CN103683517A - 一种应用于微电网的混合储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于微电网的混合储能系统，其特征是：混合储能系统是由超级电容储能模块、蓄电池储能模块和储能协调控制器构成；混合储能系统根据微电网的不同运行状态调整超级电容储能模块、蓄电池储能模块和储能协调控制器的控制方式以满足微电网的运行需求，在微电网并网运行时，混合储能系统有两种控制方式，第一种控制方式为混合储能系统接受微电网能量管理系统功率调度的控制方式，第二种控制方式为混合储能系统稳定公共连接点PCC输出功率的控制方式；在微电网孤岛运行时，混合储能系统为稳定微电网电压和频率的控制方式。本发明能满足微电网不同运行状态下的需求，并提高微电网功率等级。

Description

一种应用于微电网的混合储能系统

技术领域

本发明涉及一种应用于微电网的混合储能系统，更具体地说是混合储能系统的结构设置以及在微电网多种运行状态下维持微电网稳定运行的控制方法。

背景技术

一个典型的微电网由多种分布式发电单元、储能及负荷组成，并由一个微电网能量管理系统负责微电网内的发电运行调度。风能和太阳能都具有间歇性、随机性和不可控性等特点，因此，微电网中风力发电和太阳能发电等分布式发电单元的电能输出也具有波动性，这会对微电网的电能质量以及稳定性造成负面影响。研究表明储能系统对于微电网的稳定控制、电能质量的改善和不间断供电具有非常重要的作用，是维持微电网稳定运行的关键因素。随着微电网技术的不断发展，人们对微电网的技术性能和经济指标提出了更高的要求，主张微电网中的储能系统必须具有快速响应特性和大容量特性。然而，单一的储能技术只能满足储能技术中快速性或大容量性一个特点，因此，有必要采用混合储能系统来维持微电网的稳定运行。

目前通常将超级电容储能与蓄电池储能经过共直流母线的方式组成混合储能系统，并只通过一个双向DC/AC变流器和一个变压器并入微电网公共交流母线。但是，这种混合储能系统只含有一个双向DC/AC变流器及其PWM控制器来控制混合储能的总输出，控制方式比较单一，不能满足微电网多种运行状态的需求；并且一个双向DC/AC变流器的输出能力有限，混合储能系统的功率等级较低，无法满足较高功率等级微电网的需要。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用于微电网的混合储能系统，以达到满足微电网不同运行状态下的需求，并提高微电网功率等级的目的。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种应用于微电网的混合储能系统，所述微电网是由风力发电系统和光伏发电系统构成的分布式发电单元、微电网负载、混合储能系统、微电网能量管理系统组成，所述微电网采用静态切换开关在公共连接点PCC与电网相连，其特点是：所述混合储能系统是由超级电容储能模块、蓄电池储能模块和储能协调控制器构成；所述混合储能系统根据微电网的不同运行状态调整超级电容储能模块、蓄电池储能模块和储能协调控制器的控制方式以满足微电网的运行需求：

微电网并网运行时，混合储能系统采用如下控制方式一或控制方式二；微电网孤岛运行时，混合储能系统采用如下控制方式三：

控制方式一：混合储能系统采用接受微电网能量管理系统功率调度的控制方式；

控制方式二：混合储能系统采用稳定公共连接点PCC输出功率的控制方式；

控制方式三：混合储能系统采用稳定微电网电压和频率的控制方式。

本发明应用于微电网的混合储能系统的特点也在于：

所述超级电容储能模块设置为：采用超级电容组，并有第一双向DC/DC变流器、第一双向DC/AC变流器和第一变压器依次连接，所述第一双向DC/AC变流器由第一PWM控制器控制；

所述蓄电池储能模块设置为：采用蓄电池组，并有第二双向DC/DC变流器、第二双向DC/AC变流器和第二变压器依次连接，所述第二双向DC/AC变流器由第二PWM控制器控制；

