CN107346896A - 一种光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法，电网正常时，所述的光储微电网系统的主储能变流器和从储能变流器均工作在并网模式，根据储能系统蓄电池状态执行包括恒流充电、恒压充电和浮充充电的三段式充电策略。电网故障时，主储能系统切换到离网模式，为光储微电网系统母线建立电压和频率，从储能系统继续工作在并网模式。能量管理系统根据负荷功率、主储能系统状态和光伏发电系统功率，实时调整从储能系统储能变流器的输出功率，维持微电网系统内功率平衡。为了满足光储微电网系统内各储能系统功率分配，能量管理系统根据蓄电池状态、光伏系统发电功率、负荷功率，对从储能变流器下发的功率调度指令。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光储微电网系统多台储能变流器主从并联运行的控制方法。
背景技术
随着分布式新能源的快速发展，可以并网、离网灵活切换的微电网系统应用越来越广泛。微电网系统是由分布式电源、用电负荷、配电设施，监控和保护装置等组成的小型发配用电系统，必要时含储能装置。当电网正常时，光储微电网系统运行在并网模式，光储微电网系统中储能变流器根据预设的运行管理策略，实现设定的运行目标。当电网故障时，光储微电网系统切换到离网模式，储能变流器提供光储微电网系统的电压和频率，保证系统内负荷用电和其他设备的正常运行。微电网的出现很好地解决了分布式新能源和配电网之间的矛盾，使分布式新能源系统输出功率可控，有效抑制并网功率快速波动，具有电网友好性。
随着光储微电网发展，微电网系统内光伏装机容量及负荷容量越来越大，为了保证电网故障时系统内负荷用电时间及系统正常运行，系统需要配置更大容量蓄电池，考虑到单台储能变流器功率等级，需要多台储能变流器并联运行。目前常用的储能变流器并联控制策略有主从控制和对等控制，对等控制常用的下垂控制，下垂控制基本原理是用储能变流器模拟同步机的下垂特性，实现有功功率对频率、无功功率对电压的下垂特性，下垂控制不需要通讯，具有“即插即用”特点和方便微网系统扩容、功率均分等优点。但是下垂控制适用于高压输电线路电抗大、电阻小的场合，光储微电网系统目前一般接入低压配电网，输电线路参数恰好相反，导致下垂控制难以在实际光储微电网系统中运行。
常用的主从并联控制是由主储能变流器发出功率调度指令，对从储能变流器的功率进行调度，但是当微电网系统内从储能变流器的台数改变时，需要重新修改主储能变流器程序，微电网系统扩容较为复杂。另外，常用的主从并联控制没有对主储能变流器进行保护，当微电网系统内负荷过大或者过小时，都会导致主储能系统蓄电池超过阈值，导致主储能变流器停机，从而导致整个微电网系统的“瘫痪”。
发明内容
为克服现有技术的缺点，方便光储微电网系统快速扩容、满足多台储能变流器并联运行及并联时功率分配等要求，本发明提出一种基于通讯的光储微电网系统储能变流器主从并联运行控制方法。本发明通过对微电网中能量管理系统的简单配置，可以更改微电网系统内储能变流器并联台数，实现光储微电网系统的快速扩容和扩容后的功率均分。
应用本发明的光储微电网系统包含主储能系统、从储能系统、光伏发电系统、负载及能量管理系统。其中主储能系统和从储能系统均由蓄电池和储能变流器连接组成，光伏发电系统由光伏组件和并网逆变器连接组成，能量管理系统对微电网系统内所有设备进行监控和功率调度。所述的光储微电网系统包含有1套主储能系统和多套从储能系统，从储能系统套数为N，N大于等于1。其中主储能系统的储能变流器为3端口设备，包含1个直流端口和2个交流端口，直流端口接蓄电池，2个交流端口分为并网端口和离网端口，并网端口连接大电网，离网端口连接从储能变流器、光伏发电系统和负荷。
电网正常时，光储微电网系统的主储能系统的储能变流器和从储能变流系统的储能器均工作在并网模式，根据储能系统蓄电池状态执行三段式充电策略，包含恒流充电模式、恒压充电模式、浮充充电模式；电网故障时，主储能系统切换到离网模式，为光储微电网系统母线建立电压和频率，从储能系统继续工作在并网模式。能量管理系统根据负荷功率、主储能系统状态和光伏发电系统功率，实时调整从储能系统储能变流器的输出功率，维持微电网系统内功率平衡。为了满足光储微电网系统内各储能系统的功率分配需求，能量管理系统根据蓄电池状态、光伏系统发电功率和负载功率，对从储能系统的储能变流器下发功率调度指令，具体为：
1、当蓄电池电压正常、负载功率大于光伏系统发电功率时，主储能系统和从储能系统的所有储能变流器均放电。光储微电网系统主储能系统的储能变流器和N台从储能系统的储能变流器共同放电，为负荷提供电能，能量管理系统给N台从储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Pload-Ppv)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Pload-Ppv)/(N+1)，实现光储微电网系统内所有储能变流器的功率均分；其中Pmaster为主储能变流器功率，Pslave为储能变流器功率，Ppv光伏发电系统功率，Pload负荷功率；
2、当蓄电池电压正常、负载功率小于光伏系统发电功率时，主储能系统和从储能系统的所有储能变流器均充电。多余电能为所有储能变流器充电，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Ppv-Pload)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Ppv-Pload)/(N+1)；
