CN105391047A - 一种车载式直流微电网系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载式直流微电网系统及控制方法。该车载式直流微电网系统主要包括发动机-发电机组、光伏发电板、蓄电池组、超级电容、可控整流器、可控逆变器、双向DC-DC变换器、单向DC-DC变换器以及交流和直流断路器等主要部件。通过灵活地并网运行模式、离网运行模式切换控制，车载微电网系统能够确保电力的不间断供应，且能够实现负载侧对模式切换的“零感知”。市电网、发动机-发电机组共用一套可控整流器的独特拓扑及控制设计，降低了系统的硬件成本。特别地，可控逆变器采用不对称电压控制策略，使得系统即使带有不对称负载，依然能够输出严格对称的三相交流电压。

Description

一种车载式直流微电网系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种微电网系统，尤其涉及一种车载式(或移动式)直流微电网系统。

背景技术

近年来随着新型大功率半导体开关器件、储能技术和变流技术的快速发展，以及可再生能源发电的异军突起，传统电网拓扑结构迎来了一次革命性变化。作为智能电网的重要组成部分，微型电网(简称“微电网”或“微网”)技术吸引了世界各国的广泛关注。围绕微电网的控制策略、稳定性分析、储能方式、能量管理、电能质量治理等方面，国内外众多专家和学者做了大量深入系统的研究工作，取得了丰富的研究成果。同时在工业界，美国、欧盟和日本等国家和地区已建成多个微网示范工程。而我国也已建成数十个以智能电网、物联网和储能技术为支撑的新能源微电网示范项目。

微电网技术的持续快速发展也带动了移动电源车辆电力系统更新换代的步伐。目前，移动电源车辆的供电电源呈现出由传统发动机(柴油发动机或汽油发动机)为主，向多种分布式电源特别是新能源(包括风能、太阳能等)同步接入的方向发展趋势。同时，采用储能装置进行能量的存储和缓冲也已成为业界的共识。然而，新能源的接入也对车载移动电源的配电结构和控制策略提出了挑战。例如，在军用装备领域，移动电源车辆的负载多为脉冲功率形式，对车载电网的冲击较大，但同时要求车辆能够具备不间断供电能力和较高的电能品质。如何设计车载综合电力系统的拓扑结构，优化系统的控制就成为一个重点和难点问题。对此，尽管已有文献提出诸如柴储型或光储型移动电站的拓扑结构，但鲜有文献从微电网的角度出发，对移动电源车辆的拓扑结构进行优化设计和控制改进。这正是本发明要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种车载式直流微电网系统及控制方法，满足移动电源车辆接入分布式电源后不间断供电、高品质供电和绿色供电的性能要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种车载式直流微电网系统主要包括以下组成部件：发动机-发电机组、可控整流器、蓄电池组、双向DC-DC变换器、超级电容、光伏发电板、单向DC-DC变换器和可控逆变器，两条幅值同为380V的市电传输导线，以及3个同型号的交流断路器CB₀、CB₁、CB₂和5个同型号的直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇。其中：蓄电池组、双向DC-DC变换器和超级电容构成本发明的复合储能装置；光伏发电板和单相DC-DC变换器构成本发明的光伏发电系统。上述各部件集成于一个标准方舱之中，其中光伏发电板平铺于方舱顶部。各部件之间的电气连接关系为：发动机-发电机组的三相交流电输出端，通过交流断路器CB₁连接到可控整流器的输入端，可控整流器的输出端通过直流断路器CB₃并联到直流母线上；蓄电池组的输出端，连接到双向DC-DC变换器的低压端，双向DC-DC变换器的高压端通过直流断路器CB₄并联到直流母线上；超级电容的输出端通过直流断路器CB₅并联到直流母线上；光伏发电板的输出端，连接到单向DC-DC变换器的低压端，单向DC-DC变换器的高压端通过直流断路器CB₆并联到直流母线上；可控逆变器的输入端通过直流断路器CB₇并联到直流母线上，可控逆变器的输出端作为整个车载电网系统的输出端，连接到用电负载；一条市电传输导线通过交流断路器CB₀连接到可控整流器的输入端；另一条市电传输导线通过交流断路器CB₂连接到可控逆变器的输出端。

