CN103078325A - 一种交直流混合微电网系统及其控制方法 - Google Patents

一种交直流混合微电网系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交直流混合微电网系统及其控制方法，系统包括光伏组件、逆变器、直流变流器、蓄电池、超级电容、交流负荷、直流负荷、直流母线、交流母线、SVG和APF等；控制方法包括以下步骤：先检测主网电压、频率，若正常，则系统采用并网运行，反之采用孤岛运行；若系统并网运行，逆变器均采用PQ控制，直流变流器采用恒电压控制，若系统孤岛运行，容量最大的储能逆变器和超级电容采用V/F控制，其余逆变器采用PQ控制，直流变流器采用恒电压控制；最后在保证系统正常运行的情况，保证储能容量在最优范围内。本发明解决了典型交直流混合微电网系统的运行控制，提高了系统的可靠性、安全性和经济性，提高了可再生能源的利用效率。

Description

一种交直流混合微电网系统及其控制方法
技术领域
本发明属于可再生能源发电、交直流混合微电网控制及微电网应用技术领域，涉及一种微电网的控制方法，尤其涉及一种交直流混合微电网系统及其控制方法。
背景技术
随着可再生能源的推广利用，微电网以其灵活的可调度性、供电效率的可靠性以及本地用电需求的独立性等优势得到了迅猛的发展。而直流微电网又以其可再生能源利用率高、投资成本小等显著优势也被广泛关注，但由于目前国内的负载多为交流负载，单独的直流微电网需求较少，因此兼具两者优点的交直流混合微电网便因运而生。由于交直流混合微电网系统结构复杂、元件繁多导致其控制较为困难，使得其发展受到了一定的限制。
目前已有微电网控制方法主要都是针对传统的交流微电网的控制，这些方法无法完成对直流微电网的控制。因此，为了更好的实现可再生能源友好接入，提高可再生能源的利用率，减小投资成本需对交直流混合微电网系统的控制进行研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有能源利用率高、安全可靠性高的交直流混合微电网系统及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种交直流混合微电网系统，其关键技术在于：包括直流子微电网和交流子微电网；
所述直流子微电网包括直流变流器、第一光伏组件、第一蓄电池、直流负荷和微电网直流母线，所述第一光伏组件、第一蓄电池分别依次通过直流变流器、联络开关接入直流母线，所述直流负荷通过联络开关接入直流母线；
所述交流子微电网包括逆变器、第二光伏组件、超级电容、第二蓄电池、交流负荷、静止无功补偿装置、有源滤波装置和微电网交流母线，所述第二光伏组件、超级电容、第二蓄电池分别依次通过逆变器、联络开关接入交流母线，所述静止无功补偿装置和有源滤波装置直接接入交流母线，所述交流负荷通过联络开关接入交流母线；
所述微电网直流母线依次通过联络开关、逆变器、PCC开关接入微电网交流母线；所述微电网交流母线通过PCC开关接入主网。
所述微电网直流母线、微电网交流母线、主网分别为直流220V母线、交流400V母线、10kV交流配电网。
本发明还提供了上述的交直流混合微电网系统的控制方法，其包括以下步骤：
1）初始化微电网系统内各元件，设定各元件运行时所必须的约束条件和基本准则；
2）检测主网的频率、电压是否正常；
3）若步骤2）中检测正常，则系统进行并网运行，此时，超级电容采用V/F控制；其余所有逆变器采用PQ控制，直流变流器采用恒直流电压控制，光伏发电采用最大功率控制，第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的剩余容量选择充电方式；         
4）若步骤2)中检测异常，则系统进行孤岛运行；此时，第二蓄电池后部的主逆变器和超级电容采用V/F控制，其余所有逆变器采用PQ控制；直流变流器采用恒直流电压控制，光伏发电采用最大功率控制；
5）检测交流母线的电压、频率及功率不平衡量ΔP；若检测交流母线的电压、频率升高或者ΔP>0，则第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的容量选择充电方式；若检测交流母线的电压、频率降低或者ΔP<0，则第一蓄电池、第二蓄电池根据其容量选择是否进行放电；
6）若检测交流母线的电压、频率超出安全范围，则停止系统。
所述的约束条件和基本准则是保证系统或元件安全可靠运行的参数。
所述的功率不平衡量是指系统的发电总功率与系统消耗的总功率之间的差值。