3、在能量管理系统预设主储能系统蓄电池最低电压Udcmin、主储能系统储能变流器自动充电功率Psetch。当主储能系统中蓄电池电压低于主储能系统蓄电池最低电压Udcmin时，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload+Psetch-Ppv)/N，根据功率守恒原理，主储能系统储能变流器功率Pmaster＝Psetch。
4、在能量管理系统预设主储能系统蓄电池最高电压Udcmax、主储能系统储能变流器自动放电功率Psetdis。当主储能系统中蓄电池电压大于其蓄电池最高电压Udcmax时，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Psetdis+Ppv-Pload)/N，根据功率守恒原理，主储能系统储能变流器功率Pmaster＝Psetdis。
本发明的效果：
(1)实现光储微电网系统储能变流器组网并联运行；
(2)方便微电网系统扩容，实现微电网系统扩容“即插即用”；
(3)实现光储微电网系统内储能系统功率分配及对主储能系统的保护。
附图说明
图1光储微网系统离网运行拓扑图；
图2储能变流器拓扑图；
图3储能变流器主从并联控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，应用本发明的光储微网系统包含主储能系统、从储能系统、光伏发电系统、负载及能量管理系统，其中主储能系统和从储能系统均包含蓄电池和储能变流器，所述的蓄电池连接储能变流器的直流端。如图2所示，主储能变流系统的储能器为三端口设备，分别为直流端口、并网侧端口和离网侧端口。从储能变流系统的储能变流器、光伏发电系统和负载接入主储能变流系统储能变流器的离网侧母线，主储能变流系统储能变流器的并网侧端口接入大电网，光储微电网系统内所有设备通过串口服务器接入能量管理系统，采用Modbus通信协议。
本发明对所述光储微电网主从并联控制方法为：
光储微网系统内主储能系统、从储能系统、光伏系统和负荷通过智能电能表采集电压、电流、功率、频率、电量等信息，通过RS485接口，经串口服务器送入能量管理系统。
电网正常时，光储微电网系统工作在并网模式，主储能系统和从储能系统的所有储能变流器根据蓄电池荷电状态，执行预设的蓄电池充电三段式冲电策略，包含恒流充电、恒压充电、浮充充电。电网故障时，主储能系统储能变流器自动切换到离网模式，提供光储微电网系统母线的电压和频率，从储能系统储能变流器继续工作在并网模式，接受能量管理系统调度。
从储能系统储能变流器采集光储微电网母线AB、BC、CA线电压eab、ebc、eca，按照公式(1)计算出微电网母线相电压ea、eb、ec：
光储微电网母线相电压ea、eb、ec经过PLL数字锁相环单元，获取光储微网母线电压相位角θ。对微网系统相电压进行Clark变换和Park变换，得到两相同步旋转坐标系下的微网系统电压ed、eq。
从储能系统储能变流器的电流传感器采集从储能系统储能变流器电流ia、ib、ic，以微电网母线电压相位角θ为基准，进行Clark变换和Park变换，得到两相同步旋转坐标系下电流id、iq。Clark等功率变换公式如式(2)所示，两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系下的Park变换公式如式(3)所示。
可以得到同步旋转坐标系下从储能变流器有功功率，如公式(4)所示：
P＝edid+eqiq (4)
其中：ed为光储微电网母线电压d轴分量，eq为光储微电网母线电压q轴分量，id为有功电流，iq为无功电流，P为逆变器有功功率。
光储微电网系统离网时，以微电网母线电压为基准定向，因此eq＝0。公式(4)可简化为P＝edid，当主储能系统储能变流器建立的微电网系统电压稳定时，ed为定值，通过对从储能系统储能变流器的电流调度，可以实现对从储能系统储能变流器的功率调节，由于Clark变换采用等功率变换，ed为微电网母线线电压有效值；
光储微电网系统功率分配控制流程如图3所示：
当蓄电池电压正常、负载功率大于光伏系统发电功率时，主储能系统储能变流器和N台从储能系统储能变流器共同放电，为负荷提供电能，光伏发电系统功率Ppv，负荷功率Pload，能量管理系统给N台从储能系统储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload-Ppv)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能系统储能变流器功率为Pmaster＝(Pload-Ppv)/(N+1)，实现光储微电网系统内所有储能变流器功率均分；
当蓄电池电压正常、负载功率小于光伏系统发电功率时，多余电能为所有储能变流器充电。能量管理系统给N台从储能系统储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Ppv-Pload)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能系统储能变流器功率为Pmaster＝(Ppv-Pload)/(N+1)；