本发明的一种车载式直流微电网系统的控制方法主要包括以下步骤：

1.首先检测有无市电电压，据此将车载式直流微电网系统的工作模式区分为并网运行模式和离网运行模式；具体为：

1.1有市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于并网运行模式，此时交流断路器CB₀闭合，交流断路器CB₁、CB₂断开，直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均闭合；

1.2无市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于离网运行模式(或孤岛运行模式)，此时交流断路器CB₁闭合，交流断路器CB₀、CB₂断开，直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均闭合；同时依据负载功率的大小，决定发动机-发电机组是否启动：如果是大功率负载，则启动发动机-发电机组，由发动机-发电机组、复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电，构成柴光储型发电系统；反之，如果是小功率负载，则关闭发动机-发电机组，由复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电，构成光储型发电系统，且当光伏发电系统的输出功率依然高于负载所需功率时，复合储能装置将自动储存多余的电能；

1.3并网运行模式、离网运行模式的切换依据及操作方法为：市电网发生掉电故障后，系统的工作模式将由并网运行模式切换至离网运行模式，此时交流断路器CB₀首先断开，之后发动机-发电机组启动运行，待发动机-发电机转速达到额定值后交流断路器CB₁闭合，由发动机-发电机组输出负载所需的平均功率，该模式切换过程中5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇和交流断路器CB₂均不动作；市电网掉电故障消除(电压恢复)后，系统的工作模式将由离网运行模式切换至并网运行模式，此时发动机-发电机组首先关闭，待交流断路器CB₁断开后，交流断路器CB₀闭合，改由市电网输入负载所需的平均功率，同样该模式切换过程中5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇和交流断路器CB₂均不动作；

2.当可控整流器或可控逆变器任何一个出现故障时，车载式直流微电网系统将工作于故障运行模式，此时交流断路器CB₀、CB₁和5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均断开，交流断路器CB₂闭合；

3.并网运行模式或离网运行模式下，可控整流器、双向DC-DC变换器、单向DC-DC变换器和可控逆变器的控制策略如下：

3.1可控整流器采用传统的直接功率控制结构，其中有功功率、无功功率的参考值分别设定为负载的平均有功功率之和、平均无功功率之和；

3.2双向DC-DC变换器采用恒压模式或恒流模式进行控制，具体为：当蓄电池组的荷电状态SOC大于等于其阈值下限SOC_min，即当SOC≥SOC_min时，双向DC-DC变换器工作于恒压模式(或Boost模式)；当SOC低于其阈值下限，即当SOC<SOC_min时，双向DC-DC变换器切换至恒流模式(或Buck模式)，以额定电流向蓄电池组充电，直至蓄电池组的荷电状态SOC重新达到阈值上限SOC_max；其中，恒压模式下，为了减少蓄电池组的放电频率，延长电池的使用寿命，设计一个5％的母线电压控制死区，即只有当直流母线电压低于额定值的95％(或直流母线电压跌落5％)时，双向DC-DC变换器的触发脉冲才有效；同时，为了节约计算资源，蓄电池组的荷电状态SOC设计为每隔5s检测并判断一次；

3.3单向DC-DC变换器采用工业上较为成熟的扰动观察法，使光伏发电系统始终工作于最大功率追踪(MPPT)模式；

3.4可控逆变器采用改进的矢量控制策略，具体控制流程为：首先将可控逆变器的三相参考电压和三相输出电压u_abc进行Clarke变换(静止坐标变换)，得到静止坐标系(αβ坐标系)下的两相参考电压和两相输出电压u_αβ；然后，将两相参考电压和两相输出电压u_αβ的差值Δu_αβ送入比例谐振(PR)控制器，得到静止坐标系下的控制电压矢量v_αβ；将v_αβ送入空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块，即可产生所需的6路开关信号，从而控制可控逆变器输出负载所需的三相交流电压；其中，比例谐振控制器在s域下的传递函数G_PR(s)为：

