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CN118801493A - 一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法 - Google Patents

一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法 Download PDF

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CN118801493A
CN118801493A CN202411276694.1A CN202411276694A CN118801493A CN 118801493 A CN118801493 A CN 118801493A CN 202411276694 A CN202411276694 A CN 202411276694A CN 118801493 A CN118801493 A CN 118801493A
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Zhong Tengwei Network Beijing Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法：S1:获取不同负载率区间柴油发电机对应的平均燃油效率；S2:获取相对最优负载率区间；S3:对相对最优负载率区间进行调整；S4:获取实时负载率；S5:判断实时负载率是否在调整后的相对最优负载率区间内；若不在则计算柴油发电机的输出功率调整量；若在则执行S4；S6:将柴油发电机的输出功率调整量和实时负载功率相加，获得柴油发电机的预输出功率；S7:基于柴油发电机的预输出功率计算其有功功率和无功功率，并将有功功率和无功功率发送给柴油发电机；S8:对调整后的相对最优负载率区间再次进行调整,并不断重复S4‑S8。本发明不仅能降低柴油发电机单位时间内的燃油消耗量，还能提高柴油发电机的输出稳定性。

Description

一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法
技术领域
本发明涉及微电网控制技术领域，更具体的说是涉及一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法。
背景技术
微电网主要运行在电力欠发达地区（如海岛地区等），由于自然环境较差，目前主要以柴油发电机供电形式为主，随着能源价格的上涨和环保意识的提高，新能源技术在实际应用中越来越受到关注。其中，光柴储微电网是一种结合了太阳能、储能系统和柴油发电机的微型电力系统，可以独立运行并保证持续供电。然而，现有的光柴储微电网在运行过程中，存在以下问题：
1）柴油发电机单位时间内燃油消耗量较高，发电效率低下。
2）柴油发电机输出功率波动较大，导致稳定性较差。
因此，如何提供一种光柴储微电网控制方法，其不仅可以降低柴油发电机单位时间内的燃油消耗量，还可以提高柴油发电机的输出稳定性是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，包括以下步骤：
S1:获取不同负载率区间柴油发电机对应的平均燃油效率；
S2:获取最优负载率区间和相对最优负载率区间；其中，所述最优负载率区间为S1中最大平均燃油效率对应的负载率区间；所述相对最优负载率区间为所述最优负载率区间的临近负载率区间和所述最优负载率区间的并集；
S3:基于初始环境温度和初始环境湿度对所述相对最优负载率区间进行调整；
S4:获取实时负载率；
S5:判断所述实时负载率是否在调整后的相对最优负载率区间内；
若不在则基于所述实时负载率和调整后的相对最优负载率区间计算柴油发电机的输出功率调整量；
若在则执行S4；
S6:将所述柴油发电机的输出功率调整量和实时负载功率相加，获得柴油发电机的预输出功率；
S7:基于所述柴油发电机的预输出功率计算其有功功率和无功功率，并将所述有功功率和所述无功功率发送给柴油发电机；
S8:基于实时环境温度和实时环境湿度对调整后的相对最优负载率区间再次进行调整,并不断重复S4-S8。
优选的，S1具体包括以下步骤：
S11:获取不同时刻柴油发电机的负载率、燃油消耗量和输出电能；