所述超级电容储能模块与蓄电池储能模块在第一变压器和第二变压器的高压侧并联构成混合储能系统接入微电网公共交流母线。

在所述控制方式一中，设置超级电容储能模块中的第一PWM控制器和蓄电池储能模块中的第二PWM控制器都采用PQ控制策略，所述控制方式一按如下步骤进行：

步骤1.1、由所述混合储能系统中的储能协调控制器接收所述微电网能量管理系统给定的混合储能系统所需输出的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*；

步骤1.2、由所述储能协调控制器利用一阶低通滤波器分别将步骤1.1中总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*分解为有功高频波动部分信号P_cs ^*和有功平滑部分信号P_bs ^*以及无功高频波动部分信号Q_cs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*；

步骤1.3、由所述储能协调控制器将步骤1.2中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*传送至超级电容储能模块中的第一PWM控制器；同时将步骤1.2中的有功平滑部分信号P_cs ^*和无功平滑部分信号Q_cs ^*传送至蓄电池储能模块中的第二PWM控制器；

步骤1.4、分别以步骤1.3中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*作为所述第一PWM控制器中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，并调节第一PWM控制器产生脉冲波，控制第一双向DC/AC变流器的功率输出；同时，分别以步骤1.3中的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*作为所述第二PWM控制器中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，调节第二PWM控制器产生脉冲波，控制第二双向DC/AC变流器的功率输出；

在所述控制方式二中，设置超级电容储能模块中的第一PWM控制器和蓄电池储能模块中的第二PWM控制器都采用PQ控制策略，所述控制方式二按如下步骤进行：

步骤2.1、所述混合储能系统中的储能协调控制器根据微电网中分布式发电单元的输出功率、微电网负载的功率以及设定的公共连接点PCC目标功率，按式（1）计算出混合储能系统所需输出的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*；

$\left\{\begin{array}{c}{P_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{P}_D+\mathrm{\Σ}{P}_L+{P_g}^{*})\\ {Q_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{Q}_D+\mathrm{\Σ}{Q}_L+{Q_g}^{*})\end{array}\right.---\left(1\right)$

式（1）中，所有参数均以流入微电网公共交流母线为正方向，∑P_D和∑Q_D分别为分布式发电单元流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，∑P_L和∑Q_L分别为所有接入微电网公共交流母线的负载所流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，P_g ^*和Q_g ^*分别为设定的公共连接点PCC目标有功功率和目标无功功率；

步骤2.2、步骤2.3、步骤2.4分别与控制方式一中的步骤1.2、步骤1.3和步骤1.4相同；

在所述控制方式三中，设置超级电容储能模块中的第一PWM控制器采用PQ控制策略，设置蓄电池储能模块中的第二PWM控制器采用Vf控制策略，其控制步骤为：

步骤3.1、所述混合储能系统中的储能协调控制器根据微电网中分布式发电单元的输出功率、微电网负载的功率，按式（2）计算出混合储能系统所需输出的有功功率信号P_s ^*和无功功率信号Q_s ^*；

$\left\{\begin{array}{c}{P_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{P}_D+\mathrm{\Σ}{P}_L)\\ {Q_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{Q}_D+\mathrm{\Σ}{Q}_L)\end{array}\right.---\left(2\right)$

式（2）中，所有参数均以流入微电网公共交流母线为正方向，∑P_D和∑Q_D分别为分布式发电单元流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，∑P_L和∑Q_L分别为所有接入微电网交流母线的负载所流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和；

步骤3.2、由所述储能协调控制器利用一阶低通滤波器分别将步骤3.1中的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*分解为有功高频波动部分信号P_cs ^*和有功平滑部分信号P_bs ^*以及无功高频波动部分信号Q_cs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*；

步骤3.3、将所述储能协调控制器将步骤3.2中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*传送至超级电容储能模块中的第一PWM控制器；同时将步骤3.2中的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*传送至蓄电池储能模块中的第二PWM控制器；

步骤3.4、分别以步骤3.3中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*作为所述第一PWM控制器中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，并调节第一PWM控制器产生脉冲波，控制第一双向DC/AC变流器的功率输出；同时，所述第二PWM控制器接收储能协调控制器传送的步骤3.3中有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*，并设定Vf控制策略所需的目标电压的幅值信号U_m ^*和频率信号f^*，调节第二PWM控制器产生脉冲波，控制第二双向DC/AC变流器的输出。

