微电网海水淡化系统的负荷动态分配的装置及分配方法
阅读说明：本技术 微电网海水淡化系统的负荷动态分配的装置及分配方法 (Device and method for dynamically distributing load of micro-grid seawater desalination system ) 是由 戴光标 许卫国 王福家 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种微电网海水淡化系统的负荷动态分配的装置及分配方法,包括控制单元、储能单元及海水淡化设备；所述的控制单元通过modbus TCP/IP总线采集储能单元、海水淡化设备的信息,协调负荷动态分配以实现供电效率最大化运行；所述的海水淡化设备通过微电网产生的电能来淡化海水。该系统具备在不提升系统配置的前提下延长海水淡化设备的运行时间,提升产水量,能够有效地降低施工和日常维护管理的难度和费用,并保证了系统产水的稳定性和提高了装置的重复利用率,进而降低整个海水淡化系统的投资成本和提高海淡水在解决海岛居民用水问题中的角色地位。(The invention relates to a device and a method for dynamically distributing loads of a micro-grid seawater desalination system, wherein the device comprises a control unit, an energy storage unit and seawater desalination equipment; the control unit acquires information of the energy storage unit and the seawater desalination equipment through a modbus TCP/IP bus, coordinates dynamic load distribution and realizes maximum power supply efficiency operation; the seawater desalination equipment desalinates seawater by electric energy generated by a micro-grid. The system has the advantages that the running time of the seawater desalination equipment is prolonged on the premise that the system configuration is not improved, the water yield is improved, the difficulty and the cost of construction and daily maintenance management can be effectively reduced, the stability of water produced by the system is ensured, the repeated utilization rate of the device is improved, the investment cost of the whole seawater desalination system is reduced, and the role position of seawater and freshwater in solving the problem of water consumption of sea island residents is improved.)
技术领域
本发明涉及一种新能源微电网海水淡化系统，属于微电网海水淡化领域，具体而言，涉及一种用于光伏新能源微电网海水淡化系统的负荷动态分配的装置及分配方法。
背景技术
随着由国家发改委、国家海洋局联合在2017年12月印发的《海岛海水淡化工程实施方案》的提出，海水淡化的产出水将在2020年成为缺水海岛地区的主要供水方式之一。实施方案中明确指出，将通过3~5年的时间，在辽宁、山东、浙江、福建、海南等沿海城市重点推进100个左右的海水淡化工程（建设规模在50~1000m3/d）的建设和升级改造，以有效缓减海岛居民的用水问题和满足不断提高的生活、生产用水需求。
针对海岛淡水用量少，资金少，电力少，取海水方便的情况，海水淡化与可再生能源结合，可以缓解海岛用水难问题。微电网相比大电网，存在天然优势，其规模远小于大电网，其电源、负荷数量有限、网架结构简单，因而容易对微电网进行监视和控制。新能源微电网系统通过光伏发电、风力发电，配合储能系统，电池系统，为海水淡化设备以及当地居民提供稳定的电能。
