CN102437566A - 基于直流母线电压的分布式电源自适应协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统的电源技术领域，涉及一种基于直流母线电压的分布式电源自适应协调控制方法。允许直流母线电压浮动，直流母线上的各个设备根据直流母线电压和设备内预设的电压阈值自适应调整运行功率，以此来减小对集中协调管理设备的依赖，增强分布式电源中各个设备的独立性，达到各个设备实现即插即用的目的。
Description
技术领域
本发明属于电力系统的电源技术领域，涉及一种基于直流母线电压的分布式电源自适应协调控制方法。
背景技术
目前国内以光伏电池、风力发电机、燃气发电机、储能电池等设备组成分布式电源，一般都带有集中协调控制管理设备，集中协调管理设备在系统中用以协调控制各个发电设备在各个时间段的发电功率、储能电池的充放电功率和充放电时间段。这种控制方式存在很大的缺点：对集中协调控制管理设备过于依赖、通信频繁一旦管理设备或通信线路发生故障容易导致系统瘫痪、系统中设备的增减需要修改控制算法和控制策略、并且控制算法和控制策略复杂。基于以上缺点提出一种基于直流母线电压的分布式电源自适应协调控制的方法。
发明内容
本发明的目的是：使直流母线结构的分布式电源中各个设备摆脱对集中协调管理设备的依赖，更具有独立性和即插即用的特性，使用户可以像搭积木一样组建直流母线结构的分布式电源。
本发明的有益效果是：
分布式电源接入的各种设备都有各自的特点，比如各种储能电池都有不同的充放电曲线，储能电池在不同情况下又有不同储能任务和发电任务，燃气发电存在发电费用贵启停速度慢等特点。如果这些都交给功率协调控制管理设备由它根据各个设备特点来管控无疑会增加控制的复杂性和难度。而将功率协调控制任务交给各个设备自行控制功率将会大大减轻协调控制管理设备的负担，集中协调控制管理设备只需要通过设定各个设备不同的电压阈值来进行宏观的调控和宏观的改变整个分布式电源的运行模式。同时也使微网中的接入设备更具有独立性，更具有即插即用的特性。
主要优点有：
1、摆脱了对集中协调控制管理设备的依赖，规避了控制算法和控制策略的复杂性。
2、不需要通过通信线路进行实时控制，避免了因通信线路和集中协调管理设备发生故障时而导致整个系统瘫痪。
3、采用直流母线电压法的自适应控制使得集中协调管理设备只需进行宏观控制和调度，控制和调度策略简单。
4、由于不存在对集中协调控制管理设备和通信的过度依赖，使得接入分布式电源的各个设备更具有独立性和即插即用的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是依据本发明的方法的基于直流母线的分布式电源结构。
图2是依据本发明的方法的自适应协调控制原理图。
具体实施方式
光伏电池等直流发电设备通过DC/DC装置接入直流母线；风力发电机、燃气发电机等交流发电设备通过AC/DC接入直流母线；储能电池通过双向DC/DC接入直流母线；双向逆变器DC/AC一侧接入直流母线，另一侧接入交流母线或公共电网。直流母线上的各个设备通过检测直流母线上的电压来决定自身工作方式和功率，通过赋予各个设备不同的电压来设定各个设备的优先等级。基于直流母线的分布式电源结构如图1依据本发明的方法的基于直流母线的分布式电源结构所示，其中直流母线接入用电控制柜是用来供用电控制柜监测直流母线电压。光伏电池产生的直流电输出到DC/DC变换装置中，DC/DC完成对光伏电池最大功率的跟踪和直流电压的变换，DC/DC根据设定的电压阈值和直流母线上的当前实际电压调整自身的输出功率输出到直流母线上。
风力发电机产生的交流电输出到AC/DC变换装置中，AC/DC完成对风力发电机最大功率的跟踪和交流到直流电压的变换，AC/DC根据设定的电压阈值和直流母线上的当前实际电压调整自身的输出功率输出到直流母线上。