所述PQ控制策略是控制第一双向DC/AC变流器实际输出的有功功率和无功功率与所设置的目标有功功率和目标无功功率一致，并且控制第二双向DC/AC变流器实际输出的有功功率和无功功率与所设置的目标有功功率和目标无功功率一致的一种方法；所述Vf控制策略是控制第二双向DC/AC变流器的实际输出电压的幅值和频率与所设置的目标电压的幅值和频率一致的一种方法。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明针对微电网中风光发电单元、负荷等功率的波动以及微电网自身在运行过程中工作状态多变性的特点，提出了一种应用于微电网的混合储能系统。本发明混合储能系统由超级电容储能模块、蓄电池储能模块和储能协调控制器组成，在微电网并网运行时，混合储能系统有两种控制方式，第一种控制方式为混合储能系统接受微电网能量管理系统功率调度的控制方式，第二种控制方式为混合储能系统稳定公共连接点PCC输出功率的控制方式；在微电网孤岛运行时，混合储能系统为稳定微电网电压和频率的控制方式，满足了微电网不同运行状态下的需求。

2、本发明中超级电容组和蓄电池组通过两套由双向DC/DC变流器、双向DC/AC变流器和变压器依次连接组成的结构并联接入微电网公共交流母线，使用两套结构能够增大混合储能系统的输出能力，从而能够适应更高功率等级的微电网的需求。

3、本发明采用储能协调控制器对混合储能系统内两种储能模块的功率输出进行分配调度，超级电容储能模块输出混合储能系统的总功率中的高频波动部分和蓄电池模块输出混合储能系统的总功率中的平滑部分，这样使得超级电容和蓄电池能按自身输出特性进行功率输出，超级电容模块的快速响应的输出特性能够提高微电网的稳定性，蓄电池模块输出平滑功率有利于延长蓄电池组的使用寿命；并且蓄电池储能模块中PWM控制器集成了两种控制策略，满足了微电网不同运行状态下的需求。

4、本发明中所采用的PQ控制策略能够控制双向DC/AC变流器按要求输出相应的有功功率和无功功率，所采用的Vf控制策略能够控制双向DC/AC变流器按要求输出相应的幅值和频率的电压，PQ控制策略和Vf控制策略都是基于旋转坐标系下的双环解耦控制方法，这种控制方法的结构简单，响应速度快，能够满足微电网对储能系统的输出需求。

附图说明

图1为本发明涉及的典型微电网以及微电网中混合储能系统的拓扑结构示意图；

图2为本发明中涉及的储能协调控制器采用一阶低通滤波器的功率分配控制方案；

图3为本发明中涉及的超级电容储能模块中双向DC/AC变流器的结构拓扑及其PWM控制器拓扑图；

图4为本发明中涉及的蓄电池储能模块中双向DC/AC变流器的结构拓扑及其PWM控制器拓扑图；

图5为本发明中涉及的PQ控制策略原理框图；

图6为本发明中涉及的Vf控制策略原理框图；

图中标号：10超级电容储能模块；101超级电容组；102第一双向DC/DC变流器；103第一双向DC/AC变流器；104第一变压器；105第一PWM控制器；20蓄电池储能模块；201蓄电池组；202第二双向DC/DC变流器；203第二双向DC/AC变流器；204第二变压器；205第二PWM控制器；30储能协调控制器。

具体实施方式

本实施实例中，微电网是由风力发电系统和光伏发电系统构成的分布式发电单元、微电网负载、混合储能系统、微电网能量管理系统组成，并采用静态切换开关在公共连接点PCC与电网相连，如图1所示，其中光伏发电系统和风力发电系统都采用最大功率跟踪输出的控制方法，能够最大限度的利用太阳能和风能，微电网负载通过输电线和变压器接在微电网公共交流母线上，微电网能量管理系统负责管理整个微电网的能量流动，并对微电网中的各个模块的功率输出进行调度，是微电网中的各个模块的上层控制系统；参见图1，混合储能系统是由超级电容储能模块10、蓄电池储能模块20和储能协调控制器30构成；混合储能系统根据微电网的不同运行状态来调整超级电容储能模块10、蓄电池储能模块20和储能协调控制器30的控制方式来满足微电网的运行需求：

