一种离网型光储充供电协调控制系统及方法
文献发布时间:2023-06-19 11:09:54
技术领域
本发明涉及微电网技术领域,具体涉及一种离网型光储充供电协调控制系统 及方法。
背景技术
电动汽车的快速发展,对传统配电网供电能力带来较大冲击,建立“光储充” 一体化充电站,可为新能源汽车充电设施建设提供一次创新尝试,可大幅减少充 电站对配电网的供电能力需求。充电站使用的是清洁能源供电,通过光伏发电后 储存电能,光伏、储能和充电设施形成了一个微网,根据需求与公共电网智能互 动,并可实现并网、离网两种不同运行模式。光储充微网一体化解决方案,将能 够解决在有限的土地资源里配电网的问题,通过能量存储和优化配置实现本地能 源生产与用能负荷基本平衡,可根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行, 尽可能的使用新能源,缓解了充电桩用电对电网的冲击;在能耗方面,直接使用 储能电池给动力电池充电,提高了能源转换效率。
传统离网型光储供电协调控制系统中采用三级通讯网络结构,通过上层网络, 中层PLC进行控制,底层设备进行动作,中层PLC引起通讯环节的增加,且设 备投资大,网络设备故障概率高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离网型光储充供电协调控制系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种离网型光储充供电协调控制系统, 包括串口服务器、交换机、协调控制主机;
微网中的设备通讯采用串口线以Modbus-RTU协议方式,则接入串口服务器, 微网中的设备通讯采用网线并Modbus-TCP协议或者104协议方式,则直接接入 交换机;协调控制主机会同所有的设备通讯,并将信息进行采集处理分析,判断 光储充系统状态、提供系统决策。
一种离网型光储充供电协调控制方法,包括以下步骤:
步骤1、系统初始化;
步骤2、判断是否停机状态,是,则进入停机子程序,停机子程序结束后, 返回步骤2,否则步骤3;
步骤3、判断是否运行状态,是,则进入运行子程序,运行子程序结束后, 返回步骤2,否则步骤4;
步骤4、判断是否故障状态,是,则进入故障子程序,故障子程序结束后, 返回步骤2,否则返回步骤1。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:(1)本发明简化传统三层网架结果, 减少了设备投资,降低了网络设备故障概率;(2)通过储能主从控制,避免储能 做主电源时的多级并联问题,并通过追随控制策略,实现了离网系统中源-荷不 匹配情况下的储能能量不足问题;(3)系统部分通过纯通讯网络方式实现被控对 象的控制,相比传统通过上层网络、中层PLC进行控制、底层设备进行动作, 更加易于系统组网,减少由中层PLC引起的通讯环节的增加。
附图说明
图1为协调控制系统示意图。
图2为控制方法主程序流程图。
图3为停机子程序流程图。
图4为离网运行子程序流程图。
图5为故障子程序流程图。
图6为协调控制系统实施案例示意图。
图7(a)、图7(b)、图7(c)分别为储能1初始化、储能2初始化、光伏 初始化流程图。
图8为主储能开机流程图。
图9为辅助储能开机流程图。
图10为光伏开机流程图。
图11为主储能运行子程序流程图。
图12为辅储能运行子程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示,协调控制系统包括串口服务器、交换机、协调控制主机,微网 系统中充电桩、光伏、储能等,微网中的设备通讯采用串口线以Modbus-RTU协 议方式,则接入串口服务器,微网中的设备通讯采用网线并Modbus-TCP协议或 者104协议方式,则直接接入交换机;串口服务器可以将串口通讯规约转换为标 准的协调控制主机相同的协议,然后同交换机连接,所有设备信息能够与协调控 制主机交互;协调控制主机会同所有的设备通讯,并将信息进行采集处理分析, 判断光储充系统状态、提供系统决策。所述判断光储充系统状态、提供系统决策 的具体方法详见下述控制方法内容。
一种离网型光储充供电协调控制方法,如图2所示,包括以下步骤:
步骤1、系统初始化;
