CN105391097A - 交直流混合微电网协调控制系统 - Google Patents

交直流混合微电网协调控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种交直流混合微电网协调控制系统,包括交流微电网和直流微电网,交流微电网包括交流母线,直流微电网包括直流母线,交流母线和直流母线之间通过协调控制器连接,根据建设目标将交直流混合微电网通过交流母线或者直流母线连接公共连接点PCC并入交流或直流电网;交流微电网的储能装置通过储能逆变器连接到交流母线;直流微电网的储能装置通过储能变流器连接到直流母线。本发明提供的一种交直流混合微电网协调控制系统,能够适应混合微电网的多种运行模式,有效的适应不同建设目标的需要;通过基于上述两种混合微电网进行的控制方式,能够很好的实现混合微电网的不同运行模式下交直流混合微电网的稳定控制。

Description

交直流混合微电网协调控制系统
技术领域
本发明涉及一种交直流混合微电网协调控制系统,尤其涉及一种母线占优的交直流混合微电网系统。
背景技术
随着电力行业的进步和发展,微电网以其灵活的可调度性、供电效率的可靠性以及本地用电需求的独立性等优势得到了迅猛的发展。光伏发电、风力发电等这些分布式发电(DistributedGeneration,DG)设备配备储能及就近消纳的符合以及相应的控制装置接入配电网,构成的微电网(Micro-Grid,MG),在并网运行时可作为可控的负荷和电源。
交直流混合微电网是指既含有交流微电网又含有直流微电网,既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电的微电网,既满足直流负载接入需,又满足交流负载接入。交直流混合微电网根据应用场景可分为交流配电网接入及直流配电网接入,运行模式有并网及离网两种模式,离网时又根据直流微电网及交流微电网容量不同,分为交流为主或直流为主。然而,面对如此多的运行模式,必须要有一定的控制方式,实现交直流混合微电网不同运行模式下的稳定控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种“交流母线占优”的交直流混合微电网协调控制系统和一种“直流母线占优”的交直流混合微电网协调控制系统,用以解决交直流混合微电网在不同运行模式下交流微电网和直流微电网之间稳定控制的问题。
为实现上述目的,本发明的方案包括:
一种交流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,包括交流微电网和直流微电网,交流微电网包括交流母线,直流微电网包括直流母线,交流母线和直流母线之间通过协调控制器连接,其特征在于,交直流混合微电网通过交流母线连接公共连接点PCC并入交流电网;重要负荷配置在所述交直流混合微电网的交流微电网一侧,储能装置优先配置在交流微电网一侧;交流微电网的储能装置通过储能逆变器连接到交流母线;直流微电网的储能装置通过储能变流器连接到直流母线。
进一步的,所述协调控制系统并网运行时,交流电网控制混合微电网的交流母线电压和频率,协调控制器工作于直流电压源模式控制直流母线电压;离网运行时,交流微电网的储能变流器工作于电压源模式来控制交流母线电压和频率,协调控制器工作于直流电压源模式控制直流母线电压,直流储能变流器工作于电流源模式以支撑直流微电网。
进一步的,在离网运行时,所述交流微电网的储能变流器发生故障,协调控制器运行于交流电压源模式控制交流母线的电压和频率,直流微电网的储能变流器控制直流母线电压。
一种直流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,包括交流微电网和直流微电网,交流微电网包括交流母线,直流微电网包括直流母线,交流母线和直流母线之间通过协调控制器连接,交直流混合微电网通过直流母线连接公共连接点PCC并入直流电网;重要负荷配置在所述交直流混合微电网的直流微电网一侧,储能装置优先配置在直流微电网一测;交流微电网的储能装置通过储能逆变器连接到交流母线;直流微电网的储能装置通过储能变流器连接到直流母线。
进一步的,所述协调控制系统并网运行时,直流电网控制混合微电网的直流母线电压,协调控制器工作于交流电压源模式控制交流母线电压和频率;离网运行时,直流微电网的储能变流器工作于电压源模式来控制直流母线电压,协调控制器工作于交流电压源模式控制交流母线电压和频率,交流储能逆变器工作于电流源模式以支撑交流微电网。
进一步的,在离网运行时,所述直流微电网的储能变流器发生故障,协调控制器运行于直流电压源模式控制直流母线的电压,交流微电网的储能变流器控制交流母线电压和频率。
本申请提供的交直流混合微电网协调控制系统,根据建设目标的不同,通过“交流母线占优”和“直流母线占优型”两种交直流混合微电网的建设,能够适应混合微电网的多种运行模式,有效的适应不同建设目标的需要;通过基于上述两种混合微电网进行的控制方式,能够很好的实现混合微电网的不同运行模式下交直流混合微电网的稳定控制。
附图说明
图1是“交流母线占优型”混合微电网结构示意图;
图2是“交流母线占优型”混合微电网离网运行时主要模式示意图;
图3是“交流母线占优型”混合微电网离网运行时备用模式示意图;
图4是“直流母线占优型”混合微电网结构示意图;
图5是“直流母线占优型”混合微电网离网运行时主要模式示意图;
