CN111146799B - 一种分布式电源直流并网的控制方法和系统 - Google Patents

一种分布式电源直流并网的控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分布式电源直流并网的控制方法和系统，包括：按照第一检测周期检测直流母线电压；如果直流母线电压在设定的波动范围内，执行恒功率控制模式；否则，按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式；其中，第二检测周期时长小于第一检测周期。该方法和系统采用分阶段变步长检测直流母线电压的波动和变化率来控制直流母线电压，能够快速检测出直流母线电压故障，缩短直流母线电压控制的暂态过程，减小直流母线电压的跌落，提升分布式电源直流并网的稳定性。

Description

一种分布式电源直流并网的控制方法和系统
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种分布式电源直流并网的控制方法和系统。
背景技术
分布式发电通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式、布置在负荷附近的发电单元，通常由风力发电、光伏发电等设备构成。分布式电源由于其间歇性、随机性的特点，在接入直流电网时往往需要储能单元平滑间歇式能源功率波动，稳定直流电网的母线电压，改善电压质量。但是直流电网的稳定性不仅仅体现在稳态时直流母线电压稳定，也体现在当直流电网发生故障时，直流母线的电压的跌落不能太大，同时电压的恢复时间要尽可能短。在传统的分布式直流电网中，储能单元起到功率源的作用，并不用于控制直流母线电压。但是当直流电网发生故障时，如果储能单元仅仅提供一定功率，直流母线电压会有一个较大的跌落，稳定误差往往也较大。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种分布式电源直流并网的控制方法和系统。该方法和系统提出储能分阶段变步长检测直流母线电压变化来进行控制，直流母线电压能够快速稳定到额定值，并且控制过程中电压的跌落较小，大大提升了直流电网的稳定性。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种分布式电源直流并网的控制方法，其改进之处在于，包括：
按照第一检测周期检测直流母线电压；
如果直流母线电压在设定的波动范围内，执行恒功率控制模式；否则，按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据所述变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式；
其中，所述第二检测周期时长小于所述第一检测周期。
本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述根据所述变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式，包括：
当所述变化率小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值时，执行恒功率控制模式；否则，执行恒电压控制模式；
其中，所述正常工作时的直流母线电压变化率最大值根据直流母线电压的电压等级、负荷能承受的电压突变程度和采样电路的延时确定。
本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，包括：
以第二检测周期为时间间隔，采集直流母线电压；
根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率。
本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率，如下式所示：
其中，kdc表示直流母线电压的变化率，ΔT2表示第二检测周期，Udc1和Udc2分别表示以第二检测周期为时间间隔采集的两个直流母线电压。
本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述执行恒功率控制模式，包括：
将恒功率控制模式信号发送至直流电网中的控制系统；
所述控制系统指导储能控制器控制储能单元按照恒功率控制模式接入电网。
本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述执行恒电压控制模式，包括：
将恒电压控制模式信号发送至直流电网中的控制系统；
所述控制系统指导储能控制器控制储能单元按照恒电压控制模式接入电网。
一种分布式电源直流并网的控制系统，其改进之处在于，包括：第一检测模块、第二检测模块和执行模块；
所述第一检测模块，用于按照第一检测周期检测直流母线电压，如果直流母线电压在设定的波动范围内，则启动执行模块执行恒功率控制模式；否则，启动第二检测模块；
所述第二检测模块，用于按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据所述变化率，启动执行模块执行恒功率控制模式或恒电压控制模式；
所述执行模块，用于根据第一检测模块或第二检测模块的检测结果，执行恒功率控制模式或恒电压控制模式；
其中，所述第二检测周期时长小于所述第一检测周期。
本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述第二检测模块包括判断单元；
所述判断单元，用于判断所述变化率是否小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值；当所述变化率小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值时，启动执行模块执行恒功率控制模式；否则启动执行模块执行恒电压控制模式。
本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述第二检测模块包括电压采集单元和变化率计算单元；
所述电压采集单元,用于以第二检测周期为时间间隔，采集直流母线电压；
