一種光儲高滲透直流微網(wǎng)的功率平衡協(xié)同調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電網(wǎng)運(yùn)行控制與能量調(diào)度領(lǐng)域，特別是涉及一種直流微網(wǎng)下適合于 高滲透光儲接入的功率平衡協(xié)同調(diào)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，為了減少溫室氣體等的排放以及降低化石燃料的消耗，以應(yīng)對日漸嚴(yán)峻 的環(huán)境污染與能源危機(jī)，許多可再生清潔能源如風(fēng)能、太陽能、潮汐能等在電網(wǎng)中的滲透率 已經(jīng)逐漸提高。但是，由于部分可再生能源具有間歇性、分布式的特點(diǎn)，將其直接接入電網(wǎng) 會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響，因此由分布式電源OG)、負(fù)荷、儲能構(gòu)成的微電網(wǎng)系統(tǒng)成為 解決這一問題的主要方法。相對于交流微網(wǎng)，在直流微網(wǎng)中無需考慮無功功率補(bǔ)償、頻率同 步、諧波電流等電能質(zhì)量問題，因此，具有高效率、易建立、便于集成可再生能源等優(yōu)勢的直 流微網(wǎng)逐漸受到重視。
[0003] 考慮到負(fù)荷波動(dòng)的隨機(jī)性以及風(fēng)電和太陽能等DG的輸出功率的間歇性和隨機(jī)性 給微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大挑戰(zhàn)，儲能系統(tǒng)在保證能量平衡、電能質(zhì)量以及穩(wěn)定運(yùn)行上 承擔(dān)了不可或缺的重要角色。在直流微網(wǎng)中，多個(gè)儲能單元以及多個(gè)DG是通過DC/DC變換 器并聯(lián)到直流母線上的，母線電壓的穩(wěn)定基本就保證了能量平衡以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因 此母線電壓如何由儲能與DG協(xié)調(diào)控制引起了研宄者們的廣泛關(guān)注。此外，當(dāng)一個(gè)微網(wǎng)內(nèi)有 多個(gè)儲能并存時(shí)，考慮到各個(gè)儲能可能有不同的初始荷電狀態(tài)（State〇fCharge，S〇C)，為 了防止部分儲能單元過充，而另一部分卻處于過放狀態(tài)這一不平衡的情況發(fā)生，對多個(gè)儲 能單元進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電流的合理分配，保證儲能單元間的平衡是非常重要的。
[0004] 近年來，國內(nèi)外學(xué)者對上述問題進(jìn)行了初步的探索，并且獲得了許多有價(jià)值的成 果。有研宄將增益調(diào)度控制與集中式模糊控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了電壓調(diào)節(jié)、功率分配以及分布 式儲能系統(tǒng)的儲能平衡，但是這是一種集中式的控制方法，即電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)由能量控制中心 通過通信方式進(jìn)行統(tǒng)一控制，這種通信互聯(lián)方式不但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且使得系統(tǒng) 的運(yùn)行過分依賴于控制中心，當(dāng)單點(diǎn)故障發(fā)生時(shí)將會對整個(gè)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響。為了解 決這一問題，許多學(xué)者采用了分布式控制，即微電網(wǎng)各分布式節(jié)點(diǎn)基于本地的信息獨(dú)立地 作出控制決策，而不需要其他節(jié)點(diǎn)的信息，這樣就避免了控制器因通信干擾或者單點(diǎn)故障 等原因而作出錯(cuò)誤的控制決策。直流微網(wǎng)中常用的分布式能量管理方法有電壓/電流（V/ I)或者電壓/功率（V/P)下垂控制及其改進(jìn)方法，如基于V/I下垂特性，結(jié)合模糊控制器根 據(jù)電壓差以及SoC來改變虛擬電阻值（下垂系數(shù)）從而實(shí)現(xiàn)對電壓的穩(wěn)定控制和儲能間電 流的合理分配。另外還有基于V/P下垂特性，將下垂系數(shù)設(shè)計(jì)成SoC的函數(shù)，雖然上述下垂 控制最終都實(shí)現(xiàn)了電壓控制與電流分配，但是由于下垂特性，電壓控制始終是有靜差的，因 此尋求一種既能保證電壓無靜差控制又能實(shí)現(xiàn)電流合理分配的方法是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種光儲高滲透直流微網(wǎng)的功率平衡協(xié)同調(diào) 控方法，能夠適應(yīng)于高滲透的光儲接入，既能保證電壓無靜差控制又能實(shí)現(xiàn)電流合理分配， 達(dá)到儲能系統(tǒng)各儲能單元的容量平衡。