微电网并网运行时，混合储能系统采用如下控制方式一或控制方式二；微电网孤岛运行时，混合储能系统采用如下控制方式三：

控制方式一：混合储能系统采用接受微电网能量管理系统功率调度的控制方式；

控制方式二：混合储能系统采用稳定公共连接点PCC输出功率的控制方式，用来平抑微电网中分布式电源以及负荷的功率波动；

控制方式三：混合储能系统采用稳定微电网电压和频率的控制方式，维持微电网电压和频率的稳定。

采用储能协调控制器30对混合储能系统内超级电容储能模块10和蓄电池储能模块20的功率输出进行分配调度的控制模式，增加了混合储能系统控制方式的多样性，使得混合储能系统能够集成多种控制方式来满足微电网不同运行状态的稳定性需求。

如图1所示，本实施例中，超级电容储能模块10设置为：采用超级电容组101，并有第一双向DC/DC变流器102、第一双向DC/AC变流器103和第一变压器104依次连接，第一双向DC/AC变流器103由第一PWM控制器105控制。

蓄电池储能模块20设置为：采用蓄电池组201，并有第二双向DC/DC变流器202、第二双向DC/AC变流器203和第二变压器204依次连接，第二双向DC/AC变流器203由第二PWM控制器205控制。

超级电容储能模块10与蓄电池储能模块20并联接入微电网公共交流母线，构成接入微电网的混合储能系统。

混合储能系统中含有第一双向DC/AC变流器103和第二双向DC/AC变流器203分别控制超级电容储能模块10和蓄电池储能模块20的功率输出，利用两个双向DC/AC变流器的进行功率输出，能够提高混合储能的容量水平，并使得混合储能系统能够适用于更高功率等级微电网的运行需求。

在控制方式一中，设置超级电容储能模块10中的第一PWM控制器105和蓄电池储能模块20中的第二PWM控制器205都采用PQ控制策略，控制方式一按如下步骤进行：

步骤1.1、由混合储能系统中的储能协调控制器30接收微电网能量管理系统给定的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*；

如图2所示，储能协调控制器30内部的功率计算模块不工作，总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*的开关都置1，总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*的大小由外界输入确定。

步骤1.2、由储能协调控制器30利用一阶低通滤波器分别将步骤1.1中总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*分解为有功高频波动部分信号P_cs ^*和有功平滑部分信号P_bs ^*以及无功高频波动部分信号Q_cs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*。

步骤1.3、由储能协调控制器30将步骤1.2中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*传送至超级电容储能模块10中的第一PWM控制器105；同时将步骤1.2中有功平滑部分信号P_cs ^*和无功平滑部分信号Q_cs ^*传送至蓄电池储能模块20中的第二PWM控制器205。

步骤1.4、分别以步骤1.3中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*作为第一PWM控制器105中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，并调节第一PWM控制器105产生脉冲波，用来控制第一双向DC/AC变流器103的功率输出；同时，分别以步骤1.3中的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*作为第二PWM控制器205中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，调节第二PWM控制器205产生脉冲波，用来控制第二双向DC/AC变流器203的功率输出。

本实施例中，超级电容储能模块10中第一双向DC/AC变流器103的结构拓扑和第一PWM控制器105拓扑如图3所示，图3中第一双向DC/AC变流器103由第一三相逆变桥和第一LC滤波器组成，第一PWM控制器105由第一功率计算模块、第一PLL锁相环、PQ控制器以及第一PWM信号发生器组成，其中PQ控制器中只集成了PQ控制策略，PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*分别由所接收的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*而确定的，第一PWM控制器105内的第一PLL锁相环采集的是第一双向DC/AC变流器103交流侧的微电网电压E。