$G_{PR}\left(s\right)=K_p+\frac{K_{r}s}{s^2+{\left(2{\mathrm{\&omega;}}_1\right)}^2}$

式中：K_p、K_r分别为PR控制器的比例系数和谐振系数；ω₁＝100π，为三相交流电压的角频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)集分布式电源、复合储能装置于一体，不间断供电能力更强，特别是含有光伏发电系统和复合储能装置，较为绿色环保；

2)系统既可以工作于并网运行模式，又能够工作于离网运行模式，且模式切换过程中负载侧“零感知”；

3)市电网、发动机-发电机组共用一套可控整流器的独特拓扑及控制设计，降低了系统的硬件成本，同时保证了系统的供电连续性不受影响；

4)可控逆变器采用不对称电压控制，使得系统即使带有不对称负载，依然能够输出严格对称的三相电压波形。

附图说明

图1为本发明的车载式直流微电网系统的拓扑结构图；

图2为本发明的车载式直流微电网系统的控制流程图；

图3为本发明的车载式直流微电网系统的可控逆变器控制结构图；

图4为本发明的车载式直流微电网系统工作于并网运行模式时的仿真测试结果；

图5为本发明的车载式直流微电网系统工作模式切换过程中的仿真测试结果；

图6为本发明的车载式直流微电网系统工作于离网运行模式且带小功率负载时的仿真测试结果；

图7为本发明的车载式直流微电网系统工作于离网运行模式且三相负载高度不对称时的仿真测试结果；

图中，发动机-发电机组1、可控整流器2、蓄电池组3、双向DC-DC变换器4、超级电容5、光伏发电板6、单向DC-DC变换器7、可控逆变器8。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的车载式直流微电网系统的拓扑结构图。参照图1，本发明所描述的车载式直流微电网系统主要包括以下组成部件：发动机-发电机组1、可控整流器2、蓄电池组3、双向DC-DC变换器4、超级电容5、光伏发电板6、单向DC-DC变换器7和可控逆变器8，两条幅值同为380V的市电传输导线，以及3个同型号的交流断路器CB₀、CB₁、CB₂和5个同型号的直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇。其中：蓄电池组3、双向DC-DC变换器4和超级电容5构成本发明的复合储能装置；光伏发电板6和单相DC-DC变换器7构成本发明的光伏发电系统。上述各部件集成于一个标准方舱之内，其中光伏发电板6平铺于方舱顶部。各部件之间具有如下电气连接关系：

发动机-发电机组1的三相交流电输出端，通过交流断路器CB₁连接到可控整流器2的输入端，可控整流器2的输出端通过直流断路器CB₃并联到直流母线上；蓄电池组3的输出端，连接到双向DC-DC变换器4的低压端，双向DC-DC变换器4的高压端通过直流断路器CB₄并联到直流母线上；超级电容5的输出端通过直流断路器CB₅并联到直流母线上；光伏发电板6的输出端，连接到单向DC-DC变换器7的低压端，单向DC-DC变换器7的高压端通过直流断路器CB₆并联到直流母线上；可控逆变器8的输入端通过直流断路器CB₇并联到直流母线上，可控逆变器8的输出端作为整个车载电网系统的输出端，连接到用电负载；一条市电传输导线通过交流断路器CB₀连接到可控整流器2的输入端；另一条市电传输导线通过交流断路器CB₂连接到可控逆变器8的输出端。

图1中各个变流装置的结构选型和作用为：可控整流器采用全控桥型整流结构，作用是将市电网或发动机-发电机组送入的三相交流电转换为直流电；双向DC-DC变换器采用传统的非隔离型双向Buck-Boost电路结构，作用是控制蓄电池组充放电，进而维持直流母线电压的稳定；单向DC-DC变换器采用传统的单向Boost电路结构，作用是将光伏发电板产生的电能最大程度地输送到车载电网；可控逆变器采用全控桥型逆变结构，作用是将直流电转换为负载所需的三相交流电。