所述变化率计算单元,用于根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率。
本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述执行模块包括恒功率单元和恒电压单元；
所述恒功率单元，用于执行恒功率控制模式；
所述恒电压单元，用于执行恒电压控制模式。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明采用分阶段变步长检测直流母线电压的波动和变化率来控制直流母线电压，先按周期检测直流母线电压：当直流母线电压在设定的波动范围内，执行恒功率控制模式；否则，按照比原检测周期更短的周期检测直流母线电压的变化率，根据变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式，能够快速检测出直流母线电压故障，缩短直流母线电压控制的暂态过程，减小直流母线电压的跌落，提升分布式电源直流并网的稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的一种分布式电源直流并网的控制方法流程示意图；
图2为本发明提供的一种分布式电源直流并网的控制方法控制逻辑流程图；
图3为本发明提供的一个分布式电源直流并网的控制方法实施例中江苏同里示范项目简化拓扑图；
图4为本发明提供的一个分布式电源直流并网的控制方法实施例中采用分阶段变步长检测直流母线电压的波动和变化率进行母线电压控制的直流母线电压波形图；
图5为本发明提供的一个分布式电源直流并网的控制方法实施例中不采用储能检测直流母线电压变化率来控制直流母线电压的波形图；
图6为将图3在0.5s时刻放大的电压波形图；
图7为本发明提供的一种分布式电源直流并网的控制系统基本结构示意图；
图8为本发明提供的一种分布式电源直流并网的控制系统详细结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种分布式电源直流并网的控制方法流程示意图如图1所示，包括：
步骤1：按照第一检测周期检测直流母线电压；
步骤2：如果直流母线电压在设定的波动范围内，执行恒功率控制模式；否则，按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式；
其中，第二检测周期时长小于第一检测周期。
具体的，一种分布式电源直流并网的控制方法控制逻辑流程图如图2所示，包括如下流程：
步骤101：根据采样设备和传输线路的延迟即采样电路的延时，确定直流母线电压的检测周期为第一检测周期ΔT1，即每两次检测直流母线电压的时间间隔为ΔT1。
步骤102：对直流母线电压进行采样，将得到的直流母线电压值经过传输线(比如说：光纤)传输给控制器，作为直流母线电压判断的依据。
步骤103：根据直流母线电压的电压等级和所带负荷的重要程度来确定直流母线电压正常工作时的波动范围，即确定Umax和Umin。当采集来的直流母线电压在电压的正常工作范围内时，即Umin<Udc<Umax，储能控制器发送控制模式1(比如恒功率控制模式信号)给原来的控制系统；若采集来的直流母线电压不在电压的正常工作范围内时，即Udc≤Umin或Udc≥Umax，执行步骤104。
步骤104：减小检测直流母线电压的检测周期为第二检测周期ΔT2，其中ΔT1>ΔT2。
步骤105：根据步骤104确定的第二检测周期和采样得到的直流母线电压来计算直流母线电压的变化率kdc，即
其中Udc1和Udc2分别为上次和本次采集系统传输的直流母线电压值，ΔT2为第二检测周期。
步骤106：根据直流母线电压的电压等级、所带负荷能承受的电压突变程度和采样电路的延时来确定正常工作时直流母线电压变化率的最大值，即确定kmax(kmax>0)。当采集来的直流母线电压的变化率小于正常工作时的直流母线电压变化率时，即kdc<kmax，储能控制器发送控制模式1(比如恒功率控制模式信号)给原来的控制系统；若采集来的直流母线电压大于等于正常工作时的直流母线电压变化率时，即kdc≥Umax，储能控制器发送控制模式2(比如恒电压控制模式信号)给原来的控制系统。
通过上述的逻辑控制过程，最终将控制模式信号1(或者控制模式信号2)发送给原来的控制系统，指导储能控制器进行模式切换来控制直流母线电压，使直流母线电压快速达到稳定，并且电压跌落较小。
图2反应了储能控制器采用分时段变步长检测直流母线电压波动和变换率来判断直流母线是否故障，并通过合理分析发送控制模式信号来控制直流母线电压的整个逻辑控制过程。当检测直流母线电压变化率的时候，需要注意的是，即加快检测的速率，尽快确定直流母线是否故障。采用分时段变步长检测直流母线电压波动和变化率来判断直流母线电压故障的方法，节省了控制器的资源，提高了控制器的运行稳定性。
实施例2：
下面给出一个本发明在具体项目中的实施例。
如图3所示为江苏同里示范项目的简化拓扑图，电力电子变压器PET的三个输出端口有两个构成直流电网DC±750V和DC±375V，运用发明专利中的方法时要注意：
1)直流电网(DC±750V或DC±375V)须含有分布式可再生电源、负荷、储能单元；
2)储能单元具有一定的容量，能够满足短时间直流微网的正常工作；
3)当直流电网发生故障时，储能单元分阶段变步长检测直流母线电压的波动和变化率，来对直流母线电压进行控制，储能单元控制母线电压达到额定值，直流电网的稳定性提高。
实施例3：
下面给出本发明在仿真运算中的实例。
直流电网中含有分布式可再生电源、负荷、储能单元，分别建立各个部分的数学模型。由于光伏发电的间歇性，所以光伏发电电路难以控制直流母线电压稳定；而储能单元能够提供较好的稳定电压的作用。储能单元通过检测直流母线电压的波动和变化率来判断直流电网的工作状态，如果直流母线电压的变换率超过正常工作时的最大变化率，认为直流电网发生了某种故障，储能单元由恒功率模式切换到恒电压控制模式来控制直流母线电压稳定。
