CN104578169B - 一种共交流母线离网型微网系统及其能量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种共交流母线离网型微网系统及其能量控制方法，该方法包括：共交流母线离网型微网系统中的储能逆变器根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；所述储能逆变器以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，以提高微网系统对能量变化的响应速度，从而实现微网系统的稳定。

Description

一种共交流母线离网型微网系统及其能量控制方法
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，更具体地说，涉及一种共交流母线离网型微网系统及其能量控制方法。
背景技术
在共交流母线离网型微网系统中，光伏逆变器10、小型发电机20等发电设备与储能逆变器30挂接在同一交流母线上，如图1所示。当储能逆变器30直流侧电压较高或蓄电池40的充电功率较大时，需要依赖后台管理系统协调控制发电设备的输出功率下降，从而实现微网系统的稳定运行。
但是，发电设备、储能逆变器与后台管理系统之间传输数据量大，数据通讯延时，导致后台管理系统控制滞后，很容易出现微网系统崩溃的局面。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种共交流母线离网型微网系统及其能量控制方法，以提高微网系统对能量变化的响应速度，从而实现微网系统的稳定。
一种共交流母线离网型微网系统的能量控制方法，包括：
共交流母线离网型微网系统中的储能逆变器根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；
所述储能逆变器以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；
共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率。
其中，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的频率。
其中，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的频率上升，反之下降；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的频率小于第一频率阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的频率大于第二频率阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的频率不小于所述第一频率阈值且不大于所述第二频率阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的频率上升进行降功率输出。
其中，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的频率下降，反之上升；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的频率小于第三频率阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的频率大于第四频率阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的频率不小于所述第一频率阈值且不大于所述第二频率阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的频率下降进行降功率输出。
其中，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的幅值。
其中，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的幅值上升，反之下降；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的幅值小于第一幅值阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的幅值大于第二幅值阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的幅值不小于所述第一幅值阈值且不大于所述第二幅值阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的幅值上升进行降功率输出。
其中，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的幅值下降，反之上升；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的幅值小于第三幅值阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的幅值大于第四幅值阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的幅值不小于所述第一幅值阈值且不大于所述第二幅值阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的幅值下降进行降功率输出。
一种共交流母线离网型微网系统，包括共交流母线的储能逆变器和用电设备，其中：
所述储能逆变器，用于根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；以及以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；
所述发电设备为根据所述交流母线电压的参数来调节自身输出功率的发电设备。
其中，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的频率。
其中，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的幅值。
从上述的技术方案可以看出，本发明通过储能逆变器实时调节共交流母线离网型微网系统中交流母线电压的参数(如电压频率参数，或电压幅值参数)，各发电设备根据该参数变化来实时、独立的调整自身的输出功率，从而达到快速响应微网系统能量变化的目的，提高了微网系统的稳定性。相较于现有技术，本发明无需额外设置通讯线路、也无需额外设置后台管理系统对微网系统中的储能逆变器、发电设备进行统一协调管理，因此不会出现后台数据通讯量大、数据通讯延时所导致的后台控制滞后问题，实现了微网系统的稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种共交流母线离网型微网系统结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种共交流母线离网型微网系统的能量控制方法流程图；