图2为本发明的车载式直流微电网系统的控制流程图。参照图2，本发明所描述的车载式直流微电网系统的控制方法如下。

1.首先检测有无市电电压，据此将车载式直流微电网系统的工作模式区分为并网运行模式和离网运行模式；具体为：

1.1有市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于并网运行模式，此时交流断路器CB₀闭合，交流断路器CB₁、CB₂断开，直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均闭合；

1.2无市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于离网运行模式(或孤岛运行模式)，此时交流断路器CB₁闭合，交流断路器CB₀、CB₂断开，直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均闭合；同时依据负载功率的大小，决定发动机-发电机组是否启动：如果负载功率较大(大功率负载)，则启动发动机-发电机组，由发动机-发电机组、复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电，构成本发明的柴光储型发电系统；反之，如果负载功率较小(小功率负载)，则关闭发动机-发电机组，由复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电，构成本发明的光储型发电系统，且当光伏发电系统的输出功率依然高于负载所需功率时，复合储能装置将自动储存多余的电能；

大功率负载、小功率负载的划分可参照光储型发电系统的额定输出功率来定，当负载功率小于光储型发电系统的额定输出功率时，可界定为小功率负载，反之，则界定为大功率负载。

1.3并网运行模式、离网运行模式的切换依据及操作方法为：市电网发生掉电故障后，系统的工作模式将由并网运行模式切换至离网运行模式，此时交流断路器CB₀首先断开，之后发动机-发电机组启动运行，待发动机-发电机转速达到额定值后交流断路器CB₁闭合，由发动机-发电机组输出负载所需的平均功率，该模式切换过程中5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇和交流断路器CB₂均不动作；市电网掉电故障消除(电压恢复)后，系统的工作模式将由离网运行模式切换至并网运行模式，此时发动机-发电机组首先关闭，待交流断路器CB₁断开后，交流断路器CB₀闭合，改由市电网输入负载所需的平均功率，同样该模式切换过程中5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇和交流断路器CB₂均不动作；

需说明的是，上述模式切换过程中，尽管故障辨识和断路器动作均有一定的延时，但由于复合储能装置具备短时功率输出能力，母线电压不会出现大的波动，可控逆变器输出的三相交流电也将是连续的。换句话说，本发明的拓扑结构及控制方法，允许有一定的故障辨识和模式切换延时，而用负载对模式切换过程却是“零感知”。该设计有利于降低系统对故障检测速度和断路器动作时间的要求，提高系统的冗余控制能力。

2.并网运行模式或离网运行模式是车载式直流微电网系统的主要工作模式，但当可控整流器或可控逆变器中任何一个出现故障时，上述两种模式将难以实施，此事车载式直流微电网系统可工作于故障运行模式，各个断路器状态为：交流断路器CB₀、CB₁和5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均断开，交流断路器CB₂闭合；

故障运行模式是车载式直流微电网系统的后备运行模式，只有当部件出现损坏(不能正常工作)的情况下才启用，该模式下市电不经整流、逆变过程，直接输送给用电负载。尽管该模式难以“无缝”切换至并网运行模式或离网运行模式，但它使得车载微电网系统的不间断供电能力有了进一步提高。该模式可用于有市电且对供电连续性、电能品质均要求不高的用电场合。

3.并网运行模式或离网运行模式下，可控整流器、双向DC-DC变换器、单向DC-DC变换器和可控逆变器的控制策略如下：

3.1可控整流器采用传统的直接功率控制结构，其中，有功功率、无功功率的参考值分别设定为负载的平均有功功率之和、平均无功功率之和；

功率参考值以负载的平均功率而不是瞬时功率为设计依据的目的是：充分发挥复合储能装置“削峰填谷”的作用，并降低脉冲功率负载或间歇性负载对电网的冲击。鉴于可控整流器的直接功率控制为业界所熟知的内容，这里不再展开介绍。