所述的第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的容量选择充电方式是指当蓄电池容量小于30%或者大于80%时，蓄电池选择恒流充电；当第一蓄电池或第二蓄电池容量在30%到80%之间时，蓄电池选择恒压充电；当第一蓄电池或第二蓄电池容量为100%时，蓄电池选择浮充方式。
所述的主逆变器是指系统中容量最大的那个逆变器,本发明中指第二蓄电池后级的按个逆变器。
所述的第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的容量选择放电方式是指当蓄电池容量大于30%时，蓄电池跟随系统功率波动进行放电；当蓄电池容量小于30%时，蓄电池停止放电。
所述的微电网交流母线的电压、频率超出安全范围是指电压波动超过±20%额定电压并维持0.5s，频率波动超过±0.5Hz。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明可以有效提高直流微网和交流微网之间的协调控制，同时发挥其积极的辅助作用，实现微电网对配电网的友好接入，从而提高配电网对可再生能源的接纳能力，推动可再生能源利用的发展。本发明将交直流微电网进行了协调控制，并对储能的充放电进行了优化，实现能量灵活流动，提高了储能的使用寿命及系统的稳定性和经济性。相比现有的微电网控制方法，其能更好的实现直流微网与交流微网的协调运行，提高系统运行效率、可再生能源利用率。
附图说明
图1为交直流微电网结构示意图；
图2为交直流微电网系统的控制流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
参见附图1，本交直流混合微电网系统由直流微电网和交流微电网组成，其中所述直流子微电网包括直流变流器、第一光伏组件、第一蓄电池、直流负荷和微电网直流母线，所述第一光伏组件、第一蓄电池分别依次通过直流变流器、联络开关接入直流母线，所述直流负荷通过联络开关接入直流母线；
所述交流子微电网包括逆变器、第二光伏组件、超级电容、第二蓄电池、交流负荷、静止无功补偿装置（SVG）、有源滤波装置（APF）和微电网交流母线，所述第二光伏组件、超级电容、第二蓄电池分别依次通过逆变器、联络开关接入交流母线，所述静止无功补偿装置和有源滤波装置直接接入交流母线，所述交流负荷通过联络开关接入交流母线；所述微电网直流母线依次通过联络开关、逆变器、PCC开关（并网点开关）接入微电网交流母线；所述微电网交流母线通过PCC开关接入主网。
参见附图2，本发明提供的一种交直流混合微电网系统的控制方法，充分利用可再生能源与储能系统的能量形式的互补性，实现能量灵活流动，提高微电网系统的稳定性、经济性，为用户提供高效、清洁、稳定的绿色电力，其具体步骤如下：
步骤1：初始化微电网系统内各元件，设定各元件运行时所必须的约束条件和基本准则。如系统的保护参数、蓄电池（包括第一蓄电池、第二蓄电池，下同）的保护参数等。
步骤2：检测主网的频率、电压是否正常。即检测主网的电压、频率是否符合10kV配电网电压、频率的国家标准。
步骤3：若步骤2中检测正常，则系统进行并网运行。此时，超级电容采用V/F控制；其余所有逆变器采用PQ控制；直流变流器采用恒直流电压控制；光伏发电采用最大功率控制；蓄电池根据其自身的容量选择充电方式，即当蓄电池容量小于30%或者大于80%时，蓄电池选择恒流充电；当蓄电池容量在30%到80%之间时，蓄电池选择恒压充电；当蓄电池容量为100%时，蓄电池选择浮充方式。
步骤4：若步骤2中检测异常，则系统进行孤岛运行。此时，主逆变器和超级电容采用V/F控制；其余所有逆变器采用PQ控制；直流变流器采用恒直流电压控制；光伏发电采用最大功率控制。
步骤5：检测微电网交流母线的电压、频率及功率不平衡量ΔP。
步骤6：若检测微电网交流母线的电压、频率升高或者ΔP>0，则蓄电池根据其自身的容量选择充电方式，即当蓄电池容量小于30%或者大于80%时，蓄电池选择恒流充电；当蓄电池容量在30%到80%之间时，蓄电池选择恒压充电；当蓄电池容量为100%时，蓄电池选择浮充方式。
步骤7：若检测微电网交流母线的电压、频率降低或者ΔP<0，则蓄电池根据其容量选择是否进行放电，即当蓄电池容量大于30%时，蓄电池跟随系统功率波动进行放电；当蓄电池容量小于30%时，蓄电池停止放电。
