CN104979820B - 新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

一种新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法，涉及直流母线稳定控制方法，特别涉及新能源孤岛电站的稳定控制方法。该方法包括：采用直流母线，新能源机组采用直流输出并入直流母线，在直流母线上设置卸荷单元、蓄电池储能单元、辅助发电机单元、逆变单元，各单元分别设置控制器；各控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动对应单元动作以稳定直流母线电压；上述各控制器与管理中心信息交互，管理中心采用集中判断的控制方式分别向相应控制器发送指令以稳定直流母线电压。本发明使得直流母线电压稳定，新能源可随时接入；对机组可调节性能要求比交流并网方式要低。

Description

新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法

技术领域

本发明涉及直流母线稳定控制方法，特别涉及新能源孤岛电站的稳定控制方法。

背景技术

现有的新能源电能单一、离网应用，自然能源经新能源相关装置收集转换成可用电能直接输出，无需并网。多种新能源的并网应用，采用交流准同期差频并网方式，即，多种电能均利用交流并网，要求交流电的电压、频率、相位角三要素在一定的范围之内。但是具有以下缺点：1、多种新能源如不能并网应用，比较单一，可调性差，能量较小无法形成一股较强的电能。2、采用交流并网，只能采用DROOP模式的运行方式，因机组可调节性能较差，特性不一，无稳定的模型，DC/AC的技术参数不同对电网控制带来比较大的影响。3、对机组空载(待并网)时的稳定与控制要求较高；每个机组都自身稳定频率(ISOC模式)会造成电网不可控；因自然可再生能源发电机组本身调控性较差，每个机组需要配置相应比例容量的蓄电池组以及连续可调卸载负荷，各机组采用蓄电池组和连续可调卸载负荷后，其调节特性目前未知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能稳定的新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法。

本发明的目的可以这样实现，设计一种新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法，采用直流母线，新能源机组采用直流输出并入直流母线，在直流母线上设置卸荷单元、蓄电池储能单元、辅助发电机单元、逆变单元，各单元分别设置控制器；采用蓄电池充放电、卸荷单元连续可调、闭环控制稳定直流母线电压；

蓄电池储能单元控制器采用独立模式判断和切换、蓄电池充放电控制、荷电状态监控和管理、直流母线电压控制的方式驱动蓄电池储能单元充放电以稳定直流母线电压；蓄电池储能单元控制器根据直流母线电压、蓄电池电流、蓄电池荷电状态进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

卸荷单元控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动卸荷单元卸荷以稳定直流母线电压；卸荷单元控制器根据直流母线电压、卸荷单元的电压和电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

辅助发电机单元控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动辅助发电机单元以稳定直流母线电压；辅助发电机单元控制器根据直流母线电压、辅助发电机的电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令和功率指令；

逆变单元控制器采用直流母线的电压、交流母线的电压和电流控制的方式驱动逆变单元；逆变单元控制器根据直流母线的电压、交流母线的电压和电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

上述各控制器与管理中心信息交互，管理中心采用集中判断的控制方式分别向相应控制器发送指令以稳定直流母线电压；

其中故障切除，检测逆变单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令关闭逆变单元，然后检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60，若为否，则重复检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60；若为是，则发送指令依次关闭新能源接入、蓄电池储能单元、卸荷单元、切交流载，进行故障排查；

检测新能源接入是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令关闭新能源接入，然后检测蓄电池储能单元的荷电状态是否小于40，若为否，则重复检测蓄电池储能单元的荷电状态是否小于40；若为是，则发送指令依次关闭逆变单元、蓄电池储能单元、卸荷单元、切交流载，进行故障排查；

检测卸荷单元是否发生故障，若为否，则返回正常巡查；若为是，则检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60，若为否，则返回正常巡查；若为是，则判断故障模块数是否大于1，若为否，则返回正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭卸荷单元、新能源接入、逆变单元、蓄电池储能单元、切交流载，进行故障排查；

检测蓄电池储能单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭蓄电池储能单元、新能源接入、逆变单元、辅助发电机、卸荷单元，进行故障排查；

检测辅助发电机输入单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则检测蓄电池储能单元开始充电，若为否，则检测辅助发电机是否关机，若为没关机，则正常巡查；若为已关机，则进行故障排查；若蓄电池储能单元已充电，则判断故障模块是否为2，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭辅助发电机、蓄电池储能单元、逆变单元、卸荷单元，进行故障排查。

进一步地，新能源过压保护设定点最低，辅助发电机单元、逆变单元和蓄电池储能单元过压保护设定点一致，卸荷单元的过压保护设定点最高。

本发明使得直流母线电压稳定，新能源可随时接入，避免了因新能源的不足系统频繁关停再启动，为新能源的捕获赢得了宝贵时间。相比于交流并网方式，本发明对机组可调节性能要求不高，也不存在ISOC和DROOP运行方式考虑。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的稳定控制策略图；

