CN115173466A - 光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法 - Google Patents

光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115173466A
CN115173466A CN202210723069.1A CN202210723069A CN115173466A CN 115173466 A CN115173466 A CN 115173466A CN 202210723069 A CN202210723069 A CN 202210723069A CN 115173466 A CN115173466 A CN 115173466A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
power
voltage
direct
bus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210723069.1A
Other languages
English (en)
Inventor
刘效辰
江亿
刘晓华
张涛
梁博远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202210723069.1A priority Critical patent/CN115173466A/zh
Publication of CN115173466A publication Critical patent/CN115173466A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • H02J3/144—Demand-response operation of the power transmission or distribution network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H02J3/322—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means the battery being on-board an electric or hybrid vehicle, e.g. vehicle to grid arrangements [V2G], power aggregation, use of the battery for network load balancing, coordinated or cooperative battery charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明属于低压交直流混合微网供配电技术领域，涉及一种光伏‑充电桩‑建筑一体化交直流微网系统及控制方法，包括：交流微网、直流微网和双向交流‑直流变换器；交流微网通过交流母线连接外部电网和建筑负载；直流微网通过直流母线连接光伏发电设备和充电桩；双向交流‑直流变换器连接交流微网和直流微网，用于根据交流微网和直流微网的电力供需情况调节输入或输出的电功率。其适用于含有分布式光伏和电动汽车充电桩的建筑供配电场景，系统无需储能电池，能够最大程度消纳自产光伏电力、大幅增加分布式光伏的利用率，有效缓解光伏、充电桩、建筑负载单独接入对于电网造成的冲击。

Description

光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法，属于低压交直流混合微网供配电技术领域。
背景技术
发展以可再生能源为主体的零碳电力系统是实现“碳达峰、碳中和”目标的关键路径，其中风电和光电预计将成为未来可再生能源供给的最大组成部分。至2030年，我国风电和光电的装机容量预计将达到12亿kW；至2060年甚至将达到60亿kW，其发电量占比将从目前的不到10％增加至60％左右。由于风电和光电属于低能量密度的能源，需要大量的安装面积来满足需求的装机容量。因此，建筑外表面及周边区域将成为宝贵的发电资源，各类分布式发电设备将与用户侧的建筑能源系统紧密连接。
同时，新能源汽车正处于高速发展阶段。至2030年，我国预计将保有8千万至1亿辆电动汽车，将会形成约50亿kWh的储电容量规模；至2060年，电动汽车数量甚至将增加至3亿辆，储电容量将会达到约170亿kWh。私家电动汽车有90％以上的时间停放在建筑内或周边停车场，其充电过程与建筑能源系统深度融合。如果对这部分潜在的储能能力加以合理利用，将会极大程度促进分布式可再生能源发电的就地消纳，还能够主动参与电网调节。
