CN105305493A - 一种用于互联运行的光储独立微电网拓扑 - Google Patents

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Abstract

一种用于互联运行的光储独立微电网拓扑，由储能系统、分布式光伏发电系统和负载并联组成；分布式光伏发电系统以及负载与交流母线并联，其特征在于，所述储能系统中的储能蓄电池组的输出连接隔离开关的一端，隔离开关的另一端与DC/DC变流器的输入端连接，DC/DC变流器的输出端与DC/AC储能变流器的直流侧相连，其连接线作为光储独立微电网的直流母线，DC/AC储能变流器的交流输出作为光储独立微电网交流母线。光储独立微电网独立工作时，由DC/DC变流器控制光储独立微电网直流母线电压，DC/AC储能变流器控制光储独立微电网交流母线电压；互联时，将两个所述的光储独立微电网的直流母线利用互联开关并联；DC/DC变流器采用有功电压下垂控制方法控制微电网的电压。

Description

一种用于互联运行的光储独立微电网拓扑
技术领域
本发明涉及一种适用于互联运行的光储独立微电网拓扑。
背景技术
本世纪初在国家送电到乡及光明工程等项目资助下，一大批光伏独立供电系统在我国西藏等无电但光照资源丰富的地区得到广泛推广。这种系统在一定程度上解决了当地居民的用电问题，但是其不具备可扩展性，且灵活性较差，当负荷增加时不能满足使用需求。随着分布式发电技术的发展，一种具备较大灵活性和可扩展性的独立微电网技术成为比独立供电系统更有效的供电解决方案。
光储微电网是指由分布式光伏发电、储能蓄电池、储能变流器(PowerControlSystem，PCS)、负荷、监控和保护装置等组成的小型发/配/用电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。按照是否与常规电网连接，微电网可分为联网型微电网和独立型微电网。光储独立微电网就是指不和常规电网相连接，利用自身的分布式光伏和蓄电池满足微电网内负荷的长期供电需求。目前光储独立微电网一般采用交流母线技术实现分布式电源间的并联运行，便于微电网内分布式电源的接入，如图1所示。
为提高独立微电网系统运行的可靠性，增加系统设计的冗余，提高可再生能源的利用效率，在一些分布式发电资源较为分散的地区，多个小型微电网可以互联形成一个较大规模的微电网。微电网互联能够实现各网之间的能量共享，同时通过更加灵活的控制，可实现能效的优化，为用户提供更加经济、可靠的电力。
传统采用交流母线互联的光储微电网拓扑如图2所示，在互联运行时通常有主从控制和对等控制两种方法。
主从控制时，两个微电网中的PCS必须有一个作为主要组网单元以电压源形式运行，为两个微电网内的分布式电源和负载提供稳定的交流电压，另一个微电网中的PCS以电流源形式并联运行。这种方案主要有三个问题，一是作为组网单元的PCS及储能蓄电池容量必须足够大，这使得系统设计初期的裕量过大，成本较高；二是单独运行与互联运行的功率调度方案存在较大区别，互联运行时两个能量管理系统需要通讯连接，实现信息共享，对能量管理系统软件提出了较高要求；三是互联运行后，会大大增加系统继电保护的难度，子系统内发生故障可能会连累到整个系统的可靠供电。这种方案在互联时实际上需要将两个微电网合成一个，大大增加了系统初期设计的难度，不仅不能提高系统供电可靠性，反而会降低供电可靠性。
对等控制时，采用下垂控制原理，目的是在两个系统互联运行时，两个PCS共同决定交流母线电压。下垂控制的原理是来自于同步发电机，根据有功与频率成正比，无功和电压成正比的原理，在检测到频率降低时增加有功输出，电压降低时增加无功输出，反之亦然。但是微电网与大型输电网的线路参数有很大不同，受线路参数变化影响，下垂特性存在有功-频率，无功-电压和有功-电压，无功-频率的不确定性问题，加之多逆变器并联后不可避免的谐波影响，给交流并联系统带来诸多不利。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种适用于互联运行的光储独立微电网拓扑。本发明光储独立微电网不仅可以单独运行，同时可以较为方便的实现两个甚至多个微电网的互联运行。
本发明光储独立微电网主回路由储能系统、分布式光伏发电系统和负载并联组成。储能系统包括储能蓄电池组、隔离开关、DC/DC变流器、互联开关及DC/AC储能变流器。储能系统中的储能蓄电池组的输出连接隔离开关的一端，隔离开关的另一端与DC/DC变流器的输入端连接，DC/DC变流器的输出端与DC/AC储能变流器的直流侧相连，其连接线作为光储独立微电网的直流母线，DC/AC储能变流器的交流输出是光储独立微电网交流母线。分布式光伏发电系统以及负载与交流母线并联。
本发明在储能蓄电池输出端串联DC/DC变流器，通过DC/DC变流器将储能蓄电池与储能变流器隔开，增加了控制自由度。所述光储独立微电网独立工作时，由DC/DC变流器控制其直流母线电压，DC/AC储能变流器控制其交流母线电压。需要互联时，将两个本发明的光储独立微电网的直流母线利用互联开关连接。DC/DC变流器采用有功电压下垂控制方法，当互联开关一端的电压高于额定电压时，说明该端微电网内分布式电源的出力过剩，能量一方面流入该端微电网内的储能蓄电池组，另一方面通过互联开关及连接电缆流入另一端的微电网。
本发明的效果：
1)采用直流互联的方案，由于直流电压与有功功率有清晰的下垂工作特性，下垂控制实现简单，使得两个微电网的互联更加简单易行，减少了系统设计和运行控制的难度。
2)采用对等控制的下垂工作原理，减少了不同微电网的耦合度，一定程度上实现了不同系统的即插即用，方便了用户使用。
3)本发明实现了不同微电网内可再生能源的共享，减少了弃光，不仅提高了能量利用率，同时提高了系统供电可靠性，是一种微电网互联较优的解决方案。
4)采用直流互联的新方案还省去了电网同步过程，同时不会增加系统谐波。
附图说明
图1是传统光储独立微电网主回路拓扑示意图；
图2是传统光储独立微电网主回路互联拓扑示意图；
图3是本发明光储独立微电网主回路拓扑示意图；
图4是本发明光储独立微电网主回路互联拓扑示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明光储独立微电网主回路如图3所示，由储能系统、光伏发电系统和负荷并联组成。储能系统中的储能蓄电池组的输出连接隔离开关的一端，隔离开关的另一端与DC/DC变流器的输入端连接，DC/DC变流器的输出端与DC/AC储能变流器的直流侧连接，其连接线作为光储独立微电网的直流母线，DC/AC储能变流器的交流输出是光储独立微电网交流母线。分布式光伏发电系统以及负载与交流母线并联。
当两个光储独立微电网互联运行时，利用互联电缆将两个光储独立微电网的互联开关输出端相连。
本发明光储独立微电网涉及到两种运行工况以及不同工况间的切换过程，共包括四种状态。
1)独立运行
如图3所示，当光储独立微电网独立运行时，互联开关断开，DC/DC变流器利用有功-电压下垂控制原理，控制直流母线电压Udc。当直流母线电压Udc下降时，DC/DC变流器增加电流输出；当直流母线电压Udc电压上升时，DC/DC变流器减小电流输出，以维持直流母线电压Udc在合理的范围内。储能变流器控制0.4kV交流母线电压。
2)从独立运行切换到互联运行
当第一光储微电网1与第二光储微电网2需要互联运行时，第一微电网1内的第一互联开关15闭合，第二微电网2内DC/DC变流器24调节直流母线电压Udc23与第二互联开关25输入端电压相等后，闭合第二互联开关25，实现两个微电网的零冲击互联，如图4所示。
3)互联运行
在两个微电网互联运行时，两个DC/DC变流器均采用有功-电压下垂控制方式控制直流母线电压。和交流互联与主从控制不同的是，采用直流侧互联和下垂控制的互联系统中两个微电网的控制方式可以完全一致，保证了系统的可靠、灵活、方便互联。
4)由互联运行切换到独立运行
当需要从互联运行切换到单独运行时，第一微电网1首先断开第一互联开关15，然后第二微电网2断开第二互联开关25即可进入独立运行模式。

