CN110224389B - 一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，该直流微电网系统包括主母线、接入所述主母线的分布式发电装置、接入所述主母线的储能装置、接入所述主母线的用户终端、接入所述主母线的交直流换流模块与直交流换流模块；所述的直流微电网系统为单一电压等级，通过自律式浮动运行策略及参数匹配，保证母线电压在设定范围内运行。与现有技术相比，本发明具有可靠、高效、节能运行等优点。

Description

一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统
技术领域
本发明涉及直流微电网技术领域，尤其是涉及一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统。
背景技术
随着分布式能源技术的日趋成熟和广泛应用，以新能源为基础的微电网技术应用也得到了快速发展，其中，直流微电网以其本身天然优势成为研究和应用的热点。在直流型微电网中，直流电源为主网络的供电方式，大量分布式直流电源和储能系统通过直流主网架直接为直流负荷供电。
直流微网中，母线电压为衡量功率平衡的唯一指标。网内电压稳定取决于电源侧与负荷侧的功率平衡，包含稳态稳定性及动态稳定性，稳态稳定性是指在系统稳态情况下，实现电源与负荷的功率平衡，使直流母线电压维持在一个可接受的范围内浮动；动态稳定性是指发电或负荷发生突变时，系统具有动态稳定性，不至于发生扩大性的后果。
目前，直流微电网的控制策略分为主从式控制方式以及对等控制模式。主从模式控制结构复杂，需配置中央控制器，投资成本也较高；而对等控制容易产生误差，控制参数配置较复杂。
无论何种控制策略，母线电压的稳定性均为控制目标。由于直流微网中，分布式电源数量多，控制对象数量决定了控制策略设计与实施的复杂性。目前主流的控制算法核心为电压-功率下垂控制法。控制参数配置较为复杂，同时需要与分布式电源数量相等的可控功率变流装置，投资成本较高。
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基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，该直流微电网系统包括主母线、接入所述主母线的分布式发电装置、接入所述主母线的储能装置、接入所述主母线的用户终端、接入所述主母线的交直流换流模块与直交流换流模块；所述的直流微电网系统为单一电压等级，通过自律式浮动运行策略及参数匹配，保证母线电压在设定范围内运行。
优选地，所述的参数匹配中所涉及的参数包括所述分布式发电装置的指定输出电压U1，所述储能装置的储能单体充电电压高限U2、放电电压低限U3与满充电压UF，所述交直流换流模块的输出直流电压U4，所述直交流换流模块的逆变启动电压U5；
所述的参数匹配具体为：
nU2＝U1，其中n为储能装置的储能单体串联组数；
nU3＝U4，其中n为储能装置的储能单体串联组数；
nU3<U5<UF；
储能装置的额定充电电流Ic≥分布式发电装置在输出电压U1时的输出电流Ipv；
储能装置的额定放电电流Id≥m倍用户终端功率需求，其中2≤m≤4。
优选地，所述的分布式发电装置指定输出电压区间U1为分布式发电装置的最大功率跟踪点处输出电压UM。
优选地，所述的储能装置的储能单体充电电压高限U2小于储能单体恒压充电电压Uc。
优选地，所述的储能装置的储能单体充电电压高限U2等于储能充电至预设容量点电压UC2；
其中，UC2根据储能性能以及应用要求决定，大于储能80％容量电压。
优选地，所述的交直流换流模块输出直流电压U4等于市电经三相自然整流后输出电压。
优选地，所述的储能装置的储能单体放电电压低限U3等于储能以1C恒流放电至预设容量点电压UC3；
其中，UC3根据储能性能以及应用要求决定，小于储能20％容量电压。
优选地，所述的直交流换流模块逆变启动电压U5等于预设电压UC4；
优选地，UC4根据储能性能以及应用要求决定，大于储能90％容量电压。。
优选地，所述的储能装置的储能额定充电电流IcM及储能额定放电电流IdM根据储能性能以及应用要求决定。
优选地，所述的自律式浮动运行策略分为孤岛运行模式与并网运行模式两种，所述孤岛运行模式下，所述分布式发电装置、所述储能装置与所述用户终端组网运行；所述并网运行模式下，所述分布式发电装置、所述储能装置、所述用户终端、所述交直流换流模块与直交流换流模块组网运行；
所述孤岛运行模式下，所述分布式发电装置以所述电压U1接入网侧，为用户终端供电的同时为储能装置充电；当分布式发电装置输出功率无法满足用户终端功率需求时，分布式发电装置与储能装置同时为用户终端供电；