已有诸多研究和工程采用“光储充”系统(如专利201910248232.1)，以期满足分布式可再生能源消纳和电动汽车充电的需求。该类系统把光伏发电设施、储能电池和电动汽车充电桩连接至同一微电网，采用集中式的能量管理系统或分布式的直流微电网控制技术(如下垂控制)，保障系统安全稳定运行。然而，由于电动汽车的充电需求和光伏的发电量存在天然的不匹配特征，该类系统存在以下两方面问题：1)虽然系统引入的储能电池可解决一天内或相邻天的电力供需不匹配问题，但会大幅增加系统成本；2)现有的储能电池无法解决周尺度甚至跨季节的电力供需不匹配问题(如办公楼在工作日的充电需求显著大于周末但光伏发电量差异较小，光伏在冬季的发电量显著小于夏季但充电需求类似等)。因此，该类系统的实际全年光伏利用率通常较低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供了一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法，其适用于含有分布式光伏和电动汽车充电桩的建筑供配电场景，能够最大程度消纳自产光伏电力、大幅增加分布式光伏的利用率，同时有效缓解光伏、充电桩、建筑负载单独接入对于电网造成的冲击。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网，包括：交流微网、直流微网和双向交流-直流变换器；交流微网通过交流母线连接外部电网和建筑负载；直流微网通过直流母线连接光伏发电设备和充电桩；双向交流-直流变换器连接交流微网和直流微网，用于根据交流微网和直流微网的电力供需情况调节输入或输出的电功率。
进一步，交流微网包括交流母线、变压器和建筑负载，交流母线的一端连接外部电网，另一端与双向交流-直流变换器的交流端口连接，建筑负载连接在交流母线上，交流母线通过变压器连接外部电网；直流微网包括直流母线、直流-直流变换器、光伏发电设施和直流充电桩，直流母线与双向交流-直流变换器的直流端口连接，光伏发电设施通过直流-直流变换器连接在直流母线上，直流充电桩也通过直流-直流变换器连接在直流母线上。
进一步，在直流微网中，光伏发电设施以最大功率输出发电量，发电量优先供直流充电桩以及建筑负载使用。
进一步，直流充电桩能够根据直流母线的电压调节充电功率，在电压下限值时以最小功率充电，在电压上限值及以上时以最大功率充电，在电压下限值和电压上限值之间时充电功率随直流母线电压单调变化。
进一步，双向交流-直流变换器在交流微网向外部电网输出的功率达到限值时，限制双向交流-直流变换器从直流微网向交流微网的输电量，光伏发电设施的直流-直流变换器检测到直流母线电压上升，并调整工作状态进行弃光。
本发明还公开了一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，用于上述任一项光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，包括以下步骤：对直流母线的电压、双向交流-直流变换器传输的功率(从交流微网传输向直流微网计为正值)、变压器传输的功率(从外部电网传输向交流微网计为正值)进行判定，选择系统所处的控制模式：若直流母线的电压在电压下限值和电压上限值之间时，进入模式1，此时光伏发电设施为充电桩供电；处于模式1时，若直流母线的电压降至U1，U1为电压下限值，则进入模式2，此时交流微网和光伏发电设备共同为充电桩供电；处于模式1时，若直流母线的电压升至U2+ΔU，其中，U2为电压上限值，ΔU为回差电压，则进入模式3，此时光伏发电设备同时向充电桩和建筑供电，光伏发电设备的发电量完全消纳；处于模式2时，若双向交流-直流变换器传输的功率降至-ΔP，ΔP为回差功率，则进入模式1；处于模式3时，若双向交流-直流变换器传输的功率升至回差功率ΔP，则进入模式1；处于模式3时，若交流微网与外部电网连接变压器传输的功率达到向外部电网输出功率的限值，则进入模式4，此时光伏发电设备同时向充电桩和建筑供电，光伏发电设备弃光；处于模式4时，若直流母线的电压下降，则进入模式3。
进一步，在模式1中，光伏发电设施的直流-直流变换器采集光伏发电设施的电压和电流，通过最大功率跟踪算法计算光伏发电设施的输出参考电压，将输出参考电压与光伏发电设施实际输出电压的差值传递给第一级PI控制器，计算光伏发电设施的输出参考电流，将输出参考电流与光伏发电设施实际输出电流的差值传递给第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给脉冲宽度调制信号生成器，从而控制光伏发电设施以最大功率输出；充电桩采集直流母线的电压，计算参考功率，并通过电动汽车允许的充电功率限值限幅，将限幅后的参考功率与充电桩实际充电功率的差值传递给PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给脉冲宽度调制信号生成器，从而控制充电桩的充电功率。
进一步，在模式2中，直流-直流变换器采用与模式1相同的方法，控制光伏发电设施以最大功率输出；双向交流-直流变换器采用电压定向矢量控制方法控制直流母线的电压为U1，采集交流侧电流并将其变换到同步旋转坐标系，从而得到有功电流和无功电流，将直流侧电压参考值与采集得到直流母线的电压的差值传递给第一级PI控制器，得到有功电流参考值，将上述有功电流参考值与实际值的差值、无功电流参考值与实际值的差值分别传递给两个第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给空间矢量脉宽调制信号生成器，从而控制直流母线的电压达到U1；充电桩采用与模式1相同的方法，主要根据直流母线的电压控制充电功率。
进一步，在模式3中，直流-直流变换器采用与模式1相同的方法，控制光伏发电设施以最大功率输出；双向交流-直流变换器采用与模式2相同的方法，控制直流母线的电压达到U2+ΔU；充电桩采用与模式1相同的方法，主要根据直流母线的电压控制充电功率。