本实施例中，蓄电池储能模块20中第二双向DC/AC变流器203的结构拓扑和第二PWM控制器205拓扑如图4所示，图4中第二双向DC/AC变流器203由第二三相逆变桥和第二LC滤波器组成，第二PWM控制器205由第二功率计算模块、正弦波发生器、第二PLL锁相环、Vf＆PQ控制器以及第二PWM信号发生器组成，其中Vf＆PQ控制器中集成了PQ控制策略和Vf控制策略，而控制方式一中只选择为PQ控制策略，Vf＆PQ控制器中PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*分别由所接收的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*确定，同时，开关K命令第二PWM控制器205内的第二PLL锁相环采集第二双向DC/AC变流器203交流侧的微电网电压E₁。

在控制方式二中，设置超级电容储能模块10中的第一PWM控制器105和蓄电池储能模块20中的第二PWM控制器205都采用PQ控制策略，控制方式二按如下步骤进行：

步骤2.1、混合储能系统中的储能协调控制器30根据微电网中分布式发电单元的输出功率、微电网负载的功率以及设定的公共连接点PCC目标功率，按式（1）计算出混合储能系统所需输出的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*；

$\left\{\begin{array}{c}{P_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{P}_D+\mathrm{\Σ}{P}_L+{P_g}^{*})\\ {Q_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{Q}_D+\mathrm{\Σ}{Q}_L+{Q_g}^{*})\end{array}\right.---\left(1\right)$

式（1）中所有参数均以流入微电网公共交流母线为正方向，其中∑P_D和∑Q_D分别为分布式发电单元流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，∑P_L和∑Q_L分别为所有接入微电网公共交流母线的负载所流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，P_g ^*和Q_g ^*分别为设定的公共连接点PCC目标有功功率信号和目标无功功率信号；

步骤2.2、步骤2.3、步骤2.4分别与控制方式一中的步骤1.2、步骤1.3和步骤1.4相同；

控制方式二中，储能协调控制器30内部的功率计算模块工作，如图2所示，总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*的开关都置2，由内部的功率计算模块确定。图3中第一双向DC/AC变流器103和第一PWM控制器105在控制方式二中的工作状态与控制方式一中的工作状态完全相同；图4中第二双向DC/AC变流器203和第二PWM控制器205在控制方式二中的工作状态与控制方式一中的工作状态也完全相同；

在控制方式三中，设置超级电容储能模块10中的第一PWM控制器105采用PQ控制策略，设置蓄电池储能模块20中的第二PWM控制器205采用Vf控制策略，其控制步骤为：

步骤3.1、混合储能系统中的储能协调控制器30根据微电网中分布式发电单元的输出功率、微电网负载的功率，按式（2）计算出混合储能系统所需输出的有功功率信号P_s ^*和无功功率信号Q_s ^*；

$\left\{\begin{array}{c}{P_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{P}_D+\mathrm{\Σ}{P}_L)\\ {Q_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{Q}_D+\mathrm{\Σ}{Q}_L)\end{array}\right.---\left(2\right)$

式（2）中所有参数均以流入微电网公共交流母线为正方向，其中∑P_D和∑Q_D分别为分布式发电单元流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，∑P_L和∑Q_L分别为所有接入微电网交流母线的负载所流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和。

步骤3.2、储能协调控制器30利用一阶低通滤波器分别将步骤3.1中的有功功率信号P_s ^*和无功功率信号Q_s ^*分解为有功高频波动部分信号P_cs ^*和有功平滑部分信号P_bs ^*以及无功高频波动部分信号Q_cs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*。

步骤3.3、将储能协调控制器30将步骤3.2中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*传送至超级电容储能模块10中的第一PWM控制器105；同时将步骤3.2中的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*传送至蓄电池储能模块20中的第二PWM控制器205。