图3为蓄电池在各充电电压点所对应的允许最大充电电流曲线图；
图4a为本发明实施例公开的以储能逆变器交流测电压的频率作为输出的闭环控制原理框图；
图4b为本发明实施例公开的以储能逆变器交流测电压的幅值作为输出的闭环控制原理框图；
图5a为本发明实施例公开的一种发电设备工作特性示意图；
图5b为本发明实施例公开的又一种发电设备工作特性示意图；
图5c为本发明实施例公开的又一种发电设备工作特性示意图；
图5d为本发明实施例公开的又一种发电设备工作特性示意图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，本发明实施例公开了一种共交流母线离网型微网系统能量控制方法，以提高微网系统对能量变化的响应速度，从而提高微网系统的稳定性，包括：
步骤201：共交流母线离网型微网系统中的储能逆变器根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；
步骤202：所述储能逆变器以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；
步骤203：共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率。
下面，对本实施例的执行步骤进行详述。
1)关于步骤201
在共交流母线离网型微网系统中，储能逆变器的交流侧接交流母线、直流侧接蓄电池，当蓄电池能量不足时，储能逆变器能够将交流母线上的能量转换成直流电能，对蓄电池进行充电储能。根据蓄电池充电特性，可描绘出蓄电池在各充电电压点所对应的允许最大充电电流曲线，如图3所示，其中，纵坐标VdcMax表示蓄电池充电电压(即储能逆变器直流侧电压)，横坐标IdcRef表示蓄电池允许最大充电电流。
所述蓄电池在各充电电压点所对应的允许最大充电电流曲线图，以函数图像或其他变换形式存储在储能逆变器中，从而储能逆变器就可以根据自身直流侧电压，直接获取得到与之对应的蓄电池允许最大充电电流。此外，根据曲线走向可知，随着储能逆变器直流侧电压VdcMax的提升，蓄电池允许最大充电电流IdcRef呈现下降趋势。
其中需要说明的是，在图3中，Vdc和Idc所呈现的线性对应关系仅仅是示意性的，可以根据蓄电池的不同类型和不同工况需求进行相应修改，以充分适应不同类型的蓄电池在不同工况下的充电特性。
2)关于步骤202～步骤203
在共交流母线离网型微网系统中，发电设备的输出功率上升，会影响储能逆变器直流侧电压VdcMax、以及蓄电池充电功率随之增大。再者，由于储能逆变器、发电设备共交流母线，因此储能逆变器交流测电压就等于交流母线电压，同时也就等于发电设备交流侧电压。
由蓄电池在各充电电压点所对应的允许最大充电电流曲线图可知，由于蓄电池允许最大充电电流IdcRef是随着储能逆变器直流侧电压VdcMax的提升而呈下降趋势的，因此当储能逆变器直流侧电流IdcFdb＞IdcRef时，就意味着储能逆变器直流侧电压较高、蓄电池充电功率较大。并且，由于在本实施例所应用的共交流母线离网型微网系统中，其发电设备是具有根据交流母线电压的参数变化进行输出功率调节功能的设备。因此，储能逆变器在检测到IdcFdb＞IdcRef时，以IdcRef作为输入，以IdcFdb作为反馈，对自身交流侧电压的参数进行闭环控制的话，就可以带动发电设备随之进行输出功率降额控制，而发电设备输出功率的降低又会对IdcFdb和IdcRef造成影响，那么直至IdcFdb＞IdcRef的情况被解除时，闭环控制也就达到了稳态。
其中，所述交流母线电压的参数可以是交流母线电压的频率参数(如图4a所示)，也可以是交流母线电压的幅值参数(如图4b所示)。IdcRef表示蓄电池允许最大充电电流，IdcFdb表示储能逆变器直流侧电流，f表示储能逆变器交流测电压的频率，Vac表示储能逆变器交流测电压的幅值。图4a中执行闭环控制程序的闭环控制器可以为比例积分控制器，也可以为比例积分微分控制器或其他，并不局限，图4b中亦然。
当采用储能逆变器交流测电压的频率参数作为闭环输出时，微网系统中要么统一采用随交流母线电压频率提升进行功率降额输出的发电设备，要么统一采用随交流母线电压频率下降进行功率降额输出的发电设备。具体的：
微网系统统一采用随交流母线电压频率提升进行功率降额输出的发电设备时，这些发电设备应满足如图5a所示的工作状态(横坐标f表示交流母线电压的频率，纵坐标P表示发电设备的输出功率)：当f小于第一频率阈值f1时，所述发电设备允许满载输出；当f大于第二频率阈值f2时，所述发电设备进入待机状态；当f1≤f≤f2时，所述发电设备控制自身输出功率跟随f的提升而降额输出。同时，图4a所示的闭环控制系统应满足：IdcFdb＞IdcRef时，f上升，反之下降。从而，实现通过提高储能逆变器交流测电压的频率来让发电设备降功率输出的功能。
微网系统统一采用随交流母线电压频率下降进行功率降额输出的发电设备时，这些发电设备应满足如图5b所示的工作状态(横坐标f表示交流母线电压的频率，纵坐标P表示发电设备的输出功率)：当f小于第三频率阈值f3时，所述发电设备进入待机状态；当f大于第四频率阈值f4时，所述发电设备允许满载输出；当f3≤f≤f4时，所述发电设备控制自身输出功率跟随f的下降而降额输出。同时，图4a所示的闭环控制系统应满足：IdcFdb＞IdcRef时，f下降，反之上升。从而，实现通过拉低储能逆变器交流测电压的频率来让发电设备降功率输出的功能。
当采用储能逆变器交流测电压的幅值参数作为闭环输出时，微网系统中要么统一采用随交流母线电压幅值提升进行功率降额输出的发电设备，要么统一采用随交流母线电压幅值下降进行功率降额输出的发电设备。具体地：
微网系统统一采用随交流母线电压幅值提升进行功率降额输出的发电设备时，这些发电设备应满足如图5c所示的工作状态(横坐标Vac表示交流母线电压的幅值，纵坐标P表示发电设备的输出功率)：当Vac小于第一幅值阈值Vac1时，所述发电设备允许满载输出；当Vac大于第二幅值阈值Vac2时，所述发电设备进入待机状态；当Vac1≤Vac≤Vac2时，所述发电设备控制自身输出功率跟随Vac的提升而降额输出。同时，图4a所示的闭环控制系统应满足：IdcFdb＞IdcRef时，Vac上升，反之下降。从而，实现通过提高储能逆变器交流测电压的幅值来让发电设备降功率输出的功能。