步骤2、判断是否停机状态,是,则进入停机子程序,停机子程序结束后, 返回步骤2,否则步骤3;
步骤3、判断是否运行状态,是,则进入运行子程序,运行子程序结束后, 返回步骤2,否则步骤4;
步骤4、判断是否故障状态,是,则进入故障子程序,故障子程序结束后, 返回步骤2,否则返回步骤1。
进一步的,步骤1中,所述系统初始化,是指光储充微网协调控制系统自身 所有参数、变量进行默认配置,并分别对多个(如有)光伏系统初始化、多个(如 有)储能系统初始化。
进一步的,步骤2中,所述判断是否停机状态:
1)判断光伏停机状态,由光伏逆变器的点表信号组成关机状态的逻辑;
2)判断储能停机状态,由储能PCS的点表信号组成关机状态的逻辑;
主储能停机状态;
辅助储能1停机状态;
辅助储能n停机状态。
3)判断BMS停机状态;
4)以上3个状态同时成立,且无故障,则认为该状态为停机状态,进入停 机子程序,否则步骤3。
进一步的,步骤3中,所述判断是否运行状态:
1)判断光伏开机状态,由光伏逆变器的点表信号组成开机状态的逻辑。
2)判断储能PCS开机状态,由PCS的点表信号组成开机状态的逻辑。
3)判断BMS开机状态,由BMS的点表信号组成开机状态的逻辑。
4)以上3个状态同时成立,则认为该状态为开机状态。则进入运行子程序, 否则步骤4。
进一步的,步骤4中,所述判断是否故障状态:
1)判断光伏故障,由光伏逆变器的点表信号组成故障状态的逻辑。
2)判断储能故障,由PCS的点表信号组成故障状态的逻辑。
3)判断BMS故障,由BMS的点表信号组成故障状态的逻辑。
4)其他故障
系统故障;
BMS通讯不正常;
光伏通讯正常不正常;
PCS通讯不正常;
通讯心跳超过10s则认为不正常;
5)以上4个状态只要任一故障成立,则认为该状态为故障状态,进入故障 子程序。
如图3所示,所述停机子程序为:
1)判断是否手动模式,是则下一步,否则第3)步;
2)判断是否切换为自动,是则下一步,否则第4)步;
3)进入一键开机程序:
主储能开机、辅助储能1开机、…辅助储能n开机,光伏1开机、光伏n开 机;
4)判断是否有手动一键开机指令,是则下一步,否则返回2);
5)判断开机是否成功,成功则结束流程,进入故障状态。
如图4所示,所述运行子程序为:
1)判断是否手动模式,是则下一步,否则第6)、7)、8)步;
2)判断是否有手动一键停机指令,是则下一步;
3)判断是否切换为自动,是则执行第8)步;否则下一步;
4)进入一键停机程序:
充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅助储能n停 机、主储能停机;
5)判断停机是否成功,成功则执行第8)步,否则进入故障状态;
6)主储能soc控制子程序:
a)主储能soc是否大于等于高位上限,是则下一步,否则执行步骤e);
b)限制光伏发电;
c)主储能soc是否小于等于高位下限,是则下一步,否则执行步骤i);
d)恢复光伏发电;
e)主储能soc是否小于等于低位下限。是则下一步,否则执行步骤i);
f)停止全部或部分充电桩负荷;
g)主储能soc是否大于等于低位上限,是则下一步,否则执行步骤i);
h)恢复全部或部分充电桩负荷;
i)返回。
7)辅储能追随主储能soc运行:
a)判断辅储能soc与主储能偏差是否越限,是则下一步,否则执行步骤e);
b)控制辅储能soc向主储能soc一致方向按照一定功率值进行充电或者放 电;
c)判断辅储能soc与主储能偏差小于一定值,则下一步;否则执行步骤e);
d)停止辅储能充放电行为;
e)返回;
8)程序返回。
如图5所示,所述故障子程序为:
1)停机流程:充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、… 辅助储能n停机、主储能停机;按照顺序执行,原则是先停负荷、再停电源、再 停储能;
2)判断是否有手动复归指令,是则下一步,否则执行步骤5);
3)复归:充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅 助储能n停机、主储能停机;
4)判断是否停机态;是则下一步,否则返回步骤2);
5)返回。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