步骤3.4、分别以步骤3.3中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*作为第一PWM控制器105中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，并调节第一PWM控制器105产生脉冲波，用来控制第一双向DC/AC变流器103的功率输出；同时，第二PWM控制器205接收储能协调控制器30传送的步骤3.3中有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*，并设定Vf控制策略所需的目标电压的幅值信号U_m ^*和频率信号f^*，调节第二PWM控制器205产生脉冲波，用来控制第二双向DC/AC变流器203的输出，实现微电网电压和频率的稳定；

图3中第一双向DC/AC变流器103和第一PWM控制器105在控制方式二中的工作状态仍然与控制方式一中的工作状态完全相同；图4中Vf＆PQ控制器中集成了PQ控制策略和Vf控制策略，在控制方式三中Vf＆PQ控制器中只选择Vf控制策略，第二PWM控制器205所接收的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*不再被Vf＆PQ控制器使用，选择第二PWM控制器205自身设定的标准目标电压的幅值信号U_m ^*，目标电压和标准电压相同，设置的目标电压的幅值信号U_m ^*和目标电压的频率信号f^*使得正弦波发生器发出标准电压信号E₂，第二PWM控制器205内的开关K命令第二PLL锁相环采集标准电压信号E₂。

本实施例中，PQ控制策略是控制第一双向DC/AC变流器103实际输出的有功功率和无功功率与所设置的目标有功功率和目标无功功率一致，并且控制第二双向DC/AC变流器203实际输出的有功功率和无功功率与所设置的目标有功功率和目标无功功率一致的一种方法；Vf控制策略是控制第二双向DC/AC变流器203的实际输出电压的幅值和频率与所设置的目标电压的幅值和频率一致的一种方法。

PQ控制策略原理图如图5所示，由于图3中PQ控制器采用PQ控制策略时与图4中Vf＆PQ控制器采用PQ控制策略时所采集的电压量、电流量以及对电压量、电流量控制过程完全相同，所以在此以图3的信号采集为例阐述突5中PQ控制策略的工作原理；图3中，根据第一PLL锁相环采集的电压信号E的电角度θ为基准，建立第一两相同步旋转坐标系，目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*是PQ控制策略的两个控制目标，PQ控制器采集第一双向DC/AC变流器103交流侧输出的电压和电流值并计算出实际输出有功功率P和实际输出无功功率Q，将目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*分别与实际输出有功功率信号P和实际输出无功功率信号Q相比较作差，经PI调节后分别得到第一两相同步旋转坐标系下的内环电流d轴的参考值i_d ^*和q轴参考值i_q ^*，采集第一双向DC/AC变流器103中第一LC滤波器入口处三相实际电流i_a、i_b、i_c，通过第一PLL锁相环给定的旋转角度θ为基准，换算出第一两相同步旋转坐标系下的d轴的实际电流值i_d以及q轴的实际电流值i_q，再分别将内环电流d轴的参考值i_d ^*和q轴参考值i_q ^*分别与d轴的实际电流值i_d以及q轴的实际电流值i_q相比较作差，经PI调节后得到u_sd和u_sq，再经过坐标反变换，将第一两相同步旋转坐标系下转换为三相静止坐标系下的调制波u_sa、u_sb、u_sc信号，经过正弦脉宽调制后即可以得到第一双向DC/AC变流器103的驱动信号。

Vf控制策略原理图如图6所示，根据图4中第二PLL锁相环采集的电压E₂的电角度θ为基准，建立第二两相同步旋转坐标系，由于标准电压信号E₂和目标电压信号U^*相同，所以在第二两相同步旋转坐标系下d轴电压的目标值U_d ^*为目标电压U^*的幅值U_m ^*，q轴电压的目标值U_q ^*为0，将所检测到的第二LC滤波器靠近第二变压器204侧三相电压U_oabc、三相电流I_oabc和靠近第二三相逆变桥侧的三相电流I_abc换算成两相同步旋转坐标系下的量，分别为：d轴电压的实际值U_d以及q轴电压的实际值U_q、d轴电流的实际值i_od以及q轴电流的实际值i_oq、d轴电流的实际值i_d以及q轴电流的实际值i_q。分别将d轴和q轴的目标电压U_d ^*、U_q ^*分别与实际电压U_d、U_q相比较作差，经PI调节后分别得到流过第二LC滤波器中的电容C的两轴电流基准，综合LC滤波器出口处电流和电容的耦合电流分别得到流过电感的内环电流d轴的参考值i_d ^*和q轴的参考值i_q ^*，再分别将参考电流i_d ^*、i_q ^*分别与实际电流i_d、i_q相比较作差，经PI调节后得到u_sd和u_sq。将u_sd和u_sq再经过坐标反变换，由第二两相同步旋转坐标系转换为三相静止坐标系下的调制波u_sa、u_sb、u_sc信号将其进行正弦脉宽调制后即可以得到第二双向DC/AC变流器203的驱动信号。

