CN107342597A - 一种交流微网协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交流微网协调控制方法，用于交流微网系统控制，该交流微网系统包括连接于交流母线的光伏发电单元、风力发电单元和蓄能单元，所述的协调控制方法为：当交流微网并网运行时，蓄能单元采用PQ控制，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制；当交流微网孤岛运行时，蓄能单元采用V/f控制，同时根据蓄能单元充电功率协调光伏发电单元和风力发电单元发电功率，使得蓄能单元充电功率不超过极限值。与现有技术相比，本发明提高了交流微网稳定性以及蓄能单元寿命。

Description

一种交流微网协调控制方法
技术领域
本发明涉及一种微网控制方法，尤其是涉及一种交流微网协调控制方法。
背景技术
交流微网中各微源中逆变器的应用最广的控制策略一般分为恒功率(即PQ)控制、下垂(即droop)控制、恒压恒频(即V/f)控制三种。其中，V/f控制主要实现的功能是维持母线电压与频率的稳定，因此这种控制策略主要应用于交流微网孤岛模式时主控单元的控制策略，当交流微网处于孤岛模式时，通常来说，可以令蓄电池作为主控单元，而光伏、风电等波动性电源作为从控单元一般采用PQ控制进而保持光伏、风电等波动性电源输出功率的恒定，或者采用下垂控制进而来分配各个波动性电源之间的输出功率。
然而在对上述PQ控制、下垂控制的研究与仿真过程中发现PQ控制、下垂控制的不足之处。如，当PQ控制的给定有功功率、无功功率，下垂控制的下垂系数、母线电压、母线频率等条件恒定时，采用PQ控制或下垂控制的微源逆变器的输出有功功率、无功功率保持恒定而不受外界条件的影响；然而光伏、风电等波动性微源的输出功率受到外界条件，如光照强度、温度、风速等环境条件的影响非常大，这就与PQ控制、下垂控制的微源逆变器的输出功率不受外界条件影响的特性产生非常大的差异，因而来说PQ控制、下垂控制等控制策略与光伏、风电等波动性微源的协调性非常差。
交流微网中微源的直流电压控制是应用研究较少的一种控制策略，直流电压控制的主要工作原理为保持微源逆变器直流侧的电压的恒定，而将各波动性微源的的呼出功率全部转化为交流电输入到大电网中，因此采用直流电压控制的逆变器的输出功率完全跟随微源输出功率的变化而变换，因此在对直流电压控制进行研究时，本文发现直流电压控制策略与光伏、风电等波动性微源的协调性非常好的优点。
然而在采用直流电压控制时，光伏、风电等微源的传统限功率控制策略-恒压控制就无法实现。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种交流微网协调控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种交流微网协调控制方法，用于交流微网系统控制，该交流微网系统包括连接于交流母线的光伏发电单元、风力发电单元和蓄能单元，所述的光伏发电单元中光伏电池依次通过DC/DC变换器和DC/AC变换器连接至交流母线，所述的风力发电单元中风力发电组件依次通过AC/DC变换器、DC/DC变换器和DC/AC变换器连接至交流母线，所述的协调控制方法为：当交流微网并网运行时，蓄能单元采用PQ控制，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制；当交流微网孤岛运行时，蓄能单元采用V/f控制，同时根据蓄能单元充电功率协调光伏发电单元和风力发电单元发电功率，使得蓄能单元充电功率不超过极限值。
交流微网孤岛运行时，光伏发电单元和风力发电单元具体控制方法如下：
a、当Pbattery_c≤C时，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制，Pbattery_c为蓄电池充电功率，C为蓄电池充电功率极值；
b、当Pbattery_c>C时，首先，光伏发电单元采用改进型恒压及直流母线恒定综合控制，风力发电单元采用MPPT和直流电压恒定综合控制直至光伏发电单元输出功率为0，若Pbattery_c>C仍成立，则风力发电单元采用改进型恒压及直流母线恒定综合控制使得蓄能单元充电功率不超过极限值。
MPPT和直流电压恒定综合控制方法具体为：相应发电单元中的DC/DC变换器采用MPPT控制，同时各发电单元中的DC/AC变换器采用直流电压恒定控制。
所述的改进型恒压及直流母线恒定综合控制具体为：对应发电单元中的DC/DC变换器采用改进型恒压控制，发电单元中的DC/DC变换器采用直流电压恒定控制，
