CN106786489A - 直流微电网系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流微电网系统及其控制方法，其中，该系统包括：光伏发电单元和风力发电单元组成的微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，其中，微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元通过电力电子器件与直流母线连接，通过直流母线实现能量交换，直流微电网系统通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及微电网中央控制器MGCC共同控制，微电网中央控制器MGCC相对于各自的控制器为上层控制器。本发明对直流母线稳定控制，保证系统稳定运行。

Description

直流微电网系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，具体而言，涉及一种直流微电网系统及其控制方法。

背景技术

随着化石能源储量不断减少，环境问题日益突出，促使新能源技术的快速发展和广泛应用，以新能源发电技术为基础的微电网技术快速发展，直流微电网以其本身技术应用优势成为研究和应用的热点，同时电器不断直流化的趋势，促使家庭用电向效率更高的直流化方向发展，将新能源发电技术和直流配电结合的直流微电网技术将是未来发展的一个方向。

传统的配电系统中电能由发电端到用电端单向流动，而以新能源利用为基础的微电网系统中分布式新能源、电网、负载和储能之间存在能量交互，有别于传统电网系统的能量单向流动，微电网系统运行存在多种运行模式或者方式。对于直流微电网系统来说，直流母线是系统能量交换的中介，直流微电网中的多种分布式能源、储能、负载和电网通过电力电子变流装置接入直流母线，直流微电网系统中多个单元通过直流母线实现能量交换，保证直流母线电压稳定对系统稳定运行有着重要意义。

针对相关技术中如何提高直流母线电压的稳定的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

本发明提供了一种直流微电网系统及其控制方法，以提高直流母线电压的稳定。

为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种直流微电网系统，包括：光伏发电单元和风力发电单元组成的微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，其中，微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元通过电力电子器件与直流母线连接，通过直流母线实现能量交换，直流微电网系统通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及微电网中央控制器MGCC共同控制，微电网中央控制器MGCC相对于各自的控制器为上层控制器。

进一步地，风力发电单元采用包括整流和升压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。

进一步地，风力发电单元通过最大功率追踪MPPT控制器控制。

进一步地，光伏发电单元采用包括升压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。

进一步地，光伏发电单元通过最大功率追踪MPPT控制器控制。

进一步地，储能电池单元采用包括升降压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。

进一步地，储能电池单元采用包括升降压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。

进一步地，储能电池单元通过充放电控制器控制。

进一步地，电网接口单元控制电网采用包括三相全桥逆变器的电力电子器件接入直流母线连接。

进一步地，电网接口单元通过四象限整流控制器控制。

进一步地，直流负荷单元为二级纯直流负荷单元。

进一步地，电力电子器件包括：DC/DC交换器，和/或，AC/DC交换器。

进一步地，直流微电网系统包括并网工作形态和离网工作形态，其中，在直流微电网系统处于并网工作形态时接入外部电网系统，将该外部电网作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动；在直流微电网系统处于离网工作形态时未接入外部电网系统，将储能电池单元作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种直流微电网系统的控制方法，直流微电网系统包括：由光伏发电单元和风力发电单元组成的微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，其中，微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元通过电力电子器件与直流母线连接，方法包括：通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换，其中，微电网中央控制器MGCC相对于各自的控制器为上层控制器。

进一步地，直流微电网系统包括并网工作形态和离网工作形态，其中，在直流微电网系统处于并网工作形态时接入外部电网系统，将该外部电网作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动；在直流微电网系统处于离网工作形态时未接入外部电网系统，将储能电池单元作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动。

进一步地，在通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换之前，方法包括：预先对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识；将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态组成的系统工作状态进行编码标识。

进一步地，预先对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识，包括：以微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元工作过程中对直流母线能量流入流出与否以及流入流出方向为依据，确定其工作状态；对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识。