Claims (4)

1.一种应用于微电网的混合储能系统，所述微电网是由风力发电系统和光伏发电系统构成的分布式发电单元、微电网负载、混合储能系统、微电网能量管理系统组成，所述微电网采用静态切换开关在公共连接点PCC与电网相连，其特征是：所述混合储能系统是由超级电容储能模块(10)、蓄电池储能模块(20)和储能协调控制器(30)构成；所述混合储能系统根据微电网的不同运行状态调整超级电容储能模块(10)、蓄电池储能模块(20)和储能协调控制器(30)的控制方式以满足微电网的运行需求：

微电网并网运行时，混合储能系统采用如下控制方式一或控制方式二；微电网孤岛运行时，混合储能系统采用如下控制方式三：

控制方式一：混合储能系统采用接受微电网能量管理系统功率调度的控制方式；

控制方式二：混合储能系统采用稳定公共连接点PCC输出功率的控制方式；

控制方式三：混合储能系统采用稳定微电网电压和频率的控制方式。

2.根据权利要求1所述的应用于微电网的混合储能系统，其特征是：

所述超级电容储能模块(10)设置为：采用超级电容组(101)，并有第一双向DC/DC变流器(102)、第一双向DC/AC变流器(103)和第一变压器(104)依次连接，所述第一双向DC/AC变流器(103)由第一PWM控制器(105)控制；

所述蓄电池储能模块(20)设置为：采用蓄电池组(201)，并有第二双向DC/DC变流器(202)、第二双向DC/AC变流器(203)和第二变压器(204)依次连接，所述第二双向DC/AC变流器(203)由第二PWM控制器(205)控制；

所述超级电容储能模块(10)与蓄电池储能模块(20)在第一变压器(104)和第二变压器(204)的高压侧并联构成混合储能系统接入微电网公共交流母线。

3.根据权利要求1或2所述的应用于微电网的混合储能系统，其特征是：

在所述控制方式一中，设置超级电容储能模块(10)中的第一PWM控制器(105)和蓄电池储能模块(20)中的第二PWM控制器(205)都采用PQ控制策略，所述控制方式一按如下步骤进行：

步骤1.1、由所述混合储能系统中的储能协调控制器(30)接收所述微电网能量管理系统给定的混合储能系统所需输出的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*；

步骤1.2、由所述储能协调控制器(30)利用一阶低通滤波器分别将步骤1.1中总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*分解为有功高频波动部分信号P_cs ^*和有功平滑部分信号P_bs ^*以及无功高频波动部分信号Q_cs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*；

步骤1.3、由所述储能协调控制器(30)将步骤1.2中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*传送至超级电容储能模块(10)中的第一PWM控制器(105)；同时将步骤1.2中的有功平滑部分信号P_cs ^*和无功平滑部分信号Q_cs ^*传送至蓄电池储能模块(20)中的第二PWM控制器(205)；

步骤1.4、分别以步骤1.3中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*作为所述第一PWM控制器(105)中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，并调节第一PWM控制器(105)产生脉冲波，控制第一双向DC/AC变流器(103)的功率输出；同时，分别以步骤1.3中的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*作为所述第二PWM控制器(205)中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，调节第二PWM控制器(205)产生脉冲波，控制第二双向DC/AC变流器(203)的功率输出；

在所述控制方式二中，设置超级电容储能模块(10)中的第一PWM控制器(105)和蓄电池储能模块(20)中的第二PWM控制器(205)都采用PQ控制策略，所述控制方式二按如下步骤进行：

