CN107612007A - 一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法 - Google Patents

一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法 Download PDF

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Abstract

一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法，其特征是在储能变流器直流侧电压低于欠压保护阈值时发生直流欠压故障，触发保护动作，储能变流器停止工作，保护储能蓄电池。在不专门配置蓄电池充电装置的情况下，当光照资源充足时储能变流器重新启动，输出交流电压，并联在储能变流器交流侧的光伏发电系统启动工作，通过储能变流器为蓄电池充电，整个系统重新进入工作状态为负荷提供电力。

Description

一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法
技术领域
本发明涉及一种光储独立微电网中储能变流器的直流欠压保护方法。
背景技术
光储独立微电网是一种解决海岛、偏远山区等地供电问题的较好方式，这些地方大电网难以到达。和传统的柴油发电相比，光储微电网方案噪声小、度电成本低、对环境友好，因此近几年得到了较多应用。光储独立微电网系统示意图如图1所示，其中储能系统建立交流电压为负荷和光伏逆变器提供电源，光伏发电为负荷提供持续电力，同时满足蓄电池充电需求。储能系统由储能变流器和储能蓄电池构成。
储能变流器是光储独立微电网中的核心设备，工作在电压源控制方式下，输出恒定的正弦交流电压。在储能变流器输出正弦交流电压后，负荷才能够得到供电电源，光伏并网逆变器才能够以电流源形式并接工作，将光伏组件输出的电力逆变后为负荷提供能量。
当阳光充足，光伏发电系统输出的功率大于负荷的额定功率时，根据能量守恒定律，光伏发电功率比负荷额定功率多出的部分功率将会通过储能变流器流入蓄电池，为蓄电池充电。在这种情景下，储能变流器的控制程序时刻采样直流侧电压，如果直流侧电压超过蓄电池的上限电压，储能变流器控制程序立即启动过压保护算法，断开直流侧与蓄电池连接的开关及交流侧与负荷连接的开关，避免蓄电池因为过度充电而损坏。
当阳光减弱，光伏发电系统输出的功率小于负荷的额定功率时，根据能量守恒定律，负荷缺的功率将由蓄电池提供，此时蓄电池放电。在这种情境下，如果直流电压超过蓄电池的下限电压时，储能变流器控制程序立即启动直流侧欠压保护算法，断开直流侧与蓄电池连接的开关及交流侧与负荷连接的开关，避免蓄电池因为过度放电而损坏。
光储独立微电网中当发生储能变流器直流欠压保护后，如果不采取措施为蓄电池进行重新充电，直到蓄电池电压高于储能变流器直流欠压保护阈值，将导致储能变流器无法再次启动。设计专门的蓄电池充电装置是解决这一问题的一个方案，该方案在每次发生储能变流器直流侧欠压保护后及时利用专门的蓄电池充电装置为蓄电池充电，以保证光储独立微电网重新启动时蓄电池电压能够满足工作的需要。这种解决方案需要额外增加充电装置，系统造价增加，同时增加设备使系统的故障点同步增加，可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术造价高、可靠性降低的缺点，提出种光储独立微电网中储能变流器的直流欠压保护方法。本发明只需要利用储能变流器控制方法即可实现蓄电池欠压保护，又能满足储能变利器重新启动的要求。
光储独立微电网系统主回路由储能系统、光伏发电系统、负荷及交流母线构成，储能系统、光伏发电系统和负荷均并联在交流母线上。其中储能系统由储能蓄电池、直流侧开关、储能变流器及交流侧开关构成，储能蓄电池与直流侧开关的一端相连，直流侧开关的另一端与储能变流器的直流侧相连，储能变流器的交流侧与交流侧开关的一侧相连，交流侧开关的另一侧与交流母线相连。储能系统建立交流供电电压为负荷和光伏发电系统逆变器提供电源，光伏发电系统为负荷提供持续电力，同时为储能蓄电池充电。
储能变流器采用电压源控制方式，输出正弦交流电压为负荷及光伏发电系统的逆变器提供电源；在光储独立微电网工作时，负荷所需的功率由光伏发电系统与储能蓄电池共同提供，当光伏发电系统输出的功率大于负荷额定功率时，储能蓄电池充电，当光伏发电输出的功率小于负荷额定功率时，储能蓄电池放电。