Claims (3)

1.一种用于互联运行的光储独立微电网拓扑，所述的光储独立微电网主回路由储能系统、分布式光伏发电系统和负载并联组成；所述的分布式光伏发电系统以及负载与交流母线并联，其特征在于：所述储能系统中的储能蓄电池组的输出连接隔离开关的一端，隔离开关的另一端与DC/DC变流器的输入端连接，DC/DC变流器的输出端与DC/AC储能变流器的直流侧相连，其连接线作为光储独立微电网的直流母线，DC/AC储能变流器的交流输出作为光储独立微电网交流母线。
2.按照权利要求1所述的用于互联运行的光储独立微电网拓扑，其特征在于：所述的光储独立微电网独立工作时，由DC/DC变流器控制光储独立微电网直流母线电压，DC/AC储能变流器控制光储独立微电网交流母线电压；需要互联时，将两个所述的光储独立微电网的直流母线利用互联开关连接；DC/DC变流器采用有功电压下垂控制方法，当互联开关一端的电压高于额定电压时，说明该端微电网内分布式电源的出力过剩，能量一方面流入该端微电网内的储能蓄电池组，另一方面通过互联开关及连接电缆流入另一端的微电网。
3.按照权利要求2所述的用于互联运行的光储独立微电网拓扑，其特征在于：所述的光储独立微电网的两种运行工况以及不同工况间的切换过程如下：
1)独立运行
当光储独立微电网独立运行时，互联开关断开，DC/DC变流器利用有功-电压下垂控制原理，控制直流母线电压Udc；当直流母线电压Udc下降时，DC/DC变流器增加电流输出；当直流母线电压Udc电压上升时，DC/DC变流器减小电流输出，以维持直流母线电压Udc在合理的范围内；DC/AC储能变流器控制0.4kV交流母线电压；
2)从独立运行切换到互联运行
当第一光储微电网(1)与第二光储微电网(2)互联运行时，第一微电网(1)内的第一互联开关(15)闭合，第二微电网(2)内DC/DC变流器调节直流母线电压Udc(23)与第二互联开关(25)输入端电压相等后，闭合第二互联开关(25)，实现两个微电网的零冲击互联；
3)互联运行
在两个微电网互联运行时，两个DC/DC变流器均采用有功-电压下垂控制方式控制直流母线电压。
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