进一步地，对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识，包括：将微源单元能量不流入直流母线时，编码为第一标识，表征微源单元处于断开工作状态；将微源单元能量流入直流母线时，编码为第二标识，表征微源单元处于接入工作状态；将直流负荷单元与直流母线无能量交互时，编码为第一标识，表征直流负荷单元处于断开工作状态；将直流母线能量流入直流负荷单元时，编码为第三标识，表征直流负荷单元处于接入工作状态；将储能电池单元能量不流入直流母线时，编码为第一标识，表征储能电池单元处于断开工作状态；将储能电池单元能量流入直流母线时，编码为第二标识，表征储能电池单元处于充电工作状态；将直流母线能量流入储能电池单元时，编码为第三标识，表征储能电池单元处于充电工作状态；将电网接口单元能量不流入直流母线时，编码为第一标识，表征电网接口单元处于断开工作状态，直流微电网系统处于离网工作形态；将电网接口单元能量流入直流母线时，编码为第二标识，表征电网接口单元处于接入工作状态，直流微电网系统处于并网工作形态；将直流母线能量流入电网接口单元时，编码为第三标识，表征电网接口单元处于用电工作状态。

进一步地，第一标识为00，第二标识为11，第三标识为01。

进一步地，将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态组成的系统工作状态进行编码标识，包括：将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态对应的编码标识按照预设顺序进行组合，组成系统工作状态的编码标识，每个系统工作状态的编码标识对应一种系统工作状态。

进一步地，通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换，包括：在直流微电网系统处于并网工作形态时，将该外部电网作为补偿能源抑制微源单元发电输出波动和负载波动控制，以保证母线电压稳定，储能电池单元仅响应MGCC的控制策略。

进一步地，通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换，包括：在直流微电网系统处于离网工作形态时，将储能电池单元作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动，以保证母线电压稳定。

在本发明中，提出一种纯直流微电网系统结构，包含光伏发电和风力发电的微源单元(发电单元)、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，直流微电网系统通过直流母线实现能量交换，通过对直流母线稳定控制保证系统稳定运行；系统运行控制通过每个单元的控制器和系统MGCC(微电网中央控制器)控制共同完成，每个单元通过电力电子器件与直流母线连接，单元控制器通过对电力电子器件控制实现电能变换流动，MGCC控制通过对系统运行状态监测控制调度维持整个系统稳定运行，该直流微电网系统提供直流化用电，为风力发电和光伏发电等新能源利用提供解决方案，减少新能源发电转换环节，提高电能利用效率，同时对直流母线稳定控制，保证系统稳定运行。

附图说明

图1是本发明根据实施例的直流微电网系统的一种可选的结构框图；

图2是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中并网型微电网系统的一种可选的结构示意图；

图3是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中并网型微电网系统一种可选的运行状态流图；

图4是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中储能放电时并网型直流微电网系统一种可选的运行状态流图；

图5是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中储能充电时并网型直流微电网系统一种可选的运行状态流图；

图6是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中上层控制并网型直流微电网系统一种可选的运行状态流图；

图7是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中离网型直流微电网系统一种可选的结构示意图；

图8是本发明根据实施例的直流微电网系统的控制方法中离网型直流微电网系统一种可选的结构示意图；以及

图9是本发明根据实施例的直流微电网系统一种可选的运行策略流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

下面结合附图对本发明提供的直流微电网系统进行说明。

图1示出本发明的实施例的直流微电网系统的一种可选的结构框图，如图1所示，该直流微电网系统包括：光伏发电单元201和风力发电单元202组成的微源单元20、直流负荷单元21、电网接口单元22、储能电池单元23和直流母线24，其中，微源单元20、直流负荷单元21、电网接口单元22、储能电池单元23通过电力电子器件25与直流母线24连接，通过直流母线24实现能量交换，直流微电网系统通过微源单元20、直流负荷单元21、电网接口单元22、储能电池单元23各自的控制器以及微电网中央控制器MGCC共同控制，微电网中央控制器MGCC相对于各自的控制器为上层控制器。

在本发明的上述实施方式中，提出一种纯直流微电网系统结构，包含光伏发电和风力发电的微源单元(发电单元)、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，直流微电网系统通过直流母线实现能量交换，通过对直流母线稳定控制保证系统稳定运行；系统运行控制通过每个单元的控制器和系统MGCC(微电网中央控制器)控制共同完成，每个单元通过电力电子器件与直流母线连接，单元控制器通过对电力电子器件控制实现电能变换流动，MGCC控制通过对系统运行状态监测控制调度维持整个系统稳定运行，该直流微电网系统提供直流化用电，为风力发电和光伏发电等新能源利用提供解决方案，减少新能源发电转换环节，提高电能利用效率，同时对直流母线稳定控制，保证系统稳定运行。