进一步，在模式4中，双向交流-直流变换器接收变压器传输的功率P变压器和双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC，计算PAC/DC-P变压器+P上网作为双向交流-直流变换器传输功率的限值；光伏发电设施的直流-直流变换器采集直流母线的电压，将电压参考值U2+ΔU’(其中ΔU’>ΔU)与直流母线的电压的差值传递给第一级PI控制器，计算光伏发电设施的直流-直流变换器的输出参考电流，将输出参考电流与光伏发电设施的直流-直流变换器实际输出电流的差值传递给第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给PWM信号生成器，从而控制光伏采用恒压模式输出；充电桩采用与模式1相同的方法，主要根据直流母线的电压控制充电功率。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统将光伏发电设施和电动汽车充电桩通过直流微网连接，并接入现有建筑交流配电网，能够最大程度消纳分布式光伏发电量，同时缓解光伏、充电桩、建筑负载单独接入对于电网造成的冲击；
2、本发明光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法能够在不额外引入储能电池的同时，满足不同情况下电动汽车的充电需求，即光伏强时满功率充电、光伏减弱时降功率充电、光伏不足时通过建筑交流配电网保障充电；
3、本发明控制方法为分布式控制方法，系统运行模式的切换主要以变化的直流母线电压为信号，无需集中控制器进行能量调度，能够保障系统的安全、稳定运行，满足“即插即用”的功能需求，具有快速响应、覆盖面广、系统成本低等优点。
综上，本发明的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法可以广泛应用于含有分布式光伏和电动汽车充电桩的建筑(含周边停车场区域)供配电场景，同时适用于新建及改扩建建筑(或园区)；能够在满足电动汽车充电需求的同时，有效增加分布式光伏的利用率，促进光伏、充电桩、建筑负载与电网的友好交互。
附图说明
图1是本发明一实施例中光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统示意图；
图2是本发明一实施例中控制方法中四种模式的示意图；
图3是本发明一实施例在模式1情景下的策略示意图；
图4是本发明一实施例在模式2情景下的策略示意图；
图5是本发明一实施例在模式3情景下的策略示意图；
图6是本发明一实施例在模式4情景下的策略示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了解决现有电动汽车光伏充电系统中全年光伏利用率低、引入储能大幅增加成本等问题，本发明提出了一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法，其适用于含有分布式光伏和电动汽车充电桩的建筑(含周边停车场区域)供配电场景，其将光伏(直流)、充电桩(直流)和建筑负载(交流)三者连接，无需额外引入储能电池。本发明控制方法将变化的直流母线电压作为系统调节的主要信号，能够最大程度消纳自产光伏电力、大幅增加分布式光伏的利用率，同时有效缓解光伏、充电桩、建筑负载单独接入对于电网造成的冲击。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，包括：交流微网、直流微网和双向交流-直流变换器，即AC/DC变换器；交流微网为建筑内部既有的交流配电网，连接外部电网并向建筑负载供电，其通过交流母线连接外部电网和建筑负载；直流微网通过直流母线连接光伏发电设备和直流充电桩；双向交流-直流变换器连接交流微网和直流微网，用于根据交流微网和直流微网的电力供需情况调节输入或输出的电功率。
交流微网包括交流母线、变压器和建筑负载，交流母线的一端连接外部电网，另一端与双向交流-直流变换器的交流端连接，建筑负载连接在交流母线上，交流母线通过变压器连接外部电网。直流微网包括直流母线、直流-直流变换器，即光伏DC/DC变换器、光伏发电设施和直流充电桩，直流母线与双向交流-直流变换器的直流端连接，光伏发电设施通过直流-直流变换器连接在直流母线上，直流充电桩也通过直流-直流变换器连接在直流母线上。
在直流微网中，直流-直流变换器控制光伏发电设施以最大功率输出发电量，发电量优先供直流充电桩以及建筑负载使用。直流充电桩包含智能充电策略，能够根据直流母线的电压调节充电功率，在电压下限值U1时以最小功率P车,最小充电，在电压上限值U2及以上时以最大功率P车,最大充电，在电压下限值U1和电压上限值U2之间时充电功率随直流母线电压单调变化，即满足内置函数关系P＝f(UDC)。双向交流-直流变换器(AC/DC变换器)根据交流微网和直流微网的电力供需情况调节输入或输出的电功率，在交流微网向外部电网输出的功率达到限值P上网时，限制双向交流-直流变换器从直流微网向交流微网的输电量，光伏发电设施的直流-直流变换器(DC/DC变换器)检测到直流母线电压上升，并调整工作状态由最大功率输出变为控制直流母线电压，即进行弃光。
实施例二
基于上述系统形式，本实施例公开了一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，用于上述任一项光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，如图2所示，包括以下步骤：
该控制方法包括四种模式：
