CN107154646A - 基于微源最大输出功率的串联型微电网功率协调方法 - Google Patents

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Abstract

基于微源最大输出功率的串联型微电网功率协调方法，将微源的最大出力作为优化调度首先考虑的因素，构造与各微源最大输出功率成正比的功率分配系数，考虑到微源逆变器的超调状况，对出力能力偏大的微源的输出功率进行修正，结合载波变幅移相调制方式，由各微源逆变器的功率分配系数控制其三角载波幅值，实现对各微源逆变器输出功率的独立调节。该方法实现了各微源按“能者多劳”原则输出功率，由功率分配系数所得到的载波信号实现了各微源之间的功率协调分配，并能保证串联型微电网输出电压的稳定。

Description

基于微源最大输出功率的串联型微电网功率协调方法
技术领域
本发明涉及串联型微电网中不同微源之间的功率协调方法，特别是串联型微电网孤岛运行状态下微源最大功率跟踪输出时的协调方法。
背景技术
目前，微电网技术已成为解决环境污染、能源短缺以及大量分布式发电单元集中并网等问题的重要手段，它由分布式电源、储能系统与相应负荷组成。其中，分布式电源多采用风力和光伏这种互补型的清洁能源，为最大限度地利用风能和太阳能，提高系统效率，通常需要风力和光伏微源工作于最大功率跟踪状态，始终输出最大功率，在这种情况下，如何实现负载功率的合理分配及系统功率的平衡控制是微电网需要解决的重要问题。
串联型微电网是一种新型的组网方式，孤岛运行能提高本地负载供电可靠性，当串联型微电网运行于孤岛模式时，功率的协调控制是保证系统稳定的必要条件，也是实现系统优化运行的重要手段。由于串联型微电网中微源逆变器之间串联连接的特殊方式，使得微源之间的功率协调成为本系统亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是实现串联型微电网孤岛模式下的优化运行。
本发明是基于微源最大输出功率的串联型微电网功率协调方法，其特征在于构造了与各微源最大输出功率成正比的功率分配系数，实现了各微源按“能者多劳”原则输出功率，其步骤为：
步骤1：串联型微电网中各微源工作于最大功率跟踪状态。系统正常运行时，实时检测系统的负载总功率PL；各微源参考功率的基准值设定为：Pav＝PL/N，其中N为微源个数；
步骤2：构造微源功率分配系数βi的表达式，使各微源按出力能力分配负载总功率PL；
功率分配系数βi与随机微源最大输出功率PiMPP成正比关系，且为了保证系统功率供需平衡，满足公式(1)所示的约束条件：
在这一约束条件下构造与PiMPP成正比的功率分配系数βi为：
同时，为防止出力偏大的微源出现过调制状况，对公式(2)中微源的最大输出功率做如下修正：
公式(3)中，Pimax为微源逆变器调制比mi为1时的输出功率；Udc为直流链电压参考值；I为串联逆变器输出电流基波分量有效值；为串联逆变器输出基波电压与其输出电流基波分量的相位差；
步骤3：结合载波变幅移相的调制方法，通过βi控制各微源逆变器的三角载波幅值VTri，进而控制各微源逆变器的输出功率，达到功率协调的目的；βi与VTri之间的关系为：
公式(4)中，Vm为正弦调制信号幅值。
在公式(1)的约束下，能够保证这种调节方式对系统输出电压的稳定性不产生影响。
本发明的有益之处是：实现了串联型微电网的优化运行，提高了微电网系统的经济性。
附图说明
图1是三微源串联型微电网结构图，图2是基于微源最大输出功率的三微源串联型微电网功率协调方法框图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例选用一个三微源串联型微电网。其中，风力微源1经过AC/DC电能变换环节连接至微源直流链电容C两端。光伏微源2、3经过DC/DC直流变换环节接入微源直流链电容C两端。微源直流链电容C与H桥微源逆变器7、8、9直流输入侧并联连接，H桥微源逆变器7、8、9的输出端依次串联连接，在相应的调制方法下AN两端形成多电平波形的输出电压。经过滤波器10后即可获得高质量的电能输出供负载ZL消耗。储能系统4、5、6用于稳定各微源逆变器直流侧电压。
本实施例中基于微源最大输出功率的三微源串联型微电网功率协调方法包括以下步骤：
步骤1：系统正常运行时，检测到系统负载总功率为PL。则设定各微源参考功率的基准值为：Pav＝PL/3；
步骤2：构造微源功率分配系数βi的表达式，使各微源按出力能力分配负载总功率PL；
功率分配系数βi应与微源最大输出功率PiMPP成正比关系，即βi∝PiMPP。也就是说，微源最大输出功率较大者，功率分配系数较大，微源输出功率较多；反之，微源最大输出功率较小者，功率分配系数较小，微源输出功率较少或不输出功率。
在此基础上，设定各微源的功率参考值为：Pi *＝βiPav,i＝1、2、3。则在保证系统功率供需平衡的条件下，微源的总输出功率应等于负载所需功率，即
β1Pav+β2Pav+β3Pav＝PL＝3Pav
由此可得
因此，功率分配系数βi应满足公式一所示的约束条件。在此约束条件下，构造与PiMPP成正比的功率分配系数βj为：
步骤3：结合载波变幅移相的调制方法，将反映“能者多劳”的功率分配量变换成各微源逆变器的三角载波幅值调节量，从而实现对各微源输出功率的协调控制。
(1)在串联型微电网中，各微源逆变器的输出功率为：
公式三中，mi为各微源逆变器的调制比；udci为各微源逆变器直流侧电压；I为串联逆变器输出电流基波分量有效值；为串联逆变器输出基波电压与其输出电流基波分量的相位差。
由公式三可以看出，要实现对各微源逆变器输出功率的调节，可调节各微源逆变器直流侧电压udci或调制比mi。拟定在储能系统的有效控制下，各微源逆变器直流侧电压均等于直流链电压参考值，即udci＝Udc，则此时微源逆变器输出功率与微源逆变器调制比成正比关系。
(2)对功率进行协调分配后，各微源逆变器的功率为：
其中，调制比Vm为正弦调制信号幅值，VTri为三角载波幅值。将公式四进行转换，可得：
当采用载波变幅移相调制方法时，调制波Vm为给定值。因此，可通过βi控制VTri，进而控制各微源逆变器的输出功率，达到功率协调的目的。
显然，当调制波幅值大于载波幅值，即Vm>VTri时，会出现过调制状况，为避免这种情况，由逆变器的调制比所满足的上限阈值mi≤1，结合公式三可得各微源逆变器输出功率的上限值Pimax。据此，对公式二中微源的最大输出功率做如下修正：
3)串联型微电网的输出电压基波分量为：
将公式五代入公式七可知，在公式一的约束下，可保证基波电压有效值变化量△uAN＝0，即这种调节方式对系统输出电压的稳定性不产生影响。
如图2所示是基于微源最大输出功率的三微源串联型微电网功率协调方法框图。功率协调部分11基于三个微源的最大输出功率产生三个微源逆变器的三角载波幅值，由电容电压uc外环、电容电流ic内环构成的双闭环控制部分12产生正弦调制信号vm。调制信号与载波信号经调制电路后产生三个逆变器的驱动信号，最终在AN两端形成多电平波形的输出电压uAN。
本发明的方法在实现串联型微电网孤岛运行模式时系统功率协调控制的同时，对系统输出电压的稳定性不会产生影响。
以上是本发明的实施方法之一，对于本领域内的普通技术人员而言，在不花费创造性劳动的情况下，可对上述实施例进行多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是很明显，这种变化应该包含在本发明权利要求书的保护范围内。