图2是本发明较佳实施例的故障切除逻辑图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法，采用直流母线，新能源机组采用直流输出并入直流母线，在直流母线上设置卸荷单元、蓄电池储能单元、辅助发电机单元、逆变单元，各单元分别设置控制器；

蓄电池储能单元控制器采用独立模式判断和切换、蓄电池充放电控制、荷电状态监控和管理、直流母线电压控制的方式驱动蓄电池储能单元充放电以稳定直流母线电压；

卸荷单元控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动卸荷单元卸荷以稳定直流母线电压；

辅助发电机单元控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动辅助发电机单元以稳定直流母线电压；

逆变单元控制器采用直流母线的电压、交流母线的电压和电流控制的方式驱动逆变单元；

上述各控制器与管理中心信息交互，管理中心采用集中判断的控制方式分别向相应控制器发送指令以稳定直流母线电压。

采用蓄电池充放电、卸荷单元连续可调、闭环控制稳定直流母线电压。

蓄电池储能单元控制器根据直流母线电压、蓄电池电流、蓄电池荷电状态进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

卸荷单元控制器根据直流母线电压、卸荷单元的电压和电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

辅助发电机单元控制器根据直流母线电压、辅助发电机的电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令和功率指令；

逆变单元控制器根据直流母线的电压、交流母线的电压和电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令。

如图2所示，检测逆变单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令关闭逆变单元，然后检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60，若为否，则重复检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60；若为是，则发送指令依次关闭新能源接入、蓄电池储能单元、卸荷单元、切交流载；

检测新能源接入是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令关闭新能源接入，然后检测蓄电池储能单元的荷电状态是否小于40，若为否，则重复检测蓄电池储能单元的荷电状态是否小于40；若为是，则发送指令依次关闭逆变单元、蓄电池储能单元、卸荷单元、切交流载；

检测卸荷单元是否发生故障，若为否，则返回正常巡查；若为是，则检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60，若为否，则返回正常巡查；若为是，则判断故障模块数是否大于1，若为否，则返回正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭卸荷单元、新能源接入、逆变单元、蓄电池储能单元、切交流载；

检测蓄电池储能单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭蓄电池储能单元、新能源接入、逆变单元、辅助发电机、卸荷单元；

检测辅助发电机输入单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则检测蓄电池储能单元开始充电，若为否，则检测辅助发电机是否关机，若为没关机，则正常巡查；若为已关机，则进行故障排查；若蓄电池储能单元已充电，则判断故障模块是否为2，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭辅助发电机、蓄电池储能单元、逆变单元、卸荷单元，进行故障排查。

本实施例中辅助发电机为柴油发电机。

本发明的过压保护原则为：新能源过压保护设定点最低，辅助发电机单元、逆变单元和蓄电池储能单元过压保护设定点一致，卸荷单元的过压保护设定点最高。

本发明通过管理中心负责协调各发电装置出力和负载管理，通过DUMP负载和储能单元对整个发电装置的电能进行稳定控制，在机组并网、负载波动甚至INV逆变器故障条件下采用电池充放电、直流母线上设置的连续可调Dump负载综合控制，闭环控制稳定直流母线，保证逆变的直流输入电压稳定，为整个电站稳定运行提供保障。

连续可调Dump负载控制器对比传统的分档电阻负载，是一种连续的调节方式，对比由档位组合的离散电阻值，精度高，可实现闭环调节；采用PWM调节机理，对比继电器切换的档位组合调节，响应快速，在因新能源机组功率输入发生大幅度变化时造成的电压波动的控制上，能快速平衡功率波动稳定电压。

Dump负载控制器通过内部总线与电池充放电控制器、逆变单元控制器连接，控制数据相互之间实时交换，协调最优控制，做到电池即时处于充满状态，Dump负载处于低负载率投入状况，逆变处于最大输出交流电能状态。

本实施例中能量存储系统主要采用放电倍率大、寿命长的磷酸铁锂动力电池和充放电单元，充放电单元以BUCK-BOOST双向工作的拓扑结构，以IGBT为主动力回路导通元件，加以快速运算的DSP数字处理技术协同工作，以其快速响应的优点，对新能源的瞬变给予快速、可靠弥补。

电池的最大放电电流800A，最大持续放电电流为500A，最大充电电流400A，最大持续充电电流为200A，电池大功率的充放电性能，加上充放电单元毫秒级的反应迅捷性保证了系统母线电压稳定维持的需要。

