CN105119266A - 一种直流微电网的能量调控方法 - Google Patents

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张元敏
王武
王红玲
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Abstract

本发明公开一种直流微电网的能量调控方法,该直流微电网系统主要由各种负载单元,蓄电池储能单元、分布式发电单元、静态开关、各种变换器接口和并网变流器组成;模式A为电网正常时,直流微电网并网运行,并网变流器控制直流母线电压恒定,分布式发电单元工作于各自的最大功率跟踪模式,蓄电池储能单元工作于下垂控制模式;本发明给出了直流微电网的具体结构和实现系统运行的五种模式,各模式之间的能量管理采用了具体的模式转换策略,为了保证五种模式之间切换过程平滑性,防止各模式之间频繁切换,各模式切换采用滞环比较器。所提出的直流微电网能量调控方法,能够有效实现微电网的能量管理和协调控制。

Description

一种直流微电网的能量调控方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及微电网、分布式发电技术领域,具体涉及一种直流微电网的能量调控 方法。
背景技术
[0002] 能源危机、环境保护以及能源可持续发展问题催生了可再生能源的开发与利用, 风电、光伏等分布式发电单元可作为有效的并网发电单元,解决能源短缺等一系列矛盾。然 而,这些分布式发电单元功率输出具有随机性、波动性和间歇性特点,同时,存在单机接入 的高成本,低容量和配置不灵活等确定。采用微网形式并入主网是实现整体效益提升的有 效方式。
[0003] 直流微电网相对于交流微电网,具有能量转换次数少,效率高,成本低,无需考虑 频率、相位,控制结构相对简单,发展十分迅速。直流微电网包含储能单元,负载,分布式发 电单元,变换器等接口。如何实现各个单元质量的能量分配与管理,进行协调控制,是保证 其可靠运行的关键问题。传统控制方式大多基于直流母线电压信号的分层控制策略,该方 式在电网正常情况下,能够实现较好的运行,然而实际控制过程中,直流侧电压会偏离理想 参考点,直流微网中含有大量的恒功率负载,可能导致直流侧电压波动,进而引起系统不稳 定。因此,本专利提出一种直流微电网的能量调控方法,实现微电网的能量管理和协调控 制。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种直流微电网的能量调控方法。一种直流微电网的能量 调控方法,该直流微电网系统主要由各种负载单元,蓄电池储能单元、分布式发电单元、静 态开关、各种变换器接口和并网变流器组成; 模式A为电网正常时,直流微电网并网运行,并网变流器控制直流母线电压恒定,分布 式发电单元工作于各自的最大功率跟踪模式,蓄电池储能单元工作于下垂控制模式;此时, 分布式发电单元为负载供电,当分布式发电功率大于负载所需功率,多余电量进行并网,反 之,由电网提供部分缺额功率给负载; 模式B为并网运行时,电网需要输出的功率超过变流器额定功率,此时并网变流器工 作在限流控制,输出电流钳位在最大设定电流值,不能保持直流母线电压稳定; 模式B'为电网发生短时故障,断开并网变流器,直流母线电压由蓄电池储能装置进行 控制; 模式C为直流微电网长期工作于孤岛方式,分布式发电单元的总输出功率小于负载功 率,蓄电池运行于放电状态; 模式C'为直流微电网运行于孤岛方式,分布式发电单元输出功率大于负载功率,蓄电 池工作于持续充电状态。
[0005] 五种模式之间的能量管理采用了具体的模式转换策略;A-B模式间切换:若直流 电压变化量满足
Figure CN105119266AD00041
从模式A进入到模式B,当负载功率减小,使得电网输出功率小 于变流器额定功率,并网变流器退出饱和状态; 从模式B切换到模式A,A-B'模式间切换:电网发生短时故障,通过检测并网变流器电 流, 从模式A进入到模式B',当电网故障清除,电网电压恢复,从模式B'切换到模式A ; B' - C模式间切换:进行蓄电池荷电状态检测,当蓄电池需求功率大于额定功率,或者 荷电状态小于40%时,由模式B'进入到模式C,当负载功率小于分布式发电单元功率,蓄电 池荷电状态大于40%,从模式C切换到模式B' ; B' - C'模式间切换:进行蓄电池荷电状态检测,当其荷电状态大于95%时,由模式B' 进入到模式C',当蓄电池荷电状态小于95%时,从模式C'切换到模式B'。
[0006] 各模式切换采用滞环比较器。
[0007] 为了保证切换过程平滑性,防止各模式之间频繁切换,各模式切换采用滞环比较 器。本专利提出一种直流微电网的能量调控方法,实现微电网的能量管理和协调控制。本 专利给出了直流微电网的具体结构和实现系统运行的五种模式,各模式之间的能量管理采 用了具体的模式转换策略,为了保证五种模式之间切换过程平滑性,防止各模式之间频繁 切换,各模式切换采用滞环比较器。所提出的直流微电网能量调控方法,能够有效实现微电 网的能量管理和协调控制。
附图说明
[0008] 图1直流微电网结构图; 图2能量管理模式图。
具体实施方式
[0009] 为了使从事微电网相关领域人员能更好地理解本发明方案,下面参照附图对本发 明实施方式进行详细说明。
[0010] 直流微电网的结构如图1所示,该系统主要由各种负载单元,蓄电池储能单元、分 布式发电单元、静态开关、各种变换器接口和并网变流器组成。
[0011] 图2所示为系统的能量管理模式。模式A为电网正常时,直流微电网并网运行,并 网变流器控制直流母线电压恒定,分布式发电单元工作于各自的最大功率跟踪模式,蓄电 池储能单元工作于下垂控制模式。此时,分布式发电单元为负载供电,当分布式发电功率大 于负载所需功率,多余电量进行并网,反之,由电网提供部分缺额功率给负载。模式B为并 网运行时,电网需要输出的功率超过变流器额定功率,此时并网变流器工作在限流控制,输 出电流钳位在最大设定电流值,不能保持直流母线电压稳定。模式B'为电网发生短时故 障,断开并网变流器,直流母线电压由蓄电池储能装置进行控制。模式C为直流微电网长期 工作于孤岛方式,分布式发电单元的总输出功率小于负载功率,蓄电池运行于放电状态。模 式C'为直流微电网运行于孤岛方式,分布式发电单元输出功率大于负载功率,蓄电池工作 于持续充电状态。
[0012] 为了实现五种模式之间的能量管理,必须实施有效的协调控制策略,具体模式转 CN 105119266 A ^ 3/3 贝 换策略为:A-B模式间切换:若直流电压变化量满5
Figure CN105119266AD00051
,从模式A进入到模式B,当负 载功率减小,使得电网输出功率小于变流器额定功率,并网变流器退出饱和状态,从模式B 切换到模式A。A-B'模式间切换:电网发生短时故障,通过检测并网变流器电流,从模式A 进入到模式B',当电网故障清除,电网电压恢复,从模式B'切换到模式A。^ - C模式间 切换:进行蓄电池荷电状态检测,当蓄电池需求功率大于额定功率,或者荷电状态小于40% 时,由模式B'进入到模式C,当负载功率小于分布式发电单元功率,蓄电池荷电状态大于 40%,从模式C切换到模式B'。B' - C'模式间切换:进行蓄电池荷电状态检测,当其荷电 状态大于95%时,由模式B'进入到模式C',当蓄电池荷电状态小于95%时,从模式C'切换 到模式B'。为了保证切换过程平滑性,防止各模式之间频繁切换,各模式切换采用滞环比较 器。
[0013] 参见图1,本系统提供了一个直流微电网的结构图,该系统主要由各种负载单元,蓄电 池储能单元、分布式发电单元、静态开关、各种变换器接口和并网变流器组成。系统中的储 能单元,可以用蓄电池,也可以用其它储能装置,或者采用混合储能系统。分布式发电单元 可以采用光伏、风电、燃料电池等系统构建。
[0014] 参见图2,本系统提供了能量管理模式图,主要有模式A、模式B、模式B'、模式C、模 式C'五种工作模式,各模式之间切换采用相应的能量管理策略完成,能量管理策略通过计 算机编程实现。
[0015] 本专利提出一种直流微电网的能量调控方法,实现微电网的能量管理和协调控 制。本专利给出了直流微电网的具体结构和实现系统运行的五种模式,各模式之间的能量 管理采用了具体的模式转换策略,为了保证五种模式之间切换过程平滑性,防止各模式之 间频繁切换,各模式切换采用滞环比较器。所提出的直流微电网能量调控方法,能够有效实 现微电网的能量管理和协调控制。
[0016] 以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明,不能认定发明的具体实 施仅限于这些,对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换,都应当视为本发 明的保护范围。