3.2双向DC-DC变换器采用恒压模式或恒流模式进行控制，具体为：当蓄电池组的荷电状态SOC大于等于其阈值下限SOC_min，即当SOC≥SOC_min时，双向DC-DC变换器工作于恒压模式(或Boost模式)；当SOC低于其阈值下限，即当SOC<SOC_min时，双向DC-DC变换器切换至恒流模式(或Buck模式)，以额定电流向蓄电池组充电，直至蓄电池组的荷电状态SOC重新达到阈值上限SOC_max；其中，恒压模式下，为了减少蓄电池组的放电频率，延长电池的使用寿命，本发明设计一个5％的母线电压控制死区，即只有当直流母线电压低于额定值的95％(或直流母线电压跌落幅度超过5％)时，双向DC-DC变换器的触发脉冲才有效；同时，为了节约计算资源，蓄电池组的荷电状态SOC设计为每隔5s检测并判断一次；

恒压模式下，设计一个5％的母线电压控制死区，目的是允许母线电压在合理范围内波动，这有助于发挥超级电容的高功率密度优势，减少蓄电池组的充放电频率。对于一般的锂电池，SOC_min可设定为30％，SOC_min可设定为95％。同样，由于DC-DC变换器的恒压、恒流控制为业界所熟知内容，这里不再展开介绍。

3.3单向DC-DC变换器采用工业上较为成熟的扰动观察法，使光伏发电系统始终工作于最大功率追踪(MPPT)模式；

同样，光伏发电系统的扰动观察法为业界所熟知的内容，亦不再展开介绍。

3.4可控逆变器采用改进的矢量控制策略，控制结构如图3所示；参照图3，可控逆变器的控制策略可表述为：首先将可控逆变器的三相参考电压和三相输出电压u_abc进行Clarke变换(静止坐标变换)，得到静止坐标系(αβ坐标系)下的两相参考电压和两相输出电压u_αβ；然后，将两相参考电压和两相输出电压u_αβ的差值Δu_αβ送入比例谐振(PR)控制器，得到静止坐标系下的控制电压矢量v_αβ；将v_αβ送入空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块，即可产生可控逆变器所需的6路开关信号，从而控制可控逆变器输出负载所需的三相交流电压；

以三相输出电压u_abc的Clarke变换为例，变换过程可以表示为：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ u_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中：u_a、u_b、u_c分别为u_abc的A相、B相和C相分量；u_α、u_β分别为u_αβ的α轴和β轴分量。

比例谐振(PR)控制器在s域下的传递函数为：

$G_{PR}\left(s\right)=K_p+\frac{K_{r}s}{s^2+{\left(2{\mathrm{\&omega;}}_1\right)}^2}---\left(2\right)$

式中：K_p、K_r分别为PR控制器的比例系数和谐振系数；ω₁＝100π，为三相交流电压的角频率。可控逆变器采用该控制结构的优点是：1)无需进行电压的旋转坐标变换及反变换，节约了运算资源；2)当负载出现不平衡时，比例谐振(PR)控制器能够实现对负序电压的快速抑制，确保输出三相电压严格对称。

图4为本发明的车载式直流微电网系统工作于并网运行模式时的仿真运行波形，其中蓄电池组和超级电容的荷电状态初值均设定为80％；图中：U₃₈₀为可控逆变器输出的三相电压(线电压有效值为380V)，I_gabc为可控整流器输入的三相电流，U_dc为直流母线电压，I_bat为蓄电池组的充放电电流，P_pv为光伏发电系统的输出功率；测试中，负载功率在0.2s时刻由10kW阶跃增加至20kW。从图中U₃₈₀波形可以看出，1)车载式直流微电网系统的输出电压对称、正弦，且基本不受负载阶跃变化的影响，能够满足负载的高品质用电要求；2)由于负载所需功率全部由市电网和光伏发电系统提供，蓄电池组的充放电电流I_bat近乎为零；3)即使在负载阶跃变化瞬间，由于超级电容具备瞬时功率输出特性，蓄电池组的充放电电流几乎没有变化；4)整个仿真运行过程中，直流母线电压也较为稳定。