步骤2.1、所述混合储能系统中的储能协调控制器(30)根据微电网中分布式发电单元的输出功率、微电网负载的功率以及设定的公共连接点PCC目标功率，按式（1）计算出混合储能系统所需输出的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*；

$\left\{\begin{array}{c}{P_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{P}_D+\mathrm{\Σ}{P}_L+{P_g}^{*})\\ {Q_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{Q}_D+\mathrm{\Σ}{Q}_L+{Q_g}^{*})\end{array}\right.---\left(1\right)$

式（1）中，所有参数均以流入微电网公共交流母线为正方向，∑P_D和∑Q_D分别为分布式发电单元流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，∑P_L和∑Q_L分别为所有接入微电网公共交流母线的负载所流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，P_g ^*和Q_g ^*分别为设定的公共连接点PCC目标有功功率和目标无功功率；

步骤2.2、步骤2.3、步骤2.4分别与控制方式一中的步骤1.2、步骤1.3和步骤1.4相同；

在所述控制方式三中，设置超级电容储能模块(10)中的第一PWM控制器(105)采用PQ控制策略，设置蓄电池储能模块(20)中的第二PWM控制器(205)采用Vf控制策略，其控制步骤为：

步骤3.1、所述混合储能系统中的储能协调控制器(30)根据微电网中分布式发电单元的输出功率、微电网负载的功率，按式（2）计算出混合储能系统所需输出的有功功率信号P_s ^*和无功功率信号Q_s ^*；

$\left\{\begin{array}{c}{P_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{P}_D+\mathrm{\Σ}{P}_L)\\ {Q_s}^{*}=-(\mathrm{\Σ}{Q}_D+\mathrm{\Σ}{Q}_L)\end{array}\right.---\left(2\right)$

式（2）中，所有参数均以流入微电网公共交流母线为正方向，∑P_D和∑Q_D分别为分布式发电单元流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和，∑P_L和∑Q_L分别为所有接入微电网交流母线的负载所流入微电网公共交流母线的有功功率信号和无功功率信号的总和；

步骤3.2、由所述储能协调控制器(30)利用一阶低通滤波器分别将步骤3.1中的总有功功率信号P_s ^*和总无功功率信号Q_s ^*分解为有功高频波动部分信号P_cs ^*和有功平滑部分信号P_bs ^*以及无功高频波动部分信号Q_cs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*；

步骤3.3、将所述储能协调控制器(30)将步骤3.2中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*传送至超级电容储能模块(10)中的第一PWM控制器(105)；同时将步骤3.2中的有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*传送至蓄电池储能模块(20)中的第二PWM控制器(205)；

步骤3.4、分别以步骤3.3中的有功高频波动部分信号P_cs ^*和无功高频波动部分信号Q_cs ^*作为所述第一PWM控制器(105)中所采用的PQ控制策略的目标有功功率信号P^*和目标无功功率信号Q^*，并调节第一PWM控制器(105)产生脉冲波，控制第一双向DC/AC变流器(103)的功率输出；同时，所述第二PWM控制器(205)接收储能协调控制器(30)传送的步骤3.3中有功平滑部分信号P_bs ^*和无功平滑部分信号Q_bs ^*，并设定Vf控制策略所需的目标电压的幅值信号U_m ^*和频率信号f^*，调节第二PWM控制器(205)产生脉冲波，控制第二双向DC/AC变流器(203)的输出。

4.根据权利要求3所述应用于微电网的混合储能系统，其特征是：所述PQ控制策略是控制第一双向DC/AC变流器(103)实际输出的有功功率和无功功率与所设置的目标有功功率和目标无功功率一致，并且控制第二双向DC/AC变流器(203)实际输出的有功功率和无功功率与所设置的目标有功功率和目标无功功率一致的一种方法；所述Vf控制策略是控制第二双向DC/AC变流器(203)的实际输出电压的幅值和频率与所设置的目标电压的幅值和频率一致的一种方法。

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