实施例
如图6所示,本实施例的协调控制系统包括串口服务器、交换机、协调控制 主机,微网系统中充电桩7台、一组光伏#1,2组储能,储能#1为主储能,储能 #2为辅助储能,其中光伏、储能通过485线Modbus-RTU协议通讯的设备接入 串口服务器,充电桩通过网线Modbus-TCP协议通讯接入交换机。
控制方法包括以下步骤:
步骤1、系统初始化;
如图7(a)、图7(b)、图7(c),系统初始化包括储能1、储能2、光伏的 初始化,结合储能、光伏逆变器厂家的控制软件要求进行初始化。
步骤2、判断是否停机状态,是,则进入停机子程序,停机子程序结束后, 返回步骤2,否则步骤3;
步骤3、判断是否运行状态,是,则进入运行子程序,运行子程序结束后, 返回步骤2,否则步骤4;
步骤4、判断是否故障状态,是,则进入故障子程序,故障子程序结束后, 返回步骤2,否则返回步骤1。
步骤1中,所述系统初始化,是指光储充微网协调控制系统自身所有参数、 变量进行默认配置,并分别对多个(如有)光伏系统初始化、多个(如有)储能 系统初始化。
步骤2中,所述判断是否停机状态:
1)判断光伏停机状态,由光伏逆变器的点表信号组成关机状态的逻辑。
Yc_295DD5X光伏DCDC_1_PM_state==0,视为停机。
表达式左侧是一个代号,定义为光伏停机状态,==是编程语言中常用的判 断语句,即光伏停机状态变量是否为零的意思。
2)判断储能停机状态,由储能PCS的点表信号组成关机状态的逻辑。
主副储能均停机视为停机;
主储能停机状态:
Yc_0储能DD250_1_1_StatusDisplay(主要状态)状态码==0
辅储能停机状态:
Yc_59储能DD250_2_2_StatusDisplay(主要状态)状态码==0
3)判断BMS停机状态
由BMS的点表信号组成停机状态的逻辑。
由于实例中储能系统BMS无停机态,上电即投入运行,视为待机。
Yc_119电池BMS_1_1_电池堆工作状态==3就绪(电池可充放)
4)以上3个状态同时成立,且无故障,则认为该状态为停机状态,进入停机 子程序,否则步骤3;
步骤3中,判断是否运行状态:
1)判断光伏开机状态,由光伏逆变器的点表信号组成开机状态的逻辑。
Yc_295DD5X光伏DCDC_1_PM_state==8,成立即为开机状态
2)判断储能PCS开机状态,由PCS的点表信号组成开机状态的逻辑。 主辅储能开机即视为开机。
Yc_0储能DD250_1_1_StatusDisplay(主要状态)状态码==8为主储能开机;
Yc_59储能DD250_2_2_StatusDisplay(主要状态)状态码==8,为辅储能 开机;
3)判断BMS开机状态,由BMS的点表信号组成开机状态的逻辑。
Yc_119电池BMS_1_1_电池堆工作状态==3&&Yc_118电池BMS_1_1_堆 电池保护状态==0同时成立视为开机。
4)以上3个状态同时成立,则认为该状态为开机状态。则进入运行子程序, 否则步骤4;
步骤4中判断是否故障状态:
1)判断光伏故障,由光伏逆变器的点表信号组成故障状态的逻辑。
Yc_296DD5X光伏DCDC_1_Alarm!=0
本表达式代表左边变量不等于0,用!=标示。
2)判断储能故障,由PCS的点表信号组成故障状态的逻辑。
Yc_1储能DD250_1_1_故障码Alarm!=0
Yc_60储能DD250_2_2_故障码Alarm!=0
3)判断BMS故障,由BMS的点表信号组成故障状态的逻辑。
Yc_119电池BMS_1_1_电池堆工作状态==5
4)其他故障
系统故障;
BMS通讯不正常;
光伏通讯正常不正常;
PCS通讯不正常;
注:通讯心跳超过一定时间则认为不正常,一般时间未15s以上。
5)以上4个状态只要故障成立,则认为该状态为故障状态,进入故障子程 序。
附:子程序流程
(1)停机子程序
1)判断是否手动模式,是则下一步,否则第3)步;
2)判断是否切换为自动,是则下一步,否则第4)步;
3)进入一键开机程序:
主储能开机、辅助储能1开机、辅助储能2开机,光伏1开机;如图8、图 9、图10所示。
4)判断是否有手动一键开机指令,是则下一步,否则返回2);
5)判断开机是否成功,成功则结束流程,进入故障状态。