模式1：光伏向车供电；模式2：建筑和光伏共同向车供电；模式3：光伏向车和建筑供电，其中光伏发电全消纳；模式4：光伏向车和建筑供电，其中光伏部分弃光。
S1对直流母线的电压UDC、双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC、变压器传输的功率P变压器进行判定。其中，双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC从交流微网传输向直流微网记为正，反之记为负；变压器传输的功率P变压器从外部电网传输向交流微网记为正，反之记为负。选择系统所处的控制模式：
S2若直流母线的电压UDC在电压下限值U1和电压上限值U2之间时，进入模式1；
S3当系统处于模式1时，若直流母线的电压UDC降至电压下限值U1，则进入模式2；
S4当系统处于模式1时，若直流母线的电压UDC升至U2+ΔU，其中，U2为电压上限值，ΔU为回差电压，则进入模式3；
S5当系统处于模式2时，若双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC降至-ΔP，ΔP为回差功率，即以回差功率ΔP从直流微网传输向交流微网，则进入模式1；
S6当系统处于模式3时，若双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC升至回差功率ΔP，即以回差功率ΔP从交流微网传输向直流微网，则进入模式1；
S7当系统处于模式3时，若交流微网与外部电网连接变压器传输的功率P变压器达到外部电网输出的功率的限值P上网，则进入模式4；
S8当系统处于模式4时，若直流母线的电压UDC下降，即直流微网无法维持直流母线的电压UDC，则进入模式3。
本实施例的模式1中，光伏采用最大功率输出模式，充电桩根据直流母线的电压UDC以最小功率P车,最小和最大功率P车,最大之间的功率对电动汽车充电，双向交流-直流变换器断开，直流母线的电压UDC根据光伏供电和充电桩用电在电压下限值U1和电压上限值U2之间达到平衡。具体地，模式1的控制策略如图3所示，具体如下：
光伏发电设施的直流-直流变换器采集光伏发电设施的电压UPV和电流iPV，通过最大功率跟踪算法(MPPT)计算光伏发电设施的输出参考电压U* PV，本实施例中采用的MPPT算法为扰动观察法，将该输出参考电压U* PV与光伏发电设施实际输出电压UPV的差值传递给第一级PI控制器，计算光伏发电设施的输出参考电流i* PV，将该输出参考电流i* PV与光伏发电设施实际输出电流iPV的差值传递给第二级PI控制器，通过限幅环节将信号限制在0至1之间，传递给脉冲宽度调制(PWM)信号生成器，从而控制光伏发电设施以最大功率输出。充电桩采集直流母线的电压UDC，通过实施例一中的内置函数关系P*＝f(UDC)计算参考功率，由充电桩通过通讯获得电动汽车允许的充电功率限值P车,限，并对P*限幅，将限幅后的参考功率P*与充电桩实际充电功率P车的差值传递给PI控制器，通过限幅环节后将信号限制在0至1之间并传递给脉冲宽度调制(PWM)信号生成器，从而控制充电桩的充电功率。双向交流-直流变换器断开，不在交流微网与直流微网之间传递电能；同时监测直流母线的电压UDC并依据上述控制方法进行模式切换。
本实施例的模式2中，为建筑和光伏向电动汽车供电：光伏发电设施的直流-直流变换器采用最大功率输出模式，双向交流-直流变换器控制直流母线的电压UDC为电压下限值U1，充电桩以最小功率P车,最小对电动汽车充电。具体地，模式2的控制策略如图4所示，具体如下：
光伏发电设施的直流-直流变换器采用与模式1相同的方法，控制光伏发电设施以最大功率输出。双向交流-直流变换器采用电压定向矢量控制方法控制直流母线的电压UDC为电压下限值U1，采集交流侧电流(ia、ib、ic)并将其变换到同步旋转坐标系dq0，得到有功电流id和无功电流iq；将直流侧电压参考值即电压下限值U1与采集得到直流母线的电压UDC的差值传递给第一级PI控制器，得到有功电流参考值id *；无功电流参考值iq *设置为0；将上述id *和id的差值以及iq *和iq的差值分别传递给两个第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给空间矢量脉宽调制(SVPWM)信号生成器，从而控制直流母线的电压UDC达到电压下限值U1；同时监测双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC，并依据控制方法进行模式切换。充电桩采用与模式1相同的方法，采集直流母线的电压UDC，并通过智能充电策略控制充电功率；系统处于模式2时，直流母线的电压UDC由双向交流-直流变换器控制为电压下限值U1，即充电桩的充电功率为P车,最小。
本实施例的模式3中，为光伏向电动汽车和建筑供电(全消纳)，光伏发电设施的直流-直流变换器采用最大功率输出模式，双向交流-直流变换器控制UDC为U2+ΔU，充电桩以P车,最大对电动汽车充电。具体地，模式3的控制策略如图5所示，具体如下：
光伏发电设施的直流-直流变换器采用与模式1相同的方法，控制光伏发电设施以最大功率输出。双向交流-直流变换器采用模式2相同的方法，控制直流母线的电压UDC达到U2+ΔU；同时监测双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC和变压器传输的功率P变压器，并依据控制方法进行模式切换。充电桩采用与模式1相同的方法，采集直流母线的电压UDC，并通过智能充电策略控制充电功率；系统处于模式3时，直流母线的电压UDC由双向交流-直流变换器控制为U2+ΔU，即充电桩的充电功率为P车,最大。
