电需求，当发电单元的发电量大于能源系统的总用电量时，通过控制发电单元按照预设的步长逐步减小输出功率，避免能源系统由于发电功率过大无法及时得到消耗导致供电电压过高，影响能源系统运行的稳定性，节约成本。

在获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量的步骤之后，还包括：

若所述发电单元的发电量小于或等于所述能源系统的总用电量，控制所述发电单元以最大功率进行输出。

在一个实施例中，可以利用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)的方式控制所述发电单元以最大功率进行输出，最大功率点跟踪是指通过检测发电单元的电流电压变化，并根据其变化调整电压转换器的脉冲宽度调制信号的占空比，从而使得发电单元实现最大功率输出，从而输出更多电量，提高发电效率。

在一个示例性的实施例中，在获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量的步骤之后，还包括：

若所述发电单元的发电量大于所述负载单元的用电量，获取所述储能单元的剩余电量。

若所述储能单元的剩余电量小于预设的充电电量阈值，控制所述储能单元充电。

所述储能单元的剩余电量是指储能系统中可用电量占标称容量的比例。

当所述发电单元的发电量大于所述负载单元的用电量时，判断所述发电单元的发电量可以满足负载单元的用电需求，进一步判断储能单元是否需要充电，以提高发电单元的电能利用率。

所述预设的充电电量阈值可以是储能单元电池的标称容量，也可以根据储能单元的实际运行情况进行设定。

当储能单元的剩余电量小于预设的充电电量阈值时，此时，判断储能单元需要充电，控制所述发电单元为所述储能单元进行充电。若储能单元的剩余电量大于或等于预设的充电电量阈值，则判断储能单元无需充电，控制所述储能系统处于待机状态。

所述发电单元可以直接为所述储能单元的充电提供电能，也可以根据能源系统各单元的用电情况调整储能单元的充电方式，以实现能源系统电能的最大化利用。

在一个实施例中，所述控制所述储能单元充电的步骤，包括：

获取预设的储能单元的最大充电量和储能单元的充电输入电压。

根据所述储能单元的剩余电量，从预设的充电系数表中获取与该剩余电量对应的充电系数。

按照以下公式，获取储能单元的充电电流：

其中，I

按照所述充电电流，对所述储能单元进行充电。

所述预设的储能单元的最大充电量可根据能源系统的具体运行情况进行设定。

所述储能单元的充电输出电压可通过设置在储能单元充电回路上的电能检测设备检测得到。

所述预设的充电系数表中保存有与储能单元的剩余电量对应的各项充电系数，其中，储能单元的剩余电量越大，对应的充电系数越小。

具体地，在一个实施例中，所述充电系数表如表1所示：

表1充电系数表

根据储能单元的剩余电量，从该充电系数表中查找与该剩余电量对应的充电系数α，并根据上述公式计算储能单元的充电电流，当储能单元的剩余电量越大时，储能系统的充电电流越小，通过降低充电电流，放置储能单元过度充电造成电池损坏，提高储能单元的充放电循环寿命和可靠性。

在一个示例性的实施例中，在获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量的步骤之后，还包括：

若所述发电单元的发电量小于所述负载单元的用电量，获取所述储能单元的剩余电量；

若所述储能单元的剩余电量大于预设的放电电量阈值，控制所述储能单元放电；

当所述发电单元的发电量小于所述负载单元的用电量时，判断发电单元的发电量无法满足负载单元的用电需求，此时，需要通过储能单元放电以满足能源系统的用电需求。

所述预设的放电电量阈值可以是储能单元维持自身正常运转所需的最低电量，可根据储能单元的具体运行情况进行确定。

当储能单元的剩余电量大于预设的放电电量阈值时，表示储能单元在维持自身正常运转的同时还有多余电量供能源系统消耗，此时，可以通过控制储能系统放电以满足能源系统的用电需求；当储能单元的剩余电量小于或等于预设的放电电量阈值，则判断储能单元剩余电量仅能维持自身运转，此时，控制所述储能系统处于待机状态。

在一个实施例中，所述控制所述储能单元放电的步骤，包括：

获取预设的储能单元的最大放电量和储能单元的放电输出电压；

根据所述储能单元的剩余电量，从预设的放电系数表中获取与该剩余电量对应的放电系数；

按照以下公式，获取储能单元的放电电流：

其中，I

按照所述放电电流，对所述储能单元进行放电。

所述预设的储能单元的最大放电量可根据能源系统的具体运行情况进行设定。

所述储能单元的放电输出电压可通过设置在储能单元放电回路上的电能检测设备检测得到。

所述预设的放电系数表中保存有与储能单元的剩余电量对应的各项放电系数，其中，储能单元的剩余电量越大，对应的放电系数越大。

具体地，在一个实施例中，所述放电系数表如表2所示：

表2放电系数表

根据储能单元的剩余电量，从该放电系数表中查找与该剩余电量对应的放电系数β，并根据上述公式计算储能单元的放电电流，当储能单元的剩余电量越小时，储能系统的放电电流越小，通过降低放电电流，放置储能单元过度放电造成电池损坏，提高储能单元的充放电循环寿命和可靠性。