图5为本发明的车载式直流微电网系统工作模式切换过程中的仿真测试波形。测试中，系统初始工作于并网运行模式，在0.3s时刻市电网发生掉电事故。如图所示，掉电故障发生后，系统的工作模式由并网运行模式切换至离网运行模式。特别地，由于断路器动作和发动机-发电机组启动均需要一定时间，这里为缩短仿真时间假定模式切换耗时200ms(实际系统可能需要耗时数秒甚至数十秒)，在这200ms内负载所需功率全部由蓄电池组提供，蓄电池组的荷电状态SOC随之开始下降，直流母线电压有1V左右的跌落。3.2s时刻模式切换完成，发动机-发电机组开始输出负载所需的平均功率，蓄电池组的放电电流旋即回落至初始值。从图中U₃₈₀波形可以看出，模式切换过程中系统输出电压波形没有出现断续的情况，负载对这一模式切换过程几乎是“零感知”，系统的不间断供电能力得到了较好地验证。

图6为本发明的车载式直流微电网系统工作于离网运行模式且带小功率负载时的仿真测试波形。如图所示，根据本发明设计的控制方法，此时发动机-发电机组处于熄火状态，负载所需功率由蓄电池组和光伏发电系统共同承担，其中光伏发电系统始终工作于最大功率追踪模式，输出功率约为4.2kW，剩余负载所需功率由蓄电池组输出。

图7为本发明的车载式直流微电网系统工作于离网运行模式且三相负载高度不对称时的仿真测试波形。图中，I_nabc为可控逆变器输出的三相电流，其他符号含义同图4。由图7可知，当三相负载不对称时(见I_nabc波形)，由于采用比例谐振控制器，可控逆变器的输出电压波形依然能够保持严格对称，输出电能品质较高。显然，这对于其他并网敏感设备的安全运行极为有利。此外，从直流母线电压U_dc波形来看，本发明尚未解决的问题是：不对称负载接入工况下直流母线上产生一定的二次和三次谐波脉动分量。但由于上述脉动分量的幅值较小，其对超级电容发热的影响基本可以忽略。

综上，本发明所述一种车载式直流微电网系统及控制方法，具有如下显著特点：1)集发动机-发电机组、市电网、光伏发电系统和复合储能装置于一体，不间断供电能力强，特别是含有光伏发电系统和复合储能装置，较为绿色环保；2)系统既可以工作于并网运行模式，又能够工作于离网运行模式，且模式切换过程中负载侧“零感知”；3)市电网、发动机-发电机组共用一套可控整流器，降低了系统的硬件成本，但供电连续性不受任何影响；4)独特的不对称电压控制设计，使得系统即使带有不对称负载，依然能够输出严格对称的三相交流电压。

Claims (2)

1.一种车载式直流微电网系统，其特征在于，所述车载式直流微电网系统包括以下主要组成部件：发动机-发电机组、可控整流器、蓄电池组、双向DC-DC变换器、超级电容、光伏发电板、单向DC-DC变换器、可控逆变器、两条市电传输导线，以及3个同型号的交流断路器CB₀、CB₁、CB₂和5个同型号的直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇。其中：蓄电池组、双向DC-DC变换器和超级电容构成本系统的复合储能装置；光伏发电板和单相DC-DC变换器构成本系统的光伏发电系统。上述各部件集成于一个标准方舱之中，且各部件之间具有如下电气连接关系：发动机-发电机组的三相交流电输出端，通过交流断路器CB₁连接到可控整流器的输入端，可控整流器的输出端通过直流断路器CB₃并联到直流母线上；蓄电池组的输出端，连接到双向DC-DC变换器的低压端，双向DC-DC变换器的高压端通过直流断路器CB₄并联到直流母线上；超级电容的输出端通过直流断路器CB₅并联到直流母线上；光伏发电板的输出端，连接到单向DC-DC变换器的低压端，单向DC-DC变换器的高压端通过直流断路器CB₆并联到直流母线上；可控逆变器的输入端通过直流断路器CB₇并联到直流母线上，可控逆变器的输出端作为整个车载电网系统的输出端，连接到用电负载；两条市电传输导线通过交流断路器CB₀、CB₂分别连接到可控整流器的输入端和可控逆变器的输出端。