新能源微电网系统具有能效高、污染小等优点，但是因为风力发电、光伏发电等新型能源的波动性、间隙性等特点需要配备一定容量的储能系统，发挥抑制波动的作用，在一定程度上增强微电网系统的稳定性。一般在微电网开机后需要先利用风力发电或光伏发电给储能电池充电，在储能系统中电池的剩余容量值大于设定值后，由运行人员结合时间和观察光照强度达到一定的程度，才开启微电网海水淡化系统，生产合格的饮用水或者瓶装水供给当地居民饮用。因天气原因，无光、微风导致用电设备只能使用储能电池的存储的电能后，当储能电池的剩余容量值小于设定值时关闭海水淡化系统，避免因电量不足导致跳闸或者损坏设备。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种微电网海水淡化系统的负荷动态分配装置及其分配方法，其技术方案如下：
微电网海水淡化系统的负荷动态分配装置，包括控制单元、储能单元及海水淡化设备；其特征为：所述的控制单元通过modbus TCP/IP总线通过多个检测模块采集储能单元、海水淡化设备的信息，协调负荷动态分配以实现供电效率最大化运行；所述的海水淡化设备通过微电网产生的电能来淡化海水。
优选为：所述控制单元还用于检测光伏发电单元、逆变单元，并通过微电网modbusTCP/IP总线发送给控制单元；控制单元优化算法得到实时控制指令和预测控制指令，协调调度各单元优化运行。
优选为：通过控制单元对所述的储能单元中电能储存或释放调节微电网负荷动态分配的功率平衡。
优选为：还包括光伏发电单元，所述的光伏发电单元用于产生光电能源，并将产生的光电能源通过所述光伏充电控制器输送至所述储能单元。
优选为：还包括逆变单元，所述的逆变单元包括分布式电源及与其相连的最大功率跟踪器；用于向智能直流微电网系统提供电能。
优选为：所述海水淡化设备分为一、二、三级负荷，分别与执行单元连接，用于通过微电网产生的电能来淡化海水以生产合格的淡水。
优选为：所述的储能单元包括蓄电池储能装置和电池管理系统。
本发明还公开一种微电网海水淡化系统的负荷动态分配装置的分配方法，其特征为：步骤1：控制单元通过modbus TCP/IP总线通讯获取光伏充电控制器、逆变器单元、光伏发电单元、控制单元、储能单元、执行单元及海水淡化设备的运行实时信息；并通过模拟量输入采集的光照强度、使用对时软件通过北斗或者GPS采集日期时间数据；
步骤2：控制单元生成预测优化指令和实时优化指令，并通过modbus TCP/IP总线通讯下发给光伏充电控制器、逆变器单元、光伏发电单元、控制单元、储能单元、执行单元及海水淡化设备；
步骤3：通过modbus总线通讯监测储能电池的剩余容量值SOC值（SOC:电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。）、实时检测光伏系统发电功率；
步骤4：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值，判断是否关闭三级负荷；
步骤5：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值、判断重新开启三级负荷或者关闭二级负荷；
步骤6：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值、判断重新开启二级级负荷或者关闭一级负荷。
步骤7：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值、判断重新开启一级负荷或者关停整个系统。
有益效果
提供一种新能源微电网负荷动态分配的装置及控制系统以实现负荷的动态分配，降低设备停机次数，降低能源损耗，提高海水淡化设备的工作时间，提高淡水产水量。
附图说明
图1为本发明的总体实现流程图。
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
微电网海水淡化系统的负荷动态分配装置，包括控制单元、储能单元及海水淡化设备；其特征为：所述的控制单元通过modbus TCP/IP总线通过多个检测模块采集储能单元、海水淡化设备的信息，协调负荷动态分配以实现供电效率最大化运行；所述的海水淡化设备通过微电网产生的电能来淡化海水；所述检测模块还用于检测光伏发电单元、逆变单元，并通过微电网modbus TCP/IP总线发送给控制单元；控制单元优化算法得到实时控制指令和预测控制指令，协调调度各单元优化运行；通过控制单元对所述的储能单元中电能储存或释放调节微电网负荷动态分配的功率平衡；还包括光伏发电单元，所述的光伏发电单元用于产生光电能源，并将产生的光电能源通过所述光伏充电控制器输送至所述储能单元；还包括逆变单元，所述的逆变单元包括分布式电源及与其相连的最大功率跟踪器；用于向智能直流微电网系统提供电能；所述海水淡化设备分为一、二、三级负荷，分别与执行单元连接，用于通过微电网产生的电能来淡化海水以生产合格的淡水；所述的储能单元包括蓄电池储能装置和电池管理系统；
