济南工程职业技术学院 山东济南 250200
摘要：介绍了混合能源控制器的功能和特点，以及混合能源供应的工作流程，并分析了混合能源的典型应用场景。
关键词：混合能源控制器；旋转备用；逆变器；BMS（电池管理系统）；PV（光伏）
1混合能源控制器的主要功能及特点
混合能源系统是基于太阳能，风能，柴油发电机，电源，蓄电池混合能源系统作为一个整体，它不仅可以降低整个系统的成本，节约燃料，减少污染，而且还可以提高供电系统的安全性，可用于交流站，岛屿和偏远地区的电力供应，满足负载需求。
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混合能源控制器主要用于柴油发电机组/市电及太阳能、风能、储能电池等以逆变器为输出的能源系统。混合能源控制器HES9510的功能如下：它可以控制逆变电源的启动和停止、输出方式、输出和输出断路器的合闸和分闸；根据负载情况，控制系统中发电机组的启动和停止，为逆变电源提供备份；该转换器还可以控制储能电池的充放电管理；实现数据测量、报警保护和“四远”功能。混合能量控制器的主要特点如下：
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图2孤岛模式自动开停机流程图
1）具有RS485、以太网、USB、CAN总线接口，CAN通过RS485接口与华为等逆变器通信。
2）新能源（太阳能、风能、储能电池）具有过压、欠压、过频、欠频、高不平衡电压、高波形失真、过流、接地故障、高不平衡电流、低功率因数、过功率、反功率、缺相、反相序检测及保护功能。
3）显示电压，电流和功率的多个太阳能电池板通道。
4）通过收集多通道太阳能帆板的温度和光照，计算出最大光伏容量。
5）每个电源的额定有功功率、额定无功功率和额定视在功率都可以设置或计算。额定有功功率的光伏电站可以计算基于传感器的实时数据和气象数据，发电机组的额定功率可以在线实时计算基于单元信息，和储能电站的额定功率和电源电站可以直接使用。
6）控制能源使用的优先级（市电，发电机组，PV电站（包括风力电站），储能电站）。每种能源可单独设置优先级。
7）具有母排正常自动合闸开机带载、自动软加载/软卸载功能。
8）通过CAN总线可扩展输入、输出模块，内置PLC。
2混合能源系统在自动模式下的工作流程
2.1PV电站自动开机说明
2.1.1应用模式：有市电，系统优先级为：PV＞储能＞市电＞发电市电正常，接收到市电模块（HGM9560）发出开机指令或远程开机输入有效，PV电站开机，向负载输出功率，由市电提供VF（恒压恒频）。市电异常，接收到市电模块发出开机指令或远程开机输入有效，如果储能电站允许开机，储能电站开机工作于VF模式（恒压恒频），PV电站开机，向负载输出功率。有市电自动开停机流程图见图1。
2.1.2应用模式：孤岛模式，系统优先级为：PV＞储能＞发电
远程开机输入有效，如果母排正常，PV电站开机向负载输出功率；否则如果储能允许开机，储能电站开机工作于VF模式（恒压恒频），PV电站开机向负载输出功率。
远程开机输入有效，如果母排正常，PV电站开机向负载输出功率；否则如果储能不允许开机，发电机组开机工作于VF模式（恒压恒频），PV电站开机向负载输出功率。孤岛模式自动开停机流程图见图2。
2.2PV电站自动停机说明
2.2.1应用模式：有市电，系统优先级为：PV＞储能＞市电＞发电
市电正常，接收到市电模块发出停机指令或远程开机输入无效，PV电站软卸载停机。市电异常，接收到市电模块发出停机指令或远程开机输入无效，若储能不允许放电，PV电站软卸载停机。
2.2.2应用模式：孤岛模式，系统优先级为：PV＞储能＞发电
当储能电站不允许放电时，发电机组不允许开机时，PV电站软卸载停机。远程开机输入无效，PV电站软卸载停机。
2.3储能电站自动开机说明
2.3.1应用模式：有市电，系统优先级为：PV＞储能＞市电＞发电
市电正常，PV电站向负载输出功率，当市电模块发出的新能源目标功率大于PV电站功率时，且储能电站允许放电，储能开关合闸输出，储能电站正常开机向负载输出功率。市电异常，储能电站开机工作于VF模式（恒压恒频），PV电站向负载输出功率。
2.3.2应用模式：孤岛模式，系统优先级为：PV＞储能＞发电
远程开机输入有效，储能电站开机。当发电机组未开机时，储能电站开机工作于VF模式（恒压恒频），储能开关合闸输出；当发电机组已开机时，储能电站开机工作于PQ模式（恒功率），发电机组工作于VF模式（恒压恒频）。
2.4储能电站自动停机说明
2.4.1应用模式：有市电，系统优先级为：PV＞储能＞市电＞发电
市电正常，当市电模块发出的新能源目标功率小于PV电站功率时，由PV电站为储能电站充电，储能电站充满后停机。
2.4.2应用模式：孤岛模式，系统优先级为：PV＞储能＞发电
当储能电站不允许放电时，发电机组开机，储能电站软卸载停机。远程开机输入无效，储能电站停机。
3混合能源典型应用场景分析
3.1应用场景
有市电，但市电08：00~12：00价格较贵，若PV不足时，在这个时间段时使用储能电站，若储能电站不足时，按市电和发电优先级，来使用市电和发电。允许市电在00：00~06：00对储能充电，PV一直可充电。不允许对市电反送电，使用发电时保证机组最小带载功率。系统应用图见图3。
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图3系统应用图
注1：HGM9510发电机组并联控制器，主要控制发电机组的自动同步、负载均分。
注2：HGM9560机组母排与市电并联控制器，主要控制发电机组母排与单路或多路市电的手动/自动并联。
注3：CMM366B-4G云监控通信模块，实现机组数据采集及远程监控、开关机、位置定位等功能。
3.2混合能源控制器参数设置
应用模式：有市电；
有功控制模式：固定功率模式；
市电模块：市电可提供无限旋转备用，市电功率由设置值确定，发电机组由市电模块控制；优先级设置：08：00~12：00PV＞储能＞市电＞发电或PV＞储能＞发电＞市电；其他时段PV＞市电＞储能＞发电；
设置市电运行充电时间：00：00~06：00；市电模块设置为削峰模式，市电带载10%。
3.3混合能源控制器系统工作原理
3.3.1时段：08：00~12：00
市电正常，PV合闸发电，根据市电模块发送的新能源目标功率（Tp）来控制PV输出。当PV功率不足时（Tp＞PV最大功率），储能电站开机（PQ），控制PV和储能电站输出功率为Tp。当PV功率充足时（Tp<PV最大功率），若储能需要充电，则控制储能充电，使PV和储能电站输出功率为Tp；否则储能电站退出。
3.3.2其他时段
市电正常，PV合闸发电，根据市电模块发送的新能源目标功率（Tp）来控制PV输出，储能不可使用。
当PV功率不足时（Tp＞PV最大功率），控制器发出PV功率不足报警。
当PV功率充足时（Tp<PV最大功率），若储能需要充电，则控制储能充电，使PV和储能电站输出功率为Tp；否则，储能电站退出。
结束语
介绍了混合能量控制器的主要功能和特点，以及混合能量控制器的应用场景。鉴于可再生能源的独特优势和国家对节能减排的要求，开发利用新能源将是未来的发展趋势。
参考文献：
[1]《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》，GB/T18479-2001．
[2]《光伏电站设计规范》，GB50797-2012．
[3]《风光储联合发电站设计规范》（征求意见稿）．
[4]HES9510混合能源控制器用户手册．