(2)运行子程序
1)判断是否手动模式,是则下一步,否则第6)、7)、8)步;
2)判断是否有手动一键停机指令,是则下一步;
3)判断是否切换为自动,是则8);否则下一步;
4)进入一键停机程序:
充电桩停机、光伏1停机、光伏n停机、辅助储能1停机、…辅助储能n停 机、主储能停机
5)判断停机是否成功,成功则8),否则进入故障状态。
6)如图11所示,主储能soc控制子程序:
a)主储能soc是否大于等于高位上限90%,是则下一步,否则e;
b)限制光伏发电功率为0;
c)主储能soc是否小于等于高位下限80%,是则下一步,否则i;
d)恢复光伏发电为正常值;
e)主储能soc是否小于等于低位下限20%。是则下一步,否则i
f)停止全部充电桩负荷;
g)主储能soc是否大于等于低位上限40%,是则下一步,否则i;
h)恢复全部充电桩负荷;
i)返回。
7)如图12所示,辅储能追随主储能soc运行
a)判断辅储能soc与主储能偏差是否超过15%,是则下一步,否则e;
b)控制辅储能soc向主储能soc一致方向按照一定功率值进行充电或者放 电;
c)判断辅储能soc与主储能偏差小于一定值5%,则下一步;否则e;
d)停止辅储能充放电行为;
e)返回;
8)程序返回。
(3)故障子程序
1)停机流程:充电桩停机、光伏停机、储能2停机、储能1停机;
充电桩首先停机,下发如下指令:
Yt_70充电桩_1号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_72充电桩_2号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_74充电桩_3号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_76充电桩_4号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_78充电桩_5号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_80充电桩_6号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_82充电桩_7号_20kw禁止/允许充电==0
Yt_84充电桩_8号_20kw禁止/允许充电==0
光伏停机,下发如下指令:
103DD5X光伏DCDC_1_Control-Mode cmd_起停==0
辅助储能即储能2停机,下发如下指令:
Yt_68储能DD250_2_2_cmd运行指令/Control-Mode==0
主储能即储能1停机,下发如下指令:
Yt_33储能DD250_1_1_cmd运行指令/Control-Mode==0
2)判断是否有手动复归指令,是则下一步,否5)
3)复归:光伏停机、储能2停机、储能1停机;
光伏复归:Yt_102DD5X光伏DCDC_1_Reset_cmd==1
储能1复归:Yt_32储能DD250_1_1_Reset命令==1
储能2复归:Yt_67储能DD250_2_2_Reset命令==1
4)判断是否停机态;是则下一步,否2);
5)返回。
本发明针对传统离网型光储供电协调控制系统中3级通讯网络结构,提出通 过纯通讯网络方式实现被控对象的控制,相比传统通过上层网络,中层PLC进 行控制,底层设备进行动作,更加易于系统组网,减少由中层PLC引起的通讯 环节的增加。此外,本发明提出了主从储能跟随控制策略,相比无主从系统,不 存在储能电源多机并联协调控制问题。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细, 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普 通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进, 这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求 为准。
- 一种离网型光储充供电协调控制系统及方法
- 用于离网型通信基站的光柴储混合供电系统及控制方法