图6是“直流母线占优型”混合微电网离网运行时备用模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
交直流混合微电网既含有交流微电网又含有直流微电网,通过“交直流混合微电网协调控制器”(AC/DCMicro-Gridcoordinatingcontroller,简称“协调控制器”)连接交流微电网母线和直流微电网母线,实现交流微电网与直流微电网的混联。在本发明中,根据交直流混合微电网建设目标不同,将重要负荷配置在交流微电网的一侧,储能也优先配置在交流微电网,同时交直流混合微电网通过连接于交流母线的公共连接点PCC并入交流配电网,而直流微电网则处于附属地位,这种配置的混合微电网称为“交流母线占优型”交直流混合微电网;相对应的,将重要负荷配置在直流微电网的一侧,储能也优先配置在直流微电网,同时交直流混合微电网通过连接于直流母线的公共连接点PCC并入直流配电网,而交流微电网在交直流混合微电网中则处于附属地位,这种配置的混合微电网称为“直流母线占优型”混合微电网。需要说明的是,重要负荷是这类装置和设备不能正常运行时,可能危及到人身安全,或造成功能下降、经济损失,或被用户认为会对其财产造成重大的损失等,所以又称为关键负荷。为了保证这类负荷供电的联系性及稳定性,需要配置储能装置维持电网断电情况下的持续供电:重要负荷在交流侧较多时储能优先配置在交流母线侧,重要负荷在直流侧较多时储能优先配置在直流母线侧)。
“交流母线占优型”交直流混合微电网实施例
如图1所示,是“交流母线占优型”交直流混合微电网的结构示意图,从图中可以看出,交直流混合微电网中包括交流微电网和直流微电网,直流微电网中包括直接连接到直流母线上的直流负荷,通过DC/DC变流器连接到直流母线上的储能装置和分布式发电设备;交流微电网中包括直接连接到交流母线上的交流负荷,通过AC/DC逆变器连接到交流母线上的储能装置和分布式发电设备,交流微电网和直流微电网通过交直流混合微电网协调控制器连接,协调控制器连接交流母线和直流母线。同时,重要负荷配置在交流微电网侧,储能也优先配置在交流微电网侧,交直流混合微电网通过交流母线连接的公共连接点PCC连接到大电网。
并网运行时,混合微电网中的交流微电网以交流大电网为支撑,交流大电网用以稳定交流微电网的电压和频率;此时,交直流混合微电网的协调控制器运行于直流电压源模式,以稳定直流微电网的电压;而交直流混合微电网之间的能量则根据负荷的需要、以及分布式电源的出力情况在交流微电网和直流微电网之间进行自由的流动,从而达到交直流混合微电网的稳定控制。
在并网转离网运行时,交流微电网的储能变流器转换成电压源模式运行,用以控制调节交流母线的电压和频率,由于分布式电源、储能优先配置在交流微电网侧,所以交流电源备用容量较强;而协调控制器则工作于直流电压源模式以控制直流母线的电压,直流微电网的储能变流器则工作于电流源模式,向直流微电网提供功率支撑;交流微电网与直流微电网之间则根据直流微电网侧负荷需求和分布式电源出力情况进行自由的能量流动。这种运行模式是“交流占优型”交直流混合微电网在离网运行的主要运行模式,如图2所示,即交直流混合微电网以交流微电网为支撑。
在离网运行时,当混合微电网的交流微电网中储能变流器出现故障,将进行离网运行的主要模式到备用模式的切换:交流微电网储能变流器退出运行,协调控制器由直流电压源模式切换至交流电压源模式,用以控制交流母线的电压和频率,直流微电网的储能变流器切换至电压源模式,用以控制直流母线的电压,这就是“交流母线占优型”混合微电网在离网运行时的备用模式,如图3所示,所谓交直流混合微电网离线运行时的备用模式是以直流微电网为支撑。
当交流微电网的储能变流器恢复正常,混合微电网将进行主备恢复,即由离网运行时的备用模式切换至其主要模式:交流微电网储能变流器工作于电压源模式,恢复对交流母线电压和频率的控制,协调控制器由交流电压源模式切换至直流电压源模式,恢复对直流母线电压的控制,直流微电网的储能变流器切换至电流源模式,系统恢复至离网运行时的主要运行模式,即以交流微电网为支撑的运行模式。
在离网转并网运行时,交直流混合微电网并网回复,混合微电网从主要运行模式并网过程与单一微电网并网过程类似,协调控制器运行模式不变;混合微电网处于备用模式时进行并网恢复时,协调控制器由控制交流母线切换至控制直流母线,直流微电网的储能变流器切换至电流源模式。
“直流母线占优型”交直流混合微电网实施例
如图4所示,是“直流母线占优型”交直流混合微电网的结构示意图,从图中可以看出,交直流混合微电网中包括交流微电网和直流微电网,直流微电网中包括直接连接到直流母线上的直流负荷,通过DC/DC变流器连接到直流母线上的储能装置和分布式发电设备;交流微电网中包括直接连接到交流母线上的交流负荷,通过AC/DC逆变器连接到交流母线上的储能装置和分布式发电设备,交流微电网和直流微电网通过交直流混合微电网协调控制器连接,协调控制器连接交流母线和直流母线。同时,重要负荷配置在直流微电网侧,储能也优先配置在直流微电网侧,交直流混合微电网通过直流母线连接的公共连接点PCC连接到大电网。
并网运行时,混合微电网中的直流微电网以大电网为支撑,大电网稳定直流微电网的电压;此时,交直流混合微电网的协调控制器运行于交流电压源模式,以稳定交流微电网的电压及频率;而交直流混合微电网之间的能量则根据负荷的需要、以及分布式电源出力情况,在交流微电网和直流微电网之间进行自由的流动,从而达到交直流混合微电网的稳定控制。