步骤8：若检测交流母线的电压、频率超出安全范围，则停止系统，即当交流母线的电压、频率超出安全范围是指电压波动超过±20%额定电压并维持0.5s，频率波动超过±0.5Hz时，停止系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种交直流混合微电网系统，其特征在于：包括直流子微电网和交流子微电网；
所述直流子微电网包括直流变流器、第一光伏组件、第一蓄电池、直流负荷和微电网直流母线，所述第一光伏组件、第一蓄电池分别依次通过直流变流器、联络开关接入直流母线，所述直流负荷通过联络开关接入直流母线；
所述交流子微电网包括逆变器、第二光伏组件、超级电容、第二蓄电池、交流负荷、静止无功补偿装置、有源滤波装置和微电网交流母线，所述第二光伏组件、超级电容、第二蓄电池分别依次通过逆变器、联络开关接入交流母线，所述静止无功补偿装置和有源滤波装置直接接入交流母线，所述交流负荷通过联络开关接入交流母线；
所述微电网直流母线依次通过联络开关、逆变器、PCC开关接入微电网交流母线；所述微电网交流母线通过PCC开关接入主网。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网系统，其特征在于：所述微电网直流母线、微电网交流母线、主网分别为直流220V母线、交流400V母线、10kV交流配电网。
3.权利要求1所述的交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）初始化微电网系统内各元件，设定各元件运行时所必须的约束条件和基本准则；
2）检测主网的频率、电压是否正常；
3）若步骤2）中检测正常，则系统进行并网运行，此时，超级电容采用V/F控制；其余所有逆变器采用PQ控制，直流变流器采用恒直流电压控制，光伏发电采用最大功率控制，第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的剩余容量选择充电方式；         
4）若步骤2)中检测异常，则系统进行孤岛运行；此时，第二蓄电池后部的主逆变器和超级电容采用V/F控制，其余所有逆变器采用PQ控制；直流变流器采用恒直流电压控制，光伏发电采用最大功率控制；
5）检测交流母线的电压、频率及功率不平衡量ΔP；若检测交流母线的电压、频率升高或者ΔP>0，则第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的容量选择充电方式；若检测交流母线的电压、频率降低或者ΔP<0，则第一蓄电池、第二蓄电池根据其容量选择是否进行放电；
6）若检测交流母线的电压、频率超出安全范围，则停止系统。
4.根据权利要求4所述的一种交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：所述的约束条件和基本准则是保证系统或元件安全可靠运行的参数。
5.根据权利要求4所述的一种交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：所述的功率不平衡量是指系统的发电总功率与系统消耗的总功率之间的差值。
6.根据权利要求4所述的一种交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：所述的第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的容量选择充电方式是指当蓄电池容量小于30%或者大于80%时，蓄电池选择恒流充电；当第一蓄电池或第二蓄电池容量在30%到80%之间时，蓄电池选择恒压充电；当第一蓄电池或第二蓄电池容量为100%时，蓄电池选择浮充方式。
7.根据权利要求4所述的一种交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：所述的主逆变器是指系统中容量最大的那个逆变器。
8.根据权利要求4所述的一种交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：所述的第一蓄电池、第二蓄电池根据其自身的容量选择放电方式是指当蓄电池容量大于30%时，蓄电池跟随系统功率波动进行放电；当蓄电池容量小于30%时，蓄电池停止放电。
9.根据权利要求4所述的一种交直流混合微电网系统的控制方法，其特征在于：所述的微电网交流母线的电压、频率超出安全范围是指电压波动超过±20%额定电压并维持0.5s，频率波动超过±0.5Hz。
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