储能蓄电池工作的最低电压为V1，直流欠压保护阈值设定为V2，V2大于V1。在阳光较弱，储能蓄电池放电期间，当储能变流器的控制模块检测到储能变流器直流侧电压Vdc小于直流欠压保护阈值V2时，立即启动直流侧欠压保护策略，断开储能变流器与储能蓄电池连接的直流侧开关和与负荷相连的交流侧开关，使储能蓄电池停止放电，确保储能蓄电池电压大于储能蓄电池工作的最低电压V1。
在需要重新启动微电网时，储能变流器的控制模块首先与光伏发电系统逆变器的控制模块通讯，光伏发电系统逆变器的控制模块将检测到的光照条件发送给储能变流器。
如果光照充足且光伏发电能够输出比负荷额定功率更多的电力时，则储能变流器启动工作。这种情况下，光伏发电系统输出的多余功率为蓄电池充电，确保蓄电池在工作后不会继续放电。
如果光照条件不好或者光伏发电不能输出比负荷额定功率更多的电力，则储能变流器控制模块在接收到启动指令后拒绝启动，并提醒用户蓄电池电压低，避免启动后蓄电池继续放电，导致再次发生欠压保护。
本发明的效果：
1、保护储能蓄电池不过度放电。直流侧欠压保护的首要目的就是保护储能蓄电池不会过度放电造成损坏，本发明的欠压保护阈值V1大于蓄电池工作的最低电压V2，因此能够保证蓄电池不过度放电而损坏。
2、保证微电网能够重新启动。本发明提出的保护方法设定的欠压保护阈值V1与蓄电池最低工作电压V2之间留有一定的裕量，确保在重新启动后蓄电池可以正常工作；同时重新启动前已经判断了光照条件，确保在重新启动后蓄电池工作在充电状态下，即重新启动后蓄电池电压会上升。
3、减少重新启动后再次报欠压故障，导致频繁启动失败。本发明提出的方法在储能变流器重新启动后蓄电池直接进入充电状态，电池电压上升，不会再次发生直流侧欠压保护。
4、无需配置蓄电池专用充电系统，节省投资费用。本发明提出的方法利用储能变流器既实现了直流侧欠压保护，又确保了重新启动后蓄电池充电，不需要单独配置蓄电池充电系统，能够节省微电网的投资费用。
附图说明
图1是光储独立微电网主回路示意图；
图2是储能变流器直流侧欠压保护程序的部分流程；
图3是人工启动储能变流器时的部分启动程序流程；
图4是储能变流器自动启动时的部分启动程序流程。
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，应用本发明的光储独立微电网主回路由储能系统、光伏发电系统、负荷及交流母线构成，储能系统、光伏发电系统和负荷均并联在交流母线上；其中储能系统由储能蓄电池、直流侧开关、储能变流器及交流侧开关构成，储能蓄电池与直流侧开关的一端相连，直流侧开关的另一端与储能变流器的直流侧相连，储能变流器的交流侧与交流侧开关的一侧相连，交流侧开关的另一侧与交流母线相连。储能系统建立交流供电电压为负荷和光伏发电系统逆变器提供电源，光伏发电系统为负荷提供持续电力，同时为蓄电池充电。储能系统由储能变流器和储能蓄电池构成。
本发明在储能变流器控制模块中设定直流侧欠压保护值V2，V2稍大于储能蓄电池工作的最低电压V1，可以设定V2约为V1的1.02～1.04倍。在光照较弱，蓄电池放电期间，如图2所示，储能变流器的控制模块检测到直流侧电压Vdc小于直流侧欠压保护值V2时，启动直流侧欠压保护策略，封锁储能变流器开关器件的驱动脉冲，断开与储能蓄电池连接的直流侧开关和与负荷相连的交流侧开关，故障信息报直流侧欠压故障。此时储能蓄电池将停止放电，储能蓄电池电压将会略有上浮，大于直流侧欠压保护值V2。
当需要重新启动微电网时，如果是人工启动，则需首先复位储能变流器，清除故障信息后，进入启动程序，如图3所示。储能变流器的控制模块会首先与光伏发电系统逆变器的控制模块通讯，光伏发电系统逆变器的控制模块将检测到的光照条件发送给储能变流器。储能变流器控制模块判断光照条件，如果光照充足且光伏发电系统能够输出比负荷额定功率更多的电力时，储能变流器控制模块会在直流侧电压Vdc小于直流侧欠压保护值V2的情况下启动储能变流器工作。这种情况下，光伏发电系统输出的多余功率为蓄电池充电，确保蓄电池在工作后不会继续放电。如果光照条件不好或者光伏发电系统不能输出比负荷额定功率更多的电力，则储能变流器控制模块在接收到启动指令后不会启动，并提醒用户蓄电池电压低，避免启动后蓄电池继续放电，导致再次发生欠压保护。
如果是自动运行的光储独立微电网，储能变流器的控制模块和光伏发电系统逆变器控制模块实时通讯，光伏发电系统逆变器控制模块将检测到的光照条件发送给储能变流器控制模块，如图4所示。储能变流器控制模块判断光照条件，如果光照充足且光伏发电能够输出比负荷额定功率更多的电力时，储能变流器控制模块会自动复位直流侧欠压故障，进入启动程序段，在直流侧电压Vdc小于V2的情况下启动储能变流器工作。如果光照条件不好或者光伏发电系统不能输出比负荷额定功率更多的电力，则储能变流器会一直提醒用户蓄电池电压低故障。