在并网转离网运行时,直流微电网的储能变流器转换成电压源模式运行,控制直流母线的电压,分布式电源、储能优先配置在直流微电网侧,直流电源备用容量较强,协调控制器工作于交流电压源模式保持对交流母线电压和频率的控制;交流微电网的储能变流器工作于电流源模式,为交流微电网提供功率支撑,交流微电网与直流微电网间根据直流微电网侧负荷需求和分布式电源出力情况进行自由的能量流动。这种运行模式是“直流占优型”交直流混合微电网在离网运行时的主要运行模式,如图5所示,即以直流微电网为支撑。
另外,在由并网转换到离网运行时,如果混合微电网的直流微电网中储能变流器出现故障,则将进行离网运行的主要模式到备用模式的切换:直流微电网储能变流器退出运行,协调控制器由交流电压源模式切换至直流电压源模式,以对直流母线进行控制,交流微电网的储能变流器切换至电压源模式,以对交流母线进行控制,此时的运行模式即“交流母线占优型”混合微电网在离网运行时的备用模式,如图6所示,所谓的备用模式是以交流微电网为支撑。
当直流微电网的储能变流器恢复正常,混合微电网将进行主备恢复,即由离网运行时的备用模式切换至主要模式:直流微电网储能变流器工作于电压源模式,恢复对直流母线电压的控制,协调控制器由直流电压源模式切换至交流电压源模式,恢复对交流母线电压和频率的控制,交流微电网的储能变流器切换至电流源模式,系统恢复至离网运行时的主要运行模式,即以直流微电网为支撑的运行模式。
在离网转并网运行时,交直流混合微电网并网恢复,混合微电网从主要运行模式并网过程与单一微电网并网过程类似,协调控制器运行模式不变;混合微电网处于备用模式时进行并网恢复时,对于“直流母线占优型”混合微电网,协调控制器由控制直流母线切换至控制交流母线,交流微电网的储能变流器切换至电流源模式,恢复并网。
以上给出了本发明具体的实施方式,但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下,采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改,并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同,这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的,这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种交流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,包括交流微电网和直流微电网,交流微电网包括交流母线,直流微电网包括直流母线,交流母线和直流母线之间通过协调控制器连接,其特征在于,交直流混合微电网通过交流母线连接公共连接点PCC并入交流电网;重要负荷配置在所述交直流混合微电网的交流微电网一侧,储能装置优先配置在交流微电网一侧;交流微电网的储能装置通过储能逆变器连接到交流母线;直流微电网的储能装置通过储能变流器连接到直流母线。
2.根据权利要求1所述一种交流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,其特征在于,所述协调控制系统并网运行时,交流电网控制混合微电网的交流母线电压和频率,协调控制器工作于直流电压源模式控制直流母线电压;离网运行时,交流微电网的储能变流器工作于电压源模式来控制交流母线电压和频率,协调控制器工作于直流电压源模式控制直流母线电压,直流储能变流器工作于电流源模式以支撑直流微电网。
3.根据权利要求1所述一种交流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,其特征在于,在离网运行时,所述交流微电网的储能变流器发生故障,协调控制器运行于交流电压源模式控制交流母线的电压和频率,直流微电网的储能变流器控制直流母线电压。
4.一种直流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,包括交流微电网和直流微电网,交流微电网包括交流母线,直流微电网包括直流母线,交流母线和直流母线之间通过协调控制器连接,其特征在于,交直流混合微电网通过直流母线连接公共连接点PCC并入直流电网;重要负荷配置在所述交直流混合微电网的直流微电网一侧,储能装置优先配置在直流微电网一测;交流微电网的储能装置通过储能逆变器连接到交流母线;直流微电网的储能装置通过储能变流器连接到直流母线。
5.根据权利要求4所述一种直流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,其特征在于,所述协调控制系统并网运行时,直流电网控制混合微电网的直流母线电压,协调控制器工作于交流电压源模式控制交流母线电压和频率;离网运行时,直流微电网的储能变流器工作于电压源模式来控制直流母线电压,协调控制器工作于交流电压源模式控制交流母线电压和频率,交流储能逆变器工作于电流源模式以支撑交流微电网。
6.根据权利要求4所述一种直流母线占优的交直流混合微电网协调控制系统,其特征在于,在离网运行时,所述直流微电网的储能变流器发生故障,协调控制器运行于直流电压源模式控制直流母线的电压,交流微电网的储能变流器控制交流母线电压和频率。
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