在模拟软件Simulink中搭建含有光伏、负荷、储能和直流电网电路的模型，其中直流母线电压的稳定值为750V，在0.5s时人为断开直流母线与直流电网的开关，模拟直流电网发生故障，图4为储能单元采用分阶段变步长检测直流母线电压的波动和变化率进行母线电压控制的直流母线电压波形图，检测周期开始时是10ms,当检测到直流母线电压低于740V时，开始减小检测周期为1ms进行直流母线电压变化率的检测，当检测到直流母线电压变化率超过1600V/s时，储能控制器启动恒压控制模式。从图4中可以看出，直流母线电压经过短暂的暂态过程稳定到750V。为了更加清楚的反应储能单元的控制作用，图6在0.5s时将图4的电压波形进行放大，可以看出直流母线的暂态过程较短，电压的跌落较小。图5为不采用储能检测直流母线电压变化率来控制直流母线电压的波形图，从图5可以看出，直流母线电压出现了较大的跌落，跌落大约100V，继电保护可能动作，而且直流母线电压的稳态误差较大，直流电网的稳定性较弱。
实施例4：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种分布式电源直流并网的控制系统，由于这些设备解决技术问题的原理与分布式电源直流并网的控制方法相似，重复之处不再赘述。
该系统基本结构如图7所示，包括：
第一检测模块、第二检测模块和执行模块；
其中，第一检测模块，用于按照第一检测周期检测直流母线电压，如果直流母线电压在设定的波动范围内，则启动执行模块执行恒功率控制模式；否则，启动第二检测模块；
第二检测模块，用于按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据变化率，启动执行模块执行恒功率控制模式或恒电压控制模式；
执行模块，用于根据第一检测模块或第二检测模块的检测结果，执行恒功率控制模式或恒电压控制模式；
其中，第二检测周期时长小于第一检测周期。
该系统的详细结构示意图如图8所示。其中，第二检测模块包括判断单元；
判断单元，用于判断变化率是否小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值；当变化率小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值时，启动执行模块执行恒功率控制模式；否则启动执行模块执行恒电压控制模式。
第二检测模块包括电压采集单元和变化率计算单元；
电压采集单元,用于以第二检测周期为时间间隔，采集直流母线电压；
变化率计算单元,用于根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率。
其中，执行模块包括恒功率单元和恒电压单元；
恒功率单元，用于执行恒功率控制模式；
恒电压单元，用于执行恒电压控制模式。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式电源直流并网的控制方法，其特征在于，包括：
按照第一检测周期检测直流母线电压；
如果直流母线电压在设定的波动范围内，执行恒功率控制模式；否则，按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据所述变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式；
其中，所述第二检测周期时长小于所述第一检测周期；
所述根据所述变化率，确定执行恒功率控制模式或执行恒电压控制模式，包括：
当所述变化率小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值时，执行恒功率控制模式；否则，执行恒电压控制模式；
其中，所述正常工作时的直流母线电压变化率最大值根据直流母线电压的电压等级、负荷能承受的电压突变程度和采样电路的延时确定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，包括：
以第二检测周期为时间间隔，采集直流母线电压；
根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率，如下式所示：
其中，kdc表示直流母线电压的变化率，ΔT2表示第二检测周期，Udc1和Udc2分别表示以第二检测周期为时间间隔采集的两个直流母线电压。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行恒功率控制模式，包括：
将恒功率控制模式信号发送至直流电网中的控制系统；
所述控制系统指导储能控制器控制储能单元按照恒功率控制模式接入电网。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行恒电压控制模式，包括：
将恒电压控制模式信号发送至直流电网中的控制系统；
所述控制系统指导储能控制器控制储能单元按照恒电压控制模式接入电网。
6.一种分布式电源直流并网的控制系统，其特征在于，包括：第一检测模块、第二检测模块和执行模块；
所述第一检测模块，用于按照第一检测周期检测直流母线电压，如果直流母线电压在设定的波动范围内，则启动执行模块执行恒功率控制模式；否则，启动第二检测模块；
所述第二检测模块，用于按照第二检测周期检测直流母线电压的变化率，根据所述变化率，启动执行模块执行恒功率控制模式或恒电压控制模式；
所述执行模块，用于根据第一检测模块或第二检测模块的检测结果，执行恒功率控制模式或恒电压控制模式；
其中，所述第二检测周期时长小于所述第一检测周期；
所述第二检测模块包括判断单元；
所述判断单元，用于判断所述变化率是否小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值；当所述变化率小于正常工作时的直流母线电压变化率最大值时，启动执行模块执行恒功率控制模式；否则启动执行模块执行恒电压控制模式。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二检测模块包括电压采集单元和变化率计算单元；
所述电压采集单元,用于以第二检测周期为时间间隔，采集直流母线电压；
所述变化率计算单元,用于根据采集到的直流母线电压，计算直流母线电压的变化率。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述执行模块包括恒功率单元和恒电压单元；
所述恒功率单元，用于执行恒功率控制模式；
所述恒电压单元，用于执行恒电压控制模式。
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