基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統及方法與流程

2023-09-17 06:01:30

本發明涉及供電技術領域，特別是涉及一種基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統及方法。

背景技術：

目前，在現有的岸電系統中，電源一般是將配電網高壓電經港口變電站降壓、再經過變頻器調壓調頻後接到碼頭岸電箱。但是這種供電方式的電能來源途徑單一，改造時常會面臨配電網容量不足等問題，並且無法充分利用可再生能源，造成能源的浪費。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統，可充分利用多種不同途徑的能源。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統，所述能量管理系統包括：

母線，與負載連接，所述母線上的電壓流入至所述負載中；

光伏發電裝置，與所述母線連接，用於將太陽能轉化的電能傳送至所述母線；

風力發電裝置，與所述母線連接，用於將風能轉化的電能傳送至所述母線；

配電網，與所述母線連接，用於向所述母線輸送電能，或者通過所述母線獲取電能；

電池儲能裝置，與所述母線連接，用於向所述母線放電，或者通過所述母線充電；以及

電容儲能裝置，與所述母線連接，用於向所述母線放電，或者通過所述母線充電。

可選的，所述母線為直流母線。

可選的，所述負載包括直流負載和/或交流負載；其中，

所述能量管理系統還包括：

負載逆變器，設置在所述直流母線與交流負載之間，用於將直流母線上的直流電壓轉化為交流電壓，並輸送至所述交流負載；

風力逆變器，設置在所述風力發電裝置與直流母線之間，用於將所述風力發電裝置產生的交流電壓轉化為直流電壓，並傳送至所述直流母線上；

配電逆變器，設置在所述直流母線與所述配電網之間，用於將配電網中輸出的交流電壓轉化為直流電壓，並傳輸至所述直流母線；或者，將所述直流母線上的直流電壓轉化為交流電壓，並傳輸出至所述配電網。

可選的，所述能量管理系統還包括：

光伏變換器，設置在所述光伏發電裝置與所述直流母線之間，用於調整所述光伏發電裝置向所述直流母線傳輸的直流電壓。

可選的，所述能量管理系統還包括：

電池儲能變換器，設置在所述電池儲能裝置與所述直流母線之間，用於調整所述電池儲能裝置向所述直流母線上傳輸的直流電壓，以實現所述電池儲能裝置向所述直流母線放電；或調整直流母線傳輸至所述電池儲能裝置的直流電壓，以實現所述電池儲能裝置通過所述直流母線充電。

可選的，所述能量管理系統還包括：

電容儲能變換器，設置在所述電容儲能裝置與所述直流母線之間，用於調整所述電容儲能變換器向所述直流母線上傳輸的直流電壓，以實現所述電容儲能裝置向所述直流母線放電；或調整直流母線傳輸至所述電容儲能裝置的直流電壓，以實現所述電容儲能裝置通過所述直流母線充電。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統通過將光伏發電裝置、風力發電裝置、配電網、電池儲能裝置及電容儲能裝置分別與母線連接，從而實現對多種不同途徑的能源的充分利用，進而確保母線上電壓的穩定性。

本發明的目的是提供一種基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理方法，可充分利用多種不同途徑的能源，同時對各能源優化控制，以提高用戶用電的穩定性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種使用上述基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統的能量管理方法，所述能量管理方法包括：

檢測所述基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統中光伏發電裝置的輸出功率PPV、風力發電裝置的輸出功率PWT、電池儲能裝置的輸出功率變化量ΔPbat、電容儲能裝置的輸出功率變化量ΔPSC以及母線上的當前電壓U；

根據所述光伏發電裝置的輸出功率PPV、風力發電裝置的輸出功率PWT、電池儲能裝置的輸出功率變化量ΔPbat、電容儲能裝置的輸出功率變化量ΔPSC以及母線上的當前電壓U，調整所述基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統的工作模式，控制所述電池儲能裝置、電容儲能裝置的充放電以及所述配電網與所述母線間的電能傳輸。

可選的，所述控制所述電池儲能裝置、電容儲能裝置的充放電以及所述配電網與所述母線間的電能傳輸的方法包括：

當(PWT+PPV)+△Pbat≥Pload≥PWT+PPV或者(1-a)UR≤U<UR時，所述能量管理系統工作於模式1，控制電池儲能裝置工作於放電模式；

當PWT+PPV≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat或者UR<U≤(1+a)UR時，所述能量管理系統工作於模式2，控制電池儲能裝置工作於充電模式；

當(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC≥Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat或者(1-b)UR≤U<(1-a)UR時，所述能量管理系統工作於模式3，控制電池儲能裝置和電容儲能裝置同時工作於放電模式；當電池儲能裝置和電容儲能裝置低於設定值時，併網從配電網中獲取電能，同時向電池儲能裝置和電容儲能裝置充電；

