孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法

白吉欣

本發(fā)明專利涉及一種光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)控制方法，尤其涉及一種孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，包括光伏電池控制、蓄電池控制和負(fù)荷控制三部分

本發(fā)明專利公開(kāi)了一種孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，包括光伏電池控制、蓄電池控制和負(fù)荷控制三部分。

本發(fā)明以功率為基準(zhǔn)將控制策略分為不同模式的變功率控制策略以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)功率的平衡和電壓的穩(wěn)定。蓄電池采用變功率充放電控制，能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)部功率的平衡；將直流微電網(wǎng)母線電壓差加入到蓄電池充放電的給定值計(jì)算公式中，能夠消除因計(jì)算誤差或測(cè)量誤差導(dǎo)致微電網(wǎng)內(nèi)功率的不平衡；實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)功率的平衡就能實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)母線電壓的穩(wěn)定。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源短缺與環(huán)境污染兩大難題日益突出，發(fā)展清潔能源、保障能源安全是解決這兩大難題最有效的途徑。然而太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源無(wú)法集中利用，為了更有效地利用這些清潔能源，微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

微電網(wǎng)是將分布式電源、負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置、變流器等有機(jī)整合在一起的小型發(fā)配電系統(tǒng)，依據(jù)供給電能的類型，微電網(wǎng)可分為直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。由于大電網(wǎng)與絕大多數(shù)負(fù)載都屬于交流系統(tǒng)，所以交流微電網(wǎng)得到了較快的發(fā)展。然而直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換少、供電質(zhì)量高，相比交流微電網(wǎng)更有優(yōu)勢(shì)，因此在如海島、偏遠(yuǎn)的山區(qū)等地方因無(wú)法與大電網(wǎng)并網(wǎng)，直流微電網(wǎng)的運(yùn)行更有效。

目前直流微電網(wǎng)主要采用電壓分層控制策略來(lái)控制其直流母線電壓。而這些傳統(tǒng)控制策略都沒(méi)有考慮到因母線電壓波動(dòng)而導(dǎo)致控制策略頻繁切換的情況。

直流微電網(wǎng)分層控制的主要思路為：電壓是判定系統(tǒng)功率是否平衡的重要指標(biāo)，通過(guò)檢測(cè)電壓是否恒定可以判定系統(tǒng)功率是否平衡，以直流母線電壓的幅值為判定基準(zhǔn)，將微電網(wǎng)的控制策略設(shè)置為不同工作模式。

然而分層控制以電壓為判定基準(zhǔn)就會(huì)不可避免地受到母線電壓的影響，而直流微電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)母線電壓并非絕對(duì)的直流而是小范圍內(nèi)波動(dòng)的，而且微電網(wǎng)不同模式切換時(shí)也會(huì)對(duì)母線電壓造成一定的沖擊，這些母線電壓波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)不同工作模式間的頻繁切換，若通過(guò)增加蓄電池空閑模式或采取電壓滯環(huán)控制等策略來(lái)解決這種狀況，又會(huì)造成微電網(wǎng)控制的延時(shí)等一些新的問(wèn)題。

發(fā)明要點(diǎn)簡(jiǎn)述

一種孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，其特征在于：包括光伏電池控制、蓄電池控制和負(fù)荷控制三部分。

如權(quán)利要求1所述的孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，其特征在于所述光伏電池控制包括MTTP控制和恒壓控制，能夠根據(jù)光伏電池輸出功率多少采用不同的控制策略。

如權(quán)利要求1所述的孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，其特征在于所述蓄電池控制包括非極性變功率控制和極限變功率控制，能夠根據(jù)蓄電池狀態(tài)切換不同的控制策略。

如權(quán)利要求1所述的孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，其特征在于所述負(fù)荷控制通過(guò)斷路器逐漸切除負(fù)荷，保證微電網(wǎng)功率的平衡。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服母線電壓波動(dòng)對(duì)分層控制產(chǎn)生影響的難題，本發(fā)明提出一種孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

孤島模式下光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)變功率控制方法，包括光伏電池控制、蓄電池控制和負(fù)荷控制三部分。

所述光伏電池控制包括MTTP控制和恒壓控制，能夠根據(jù)光伏電池輸出功率多少采用不同的控制策略。

所述蓄電池控制包括非極性變功率控制和極限變功率控制，能夠根據(jù)蓄電池狀態(tài)切換不同的控制策略。

所述負(fù)荷控制通過(guò)斷路器逐漸切除負(fù)荷，保證微電網(wǎng)功率的平衡。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明以功率為基準(zhǔn)將控制策略分為不同模式的變功率控制策略以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)功率的平衡和電壓的穩(wěn)定。蓄電池采用變功率充放電控制，能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)部功率的平衡；將直流微電網(wǎng)母線電壓差加入到蓄電池充放電的給定值計(jì)算公式中，能夠消除因計(jì)算誤差或測(cè)量誤差導(dǎo)致微電網(wǎng)內(nèi)功率的不平衡；實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)功率的平衡就能實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)母線電壓的穩(wěn)定。

具體實(shí)施方案

圖1中，光伏電池輸出低壓直流電能，Boost變換器將光伏電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為高壓直流電能，并輸出到直流母線上；蓄電池用于平抑光伏輸出電能的波動(dòng)，其充、放電狀態(tài)與直流母線之間的功率流向?yàn)殡p向，通過(guò)雙向DC/DC變換器與直流母線連接。

微電網(wǎng)中負(fù)荷包括直流負(fù)荷與交流負(fù)荷2種，直流負(fù)荷通過(guò)DC/DC變換器與直流母線相連，交流負(fù)荷通過(guò)DC/AC變換器與直流母線相連；控制系統(tǒng)包括光伏電池的控制策略、蓄電池的控制策略和負(fù)荷的控制策略。

各分布式單元的控制策略主要包括光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制策略、儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略、負(fù)載逐漸切除策略。直流微電網(wǎng)的工作模式是由上述3種控制策略之間相互配合構(gòu)成，具體配合方式如下：

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光伏電池分別工作于2種控制策略，即MPPT控制或恒壓控制。當(dāng)光伏電池輸出功率較少或蓄電池充電功率沒(méi)有達(dá)到極限時(shí)，光伏電池采用MPPT控制輸出其最大功率；當(dāng)光伏電池輸出功率過(guò)多或蓄電池的充電功率達(dá)到極限時(shí)，需要減少光伏電池的輸出功率，此時(shí)光伏電池采用恒壓控制。

圖2中，在直流微電網(wǎng)中蓄電池的控制是整個(gè)微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的重心。蓄電池采取變功率控制，其中蓄電池的充放電功率是由光伏發(fā)電功率與負(fù)荷功率所決定，并由母線電壓的額定變化值作為補(bǔ)充，并且根據(jù)蓄電池充放電功率的大小決定蓄電池的工作狀態(tài)。

蓄電池主要采用非極限變功率控制和極限變功率控制2種控制模式。

圖3中，為非極限變功率控制。c蓄電池充電時(shí)雙向DC/DC電路中Buck電路的占空比；d為蓄電池放電時(shí)雙向DC/DC電路中Boost電路的占空比。

非極限變功率控制的原理為：通過(guò)公式計(jì)算蓄電池充放電功率的給定值，然后使蓄電池工作在給定值附近以調(diào)節(jié)微電網(wǎng)功率的平衡。