所述并网运行模式下，所述分布式发电装置以所述电压U1接入网侧，为用户终端供电的同时为储能装置充电，当储能装置充电，母线电压升至电压nU2后，由于nU2＝U1，储能装置充电自然终结；当母线电压升至U5时，直交流换流模块启动逆变，分布式发电装置为用户终端供电的同时多余电量通过直交流换流模块逆变进入外部交流电网；当分布式发电装置及储能装置输出功率无法满足用户终端功率需求，母线电压降至U4时，交直流换流模块启动整流，外部交流电能通过交直流换流模块整流后供能以支撑微网运行，在分布式发电装置功率大于用户终端功率前，微网母线电压维持于U4。
优选地，分布式发电装置在当前日照、温度等环境条件下，以最大功率点输出电能；
优选地，交直流换流模块采用不控自然整流技术。
与现有技术相比，本发明提供的自律式浮动电压微电网参数匹配方法及运行策略，通过将微网中的源-储-荷的电气参数匹配并配置相关电力电子器件，达到可靠、高效、节能运行的目的。相比于目前的主流微网控制技术，本发明无需微网集控系统，以主设备电气特性保证微网在一定电压范围内灵活运行，利用外部交流电网的自然整流出口作为微网电压支撑托底，在最大程度减少控制复杂性及接口电力电子设备投资成本的同时降低了系统性风险，且有效避免储能过充过放工况的发生，从而延长储能寿命。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的自律式浮动电压微电网系统结构图；
图2为孤岛运行模式下分布式发电装置给用户供电的同时为储能充电示意图；
图3为孤岛运行模式下分布式发电装置与储能同时为用户供电示意图；
图4为并网运行模式下分布式发电装置给用户供电的同时为储能充电示意图；
图5为并网运行模式下分布式发电装置为用户供电的同时多余电量通过直交流换流模块逆变进入外部交流电网示意图；
图6为并网运行模式下外部交流电能通过交直流换流模块整流后供能以支撑微网运行示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施方式提供的一种自律式浮动电压微电网系统结构图，图2-6为参数匹配方法及运行策略的示意图。
所述直流微电网系统为单一电压等级，所有源-储-荷均接入母线，通过自律式浮动运行策略及参数匹配，保证母线电压在一定范围内合理运行。
所述直流微电网主要组成部件包括主母线、接入所述主母线的分布式发电装置、接入所述主母线的储能装置、接入所述主母线的用户终端、接入所述主母线的交直流换流模块与直交流换流模块，如图1所示。
本发明提供一种自律式浮动电压微电网参数匹配方法及运行策略，其特征在于，所述直流微电网包括主母线101、通过DC/DC装置301或AC/DC装置302接入所述主母线的分布式发电装置201或202、直接接入所述主母线的储能装置204、接入所述主母线的用户终端205、接入所述主母线的交直流换流模块304与直交流换流模块303；通过所述303与304模块接入所述主母线的外部交流电网接入点(PCC)203；
分布式发电装置201为光伏发电等直流输出型分布式发电装置，或者分布式发电装置202为风力发电等交流输出型分布式发电装置；
所述参数匹配方法，涉及所述分布式发电装置指定输出电压U1，涉及所述储能单体充电电压高限U2、放电电压低限U3与满充电压UF，涉及所述交直流换流模块输出直流电压U4，涉及所述直交流换流模块逆变启动电压U5。参数匹配方法为：nU2＝U1(n为储能单体串联组数)；nU3＝U4(n为储能单体串联组数)；nU3<U5<UF；储能额定充电电流Ic≥分布式发电装置在输出电压U1时的输出电流Ipv；储能额定放电电流Id≥m倍用户终端功率需求(2≤m≤4)。
分布式发电装置指定输出电压区间U1为分布式发电装置的最大功率跟踪点处输出电压UM；
储能单体充电电压高限U2小于储能单体恒压充电电压Uc；
储能单体充电电压高限U2等于储能充电至90％容量点电压U90，(充电方式为涓流-恒流-恒压三段式)；
交直流换流模块输出直流电压U4等于市电经三相自然整流后输出电压；
储能单体放电电压低限U3等于储能以1C恒流放电至12.5％容量点电压U125；
直交流换流模块逆变启动电压U5等于95％容量点电压U95；
储能额定充电电流IcM为0.5-1C；储能额定放电电流IdM为0.5-1C。
所述运行策略分为孤岛运行模式与并网运行模式两种，所述孤岛运行模式下，所述分布式发电装置、所述储能装置与所述用户终端组网运行；所述并网运行模式下，所述分布式发电装置、所述储能装置、所述用户终端、所述交直流换流模块与直交流换流模块组网运行。
所述孤岛运行模式下，所述分布式发电装置以所述电压U1接入网侧，为用户供电的同时为储能充电，母线电压在U如图2所示；当分布式发电装置输出功率无法满足用户终端功率需求时，分布式发电装置与储能同时为用户供电，如图3所示；