在一个示例性的实施例中，所述能源系统还包括燃料发电单元；

所述燃料发电单元可以是燃料电池，燃料电池具有绿色、高效，灵活的模块化结构和稳定的功率输出，为广泛应用的绿色能源之一。然而，燃料电池由于内部电化学和热力学反应缓慢的原因，往往难以快速响应光伏发电和电力负荷瞬变，为了提高能源系统的运行稳定性，本申请实施例在控制所述储能单元放电的步骤之后，还包括：

获取储能单元的放电量；

若所述发电单元的发电量和所述储能单元放电量小于能源系统的总用电量，控制所述燃料发电单元发电，否则，控制所述燃料发电单元处于待机状态。

所述储能单元的放电量可以通过设置在储能单元放电回路上的电能检测设备检测得到。

当发电单元的发电量和储能单元的放电量大于或等于能源系统的总用电量时，利用供电质量更加稳定的发电单元和储能单元为能源系统供电，提高能源系统的稳定性和鲁棒性。当发电单元的发电量和储能单元的放电量小于能源系统的总用电量时，发电单元和储能单元无法满足满足能源系统的用电需求时，通过借助燃料发电单元发电以满足能源系统的用电需求，保证能源系统的平稳运行。

如图2所示，本申请实施例还提供了一种能源系统控制装置，可以应用于能源系统中，所述能源系统包括发电单元、储能单元和负载单元；所述发电单元分别与所述储能单元和所述负载单元连接；

所述能源系统控制装置包括：

数据获取模块1，用于获取发电单元的发电量、储能单元的用电量和所述负载单元的用电量；

输出调整模块2，用于若所述发电单元的发电量大于所述能源系统的总用电量，则按照预设的步长逐步减小所述发电单元的输出功率；其中，所述能源系统的总用电量包括储能单元的用电量和负载单元的用电量。

需要说明的是，上述实施例提供的能源系统控制装置在执行能源系统控制方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分为不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的能源系统控制装置与能源系统控制方法属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

如图3所示，本申请实施例还提供了一种能源系统，包括发电单元1、储能单元2、负载单元3、第一直流母线4、控制器5和燃料发电单元6。

所述发电单元1包括光伏电池11、光伏电压转换单元12，所述光伏电池11与所述光伏电压转换单元12连接。

所述光伏电压转换单元12用于对所述光伏电池的发电电压转换为目标电压，并输出电压至第一直流母线4上。其中，所述目标电压可根据负载单元的负载大小来确定。

所述储能单元2包括相互连接的储能控制单元21和储能电池22，所述储能电压转换单元21与第一直流母线4连接；

所述储能电压转换单元21用于控制储能电池22处于充电、放电或待机的工作状态，和在充电状态下控制储能电池22的充电电流，在放电状态下时控制储能电池22的放电电流。

所述负载单元3包括第一负载31、电源电压转换单元32、第二直流母线33和第二负载34；

所述第一负载31与第一直流母线4连接。

所述电源电压转换单元32分别与第一直流母线4和第二直流母线33连接，所述第二负载34与所述第二直流母线33连接。

所述控制器5用于采集能源系统中的多项运行参数和接收用户设置的多项预设参数，并根据所述运行参数和所述预设参数进行逻辑判断，并下发控制指令控制发电单元1、储能单元2和燃料发电单元6的运行。

所述运行参数包括但不限于发电单元1的发电量、储能单元2的充电量和放电量、储能单元2的剩余电量和负载单元3的用电量，所述预设参数包括但不限于储能单元2的最大充电量和储能单元2的最大放电量。

所述控制器5包括存储器51以及处理器52；

所述存储器51，用于存储个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述处理器52执行，使得所述处理器实现如上述任一项所述的能源系统控制方法。

所述燃料发电单元6包括燃料电池61、继电器开关62和燃料电压转换单元63；所述燃料电池61通过继电器开关62连接所述燃料电压转换单元63。

所述继电器开关62用于接收控制器5的控制信号，并控制燃料电池61的开启和关闭。所述燃料电压转换单元63输出电压至第一直流母线4上。

具体地，在本申请实施例中，所述第一负载31为400V直流负载，第一直流母线4为400V直流母线，光伏电压转换单元12用于将光伏电池11发电电压转换为400V直流电，燃料电压转换单元63用于将燃料电池61发电电压转换为400V直流电，第二负载34为48V直流负载，第二直流母线33为48V直流母线，电源电压转换单元32用于将400V直流电转换为48V直流。

本申请所述能源系统分别采用了光伏电池、燃料电池和储能电池三部分用于供电，具备较高的可拓展性，可以满足不同容量等级的发电需求，并且，本申请所述能源系统控制方法通过比对负载单元用电量和光伏电池、燃料电池和储能电池的发电量，从而确定光伏电池、燃料电池和储能电池的电能管理和分配策略，提升了能源系统的电能管理和调度的能力；本申请通过使用储能电池参与能源系统管理和调度，解决了燃料电池由于内部电化学和热力学反应缓慢的原因难以快速响应的问题，实现能源系统的快速动态响应，提高了能源系统的稳定性和鲁棒性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。