Claims (2)

1.一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法，所述的光储独立微电网主回路由储能系统、光伏发电系统、负荷及交流母线构成，储能系统、光伏发电系统和负荷均并联在交流母线上；其中储能系统由储能蓄电池、直流侧开关、储能变流器及交流侧开关构成,储能蓄电池与直流侧开关的一端相连，直流侧开关的另一端与储能变流器的直流侧相连，储能变流器的交流侧与交流侧开关的一侧相连，交流侧开关的另一侧与交流母线相连,其特征在于：所述的方法为：设定储能蓄电池工作的最低电压为V1，直流欠压保护阈值为V2，V2大于V1；在阳光较弱，储能蓄电池放电期间，当储能变流器的控制模块检测到储能变流器直流侧电压Vdc小于直流欠压保护阈值V2时，立即启动直流侧欠压保护策略，断开与储能蓄电池连接的直流侧开关、与负荷相连的交流侧开关，使储能蓄电池停止放电，确保储能蓄电池电压大于储能蓄电池工作的最低电压V1。
2.按照权利要求1所述的一种光储独立微电网中储能变流器直流欠压保护方法，其特征在于：当需要重新启动微电网时，如果是人工启动，首先复位储能变流器，清除故障信息，储能变流器控制模块首先与光伏逆变器控制模块通讯，光伏逆变器控制模块将检测到的光照条件发送给储能变流器；储能变流器控制模块判断光照条件，如果光照充足且光伏发电系统能够输出比负荷额定功率更多的电力时，储能变流器的控制模块会在直流侧电压Vdc小于直流欠压保护阈值V2的情况下启动储能变流器工作；这种情况下，光伏发电系统输出的多余功率为蓄电池充电，确保蓄电池在工作后不会继续放电；如果光照条件不好或者光伏发电不能输出比负荷额定功率更多的电力，则储能变流器控制模块在接收到启动指令后不会启动，并提醒用户蓄电池电压低，避免启动后蓄电池继续放电，导致再次发生欠压保护；
如果是自动运行的光储独立微电网，储能变流器控制模块和光伏逆变器控制模块实时通讯，光伏逆变器控制模块将检测到的光照条件发送给储能变流器控制模块；储能变流器控制模块判断光照条件，如果光照充足且光伏发电系统能够输出比负荷额定功率更多的电力时，储能变流器控制模块会自动复位直流侧欠压故障，在直流侧电压Vdc小于直流欠压保护阈值V2的情况下启动储能变流器工作；如果光照条件不好或者光伏发电不能输出比负荷额定功率更多的电力，则储能变流器提醒用户蓄电池电压低故障。
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