所述并网运行模式下，所述分布式发电装置以所述电压U1接入网侧，为用户供电的同时为储能充电，当储能充电，母线电压升至所述电压nU2后，由于nU2＝U1，储能充电自然终结，如图4所示；当母线电压升至U5时，直交流换流模块启动逆变，分布式发电装置为用户供电的同时多余电量通过直交流换流模块逆变进入外部交流电网，如图5所示；当分布式发电装置及储能输出功率无法满足用户终端功率需求，母线电压降至U4时，交直流换流模块启动自然整流，外部交流电能通过交直流换流模块整流后供能以支撑微网运行，在分布式发电装置功率大于用户终端功率前，微网母线电压维持于U4，如图6所示。
分布式发电装置在当前日照、温度等环境条件下，以最大功率点输出电能；
交直流换流模块采用不控自然整流技术。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，该直流微电网系统包括主母线、接入所述主母线的分布式发电装置、接入所述主母线的储能装置、接入所述主母线的用户终端、接入所述主母线的交直流换流模块与直交流换流模块；所述的直流微电网系统为单一电压等级，通过自律式浮动运行策略及参数匹配，保证母线电压在设定范围内运行；
所述的参数匹配中所涉及的参数包括所述分布式发电装置的指定输出电压U1，所述储能装置的储能单体充电电压高限U2、放电电压低限U3与满充电压UF，所述交直流换流模块的输出直流电压U4，所述直交流换流模块的逆变启动电压U5；
通过将微网中的源-储-荷的电气参数匹配,以主设备电气特性保证微网在一定电压范围内灵活运行，利用外部交流电网的自然整流出口作为微网电压支撑托底，所述的参数匹配具体为：
nU2＝U1，其中n为储能装置的储能单体串联组数；
nU3＝U4，其中n为储能装置的储能单体串联组数；
nU3<U5<UF；
储能装置的额定充电电流Ic≥分布式发电装置在输出电压U1时的输出电流Ipv；
储能装置的额定放电电流Id≥m倍用户终端功率需求，其中2≤m≤4；
所述的自律式浮动运行策略分为孤岛运行模式与并网运行模式两种，所述孤岛运行模式下，所述分布式发电装置、所述储能装置与所述用户终端组网运行；所述并网运行模式下，所述分布式发电装置、所述储能装置、所述用户终端、所述交直流换流模块与直交流换流模块组网运行；
所述孤岛运行模式下，所述分布式发电装置以所述电压U1接入网侧，为用户终端供电的同时为储能装置充电；当分布式发电装置输出功率无法满足用户终端功率需求时，分布式发电装置与储能装置同时为用户终端供电；
所述并网运行模式下，所述分布式发电装置以所述电压U1接入网侧，为用户终端供电的同时为储能装置充电，当储能装置充电，母线电压升至电压nU2后，由于nU2＝U1，储能装置充电自然终结；当母线电压升至U5时，直交流换流模块启动逆变，分布式发电装置为用户终端供电的同时多余电量通过直交流换流模块逆变进入外部交流电网；当分布式发电装置及储能装置输出功率无法满足用户终端功率需求，母线电压降至U4时，交直流换流模块启动整流，外部交流电能通过交直流换流模块整流后供能以支撑微网运行，在分布式发电装置功率大于用户终端功率前，微网母线电压维持于U4。
2.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的分布式发电装置指定输出电压区间U1为分布式发电装置的最大功率跟踪点处输出电压UM。
3.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的储能装置的储能单体充电电压高限U2小于储能单体恒压充电电压Uc。
4.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的储能装置的储能单体充电电压高限U2等于储能充电至预设容量点电压UC2；
其中，UC2根据储能性能以及应用要求决定，大于储能80％容量电压。
5.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的交直流换流模块输出直流电压U4等于市电经三相自然整流后输出电压。
6.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的储能装置的储能单体放电电压低限U3等于储能以1C恒流放电至预设容量点电压UC3；
其中，UC3根据储能性能以及应用要求决定，小于储能20％容量电压。
7.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的直交流换流模块逆变启动电压U5等于预设电压UC4；
其中，UC4根据储能性能以及应用要求决定，大于储能90％容量电压。
8.根据权利要求1所述的一种基于自律式浮动电压运行策略的直流微电网系统，其特征在于，所述的储能装置的储能额定充电电流IcM及储能额定放电电流IdM根据储能性能以及应用要求决定。
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