进一步地，作为优选，风力发电单元采用包括整流和升压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。风力发电单元通过最大功率追踪MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)控制器控制。光伏发电单元采用包括升压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。光伏发电单元通过最大功率追踪MPPT控制器控制。储能电池单元采用包括升降压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。储能电池单元采用包括升降压变换器的电力电子器件接入直流母线连接。储能电池单元通过充放电控制器控制。电网接口单元控制电网采用包括三相全桥逆变器的电力电子器件接入直流母线连接。电网接口单元通过四象限整流控制器控制。

优选地，直流负荷单元为二级纯直流负荷单元。

此外，电力电子器件包括：DC/DC交换器，和/或，AC/DC交换器。

具体工作过程中，直流微电网系统包括并网工作形态和离网工作形态，其中，在直流微电网系统处于并网工作形态时接入外部电网系统，将该外部电网作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动；在直流微电网系统处于离网工作形态时未接入外部电网系统，将储能电池单元作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动。

实施例2

基于上述实施例1中提供的直流微电网系统，本发明可选的实施例2还提供了一种直流微电网系统的控制方法，直流微电网系统包括：由光伏发电单元和风力发电单元组成的微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，其中，微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元通过电力电子器件与直流母线连接，方法包括：通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换，其中，微电网中央控制器MGCC相对于各自的控制器为上层控制器。

进一步地，直流微电网系统包括并网工作形态和离网工作形态，其中，在直流微电网系统处于并网工作形态时接入外部电网系统，将该外部电网作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动；在直流微电网系统处于离网工作形态时未接入外部电网系统，将储能电池单元作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动。

在一个优选的实施方式中，在通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换之前，方法包括：预先对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识；将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态组成的系统工作状态进行编码标识。

进一步地，预先对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识，包括：将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元工作过程中对直流母线能量流入流出与否以及流入流出方向为依据，确定其工作状态；对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识

进一步地，对微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识，包括：将微源单元能量不流入直流母线时，编码为第一标识，表征微源单元处于断开工作状态；将微源单元能量流入直流母线时，编码为第二标识，表征微源单元处于接入工作状态；将直流负荷单元与直流母线无能量交互时，编码为第一标识，表征直流负荷单元处于断开工作状态；将直流母线能量流入直流负荷单元时，编码为第三标识，表征直流负荷单元处于接入工作状态；将储能电池单元能量不流入直流母线时，编码为第一标识，表征储能电池单元处于断开工作状态；将储能电池单元能量流入直流母线时，编码为第二标识，表征储能电池单元处于充电工作状态；将直流母线能量流入储能电池单元时，编码为第三标识，表征储能电池单元处于充电工作状态；将电网接口单元能量不流入直流母线时，编码为第一标识，表征电网接口单元处于断开工作状态，直流微电网系统处于离网工作形态；将电网接口单元能量流入直流母线时，编码为第二标识，表征电网接口单元处于接入工作状态，直流微电网系统处于并网工作形态；将直流母线能量流入电网接口单元时，编码为第三标识，表征电网接口单元处于用电工作状态。

优选地，第一标识为00，第二标识为11，第三标识为01。

在一个实施方式中，上述将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态组成的系统工作状态进行编码标识，包括：将微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态对应的编码标识按照预设顺序进行组合，组成系统工作状态的编码标识，每个系统工作状态的编码标识对应一种系统工作状态。

进一步地，通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换，包括：在直流微电网系统处于并网工作形态时，将该外部电网作为补偿能源抑制微源单元发电输出波动和负载波动控制，以保证母线电压稳定，储能电池单元仅响应MGCC的控制策略。

进一步地，通过微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制直流微电网系统各个单元通过直流母线实现能量交换，包括：在直流微电网系统处于离网工作形态时，将储能电池单元作为补偿能源以抑制微源单元发电输出波动和负载波动，以保证母线电压稳定。

下面结合具体实例来对上述方案进行进一步说明，以便更好的理解本方案：

直流微电网系统通常包含风力发电、光伏发电等分布式能源，直流负载，储能电池，电网接入单元和直流母线，风力发电采用整流+Boost(升压)变换器接入直流母线，通过MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制器控制；光伏发电采用Boost变换器接入直流母线，通过MPPT控制器控制；储能电池采用Boost/Buck(升降压)变换器接入直流母线，通过充放电控制器控制；电网通过三相全桥逆变器接入直流母线，采用四象限整流控制，可实现电能双向流动；MGCC控制为上层控制器，与底层控制器相互通信并可以下发相应的控制指令。直流微电网系统分为并网型和离网型两种模式，两种模式下的直流微电网系统具有不同的控制方法和运行特点。