Claims (3)

1. 一种直流微电网的能量调控方法,该直流微电网系统主要由各种负载单元,蓄电池 储能单元、分布式发电单元、静态开关、各种变换器接口和并网变流器组成;其特征在于, 模式A为电网正常时,直流微电网并网运行,并网变流器控制直流母线电压恒定,分布 式发电单元工作于各自的最大功率跟踪模式,蓄电池储能单元工作于下垂控制模式;此时, 分布式发电单元为负载供电,当分布式发电功率大于负载所需功率,多余电量进行并网,反 之,由电网提供部分缺额功率给负载; 模式B为并网运行时,电网需要输出的功率超过变流器额定功率,此时并网变流器工 作在限流控制,输出电流钳位在最大设定电流值,不能保持直流母线电压稳定; 模式B'为电网发生短时故障,断开并网变流器,直流母线电压由蓄电池储能装置进行 控制; 模式C为直流微电网长期工作于孤岛方式,分布式发电单元的总输出功率小于负载功 率,蓄电池运行于放电状态; 模式C'为直流微电网运行于孤岛方式,分布式发电单元输出功率大于负载功率,蓄电 池工作于持续充电状态。
2. 根据权利要求1所述的一种直流微电网的能量调控方法,其特征在于:五种模式 之间的能量管理采用了具体的模式转换策略;A-B模式间切换:若直流电压变化量满足 从模式A进入到模式B,当负载功率减小,使得电网输出功率小于变流器额定功 率,并网变流器退出饱和状态; 从模式B切换到模式A,A-B'模式间切换:电网发生短时故障,通过检测并网变流器电 流, 从模式A进入到模式B',当电网故障清除,电网电压恢复,从模式B'切换到模式A; B' _C模式间切换:进行蓄电池荷电状态检测,当蓄电池需求功率大于额定功率,或者 荷电状态小于40%时,由模式B'进入到模式C,当负载功率小于分布式发电单元功率,蓄电 池荷电状态大于40%,从模式C切换到模式B' ; B' _C'模式间切换:进行蓄电池荷电状态检测,当其荷电状态大于95%时,由模式B' 进入到模式C',当蓄电池荷电状态小于95%时,从模式C'切换到模式B'。
3. 根据权利要求1所述的一种直流微电网的能量调控方法,其特征在于:各模式切换 采用滞环比较器。
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