燃气轮机发出的交流电输出到AC/DC变换装置中，AC/DC完成交流到直流的变换，AC/DC根据设定的电压阈值和直流母线上的当前实际电压调整自身的输出功率输出到直流母线上。
储能电池通过双向DC/DC变换装置接到直流母线上，当储能电池放电时，储能电池的直流电输出到双向DC/DC变换装置中，经过直流电压变换后输出到直流母线上，它的输出功率会根据设定的电压阈值、当前的直流母线电压和储能电池的放电特性进行调整，当储能电池充电时，直流母线上的直流电输入到双向DC/DC变换装置中，经过直流电压变换后输入到储能电池上向储能电池充电，它的充电功率根据设定的电压阈值、当前直流母线电压以及储能电池的充电特性进行调整。
超级电容直接接入直流母线，它可以快速的充放电，当直流母线电压升高高时超级电容可快速充电，当直流母线电压降低时超级电容可以快速放电，主要用于缓冲直流母线上的各个设备功率调整所带来的直流电压波动幅度和波动频率，使直流母线上的设备减少了功率调整次数，也使它们有足够的时间进行功率调整，也使双向逆变器能快速地、更大幅度地响应负荷功率变化。
双向逆变器一边接直流母线，另一边接交流母线，当双向逆变器作为直流母线上的用电设备时，直流母线上的直流电输入到逆变器中经逆变后输出到交流母线上；当双向逆变器作为直流母线上的发电设备时，交流母线上的交流电输入到逆变器中经变换成直流电后输出到直流母线上供储能电池充电。双向逆变器的功率同样是根据设定的电压阈值和直流母线电压进行调整。
交流母线的交流电输入到用电控制柜，从用电控制柜出来后向各个负荷供电，直流母线接入用电控制柜供电用点柜采集采集直流母线的电压。在微网状态下用电控制柜根据直流母线上的电压切断部分优先级低的负荷。
交流母线通过微网并网开关接入公共电网，当公共电网电网因异常停电时，并网开关可以切断分布式电源与公共电网的连接进入微电网独立发电状态，使用户在公共电网停电时仍然能够正常用电。
在控制直流输出电压方面一般的做法都是稳定直流输出电压，在这里我们引入允许输出电压在一定范围内随负载发生变化的方法。给每个电源赋予不同的电压阈值，不同的电压阈值代表不同的优先级。对于发电设备，当直流母线电压高于该阈值时处于该阈值的电源就要根据算法随电压升高逐渐减小发电功率直至退出运行，反之低于该阈值时就要依据算法随电压降低逐渐增大发电功率直至最大功率。对于用电设备(逆变器和储能电池充电相对于直流母线就是用电设备)，当直流母线电压低于该阈值时处于该阈值的设备就要随电压降低逐渐减小输出功率直至退出运行，反之高于于该阈值时随电压升高逐渐增大输出功率直至最大功率。如图2依据本发明的方法的自适应协调控制原理图所示。
直流母线的稳定输出电压为400V，我们将光伏发电和风力发电的阈值设为400V，储能电池充电电压阈值为380V，储能电池放电电压阈值为360V，燃气轮机发电的电压阈值为340V，逆变器电压阈值为320V。
当直流母线电压高于420V时那就是直流母线电压过压了，光伏和风力退出运行，避免因过压烧毁挂接在直流母线上的其他设备；当电压高于400V时光伏和风力开始随电压升高减小发电功率直至退出运行，当电压低于400V时光伏和风力开始随电压减小逐渐增大发电功率直至最大发电功率。也就是说光伏和风力发电处在发电侧优先等级是最高的，只有在直流母线电压过压的情况下才退出运行。当母线电压低于直流母线允许的最低的电压300V时，双向逆变器才停止工作，也就是说逆变器处在用电侧优先等级是最高的，如果是在微网状态下还需切断接入用电控制柜的部分优先级低的负荷。
当电压高于阈值380V时，说明光伏和风力发电的电能足以满足需求开始有富余了，此时储能电池可以在高于阈值380V时开始转入充电模式并随电压升高增大充电功率，反之当母线电压低于阈值380V时说明电能开始出现不足了，储能电池应随电压降低减小充电功率直至退出充电模式。