當(PWT+PPV)-△Pbat≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC或者(1+a)UR<U≤(1+b)UR時，所述能量管理系統工作於模式4，控制電池儲能裝置和電容儲能裝置工作於充電模式；當電池儲能裝置和電容儲能裝置充滿電後，併網向配電網輸送電能；

當Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC時，或者當U<(1-b)UR時，所述能量管理系統工作於模式5，併網從配電網中獲取電能，同時向電池儲能裝置和電容儲能裝置充電；

當(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC≥Pload或者(1+b)UR<U時，所述能量管理系統工作於模式6，併網向配電網輸送電能；

其中，UR為額定電壓、Pload為負載需求功率，a、b分別為電壓誤差率。

可選的，a的取值為3％，b的取值為5％。

可選的，所述母線為直流母線。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理方法通過將光伏發電裝置、風力發電裝置、配電網、電池儲能裝置及電容儲能裝置分別與母線連接，從而實現對多種不同途徑的能源的充分利用，進而確保母線上電壓的穩定性；此外，根據實時獲取的光伏發電裝置的輸出功率PPV、風力發電裝置的輸出功率PWT、電池儲能裝置的輸出功率變化量ΔPbat、電容儲能裝置的輸出功率變化量ΔPSC以及母線上的當前電壓U對調控各個能源裝置的工作情況，可有效降低對配電網的依賴性，同時也可提高供電的可靠性，並能夠達到節能減排，減少汙染物排放的效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統的結構示意圖；

圖2為本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理方法的流程圖。

符號說明：

母線 1 光伏發電裝置 2

光伏變換器 21 風力發電裝置 3

風力逆變器 31 配電網 4

配電逆變器 41 電池儲能裝置 5

電池儲能變換器 51 電容儲能裝置 6

電容儲能變換器 61 直流負載 7

交流負載 8 負載逆變器 81。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明的目的是提供一種基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統，通過將光伏發電裝置、風力發電裝置、配電網、電池儲能裝置及電容儲能裝置分別與母線連接，從而實現對多種不同途徑的能源的充分利用，進而確保母線上電壓的穩定性。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統包括母線1、光伏發電裝置2、風力發電裝置3、配電網4、電池儲能裝置5及電容儲能裝置6。其中，所述母線1與負載連接，所述母線1上的電壓流入至所述負載中；所述光伏發電裝置2與所述母線1連接，用於將太陽能轉化的電能傳送至所述母線1；所述風力發電裝置3與所述母線1連接，用於將風能轉化的電能傳送至所述母線1；所述配電網4與所述母線1連接，用於向所述母線1輸送電能，或者通過所述母線1獲取電能；所述電池儲能裝置5與所述母線1連接，用於向所述母線1放電，或者通過所述母線1充電；所述電容儲能裝置6與所述母線1連接，用於向所述母線1放電，或者通過所述母線1充電。

其中，所述母線1為直流母線。所述負載包括直流負載7和/或交流負載8(如圖1所示)。

進一步地，本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統還包括：負載逆變器81、風力逆變器31及配電逆變器41；其中，所述負載逆變器81設置在所述直流母線與交流負載8之間，用於將直流母線上的直流電壓轉化為交流電壓，並輸送至所述交流負載8；所述風力逆變器設置在所述風力發電裝置3與直流母線之間，用於將所述風力發電裝置3產生的交流電壓轉化為直流電壓，並傳送至所述直流母線上；所述配電逆變器41設置在所述直流母線與所述配電網4之間，用於將配電網4中輸出的交流電壓轉化為直流電壓，並傳輸至所述直流母線；或者，將所述直流母線上的直流電壓轉化為交流電壓，並傳輸出至所述配電網4。在本實施例中，所述載逆變器91、風力逆變器31及配電逆變器41可為分別為DC/AC逆變器。

此外，本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統還包括光伏變換器21，所述光伏變換器21設置在所述光伏發電裝置2與所述直流母線之間，用於調整所述光伏發電裝置向所述直流母線傳輸的直流電壓。

進一步地，本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統還包括電池儲能變換器51，所述電池儲能變換器51設置在所述電池儲能裝置5與所述直流母線之間，用於調整所述電池儲能裝置5向所述直流母線上傳輸的直流電壓，以實現所述電池儲能裝置5向所述直流母線放電；或調整直流母線傳輸至所述電池儲能裝置5的直流電壓，以實現所述電池儲能裝置5通過所述直流母線充電。在本實施例中，所述電池儲能變換器51為鋰電池。

可選的，本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統還包括電容儲能變換器61，所述電容儲能變換器61設置在所述電容儲能裝置6與所述直流母線之間，用於調整所述電容儲能變換器7向所述直流母線上傳輸的直流電壓，以實現所述電容儲能裝置向所述直流母線放電；或調整直流母線傳輸至所述電容儲能裝置的直流電壓，以實現所述電容儲能裝置通過所述直流母線充電。在本實施例中，所述電容儲能變換器61為超級電容。