本实施例的模式4中，光伏向电动汽车和建筑供电(弃光)，双向交流-直流变换器限制从直流微网向交流微网的输出功率，若直流母线的电压UDC上升，则光伏发电设施的直流-直流变换器控制直流母线的电压UDC为U2+ΔU’(其中ΔU’>ΔU)，充电桩以P车,最大对电动汽车充电。具体地，模式4的控制策略如图6所示，具体如下：
双向交流-直流变换器采用电压定向矢量控制方法控制UDC为U2+ΔU，并限制从直流微网向交流微网的输出功率：采集交流侧电流(ia、ib、ic)并将其变换到同步旋转坐标系dq0，得到有功电流id和无功电流iq；将直流侧电压参考值(即U2+ΔU)与采集得到UDC的差值传递给第一级PI控制器，采集P变压器和PAC/DC计算(PAC/DC-P变压器+P上网)/uAC并对第一级PI控制器输出参数进行限幅，从而得到有功电流参考值id *；无功电流参考值iq *设置为0；将上述id *和id的差值以及iq *和iq的差值分别传递给两个第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给空间矢量脉宽调制(SVPWM)信号生成器，从而限制双向交流-直流变换器的传输功率；同时监测直流母线的电压UDC，并依据控制方法进行模式切换。光伏发电设施的直流-直流变换器采集直流母线的电压UDC，将电压参考值(即U2+ΔU’)与直流母线的电压UDC的差值传递给第一级PI控制器，计算光伏发电设施的直流-直流变换器的输出参考电流i* DC，将输出参考电流与光伏发电设施的直流-直流变换器实际输出电流iDC的差值传递给第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给PWM信号生成器，从而控制光伏采用恒压模式输出。充电桩采用与模式1相同的方法，采集直流母线的电压UDC，并通过智能充电策略控制充电功率；系统处于模式4时，直流母线的电压UDC由双向交流-直流变换器控制为U2+ΔU’，即充电桩的充电功率为P车,最大。
本实施例中的控制方法主要针对光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网在四种充电模式下的运行状态及切换方式，电动汽车充电桩系统需满足的预充电过程、电路保护措施等可采用有现有的技术方案，在此不做赘述。
若建筑负载中包含直流负载(如直流LED照明)，可通过各自的DC/DC变换器接入本实施例的直流微网中。
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：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，其特征在于，包括：交流微网、直流微网和双向交流-直流变换器；
所述交流微网通过交流母线连接外部电网和建筑负载；
所述直流微网通过直流母线连接光伏发电设备和充电桩；
所述双向交流-直流变换器连接所述交流微网和直流微网，用于根据所述交流微网和所述直流微网的电力供需情况调节输入或输出的电功率。
2.如权利要求1所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，其特征在于，所述交流微网包括交流母线、变压器和建筑负载，所述交流母线的一端连接外部电网，另一端与双向交流-直流变换器的交流端连接，所述建筑负载连接在所述交流母线上，交流母线通过变压器连接外部电网；所述直流微网包括直流母线、直流-直流变换器、光伏发电设施和直流充电桩，所述直流母线与双向交流-直流变换器的直流端连接，所述光伏发电设施通过所述直流-直流变换器连接在所述直流母线上，所述直流充电桩也通过所述直流-直流变换器连接在所述直流母线上。
3.如权利要求2所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，其特征在于，在所述直流微网中，光伏发电设施以最大功率输出发电量，所述发电量优先供直流充电桩以及建筑负载使用。
4.如权利要求2所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，其特征在于，所述直流充电桩能够根据直流母线的电压调节充电功率，在电压下限值时以最小功率充电，在电压上限值及以上时以最大功率充电，在电压下限值和电压上限值之间时充电功率随直流母线电压单调变化。
5.如权利要求2所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，其特征在于，所述双向交流-直流变换器在所述交流微网向外部电网输出的功率达到限值时，限制所述双向交流-直流变换器从直流微网向交流微网的输电量，所述光伏发电设施的直流-直流变换器检测到所述直流母线电压上升，并调整工作状态进行弃光。
6.一种光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，其特征在于，用于如权利要求1-5任一项所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统，包括以下步骤：
对直流母线的电压、双向交流-直流变换器传输的功率、变压器传输的功率进行判定，选择系统所处的控制模式：