在能量管理系统预设主储能系统蓄电池最低电压Udcmin、主储能系统储能变流器自动充电功率Psetch。当主储能系统中蓄电池电压低于Udcmin时，能量管理系统给N台从储能系统储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload+Psetch-Ppv)/N，根据功率守恒原理，主储能系统储能变流器功率Pmaster＝Psetch；
在能量管理系统预设主储能系统蓄电池最低电压高于Udcmax、主储能系统储能变流器自动放电功率Psetdis。当主储能系统中蓄电池电压大于储能系统蓄电池最低电压Udcmax时，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Psetdis+Ppv-Pload)/N，根据功率守恒原理，主储能系统储能变流器功率Pmaster＝Psetdis。
当光储微电网系统内从储能系统数量改变时，只需修改能量管理系统监控界面中从储能系统套数N即可，能量管理系统会根据修改后的从储能系统台数自动调整主储能变流器和从储能变流器功率指令，方便光储微电网系统扩容。
考虑到通讯延时及储能变流器功率调节响应时间，光储微电网系统能量管理系统对从储能系统储能变流器的功率调节指令不宜过快，结合工程实际，每3秒钟执行一次功率调度较为合理。
Claims (5)
1.一种光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法，所述的光储微电网系统包含1套主储能系统、多套从储能系统、光伏发电系统、负载及能量管理系统，从储能系统套数为N，N大于等于1；主储能系统和从储能系统均包含蓄电池和储能变流器，蓄电池连接储能变流器的直流端；主储能系统的储能变流器有直流端口、并网侧端口和离网侧端口；从储能系统的储能变流器、光伏发电系统和负载接入主储能系统储能变流器的离网侧母线，主储能系统储能变流器的并网侧端口接入大电网，光储微电网系统的所有设备均通过串口服务器接入能量管理系统，其特征在于：电网正常时，所述的光储微电网系统的主储能变流器和从储能变流器均工作在并网模式，根据储能系统蓄电池状态执行包括恒流充电、恒压充电和浮充充电的三段式充电策略；电网故障时，主储能系统切换到离网模式，为光储微电网系统母线建立电压和频率，从储能系统继续工作在并网模式；能量管理系统根据负荷功率、主储能系统状态和光伏发电系统功率，实时调整从储能系统储能变流器的输出功率，维持微电网系统内功率平衡；为了满足光储微电网系统内各储能系统功率分配，能量管理系统根据蓄电池状态、光伏系统发电功率、负荷功率，对从储能变流器下发的功率调度指令。
2.按照权利要求1所述的光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：当蓄电池电压正常、负载功率大于光伏系统发电功率时，所述的主储能系统和从储能系统的所有储能变流器均放电；光储微电网系统主储能系统的储能变流器和N台从储能系统的储能变流器共同放电，为负荷提供电能，能量管理系统给N台从储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Pload-Ppv)/(N+1)；根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Pload-Ppv)/(N+1)，实现光储微电网系统内所有储能变流器的功率均分；其中Pmaster为主储能变流器功率，Pslave为储能变流器功率，Ppv光伏发电系统功率，Pload负荷功率。
3.按照权利要求1所述的光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：当蓄电池电压正常、负载功率小于光伏系统发电功率时，主储能系统和从储能系统的所有储能变流器均充电；多余电能为所有储能变流器充电，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Ppv-Pload)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Ppv-Pload)/(N+1)。
4.按照权利要求1所述的光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：在所述的能量管理系统预设主储能系统蓄电池最低电压Udcmin、主储能系统储能变流器自动充电功率Psetch；当主储能系统中蓄电池电压低于主储能系统蓄电池最低电压Udcmin时，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload+Psetch-Ppv)/N，根据功率守恒原理，主储能系统储能变流器功率Pmaster＝Psetch。
5.按照权利要求1所述的光储微电网系统储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：在所述的能量管理系统预设主储能系统蓄电池最高电压Udcmax，以及主储能系统储能变流器自动放电功率Psetdis；当主储能系统中蓄电池电压大于其蓄电池最高电压Udcmax时，能量管理系统给N台从储能系统的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Psetdis+Ppv-Pload)/N，根据功率守恒原理，主储能系统储能变流器功率Pmaster＝Psetdis。
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