直流母线是连接各装置的公共母线，为确保直流母线稳定控制和保证系统安全，系统制订了一系列装置过压保护原则：新能源过压保护(OVP)设定点最低(10％～15％可调节)，辅助发电机单元、逆变器和能量存储系统(BESS)的过压保护设定点一致，起保障作用的DUMP负载的过压保护设定点最高，也就是说卸荷器(DL)最后退出运行。各电力电子装置的软件保护过压值小于硬件保护过压定值。

电能转换装置需要综合考虑软硬件的过欠压保护、直流母线短路保护、限流保护、桥臂硬件过流保护、过欠温保护、EPO保护等，同时根据实际需要选择FUSE、CONTACTOR、BREAKER故障保护，原则上每个装置在接入公共直流母线时需要设置独立断路器或相应隔离手段，以便在装置本身故障时减少对整个系统的影响。

本发明具有以下优点：1、很大程度上抗拒了自然能源的不可控、不可抗因素，直流母线电压稳定，新能源可随时接入，避免了因新能源的不足系统频繁关停再启动，为新能源的捕获赢得了宝贵时间。2、相比于交流并网方式，本发明对机组可调节性能要求不高，也不存在ISOC和DROOP运行方式考虑。3、对同一发电装置，直流并网的模块之间均流实现简单，精度高；可以采用多个转换器模块并联来降低设计难度，通过冗余并联来提高系统的可靠性。5、不同发电装置并网时，在发电能力许可的情况下，可以通过设定转换模块的输出特性，来设定某个发电装置的功率输出的优先级和容量。6、直流并网采用的转换模块工作高频开关模式，动态响应速度快(ms级)，能很快的对发电变化和用户负载变化快速的响应。

Claims (2)

1.一种新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法，其特征在于：

采用直流母线，新能源机组采用直流输出并入直流母线，在直流母线上设置卸荷单元、蓄电池储能单元、辅助发电机单元、逆变单元，各单元分别设置控制器；采用蓄电池充放电、卸荷单元连续可调、闭环控制稳定直流母线电压；

蓄电池储能单元控制器采用独立模式判断和切换、蓄电池充放电控制、荷电状态监控和管理、直流母线电压控制的方式驱动蓄电池储能单元充放电以稳定直流母线电压；蓄电池储能单元控制器根据直流母线电压、蓄电池电流、蓄电池荷电状态进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

卸荷单元控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动卸荷单元卸荷以稳定直流母线电压；卸荷单元控制器根据直流母线电压、卸荷单元的电压和电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

辅助发电机单元控制器采用独立模式判断和切换、直流母线电压控制的方式驱动辅助发电机单元以稳定直流母线电压；辅助发电机单元控制器根据直流母线电压、辅助发电机的电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令和功率指令；

逆变单元控制器采用直流母线的电压、交流母线的电压和电流控制的方式驱动逆变单元；逆变单元控制器根据直流母线的电压、交流母线的电压和电流进行控制并接收管理中心的状态切换指令；

上述各控制器与管理中心信息交互，管理中心采用集中判断的控制方式分别向相应控制器发送指令以稳定直流母线电压；

其中对于故障切除的步骤，

检测逆变单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令关闭逆变单元；然后检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60，若为否，则重复检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60；若为是，则发送指令依次关闭新能源接入、蓄电池储能单元、卸荷单元、切交流载，进行故障排查；

检测新能源接入是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令关闭新能源接入，然后检测蓄电池储能单元的荷电状态是否小于40，若为否，则重复检测蓄电池储能单元的荷电状态是否小于40；若为是，则发送指令依次关闭逆变单元、蓄电池储能单元、卸荷单元、切交流载，进行故障排查；

检测卸荷单元是否发生故障，若为否，则返回正常巡查；若为是，则检测蓄电池储能单元的荷电状态是否大于60，若为否，则返回正常巡查；若为是，则判断故障模块数是否大于1，若为否，则返回正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭卸荷单元、新能源接入、逆变单元、蓄电池储能单元、切交流载，进行故障排查；

检测蓄电池储能单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭蓄电池储能单元、新能源接入、逆变单元、辅助发电机、卸荷单元，进行故障排查；

检测辅助发电机输入单元是否发生故障，若为否，则正常巡查；若为是，则检测蓄电池储能单元开始充电，若为否，则检测辅助发电机是否关机，若为没关机，则正常巡查；若为已关机，则进行故障排查；若蓄电池储能单元已充电，则判断故障模块是否为2，若为否，则正常巡查；若为是，则发送指令依次关闭辅助发电机、蓄电池储能单元、逆变单元、卸荷单元，进行故障排查。

2.根据权利要求1所述的新能源孤岛电站直流母线稳定控制方法，其特征在于：新能源过压保护设定点最低，辅助发电机单元、逆变单元和蓄电池储能单元过压保护设定点一致，卸荷单元的过压保护设定点最高。