若直流母线的电压在电压下限值和电压上限值之间时，进入模式1，此时所述光伏发电设施为所述充电桩供电；
处于模式1时，若直流母线的电压降至U1，U1为电压下限值，则进入模式2，此时交流微网和光伏发电设备共同为充电桩供电；
处于模式1时，若直流母线的电压升至U2+ΔU，其中，U2为电压上限值，ΔU为回差电压，则进入模式3，此时光伏发电设备同时向充电桩和建筑供电，光伏发电设备的发电量完全消纳；
处于模式2时，若双向交流-直流变换器传输的功率降至-ΔP，ΔP为回差功率，则进入模式1；
处于模式3时，若双向交流-直流变换器传输的功率升至回差功率ΔP，则进入模式1；
处于模式3时，若交流微网与外部电网连接变压器传输的功率达到向外部电网输出功率的限值，则进入模式4，此时光伏发电设备同时向充电桩和建筑供电，所述光伏发电设备弃光；
处于模式4时，若直流母线的电压下降，则进入模式3。
7.如权利要求6所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，其特征在于，在所述模式1中，光伏发电设施的直流-直流变换器采集光伏发电设施的电压和电流，通过最大功率跟踪算法计算光伏发电设施的输出参考电压，将所述输出参考电压与光伏发电设施实际输出电压的差值传递给第一级PI控制器，计算光伏发电设施的输出参考电流，将所述输出参考电流与光伏发电设施实际输出电流的差值传递给第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给脉冲宽度调制信号生成器，从而控制光伏发电设施以最大功率输出；
充电桩采集直流母线的电压，计算参考功率，并通过电动汽车允许的充电功率限值限幅，将限幅后的参考功率与充电桩实际充电功率的差值传递给PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给脉冲宽度调制信号生成器，从而控制充电桩的充电功率。
8.如权利要求6所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，其特征在于，在所述模式2中，直流-直流变换器采用与所述模式1相同的方法，控制光伏发电设施以最大功率输出；
双向交流-直流变换器采用电压定向矢量控制方法控制直流母线的电压为U1，采集交流侧电流并将其变换到同步旋转坐标系，从而得到有功电流和无功电流，将直流侧电压参考值与采集得到直流母线的电压的差值传递给第一级PI控制器，得到有功电流参考值，将上述有功电流参考值与实际值的差值、无功电流参考值与实际值的差值分别传递给两个第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给空间矢量脉宽调制信号生成器，从而控制直流母线的电压达到U1；
充电桩采用与所述模式1相同的方法，主要根据直流母线的电压控制充电功率。
9.如权利要求6所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，其特征在于，在所述模式3中，直流-直流变换器采用与所述模式1相同的方法，控制光伏发电设施以最大功率输出；
双向交流-直流变换器采用与所述模式2相同的方法，控制直流母线的电压达到U2+ΔU；
充电桩采用与所述模式1相同的方法，主要根据直流母线的电压控制充电功率。
10.如权利要求6所述的光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网的控制方法，其特征在于，在所述模式4中，双向交流-直流变换器接收变压器传输的功率P变压器和双向交流-直流变换器传输的功率PAC/DC，计算PAC/DC-P变压器+P上网作为双向交流-直流变换器传输功率的限值；
光伏发电设施的直流-直流变换器采集直流母线的电压，将电压参考值U2+ΔU’,ΔU’>ΔU与直流母线的电压的差值传递给第一级PI控制器，计算光伏发电设施的直流-直流变换器的输出参考电流，将所述输出参考电流与光伏发电设施的直流-直流变换器实际输出电流的差值传递给第二级PI控制器，通过限幅环节后将信号传递给PWM信号生成器，从而控制光伏采用恒压模式输出；
充电桩采用与所述模式1相同的方法，主要根据直流母线的电压控制充电功率。
CN202210723069.1A 2022-06-24 2022-06-24 光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法 Pending CN115173466A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210723069.1A CN115173466A (zh) 2022-06-24 2022-06-24 光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210723069.1A CN115173466A (zh) 2022-06-24 2022-06-24 光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115173466A true CN115173466A (zh) 2022-10-11

Family