S12:基于所述燃油消耗量和所述输出电能，计算不同时刻负载率对应的燃油效率；
S13:对不同时刻负载率对应的燃油效率进行统计，获得不同负载率对应的燃油效率；
S14:对负载率进行区间划分，并计算各个负载率区间对应的平均燃油效率。
优选的，S3具体包括：
S31:获取所述初始环境温度和所述初始环境湿度对应的环境修正因子；
S32:将S31中的环境修正因子与所述相对最优负载率区间相乘，获得调整后的相对最优负载率区间。
优选的，S4中的所述实时负载率基于以下公式计算获得：
；
其中，表示所述实时负载率；表示所述实时负载功率；表示柴油发电机的额定功率。
优选的，S5进一步包括：
S51:获取所述实时负载率和调整后的相对最优负载率区间的最小负载率差值绝对值；
S52:将所述最小负载率差值绝对值乘以柴油发电机的额定功率，获得柴油发电机的输出功率调整量。
优选的，S7中的有功功率和无功功率基于以下公式获得：
；
其中，表示所述有功功率；表示所述无功功率；表示所述实时负载功率；表示所述柴油发电机的输出功率调整量；表示所述柴油发电机的预输出功率；表示功率因数。
优选的，当实时负载率小于调整后的相对最优负载率区间的最小值，且储能系统的储存能量在第一预设范围内时，则将所述柴油发电机的输出功率调整量用于给储能系统充电；
当实时负载率大于调整后的相对最优负载率区间的最大值，且储能系统的储存能量在第二预设范围内时，则利用储能系统提供所述柴油发电机的输出功率调整量。
优选的，S4进一步包括：
S41:计算当前轮次和上一轮次的燃油效率之差；
具体的：当前轮次燃油效率的计算公式为：
；
上一轮次燃油效率的计算公式为：
；
其中，表示当前轮次时刻的燃油效率；依次表示当前轮次时刻的环境温度和环境湿度；表示当前轮次时刻的环境修正系数；表示当前轮次时刻的输出电能；表示当前轮次时刻的燃油消耗量；表示上一轮次时刻的燃油效率；依次表示上一轮次时刻的环境温度和环境湿度；表示上一轮次时刻的环境修正系数；表示上一轮次时刻的输出电能；表示上一轮次时刻的燃油消耗量；
S42:若燃油效率之差的绝对值小于预设阈值,则执行S4；若燃油效率之差的绝对值大于等于预设阈值,则执行S5。
优选的，S7进一步包括：将所述有功功率和所述无功功率调整到柴油发电机的安全运行范围后再发送给柴油发电机。
优选的，所述有功功率和所述无功功率基于以下公式调整到柴油发电机的安全运行范围：
；
其中，表示调整后的有功功率；表示所述有功功率，即调整前的有功功率；表示柴油发电机安全运行的最小有功功率；表示柴油发电机安全运行的最大有功功率；表示调整后的无功功率；表示所述无功功率，即调整前的无功功率；表示柴油发电机安全运行的最小无功功率；表示柴油发电机安全运行的最大无功功率。
优选的，S8具体包括：
S81:获取所述实时环境温度和所述实时环境湿度对应的环境修正因子；
S82:将S81中的环境修正因子与调整后的相对最优负载率区间相乘。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其不仅可以降低柴油发电机单位时间内的燃油消耗量，还可以提高柴油发电机的输出稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的现有光柴储微电网的结构示意图；
图2为本发明提供的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，现有光柴储微电网是指由光伏、柴油发电机、储能系统、负载和能量管理系统(EMS)组成的小型发配电系统。
如图2所示，本发明实施例公开了一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，包括以下步骤：
S1:获取不同负载率区间柴油发电机对应的平均燃油效率；
S2:获取最优负载率区间和相对最优负载率区间；其中，所述最优负载率区间为S1中最大平均燃油效率对应的负载率区间；所述相对最优负载率区间为所述最优负载率区间的临近负载率区间和所述最优负载率区间的并集；
S3:基于初始环境温度和初始环境湿度对所述相对最优负载率区间进行调整；
S4:获取实时负载率；
S5:判断所述实时负载率是否在调整后的相对最优负载率区间内；
若不在则基于所述实时负载率和调整后的相对最优负载率区间计算柴油发电机的输出功率调整量；
若在则执行S4；
S6:将所述柴油发电机的输出功率调整量和实时负载功率相加，获得柴油发电机的预输出功率；
S7:基于所述柴油发电机的预输出功率计算其有功功率和无功功率，并将所述有功功率和所述无功功率发送给柴油发电机；
S8:基于实时环境温度和实时环境湿度对调整后的相对最优负载率区间再次进行调整,并不断重复S4-S8。
进一步的，S1具体包括以下步骤：
S11:获取不同时刻柴油发电机的负载率、燃油消耗量和输出电能；
具体的：
S111:获取柴油发动机的历史运行数据，所述历史运行数据包括视在功率S(t)、有功功率P(t)、无功功率Q(t)、负载率L(t)、负载功率Pload(t)、环境温度T(t)和环境湿度H(t)；
S112:使用上下限阈值法，对历史运行数据进行过滤；即根据视在功率S(t)、有功功率P(t)、无功功率Q(t)、负载率L(t)、负载功率Pload(t)、环境温度T(t)和环境湿度H(t)的阈值范围，剔除历史运行数据中超出阈值范围的数据。
以一台额定功率为 500 kW 的柴油发电机为例，表1示出某天00:00到01:50的历史运行数据（每隔 10 秒收集一次运行数据）：
表1
视在功率 S(t)的阈值范围为: [490, 580] kVA；
有功功率 P(t)的阈值范围为: [440, 510] kW；
无功功率 Q(t)的阈值范围为: [170, 240] kVAR；
负载率 L(t)的阈值范围为: [85%, 102%]；
负载功率Pload(t)的阈值范围为: [0, 500]kW；
环境温度 T(t)的阈值范围为: [27°C, 32°C]；
环境湿度 H(t)的阈值范围为: [63%, 70%]。
过滤过程如下：
视在功率 S(t)：
01:30 记录的 590 kVA 超出上限 580 kVA，剔除；
01:50记录的470 kVA 低于下限 490 kVA，剔除。
有功功率 P(t)：
01:30记录的520kW超出上限510kW，剔除；
01:50 记录的 420 kW 低于下限 440 kW，剔除。
无功功率 Q(t)：
01:30 记录的 250 kVAR 超出上限 240 kVAR，剔除；
01:50 记录的160 kVAR 低于下限 170 kVAR，剔除；
负载率 L(t)：
01:30 记录的 104% 超出上限 102%，剔除。
01:50 记录的 84% 低于下限 85%，剔除。
环境温度 T(t))：
无超出阈值范围的数据，保留所有记录。
环境湿度 H(t)：
00:40 和 01:30 记录的湿度 72% 超出上限 70%，剔除。
负载功率PLoad(t)：
00:40 记录的 510kW超出上限500kW，剔除；
01:30 记录的 520kW超出上限500kW，剔除。
过滤后的数据如表2所示，表2中的负载率 L(t)即为S11中获取的不同时刻柴油发电机的负载率的部分数据；
表2
S12:基于所述燃油消耗量和所述输出电能，计算不同时刻负载率对应的燃油效率；
具体的：不同时刻负载率对应的燃油效率的计算公式为：
；
其中，表示t时刻的负载率；表示t时刻柴油发电机的输出电能；表示t时刻柴油发电机的燃油消耗量。
S13:对不同时刻负载率对应的燃油效率进行统计，获得不同负载率对应的燃油效率；
表3示出了部分负载率对应的燃油效率：
表3
S14:对负载率进行区间划分，并计算各个负载率区间对应的平均燃油效率。
需要说明的是：每个负载率区间的平均燃油效率基于以下公式获得：
其中，表示第i个负载率区间的平均燃油效率；第i个负载率区间第j个负载率对应的燃油效率；表示第i个负载率区间，n表示负载率区间包括的负载率数量。
在某一实施例中，不同负载率区间对应的平均燃油效率如表4所示；
表4
进一步的，S3具体包括：
S31:获取所述初始环境温度和所述初始环境湿度对应的环境修正因子；
S32:将S31中的环境修正因子与所述相对最优负载率区间相乘，获得调整后的相对最优负载率区间。
上述过程可以表示为：
;
其中，TO表示初始环境温度；H0表示初始环境湿度；表示环境修正因子，其为经验值；表示所述相对最优负载率区间；表示调整后的相对最优负载率区间内。
进一步的，S4中的所述实时负载率基于以下公式计算获得：
；
其中，表示所述实时负载率；表示所述实时负载功率；表示柴油发电机的额定功率。
进一步的，S5进一步包括：
S51:获取所述实时负载率和调整后的相对最优负载率区间的最小负载率差值绝对值；
S52:将所述最小负载率差值绝对值乘以柴油发电机的额定功率，获得柴油发电机的输出功率调整量。
以表4数据为例：最优负载率区间为[70%，80%]；最优负载率区间的临近负载率区间为[60%，70%]和[80%，90%]；相对最优负载率区间为[60%，90%]；
假设实时负载率为30%；
则最小负载率差值绝对值为：|60%-30%|=30%；
柴油发电机的输出功率调整量为：30%*柴油发电机的额定功率=30%*500=150kw。
进一步的，S7中的有功功率和无功功率基于以下公式获得：
；
其中，表示所述有功功率；表示所述无功功率；表示所述实时负载功率；表示所述柴油发电机的输出功率调整量；表示所述柴油发电机的预输出功率；表示功率因数。
可以理解的是：=实时有功功率/实时视在功率。
进一步的，当实时负载率小于调整后的相对最优负载率区间的最小值，且储能系统的储存能量在第一预设范围内时，则将所述柴油发电机的输出功率调整量用于给储能系统充电；
当实时负载率大于调整后的相对最优负载率区间的最大值，且储能系统的储存能量在第二预设范围内时，则利用储能系统提供所述柴油发电机的输出功率调整量。
在本实施例中，所述第一预设范围为[0,20%）；所述第二预设范围为[20%,90%)；
进一步的，S4进一步包括：
S41:计算当前轮次和上一轮次的燃油效率之差；
具体的：当前轮次燃油效率的计算公式为：
；
上一轮次燃油效率的计算公式为：
；
其中，表示当前轮次时刻的燃油效率；依次表示当前轮次时刻的环境温度和环境湿度；表示当前轮次时刻的环境修正系数；表示当前轮次时刻的输出电能；表示当前轮次时刻的燃油消耗量；表示上一轮次时刻的燃油效率；依次表示上一轮次时刻的环境温度和环境湿度；表示上一轮次时刻的环境修正系数；表示上一轮次时刻的输出电能；表示上一轮次时刻的燃油消耗量；
S42:若燃油效率之差的绝对值小于预设阈值,则执行S4；若燃油效率之差的绝对值大于等于预设阈值,则执行S5。
具体的：
假设燃油效率 η(t-1) = 3.50kWh/升；燃油效率 η(t) = 3.56kWh/升；燃油效率之差的绝对值 ∣η(t)−η(t-1)∣=∣3.56kWh/升−3.50kWh/升∣=0.06kWh >0.05kWh/升（预设阈值），则继续优化；
假设燃油效率 η(t-1) = 3.55kWh/升；燃油效率 η(t) = 3.57kWh/升；燃油效率之差的绝对值 ∣η(t)−η(t-1)∣=∣3.57kWh/升−3.55kWh/升∣=0.02kWh <0.05kWh/升（预设阈值），则停止本轮次优化。
进一步的，S7进一步包括：将所述有功功率和所述无功功率调整到柴油发电机的安全运行范围后再发送给柴油发电机。
进一步的，所述有功功率和所述无功功率基于以下公式调整到柴油发电机的安全运行范围：
；
其中，表示调整后的有功功率；表示所述有功功率，即调整前的有功功率；表示柴油发电机安全运行的最小有功功率；表示柴油发电机安全运行的最大有功功率；表示调整后的无功功率；表示所述无功功率，即调整前的无功功率；表示柴油发电机安全运行的最小无功功率；表示柴油发电机安全运行的最大无功功率。
可以理解的是：本发明实际将和作为参数输入到EMS中的能量计算与调度模块；能量计算与调度模块根据和生成具体的控制指令，并将控制指令再发送给柴油发电机。
具体控制指令如下：
其中RampRat表示调节速率；对应；对应。
进一步的，S8具体包括：
S81:获取所述实时环境温度和所述实时环境湿度对应的环境修正因子（为经验值）；
S82:将S81中的环境修正因子与调整后的相对最优负载率区间相乘。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:获取不同负载率区间柴油发电机对应的平均燃油效率；
S2:获取最优负载率区间和相对最优负载率区间；其中，所述最优负载率区间为S1中最大平均燃油效率对应的负载率区间；所述相对最优负载率区间为所述最优负载率区间的临近负载率区间和所述最优负载率区间的并集；
S3:基于初始环境温度和初始环境湿度对所述相对最优负载率区间进行调整；
S4:获取实时负载率；
S5:判断所述实时负载率是否在调整后的相对最优负载率区间内；
若不在则基于所述实时负载率和调整后的相对最优负载率区间计算柴油发电机的输出功率调整量；
若在则执行S4；