2.一种权利要求1所述的车载式直流微电网系统的控制方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

2.1首先检测有无市电电压，据此将车载式直流微电网系统的工作模式分为并网运行模式和离网运行模式；具体为：

2.1.1有市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于并网运行模式，此时交流断路器CB₀闭合，交流断路器CB₁、CB₂断开，直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均闭合；

2.1.2无市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于离网运行模式，此时交流断路器CB₁闭合，交流断路器CB₀、CB₂断开，直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均闭合；同时依据负载功率的大小，决定发动机-发电机组是否启动：如果是大功率负载，则启动发动机-发电机组，由发动机-发电机组、复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电；反之，如果是小功率负载，则关闭发动机-发电机组，由复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电；

2.1.3并网运行模式、离网运行模式的切换依据及操作方法为：市电网发生掉电故障后，系统的工作模式将由并网运行模式切换至离网运行模式，此时交流断路器CB₀首先断开，之后发动机-发电机组启动运行，待发动机-发电机转速达到额定值后交流断路器CB₁闭合，由发动机-发电机组输出负载所需的平均功率，该模式切换过程中5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇和交流断路器CB₂均不动作；市电网掉电故障消除后，系统的工作模式将由离网运行模式切换至并网运行模式，此时发动机-发电机组首先关闭，待交流断路器CB₁断开后，交流断路器CB₀闭合，改由市电网输入负载所需的平均功率，同样该模式切换过程中5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇和交流断路器CB₂均不动作；

2.2当可控整流器或可控逆变器任何一个出现故障时，车载式直流微电网系统将工作于故障运行模式，此时交流断路器CB₀、CB₁和5个直流断路器CB₃、CB₄、CB₅、CB₆、CB₇均断开，交流断路器CB₂闭合；

2.3并网运行或离网运行模式下，可控整流器、双向DC-DC变换器、单向DC-DC变换器和可控逆变器的控制策略如下：

2.3.1可控整流器采用传统的直接功率控制结构，其中有功功率、无功功率的参考值分别设定为负载的平均有功功率之和、平均无功功率之和；

2.3.2双向DC-DC变换器采用恒压模式或恒流模式进行控制，具体为：当蓄电池组的荷电状态SOC大于等于其阈值下限SOC_min，即当SOC≥SOC_min时，双向DC-DC变换器工作于恒压模式；当SOC低于其阈值下限，即当SOC<SOC_min时，双向DC-DC变换器切换至恒流模式，以额定电流向蓄电池组充电，直至蓄电池组的荷电状态SOC重新达到阈值上限SOC_max；其中，恒压模式下，设计有一个5％的母线电压控制死区，即只有当直流母线电压低于额定值的95％时，双向DC-DC变换器的触发脉冲才有效；同时，蓄电池组的荷电状态SOC设计为每隔5s检测并判断一次；

2.3.3单向DC-DC变换器采用扰动观察法，使光伏发电系统始终工作于最大功率追踪模式；

2.3.4可控逆变器采用改进的矢量控制策略，具体控制流程为：首先将可控逆变器的三相参考电压和三相输出电压u_abc进行Clarke变换，得到静止坐标系下的两相参考电压和两相输出电压u_αβ；然后，将两相参考电压和两相输出电压u_αβ的差值Δu_αβ送入比例谐振(PR)控制器，得到静止坐标系下的控制电压矢量v_αβ；将v_αβ送入空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块，即可产生所需的开关信号，从而控制可控逆变器输出负载所需的三相交流电压；其中，比例谐振控制器在s域下的传递函数G_PR(s)为：

$G_{PR}\left(s\right)=K_p+\frac{K_{r}s}{s^2+{\left(2{\mathrm{\&omega;}}_1\right)}^2}$

式中：K_p、K_r分别为比例谐振控制器的比例系数和谐振系数；ω₁＝100π，为三相交流电压的角频率。