本发明公开一种微电网海水淡化系统的负荷动态分配装置的分配方法，其特征为：该负荷动态分配装置在运行时，动态调节海水淡化负荷；并包括如下步骤：
步骤1：控制单元通过modbus TCP/IP总线通讯获取光伏充电控制器、逆变器单元、光伏发电单元、控制单元、储能单元、执行单元及海水淡化设备的运行实时信息；并通过模拟量输入采集的光照强度、使用对时软件通过北斗或者GPS采集日期时间数据；
步骤2：控制单元生成预测优化指令和实时优化指令，并通过modbus TCP/IP总线通讯下发给光伏充电控制器、逆变器单元、光伏发电单元、控制单元、储能单元、执行单元及海水淡化设备；
步骤3：通过modbus总线通讯监测储能电池的剩余容量值SOC值（SOC:电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。）、实时检测光伏系统发电功率；
步骤4：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值，判断是否关闭三级负荷；
步骤5：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值、判断重新开启三级负荷或者关闭二级负荷；
步骤6：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值、判断重新开启二级级负荷或者关闭一级负荷。
步骤7：根据光照强度、SOC值、一定时间内的光照强度值、判断重新开启一级负荷或者关停整个系统。
上述步骤重复执行，使智能直流微电网系统实现持续可靠、高效和安全地运行。
上述步骤4-7执行过程中需要依据以下的算法实现：
定义第t小时发电功率Pf (n)与常规负荷之间的功率差为微电网的净功率P g (n)：
Pg(n) = Pf(n) -Py (t) ;式中，P1 (t)为第t小时微电网的常规负荷功率；
并且，当净功率Pf (n)小于海水淡化负荷功率下限Py-min(n)，即Pf(n)＜P y(n)时，则控制单元指挥执行单元动态调整一、二、三级海水淡化设备的用电负荷，延长整体设备的运行时间：
此时，海水淡化负荷功率P y(n)= P y-s(n)，储能电池放电功率P b(n) = P y-s(n)- P g (n)；
具体到储能单元的功率分配上，根据储能单元的变流器额定容量、SOC状态及放电深度，确定可放电的最大功率；
经过s1分钟后，若净功率Pf (n)依然小于海水淡化负荷功率下限Py-s(n)，控制单元检测一、二、三级海水淡化设备的产水箱液位并指挥执行单元优先关闭海水淡化设备中的三级设备，此时，海水淡化负荷功率P y(n)= P y-s(n)- P y3(n)，储能电池放电功率P b(n) = P y-s(n) – [P g (n)- P y3(n)]；
若Pf (n)＞P y-s(n)则控制单元指挥执行单元恢复已关闭的海水淡化三级设备。
经过s2分钟后，若Pf (n)＞P y-s(n)，控制单元指挥执行单元恢复已关闭的海水淡化三级设备。若净功率Pf (n)依然小于海水淡化负荷功率下限Py-s(n)，控制单元检测海水淡化设备的产水箱液位并指挥执行单元优先关闭海水淡化设备中的二级级设备，此时，海水淡化负荷功率P y(n)= P y-s(n)- P y3(n)- P y2(n)，储能电池放电功率P b(n) = Py-s(n) – [P g (n)- P y3(n)- P y2(n)]；
经过s3分钟后，若Pf (n)＞P y-s(n)则控制单元指挥执行单元恢复已关闭的海水淡化二级设备。若净功率Pf (n)依然小于海水淡化负荷功率下限Py-s(n)，控制单元检测海水淡化设备的产水箱液位并指挥执行单元优先关闭海水淡化设备中的一级设备，此时，海水淡化负荷功率P y(n)=0,光伏发电单元只用于为储能电池充电。
经过s4分钟后，若SOC值大于设定的最小开机值时，则控制单元指挥执行单元开启已关闭的海水淡化一级设备。若SOC值依然小于设定的最小停机值时，则控制单元指挥执行单元关闭整个海水淡化设备，系统停止运行。
重复上述步骤，使智能直流微电网系统实现持续可靠、高效和安全地运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
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