S6:将所述柴油发电机的输出功率调整量和实时负载功率相加，获得柴油发电机的预输出功率；
S7:基于所述柴油发电机的预输出功率计算其有功功率和无功功率，并将所述有功功率和所述无功功率发送给柴油发电机；
S8:基于实时环境温度和实时环境湿度对调整后的相对最优负载率区间再次进行调整,并不断重复S4-S8。
2.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S1具体包括以下步骤：
S11:获取不同时刻柴油发电机的负载率、燃油消耗量和输出电能；
S12:基于所述燃油消耗量和所述输出电能，计算不同时刻负载率对应的燃油效率；
S13:对不同时刻负载率对应的燃油效率进行统计，获得不同负载率对应的燃油效率；
S14:对负载率进行区间划分，并计算各个负载率区间对应的平均燃油效率。
3.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S3具体包括：
S31:获取所述初始环境温度和所述初始环境湿度对应的环境修正因子；
S32:将S31中的环境修正因子与所述相对最优负载率区间相乘，获得调整后的相对最优负载率区间。
4.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S4中的所述实时负载率基于以下公式计算获得：
；
其中，表示所述实时负载率；表示所述实时负载功率；表示柴油发电机的额定功率。
5.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S5进一步包括：
S51:获取所述实时负载率和调整后的相对最优负载率区间的最小负载率差值绝对值；
S52:将所述最小负载率差值绝对值乘以柴油发电机的额定功率，获得柴油发电机的输出功率调整量。
6.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S7中的有功功率和无功功率基于以下公式获得：
；
其中，表示所述有功功率；表示所述无功功率；表示所述实时负载功率；表示所述柴油发电机的输出功率调整量；表示所述柴油发电机的预输出功率；表示功率因数。
7.根据权利要求6所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，当实时负载率小于调整后的相对最优负载率区间的最小值，且储能系统的储存能量在第一预设范围内时，则将所述柴油发电机的输出功率调整量用于给储能系统充电；
当实时负载率大于调整后的相对最优负载率区间的最大值，且储能系统的储存能量在第二预设范围内时，则利用储能系统提供所述柴油发电机的输出功率调整量。
8.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S4进一步包括：
S41:计算当前轮次和上一轮次的燃油效率之差；
具体的：当前轮次燃油效率的计算公式为：
；
上一轮次燃油效率的计算公式为：
；
其中，表示当前轮次时刻的燃油效率；依次表示当前轮次时刻的环境温度和环境湿度；表示当前轮次时刻的环境修正系数；表示当前轮次时刻的输出电能；表示当前轮次时刻的燃油消耗量；表示上一轮次时刻的燃油效率；依次表示上一轮次时刻的环境温度和环境湿度；表示上一轮次时刻的环境修正系数；表示上一轮次时刻的输出电能；表示上一轮次时刻的燃油消耗量；
S42:若燃油效率之差的绝对值小于预设阈值,则执行S4；若燃油效率之差的绝对值大于等于预设阈值,则执行S5。
9.根据权利要求1所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，S7进一步包括：将所述有功功率和所述无功功率调整到柴油发电机的安全运行范围后再发送给柴油发电机。
10.根据权利要求9所述的一种可节省燃油的光柴储微电网控制方法，其特征在于，所述有功功率和所述无功功率基于以下公式调整到柴油发电机的安全运行范围：
；
其中，表示调整后的有功功率；表示所述有功功率，即调整前的有功功率；表示柴油发电机安全运行的最小有功功率；表示柴油发电机安全运行的最大有功功率；表示调整后的无功功率；表示所述无功功率，即调整前的无功功率；表示柴油发电机安全运行的最小无功功率；表示柴油发电机安全运行的最大无功功率。
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