Claims (1)

1.基于微源最大输出功率的串联型微电网功率协调方法，其特征在于构造了与各微源最大输出功率成正比的功率分配系数，实现了各微源按“能者多劳”原则输出功率，其步骤为：
步骤1：串联型微电网中各微源工作于最大功率跟踪状态。系统正常运行时，实时检测系统的负载总功率PL；各微源参考功率的基准值设定为：Pav＝PL/N，其中N为微源个数；
步骤2：构造微源功率分配系数βi的表达式，使各微源按出力能力分配负载总功率PL；
功率分配系数βi与随机微源最大输出功率PiMPP成正比关系，且为了保证系统功率供需平衡，满足公式(1)所示的约束条件：
<mrow> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
在这一约束条件下构造与PiMPP成正比的功率分配系数βi为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>M</mi> <mi>P</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>N</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>M</mi> <mi>P</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>M</mi> <mi>P</mi> <mi>P</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
同时，为防止出力偏大的微源出现过调制状况，对公式(2)中微源的最大输出功率做如下修正：
公式(3)中，Pimax为微源逆变器调制比mi为1时的输出功率；Udc为直流链电压参考值；I为串联逆变器输出电流基波分量有效值；为串联逆变器输出基波电压与其输出电流基波分量的相位差；
步骤3：结合载波变幅移相的调制方法，通过βi控制各微源逆变器的三角载波幅值VTri，进而控制各微源逆变器的输出功率，达到功率协调的目的；βi与VTri之间的关系为：
公式(4)中，Vm为正弦调制信号幅值。
在公式(1)的约束下，能够保证这种调节方式对系统输出电压的稳定性不产生影响。
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