所述的改进型恒压控制具体为：首先，获取蓄电池充电功率Pbattery_c和蓄电池充电功率极值C的偏差e，然后，将偏差e经过PI调解得到DC/DC变换器占空比，最后，根据DC/DC变换器占空比进行PWM调制得到DC/DC变换器各开关管的PWM开关信号。
所述的直流电压恒定控制具体为：以对应的发电单元中的DC/DC变换器和DC/AC变换器之间的直流母线电压为控制目标，控制DC/AC变换器中开关管的占空比使直流母线电压保持恒定。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明将微网控制分别并网和孤岛两种模式，孤岛模式下根据蓄能单元充电功率协调光伏发电和风力发电的输出功率，进而有效防止蓄能单元因充电功率过大导致蓄能单元的损坏，提高蓄能单元的寿命；
(2)本发明摒弃了光伏发电和风力发电中DC/AC变换器的PQ控制与V/f控制，本发明采用了直流电压恒定控制，这种控制策略能够维持逆变器直流侧电压的恒定，进而对交流微网的稳定性具有较好的影响；
(3)本发明改进型恒压控制以蓄电池充电功率为控制目标，实现了光伏发电和风力发电的输出功率的可靠调节，同时结合直流电压恒定控制，在提高蓄能单元寿命的同时保证了交流微网的稳定性。
附图说明
图1为交流微网的结构框图；
图2为光照强度变化时采用PQ控制、直流电压恒定控制两种方法光伏电池输出功率；
图3为恒压控制原理图；
图4为改进型恒压控制原理图；
图5为光照强度变化时交流微网孤岛运行各参数变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种交流微网协调控制方法，用于交流微网系统控制，该交流微网系统包括连接于交流母线的光伏发电单元、风力发电单元和蓄能单元，光伏发电单元中光伏电池依次通过DC/DC变换器和DC/AC变换器连接至交流母线，风力发电单元中风力发电组件依次通过AC/DC变换器、DC/DC变换器和DC/AC变换器连接至交流母线，蓄能单元采用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池通过DC/AC变换器连接至交流母线。本发明的协调控制方法为：当交流微网并网运行时，蓄能单元采用PQ控制，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制；当交流微网孤岛运行时，蓄能单元采用V/f控制，同时根据蓄能单元充电功率协调光伏发电单元和风力发电单元发电功率，使得蓄能单元充电功率不超过极限值。
交流微网孤岛运行时，光伏发电单元和风力发电单元具体控制方法如下：
a、当Pbattery_c≤C时，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制，Pbattery_c为蓄电池充电功率，C为蓄电池充电功率极值；
b、当Pbattery_c>C时，首先，光伏发电单元采用改进型恒压及直流母线恒定综合控制，风力发电单元采用MPPT和直流电压恒定综合控制直至光伏发电单元输出功率为0，若Pbattery_c>C仍成立，则风力发电单元采用改进型恒压及直流母线恒定综合控制使得蓄能单元充电功率不超过极限值。
MPPT和直流电压恒定综合控制方法具体为：相应发电单元中的DC/DC变换器采用MPPT控制，同时各发电单元中的DC/AC变换器采用直流电压恒定控制。
改进型恒压及直流母线恒定综合控制具体为：对应发电单元中的DC/DC变换器采用改进型恒压控制，发电单元中的DC/DC变换器采用直流电压恒定控制，
改进型恒压控制具体为：首先，获取蓄电池充电功率Pbattery_c和蓄电池充电功率极值C的偏差e，然后，将偏差e经过PI调解得到DC/DC变换器占空比，最后，根据DC/DC变换器占空比进行PWM调制得到DC/DC变换器各开关管的PWM开关信号。
直流电压恒定控制具体为：以对应的发电单元中的DC/DC变换器和DC/AC变换器之间的直流母线电压为控制目标，控制DC/AC变换器中开关管的占空比使直流母线电压保持恒定。
具体地，光照强度变化时，分别采用PQ控制与直流电压恒定控制光伏发电单元中的DC/AC变换器，则光伏电池输出功率变化曲线如图2所示。图2(a)为光照强度变化曲线，图2(b)和(c)分别为采用PQ控制和直流电压恒定控制两种方法光伏电池输出功率，由图可以看出：
当光照强度变化时，当光伏发电单元中的DC/AC变换器采用PQ控制时，其光伏电池输出功率不正常；而光伏发电单元中的DC/AC变换器采用直流电压恒定控制时，光伏电池输出功率随着光照强度的变化而变化。