当母线电压低于阈值360V时说明光伏和风力发电已不能满足用电需求了，此时需要储能电池投入发电补充电力；当母线低于340V时说明在储能电池投入发电仍不能满足用电需求，此时需要燃气轮机投入发电满足用电需求。
当直流母线电压低于阈值320V时，双向逆变器开始降低逆变功率，如果是在微网状态下用电控制柜相应的切断部分优先级低的负荷以此来适应逆变器交流输出功率的的降低。当直流母线电压低于300V时双向逆变器停止工作。
从上面可以看出，在发电侧光伏和风力发电优先等级最高，储能发电次之，燃气轮机发电等级最低，而在用电侧逆变器用电等级最高，储能电池充电等级最低。上面这些电压阈值的设定使得整个系统优先保障了逆变器的功率输出。
如果我们要优先保障储能电池充电，我们只需将逆变器和储能电池的电压阈值对调，这样就变成了所有发电设备保障储能电池的充电，只有在光伏和风力电力充足的情况下才允许逆变器投入运行。
由此可见，通过可以设定各个设备不同的电压阈值来改变它们在直流母线上的优先级，从而改变整个系统的运行模式，同时也使得各个设备可以根据母线电压和自身的电压阈值来自行决定是否投入运行和调节输出功率。这就避免了通过协调控制管理设备来实时的协调控制各个设备的输出功率。
当负荷发生变化尤其在短时间内变化较大时，比如电动机的启动，逆变器实时做出输出功率的调整以适应负荷的变化，由于超级电容并联在直流母线上，逆变器输出功率的大幅度调整对直流母线上的电压影响缓慢，同时也使得直流母线上的其他各个设备有充裕的时间进行调整，同时也减小了它们的调整次数和减小了因调整功率带来的直流电压来回频繁波动次数和幅度。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (1)
1.一种基于直流母线电压的分布式电源自适应协调控制方法，其特征在于包括：
(1)允许直流母线电压上下浮动：对于直流母线结构的分布式电源系统，放弃稳定直流母线电压的常规方法，允许直流母线电压上下浮动，使直流母线电压真实的反映整个电力系统在当前发电输出功率下的负荷轻重情况，当负荷轻的时候直流母线电压高，负荷重的时候直流母线电压低；
(2)将各类设备进行分类：直流母线上连接的设备包括：光伏电池、储能电池、燃气发电机、风力发电机和双向储能逆变器，其中将向直流母线供电的设备定义为发电设备，将从直流母线取电的设备定义为用电设备；其中储能电池和双向逆变器向直流母线供电时是发电设备，从直流母线上取电时是用电设备；
(3)以电压阈值来划分上述各个设备优先的等级：给所述直流母线上连接的各个设备分配不同的电压阈值，不同的电压阈值代表不同的优先等级；分配的用电设备的电压阈值越低代表用电设备的优先等级越高；当直流母线的电压高于用电设备设定的电压阈值时，所述用电设备随直流母线的电压升高逐渐增大功率直到最大功率，当直流母线的电压低于用电设备设定的电压阈值时，所述用电设备随电压降低逐渐减小功率直至停止工作；与用电设备相反，发电设备所设定的电压阈值越高代表发电设备的优先等级越高，当直流母线电压高于设定的电压阈值时，发电设备随电压升高逐渐减小发电功率直到停止工作，当电压低于设定的电压阈值时，发电设备随电压降低逐渐增大发电功率直至最大输出功率；储能电池和双向逆变器都设定两个阈值，一个是当作发电设备向直流母线供电时的发电电压阈值，另一个是当作用电设备的用电电压阈值；
(4)通过改变各个设备的电压阈值来改变电力系统的运行模式：如果需要改变整个电力系统的运行模式，集中协调管理各个设备，则只需要改变各个设备的电压阈值，各个设备在运行时实时监测直流母线的电压，将直流母线电压跟预设的电压阈值进行比较，以此来决定是否投入工作还是退出运行和自适应的调整运行功率的大小；集中协调管理各个设备在整个电力系统运行过程中不需要实时监测和控制各个设备的运行状态。
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