微网系统统一采用随交流母线电压幅值下降进行功率降额输出的发电设备时，这些发电设备应满足如图5d所示的工作状态(横坐标Vac表示交流母线电压的幅值，纵坐标P表示发电设备的输出功率)：当Vac小于第三幅值阈值Vac3时，所述发电设备进入待机状态；当Vac大于第四幅值阈值Vac4时，所述发电设备允许满载输出；当Vac3≤Vac≤Vac4时，所述发电设备控制自身输出功率P跟随Vac的下降而降额输出。同时，图4b所示的闭环控制系统应满足：IdcFdb＞IdcRef时，Vac下降，反之上升。从而，实现通过拉低储能逆变器交流测电压的幅值来让发电设备降功率输出的功能。
此外，本发明实施例还公开了一种共交流母线离网型微网系统，以提高微网系统对能量变化的响应速度，从而实现微网系统的稳定，包括：共交流母线的储能逆变器和发电设备，其中：
所述储能逆变器，用于根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；以及以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；
所述发电设备为根据所述交流母线电压的参数来调节自身输出功率的发电设备。
其中，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的频率或幅值。
综上所述，本发明通过储能逆变器实时调节共交流母线离网型微网系统中交流母线电压的参数(如电压频率参数，或电压幅值参数)，各发电设备根据该参数变化来实时、独立的调整自身的输出功率，从而达到快速响应微网系统能量变化的目的，提高了微网系统的稳定性。相较于现有技术，本发明无需额外设置通讯线路、也无需额外设置后台管理系统对微网系统中的储能逆变器、发电设备进行统一协调管理，因此不会出现后台数据通讯量大、数据通讯延时所导致的后台控制滞后问题，实现了微网系统的稳定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的共交流母线离网型微网系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种共交流母线离网型微网系统的能量控制方法，其特征在于，包括：
共交流母线离网型微网系统中的储能逆变器根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；
当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述储能逆变器以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；
共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率；其中，所述发电设备具备根据交流母线电压的参数变化进行降额输出的能力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的频率上升，反之下降；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的频率小于第一频率阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的频率大于第二频率阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的频率不小于所述第一频率阈值且不大于所述第二频率阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的频率上升进行降功率输出。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的频率下降，反之上升；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的频率小于第三频率阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的频率大于第四频率阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的频率不小于所述第三频率阈值且不大于所述第四频率阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的频率下降进行降功率输出。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的幅值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的幅值上升，反之下降；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的幅值小于第一幅值阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的幅值大于第二幅值阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的幅值不小于所述第一幅值阈值且不大于所述第二幅值阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的幅值上升进行降功率输出。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述闭环控制为：当所述储能逆变器的直流侧电流大于所述蓄电池允许最大充电电流时，所述交流母线电压的幅值下降，反之上升；
所述共交流母线离网型微网系统中的发电设备根据所述交流母线电压的参数来调节自身的输出功率，包括：当所述交流母线电压的幅值小于第三幅值阈值时，所述发电设备进入待机状态；当所述交流母线电压的幅值大于第四幅值阈值时，所述发电设备允许满载输出；当所述交流母线电压的幅值不小于所述第三幅值阈值且不大于所述第四幅值阈值时，所述发电设备随所述交流母线电压的幅值下降进行降功率输出。
8.一种共交流母线离网型微网系统，其特征在于，包括共交流母线的储能逆变器和发电设备，其中：
所述储能逆变器，用于在所述储能逆变器的直流侧电流大于蓄电池允许最大充电电流时，根据自身直流侧电压，确定该电压下所对应的蓄电池允许最大充电电流；以及以所述蓄电池允许最大充电电流作为给定、以自身直流侧电流作为反馈，做闭环控制，闭环输出为交流母线电压的参数；
所述发电设备为根据所述交流母线电压的参数来调节自身输出功率的发电设备，其中，所述发电设备具备根据交流母线电压的参数变化进行降额输出的能力。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的频率。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述交流母线电压的参数为所述交流母线电压的幅值。
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