本发明提出的一种纯直流微电网系统结构，包含光伏发电和风力发电的微源单元、二级纯直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，直流微电网系统每个单元通过电力电子器件与直流母线连接，整个系统控制通过每个单元控制和MGCC控制器实现，整个控制系统分为两层，分别为每个单元的接入控制器和系统的MGCC控制器。并网型直流微电网和离网型直流微电网具有不同的运行特点，并网型微电网系统接入市电网系统，采用市电网作为稳定的补偿能源抑制新能源发电输出波动和负载波动，从而保证直流母线电压稳定和系统稳定运行；离网型微电网系统通常采用储能作为稳定的补偿能源抑制新能源发电输出波动，从而保证负载侧输出的稳定和系统稳定运行。

并网型直流微电网系统如图2所示，在图2中，PV为光伏发电单元，Wind为风力发电单元，Bat为储能电池单元，Grid为电网接入单元部分，Load为直流负载单元部分，DC BUS为直流母线。并网型直流微电网系统中，电网作为系统稳定运行的主要环节保证母线电压稳定，储能仅响应上层控制(MGCC)的优化调度策略。为了方便上层控制识别系统运行状态情况以及对系统运行状态进行下一步策略判断和控制，对直流微电网系统运行状态进行归类和划分，通过对各个单元和系统状态进行标识，整合出系统运作状态。具体状态分析，将各个单元能量对于系统以直流母线流入和流出为参考，“11”状态表示电流(能量)流入直流母线，“01”状态表示电流(能量)流出直流母线，“00”状态表示与直流母线无交互，各个单元具体状态表如表1所示：

表1

并网型微电网系统采用以电网稳定系统运行为主，储能仅响应上层调度的策略。当储能参与调度时，并网型直流微电网系统运行状态有22种，如表2所示：

表2

并网型直流微电网系统稳定运行的本质是运行状态实时切换，以保证直流母线电压稳定满足系统能量平衡。对于以上22种运行状态分析，将22种运行状态可以划分为三个层次，这三个层次运行状态如图3所示。

当上层控制不对储能下达调度指令时(即储能处于待机状态)，系统由底层控制处于自运行状态，并网型直流微电网系统基本运行状态如表3所示。

序号	微源	负载	储能	电网	系统状态	系统状态说明
							1	00	00	00	00	00000000	系统待机
2	00	01	00	11	00010011	电网→负载
							3	11	00	00	01	11000001	微源→电网
4	11	01	00	01	11010001	微源→负载+电网
							5	11	01	00	00	11010000	微源→负载
6	11	01	00	11	11010011	微源+电网→负载

表3并网型直流微电网系统基本运行状态

上层控制对储能下达放电指令时，系统运行状态流图如图4所示，上层控制对储能下达充电指令时，系统运行状态流图如图5所示，系统上层控制主要对储能控制来实现系统能量优化，这种优化来源于上层系统对于用电时段电价及系统负荷使用习惯的判断，比如对于一个家庭用户的直流微电网系统，在早上起床、中午午餐、晚餐及傍晚等时段是用电高峰，上层控制储能放电；对于晴天的上午9点到15点都是发电的高峰，可以在发电量富余情况下上层控制储能充电，将能量存储以备用电高峰时使用，本发明主要针对系统稳定运行策略，涉及到具体上层调度优化控制，此处不作过多说明。上层调度控制策略主要根据需求对储能控制，当储能放电时可以将储能看作一个发电设备，当储能放电是可以看作一个用电设备，上层控制流图如图6所示。

对于底层控制包含每个单元自带控制器的控制，包含光伏发电的MPPT控制、风力发电的MPPT控制、直流负荷DC/DC控制和并网DC/AC四象限整流控制，底层控制核心为并网DC/AC四象限整流控制，是保持直流母线电压稳定运行的关键。

离网型微电网系统如图7所示，离网型微电网系统通常采用储能作为稳定的补偿能源抑制新能源发电输出波动，从而保证负载侧输出的稳定和系统稳定运行。

对于离网型直流微电网系统运行策略分析，同样采用并网型直流微电网的状态编码方法，采用基于储能的直流微电网系统策略，采用储能保证实时功率平衡，储能作为系统稳定运行的主要环节。离网型微电网系统稳定运行状态如表4所示：

序号	微源	负载	储能	电网	系统状态	状态说明
							1	00	00	00	00	00000000	系统停止
2	00	01	11	00	00011100	储能→负载
							3	11	00	01	00	11000100	微源→储能
4	11	01	01	00	11010100	微源→负载+储能
							5	11	01	00	00	11010000	微源→负载
6	11	01	11	00	11011100	微源+储能→负载

表4离网型微电网运行状态

对于离网型微电网系统，通过5种运行模式实时切换实现系统稳定运行，其运行状态如图9所示。

离网型直流微电网系统运行状态相对简单，仅仅只有2个层次状态，第1层次5种运行模式切换，第2层次，当储能处于充满或者缺电状态需要MGCC对微源输出或者负荷进行控制，离网型直流微电网运行状态如图8所示。

运行状态图分析：

1.离网型直流微电网系统通过运行状态切换实现系统稳定运行，储能电池维持直流母线电压稳定；

2.离网型直流微电网系统运行状态MGCC控制器需根据储能状态情况通过负荷控制和微源输出功率控制来实现系统能量平衡，相应的控制状态可以从对应的状态切换。

直流微电网运行策略如图9所示，在系统运行开始后，检测是否为并网，若是，则判断储能SOC(State of Charge，荷电状态)是否大于预设的上限阈值，若大于，说明储能足够，限制储能充电，然后并网自运行模式，若不大于，继续判断储能SOC是否小于下限阈值，若是，说明储能不够，限制储能放电，然后结束该流程。在系统运行开始后，若检测不为并网，则判断储能SOC是否大于预设的上限阈值，若是，跟踪负荷运行模式，否则，继续判断储能SOC是否大于预设运行阈值，若大于，则离网自运行模式，若不大于，判定当前储能不充足，切除不重要的负荷后，继续判断储能SOC是否小于预设下限阈值，若不小于，仍进行离网自运行模式，若小于，则控制新能源发电仅给储能部分充电，直流侧负荷断开，然后结束进程。

系统运行通过上层控制和下层控制配合实现系统运行，在并网状态下，上层控制只需要判断储能状态对储能控制，对于储能判断的上限和下限阀值需要根据系统各个单元容量配置情况来设定，系统自运行模式由底层控制器自动控制实现；离网运行状态下，上层控制需要对需要判断储能状态对于发电装置和负荷进行控制，对于储能判断的上限和下限阀值需要根据系统各个单元容量配置情况来设定，系统自运行模式由底层控制器自动控制实现。

从以上描述中可以看出，本发明创造的发明点之一在于：提出一种纯直流微电网系统结构，包含光伏发电和风力发电的微源单元、2级纯直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，直流微电网系统通过直流母线实现能量交换，通过对直流母线稳定控制保证系统稳定运行；系统运行控制通过每个单元的控制器和系统MGCC控制共同完成，每个单元通过电力电子器件与直流母线连接，单元控制器通过对电力电子器件控制实现电能变换流动，MGCC控制通过对系统运行状态监测控制调度维持整个系统稳定运行；由于风力发电和光伏发电等微源输出功率随环境变化，直流负荷受用户因素影响，储能电池受到调度控制，系统存在多种运行状态，对系统运行状态编码和对运行状态流图分析，提出一种基于运行状态控制的直流微电网系统控制方法，通过对系统运行状态切换控制实现直流母线电压稳定控制，从而保证系统能量平衡，实现系统稳定运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (22)

1.一种直流微电网系统，其特征在于，包括：光伏发电单元和风力发电单元组成的微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，其中，所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元通过电力电子器件与所述直流母线连接，通过所述直流母线实现能量交换，所述直流微电网系统通过所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及微电网中央控制器MGCC共同控制，所述微电网中央控制器MGCC相对于所述各自的控制器为上层控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风力发电单元采用包括整流和升压变换器的电力电子器件接入所述直流母线连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风力发电单元通过最大功率追踪MPPT控制器控制。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏发电单元采用包括升压变换器的电力电子器件接入所述直流母线连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏发电单元通过最大功率追踪MPPT控制器控制。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能电池单元采用包括升降压变换器的电力电子器件接入所述直流母线连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能电池单元采用包括升降压变换器的电力电子器件接入所述直流母线连接。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能电池单元通过充放电控制器控制。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电网接口单元控制电网采用包括三相全桥逆变器的电力电子器件接入所述直流母线连接。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电网接口单元通过四象限整流控制器控制。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流负荷单元为二级纯直流负荷单元。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电力电子器件包括：DC/DC交换器，和/或，AC/DC交换器。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流微电网系统包括并网工作形态和离网工作形态，其中，

在所述直流微电网系统处于并网工作形态时接入外部电网系统，将该外部电网作为补偿能源以抑制所述微源单元发电输出波动和负载波动；

在所述直流微电网系统处于离网工作形态时未接入外部电网系统，将所述储能电池单元作为补偿能源以抑制所述微源单元发电输出波动和负载波动。

14.一种直流微电网系统的控制方法，其特征在于，所述直流微电网系统包括：由光伏发电单元和风力发电单元组成的微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元和直流母线，其中，所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元通过电力电子器件与所述直流母线连接，所述方法包括：

通过所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制所述直流微电网系统各个单元通过所述直流母线实现能量交换，其中，所述微电网中央控制器MGCC相对于所述各自的控制器为上层控制器。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述直流微电网系统包括并网工作形态和离网工作形态，其中，

在所述直流微电网系统处于并网工作形态时接入外部电网系统，将该外部电网作为补偿能源以抑制所述微源单元发电输出波动和负载波动；

在所述直流微电网系统处于离网工作形态时未接入外部电网系统，将所述储能电池单元作为补偿能源以抑制所述微源单元发电输出波动和负载波动。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述通过所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制所述直流微电网系统各个单元通过所述直流母线实现能量交换之前，所述方法包括：

预先对所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识；

将所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态组成的系统工作状态进行编码标识。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预先对所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识，包括：

以所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元工作过程中对所述直流母线能量流入流出与否以及流入流出方向为依据，确定其工作状态；

对所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述对所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态进行编码标识，包括：

将所述微源单元能量不流入所述直流母线时，编码为第一标识，表征所述微源单元处于断开工作状态；将所述微源单元能量流入所述直流母线时，编码为第二标识，表征所述微源单元处于接入工作状态；

将所述直流负荷单元与所述直流母线无能量交互时，编码为第一标识，表征所述直流负荷单元处于断开工作状态；将所述直流母线能量流入所述直流负荷单元时，编码为第三标识，表征所述直流负荷单元处于接入工作状态；

将所述储能电池单元能量不流入所述直流母线时，编码为第一标识，表征所述储能电池单元处于断开工作状态；将所述储能电池单元能量流入所述直流母线时，编码为第二标识，表征所述储能电池单元处于充电工作状态；将所述直流母线能量流入所述储能电池单元时，编码为第三标识，表征所述储能电池单元处于充电工作状态；

将所述电网接口单元能量不流入所述直流母线时，编码为第一标识，表征所述电网接口单元处于断开工作状态，所述直流微电网系统处于离网工作形态；将所述电网接口单元能量流入所述直流母线时，编码为第二标识，表征所述电网接口单元处于接入工作状态，所述直流微电网系统处于并网工作形态；将所述直流母线能量流入所述电网接口单元时，编码为第三标识，表征所述电网接口单元处于用电工作状态。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一标识为00，所述第二标识为11，所述第三标识为01。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述将所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态组成的系统工作状态进行编码标识，包括：

将所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各个工作状态对应的编码标识按照预设顺序进行组合，组成系统工作状态的编码标识，每个所述系统工作状态的编码标识对应一种系统工作状态。

21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述通过所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制所述直流微电网系统各个单元通过所述直流母线实现能量交换，包括：

在所述直流微电网系统处于并网工作形态时，将该外部电网作为补偿能源抑制所述微源单元发电输出波动和负载波动控制，以保证母线电压稳定，储能电池单元仅响应所述MGCC的控制策略。

22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述通过所述微源单元、直流负荷单元、电网接口单元、储能电池单元各自的控制器以及系统微电网中央控制器共同控制所述直流微电网系统各个单元通过所述直流母线实现能量交换，包括：

在所述直流微电网系统处于离网工作形态时，将所述储能电池单元作为补偿能源以抑制所述微源单元发电输出波动和负载波动，以保证母线电压稳定。