在本發明中，通過設置光伏變換器21、電池儲能變換器51以及電容儲能變換器61中至少一個，可有效對直流電壓進行調整，將固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，輸送至直流母線，從而確保直流母線上電壓的穩定性以及系統功率的平衡性。在本實施例中，所述光伏變換器21、電池儲能變換器51、電容儲能變換器61可分別為DC/DC變換器。

直流母線通過公共連接點(point of common coupling，PCC)與配電網相連，兩者之間可進行傳遞能量的相互傳輸。對於光伏發電裝置而言，其經光伏變換器連接在直流母線上，根據實際運行需要，選擇能充分利用太陽能的最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracker,MPPT)控制方法。風力發電裝置通過可控整流器逆變器連接到直流母線，根據風速變化，可採用MPPT控制。而電池儲能裝置和電容儲能裝置組成的混合儲能部件，各儲能元件分別經雙向DC/DC變換器與直流母線相連，確保直流母線電壓穩定以及系統功率處於平衡狀態。在系統運行期間，可根據負載重要程度選擇卸載負載，以維持系統功率平衡。

此外，本發明還提供一種基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理方法，通過將光伏發電裝置、風力發電裝置、配電網、電池儲能裝置及電容儲能裝置分別與母線連接，從而實現對多種不同途徑的能源的充分利用，進而確保母線上電壓的穩定性；此外，根據實時獲取的光伏發電裝置的輸出功率PPV、風力發電裝置的輸出功率PWT、電池儲能裝置的輸出功率變化量ΔPbat、電容儲能裝置的輸出功率變化量ΔPSC以及母線上的當前電壓U對調控各個能源裝置的工作情況，可有效降低對配電網的依賴性，同時也可提高供電的可靠性，並能夠達到節能減排，減少汙染物排放的效果。

如圖2所示，本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理方法包括：

步驟100：檢測所述基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統中光伏發電裝置的輸出功率PPV、風力發電裝置的輸出功率PWT、電池儲能裝置的輸出功率變化量ΔPbat、電容儲能裝置的輸出功率變化量ΔPSC以及母線上的當前電壓U；

步驟200：根據所述光伏發電裝置的輸出功率PPV、風力發電裝置的輸出功率PWT、電池儲能裝置的輸出功率變化量ΔPbat、電容儲能裝置的輸出功率變化量ΔPSC以及母線上的當前電壓U，調整所述基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理系統的工作模式，控制所述電池儲能裝置、電容儲能裝置的充放電以及所述配電網與所述母線間的電能傳輸。進一步地，所述母線為直流母線。

如表1所示，在步驟200中，所述控制所述電池儲能裝置、電容儲能裝置的充放電以及所述配電網與所述母線間的電能傳輸的方法包括：

(1)當(PWT+PPV)+△Pbat≥Pload≥PWT+PPV或者(1-a)UR≤U<UR時，所述能量管理系統工作於模式1，控制電池儲能裝置工作於放電模式；

(2)當PWT+PPV≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat或者UR<U≤(1+a)UR時，所述能量管理系統工作於模式2，控制電池儲能裝置工作於充電模式；

(3)當(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC≥Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat或者(1-b)UR≤U<(1-a)UR時，所述能量管理系統工作於模式3，控制電池儲能裝置和電容儲能裝置同時工作於放電模式；當電池儲能裝置和電容儲能裝置低於設定值時，併網從配電網中獲取電能，同時向電池儲能裝置和電容儲能裝置充電；

(4)當(PWT+PPV)-△Pbat≥Pload≥(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC或者(1+a)UR<U≤(1+b)UR時，所述能量管理系統工作於模式4，控制電池儲能裝置和電容儲能裝置工作於充電模式；當電池儲能裝置和電容儲能裝置充滿電後，併網向配電網輸送電能；

(5)當Pload≥(PWT+PPV)+△Pbat+△PSC時，或者當U<(1-b)UR時，所述能量管理系統工作於模式5，併網從配電網中獲取電能，同時向電池儲能裝置和電容儲能裝置充電；

(6)當(PWT+PPV)-△Pbat-△PSC≥Pload或者(1+b)UR<U時，所述能量管理系統工作於模式6，併網向配電網輸送電能；

其中，UR為額定電壓、Pload為負載需求功率，a、b分別為電壓誤差率，在本實施例中，a的取值為3％，b的取值為5％，但並不以此為限。

表1

本發明基於新能源混合供電的港口岸電的能量管理方法通過引入多種可再生能源發電、混合儲能部件儲能，可確保對負載供電的穩定性；通過合理調控各個能源的工作情況，減少對大電網的依賴，進一步提高供電的穩定性及可靠性，達到節能減排，減少汙染物排放的效果。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。