当微网中微源输出功率大于负荷消耗功率与蓄电池充电功率之和时，需要采取一些控制策略减少光伏系统、风电系统等微源的发电功率，此时光伏系统、风电系统等微源工作于限功率模式，光伏发电单元、风力发电单元传统的限功率控制策略为恒压控制，如图3所示。恒压控制的工作原理为：当光伏电池输出功率过多时，直流母线电压Udc升高，使得Udc>Udc_rat，此时将Udc与Udc_rat的差经过PI控制后，调节DC/DC的占空比α的变化，进而减少光伏电池输出功率，使得Udc＝Udc_rat；反之亦然。
然而，在交流微网中，由于光伏发电单元和风力发电单元的逆变器采用直流电压恒定控制，则光伏发电单元和风力发电单元的恒压控制就无法运行，主要原因为：光伏电池的恒压控制主要是根据DC/DC变换器输出端电压Udc的大小与变化来调节光伏电池的输出功率，其能够运行的前提是Udc是变化的；直流电压恒定控制的基本原理为保持DC/DC变换器输出端电压Udc恒定，进而调节DC/AC变换器的输出功率，而如果Udc恒定，则光伏电池的恒压控制就无法运行。同理对于风力发电单元亦如此。
针对上述问题，本发明提出了交流微网中微源的改进型恒压控制控制策略，如图4所示。图中，Pbattery为交流微网蓄电池输出功率，则上述蓄电池充电功率Pbattery_c为为-Pbattery，C蓄电池充电功率的极限值，α为DC/DC变换器的占空比。改进型恒压控制的基本原理为：以光储微网为例，在交流光储微网中，如果蓄电池的充电功率大于其极限值即-Pbattery>C时，说明交流微网中光伏电池的输出功率过多，此时需要减少光伏电池的输出功率，此时将Pbattery与-C的差经过PI控制后，调节Boost电路的占空比α的变化，进而减少光伏电池输出功率，使得-Pbattery＝C；反之亦然。
图5为光照强度变化时交流微网孤岛运行各参数变化曲线。图5(a)为光伏电池输出功率变化曲线，图5(b)为蓄电池充电功率变化曲线，图5(c)为交流母线电压变化曲线，图5(d)交流母线频率变化曲线，图中，当t＝3s时光照强度由S＝800Lux变为S＝1000Lux。由图可见，当光照强度发生变化时，交流微网母线电压与频率保持稳定。

Claims (6)

1.一种交流微网协调控制方法，用于交流微网系统控制，该交流微网系统包括连接于交流母线的光伏发电单元、风力发电单元和蓄能单元，所述的光伏发电单元中光伏电池依次通过DC/DC变换器和DC/AC变换器连接至交流母线，所述的风力发电单元中风力发电组件依次通过AC/DC变换器、DC/DC变换器和DC/AC变换器连接至交流母线，其特征在于，所述的协调控制方法为：当交流微网并网运行时，蓄能单元采用PQ控制，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制；当交流微网孤岛运行时，蓄能单元采用V/f控制，同时根据蓄能单元充电功率协调光伏发电单元和风力发电单元发电功率，使得蓄能单元充电功率不超过极限值。
2.根据权利要求1所述的一种交流微网协调控制方法，其特征在于，交流微网孤岛运行时，光伏发电单元和风力发电单元具体控制方法如下：
a、当Pbattery_c≤C时，光伏发电单元和风力发电单元均采用MPPT和直流电压恒定综合控制，Pbattery_c为蓄电池充电功率，C为蓄电池充电功率极值；
b、当Pbattery_c>C时，首先，光伏发电单元采用改进型恒压及直流母线恒定综合控制，风力发电单元采用MPPT和直流电压恒定综合控制直至光伏发电单元输出功率为0，若Pbattery_c>C仍成立，则风力发电单元采用改进型恒压及直流母线恒定综合控制使得蓄能单元充电功率不超过极限值。
3.根据权利要求2所述的一种交流微网协调控制方法，其特征在于，MPPT和直流电压恒定综合控制方法具体为：相应发电单元中的DC/DC变换器采用MPPT控制，同时各发电单元中的DC/AC变换器采用直流电压恒定控制。
4.根据权利要求3所述的一种交流微网协调控制方法，其特征在于，所述的改进型恒压及直流母线恒定综合控制具体为：对应发电单元中的DC/DC变换器采用改进型恒压控制，发电单元中的DC/DC变换器采用直流电压恒定控制。
5.根据权利要求4所述的一种交流微网协调控制方法，其特征在于，所述的改进型恒压控制具体为：首先，获取蓄电池充电功率Pbattery_c和蓄电池充电功率极值的C偏差e，然后，将偏差e经过PI调解得到DC/DC变换器占空比，最后，根据DC/DC变换器占空比进行PWM调制得到DC/DC变换器各开关管的PWM开关信号。
6.根据权利要求4所述的一种交流微网协调控制方法，其特征在于，所述的直流电压恒定控制具体为：以对应的发电单元中的DC/DC变换器和DC/AC变换器之间的直流母线电压为控制目标，控制DC/AC变换器中开关管的占空比使直流母线电压保持恒定。
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