ID=83486560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210723069.1A Pending CN115173466A (zh) 2022-06-24 2022-06-24 光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115173466A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116154775A (zh) * 2023-04-20 2023-05-23 中建科技集团有限公司 基于光伏电源的交直流混合微网系统及其控制方法
CN117318059A (zh) * 2023-11-28 2023-12-29 北京新城绿源科技发展有限公司 适用于城市更新建筑的光储交直流混合系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116154775A (zh) * 2023-04-20 2023-05-23 中建科技集团有限公司 基于光伏电源的交直流混合微网系统及其控制方法
CN117318059A (zh) * 2023-11-28 2023-12-29 北京新城绿源科技发展有限公司 适用于城市更新建筑的光储交直流混合系统
CN117318059B (zh) * 2023-11-28 2024-04-09 北京新城绿源科技发展有限公司 适用于城市更新建筑的光储交直流混合系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bhatti et al. Electric vehicles charging using photovoltaic: Status and technological review
Dragicevic et al. Advanced LVDC electrical power architectures and microgrids: A step toward a new generation of power distribution networks
CN110601248B (zh) 一种环状交直流混合微电网系统的多模式协调控制方法
CN105552914B (zh) 一种基于电价的交直流混合微电网分层控制方法
CN104022527B (zh) 直流微网系统
CN109301914B (zh) 一种具有soc优化的光伏微网储能控制方法
CN107785931A (zh) 一种小型电能管理与协调控制一体化装置
CN115173466A (zh) 光伏-充电桩-建筑一体化交直流微网系统及控制方法
CN107069786B (zh) 一种提升风电消纳的系统及方法
CN108123497B (zh) 一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统
Xiao et al. Flat tie-line power scheduling control of grid-connected hybrid microgrids
CN112510756A (zh) 一种基于功率水平的微电网光储充协调运行方法及系统
CN110323785A (zh) 基于源-网-荷-储互动的多电压等级直流配电网优化调度方法
WO2019075879A1 (zh) 一种交直流混合微电网运行模式转换方法
Thirugnanam et al. Battery integrated solar photovoltaic energy management system for micro-grid
CN110350538B (zh) 一种基于主动需求侧响应的微电网协调控制方法
CN116565922A (zh) 一种基于多微网互联运行结构的混合储能控制调度方法
CN116780588A (zh) 控制具有高动态负载的电力系统的电池储能系统的方法
Behera et al. Coordinated power management of a laboratory scale wind energy assisted lvdc microgrid with hybrid energy storage system
Wang et al. Research on coordinated control strategy of photovoltaic energy storage system
CN106026070A (zh) 基于下垂控制的直流微电网变换器解耦控制方法
Vijayakumar et al. Design of public plug-in electric vehicle charging station for improving LVRT capability of grid connected wind power generation
Xu et al. Energy management and control strategy for DC micro-grid in data center
CN104281984A (zh) 一种用于微电网经济运行的供电方法
Pozo et al. Battery energy storage system for a hybrid generation system grid connected using fuzzy controllers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination