CN106877310A - 一种风电直流微网电压分层协调控制方法 - Google Patents

一种风电直流微网电压分层协调控制方法 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
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Abstract

一种风电直流微网电压分层协调控制方法，包括第一层控制、第二层控制和第三层控制三个部分。本发明只需要分布式电源采用本地变量进行控制，不需要各单元进行通信联系，从而可增强控制的灵活性和可靠性，并降低系统成本，同时该控制方法可使直流微网具备“即插即用”功能。并且能够根据直流电压的变化范围，联网变流器、储能系统、风力发电机组和负荷根据优先级别依次对直流电压进行自动调节，而无需相互通信，从而简化控制系统结构，提高控制的灵活性。

Description

一种风电直流微网电压分层协调控制方法
所属技术领域
本发明涉及一种风电直流微网，尤其涉及一种风电直流微网电压分层协调控制方法。
背景技术
作为集中发电、远距离输电的传统电力系统的有益补充，以可再生能源为主的分布式发电方式成为一种灵活、可靠、环保的新型电力技术。而由小型分布式电源与负荷构建的微网(micro grid)，在满足本地用户对电能质量和供电安全要求的同时，可减小大量分布式电源渗入对电力系统的影响。在微网的各种微电源和储能系统中，除本身为直流电源的太阳能电池、燃料电池和蓄电池外，风力发电机、微型燃气轮机等电压或频率不稳定的交流电源联网时也需经过直流环节的转换。在微网中建立直流传输线，连接各微电源及储能系统而形成的直流微网，有利于各微电源间的优势互补与协调控制，从而提高供电质量、减小对主网的影响，已成为微网技术新的研究方向。
与交流微网相比，直流微网的优点有：1）可提高逆变器利用率，降低成本并减少损耗，由于风电机组达到额定功率输出的时间相对较少，而多台风电机组同时满发的概率则更低，因而交流微网中各微电源、储能元件的独立逆变器利用率较低。在直流微网中由集中逆变器取代独立逆变器，可有效减少电力电子变流器的数量和容量；2）各微电源间易于协调控制，通过控制直流母线电压的稳定即可实现微电源与负荷的功率平衡；3）直流电网有功潮流容易控制，有利于微网中各新能源电源的整合，减小对主网影响；4）直流微网不存在频率和功角稳定性、无功环流等问题；5）联网变流器可有效隔离交流电网扰动，并将微网作为有机整体对主网提供一定的动态支持。
发明内容
为了克服电网扰动下各端电力电子变流器的协调控制难题，本发明提出一种风电直流微网电压分层协调控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。
本发明提出的电压分层控制指的是系统根据直流电压的变化量将控制策略分为不同的控制层，在不同的控制层中合理调节变流器的工作方式以使系统在不同工况下都能稳定运行。每层控制下至少有一端变流器根据电压下垂特性控制直流电压以确保系统内的功率平衡。各变流器独立工作，无需相互通信。
风电直流微网电压分层协调控制方法包括第一层控制、第二层控制和第三层控制三个部分。
所述第一层控制实现控制风电机组进行最大风能捕获，蓄电池进行充电储能，电压型PWM 变流器G-VSC控制直流电压稳定。
所述第二层控制使电压型PWM 变流器W-VSC按照最大功率跟踪方式（MPPT）运行，电压型PWM 变流器G-VSC工作在限流模式或离网模式，蓄电池储能（BES）单元控制直流电压稳定。
所述第三层控制分为两种情况：联网限流模式和孤岛模式下蓄电池的放电功率超出电压型PWM 变流器Bi-DC 最大功率的情况和联网限流模式和孤岛模式下蓄电池的充电功率超过电压型PWM变流器Bi-DC 最大功率的情况。
本发明的有益效果是：只需要分布式电源采用本地变量进行控制，不需要各单元进行通信联系，从而可增强控制的灵活性和可靠性，并降低系统成本，同时该控制方法可使直流微网具备“即插即用”功能。并且能够根据直流电压的变化范围，联网变流器、储能系统、风力发电机组和负荷根据优先级别依次对直流电压进行自动调节，而无需相互通信，从而简化控制系统结构，提高控制的灵活性。
附图说明
图1 风电直流微网系统结构。
图2 直流微网的电压分层控制。
图3 G-VSC控制策略。
图4 Bi-DC控制策略。
图5 L-VSC控制策略。
图6 W-VSC控制策略。
具体实施方案
图1中，分布式发电单元采用永磁直驱风力发电机组(permanent magnet synchronous generator，PMSG)，通过电压型PWM 变流器W-VSC 并入直流微网。W-VSC 正常运行时工作于最大功率跟踪(maximum power point tracking，MPPT)方式，以尽可能多的捕捉风能，但在某些特定情况下需要降功率运行。储能单元采用蓄电池储能(battery energy storage，BES)，通过双向DC/DC 变流器Bi-DC 并入直流微网。负荷单元：直流负荷直接或通过DC/DC 变流器接入直流微网，交流负荷通过电压型变流器L-VSC 并入直流网络。并网变流器：直流微网通过电压型PWM 变流器G-VSC 并入交流主网。
图2中，根据直流电压的变化量分为3 层控制， 和 为电压分层切换点处的门槛电压，变量S=1、2、3 分别表示系统处于第1、2、3 控制层。为避免运行过程中工作方式的频繁切换，在切换点处采用电压滞环控制。门槛电压 和 分别选取为0.02 及0.05(标幺值)。
第一层控制：直流电压的变化范围是| | <0.02，S = 1，对应联网自由模式。W-VSC 进行MPPT 控制。当将同步坐标系的d 轴定向在定子磁链矢量上，并且忽略磁链的变化及定子电阻时，通过控制定子电流的d 轴分量和q 轴分量可分别控制PMSG 的无功功率和有功功率。W-VSC 采用双闭环控制结构，内环为电流控制环，外环采用MPPT 控制，通过转速反馈信号 来计算机组的有功输出参考指令 ，从而可得定子电流有功分量参考值。G-VSC 控制直流电压稳定。G-VSC 也采用双闭环矢量控制，内环为电流控制环，外环采用直流电压下垂控制。BES 单元进行恒流充电。L-VSC 要保证交流负荷的供电电压幅值和频率恒定。
第二层控制：直流电压的变化范围是0.02 ≤| | < 0.05，S = 2，对应联网限流模式下G-VSC失去调节直流电压能力和孤岛模式的情况。此层控制下，W-VSC 仍按照MPPT 方式运行，G-VSC 工作在限流模式或离网模式，BES 单元控制直流电压稳定。Bi-DC 的直流电压控制仍采用双闭环控制。
第三层控制：直流电压的变化范围是 | | ≥0.05，S = 3。1） ≤ -0.05对应联网限流模式和孤岛模式下蓄电池的放电功率超出Bi-DC 最大功率的情况，此时需要进行负荷减载操作。2） ≥ 0.05 对应联网限流模式和孤岛模式下蓄电池的充电功率超过Bi-DC 最大功率的情况，此时风电机组进行降功率控制。

Claims (6)

1.一种风电直流微网电压分层协调控制方法，其特征在于：包括第一层控制、第二层控制和第三层控制三个部分。
2.如权利要求 1 所述的风电直流微网电压分层协调控制方法，其特征在于所述第一层控制实现控制风电机组进行最大风能捕获，蓄电池进行充电储能，电压型 PWM 变流器 G-VSC 控制直流电压稳定。
3.如权利要求 1 所述的风电直流微网电压分层协调控制方法，其特征在于所述第二层控制是使电压型 PWM 变流器 W-VSC 按照最大功率跟踪方式（ MPPT ）运行，电压型 PWM 变流器 G-VSC 工作在限流模式或离网模式，蓄电池储能（ BES ）单元控制直流电压稳定。
4.如权利要求 1 所述的风电直流微网电压分层协调控制方法，其特征在于所述第三层控制分为情况一和情况二。
5.如权利要求 4 所述的第三层控制，其特征在于所述情况一是在联网限流模式和孤岛模式下，使蓄电池的放电功率超出电压型 PWM 变流器 Bi-DC 最大功率。
6.如权利要求 1 所述的第三层控制，其特征在于所述情况二是在联网限流模式和孤岛模式下，蓄电池的充电功率超过电压型 PWM 变流器 Bi-DC 最大功率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113193571A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 华中科技大学 一种海上风电场参与调频的无通讯控制方法及系统

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