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種光儲高滲透直流微網(wǎng) 的功率平衡協(xié)同調(diào)控方法，該方法通過直流微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，所述直流微網(wǎng)中，多個(gè)光伏電源構(gòu)成 光伏系統(tǒng)、多個(gè)儲能單元構(gòu)成儲能系統(tǒng)；儲能單元和直流母線間用雙向Buck-Boost變換器 連接，光伏電源通過單向Boost變換器與直流母線連接，包括以下步驟：
[0007] (1)各儲能單元在本地獲取荷電狀態(tài)，工作電壓，工作電流；各光伏電源在本地獲 取輸出電壓，輸出電流；同時(shí)，各節(jié)點(diǎn)共享直流母線電壓ud。；
[0008] ⑵利用電壓反饋AUdc=UN-Ud。，判斷Ud。的偏離方向，若AUd。大于0，Ud。跌落，若 AUd。小于0，Ud。超調(diào)；其中UN為直流母線的額定電壓；并計(jì)算Ud。偏離UN的偏差時(shí)間td;
[0009] (3)若|AUdcJ<Us或td<ts、，儲能系統(tǒng)能控制Ud。，進(jìn)入步驟（3. 1);若|AU」 >Us，且td>ts，則儲能系統(tǒng)失去對Ud。的控制：Ud。超調(diào)時(shí)進(jìn)入步驟（3. 2)，Ud。跌落時(shí)，進(jìn)入 步驟（3. 3);其中，Us為母線的安全偏離電壓，13為Ud。偏離UN的安全時(shí)間；
[0010] (3. 1)直流母線電壓Ud。和各個(gè)儲能單元輸出/輸入電流Is構(gòu)成的的雙閉環(huán)控制 輸出給定雙向Buck-Boost變換器的控制信號；Buck-Boost變換器根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)Ud。，使 得Udc;=UN;具體包括如下步驟：
[0011] (3. 1. 1)將UN-Ud。作為外環(huán)控制的輸入，并將外環(huán)控制輸出量U作為儲能系統(tǒng)電 流給定信號：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光儲高滲透直流微網(wǎng)的功率平衡協(xié)同調(diào)控方法，該方法通過直流微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，所 述直流微網(wǎng)中，多個(gè)光伏電源構(gòu)成光伏系統(tǒng)、多個(gè)儲能單元構(gòu)成儲能系統(tǒng)；儲能單元通過雙 向Buck-Boost變換器與直流母線連接，光伏電源通過單向Boost變換器與直流母線連接， 其特征在于，包括以下步驟： (1)各儲能單元在本地獲取荷電狀態(tài)，工作電壓，工作電流；各光伏電源在本地獲取輸 出電壓，輸出電流；同時(shí)，各節(jié)點(diǎn)（包括各儲能單元和各光伏電源）共享直流母線電壓Ud。； ⑵利用電壓反饋AUdc=UN_Ud。，判斷Ud。的偏離方向，若AUd。大于0，Ud。跌落，若AUd。 小于〇,Ud。超調(diào)；其中UN為直流母線的額定電壓；并計(jì)算Ud。偏離UN的偏差時(shí)間td; (3)若|AUd。|彡％或tts、，儲能系統(tǒng)能控制Ud。，進(jìn)入步驟（3. 1);若|AUd。| >Us， 且td>ts，則儲能系統(tǒng)失去對Ud。的控制：Ud。超調(diào)時(shí)進(jìn)入步驟（3. 2)，Ud。跌落時(shí)，進(jìn)入步驟 (3. 3);其中，Us為母線的安全偏離電壓，t$Ud。偏離UN的安全時(shí)間； (3. 1)直流母線電壓Ud。和各個(gè)儲能單元輸出/輸入電流Is構(gòu)成的的雙閉環(huán)控制輸出 給定雙向Buck-Boost變換器的控制信號；Buck-Boost變換器根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)Ud。，使得 U<k=uN;具體包括如下步驟： (3. 1. 1)將仏-仏。作為外環(huán)控制的輸入，并將外環(huán)控制輸出量U;作為儲能系統(tǒng)電流給 定信號：
其中I、K2為比例系數(shù)，t為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間； (3. 1. 2)通過以下方式得到1$的參考值IMfn，其中1$為儲能單元輸出/輸入電流，n表示不同儲能單元編號： 儲能單元輸出功率，且S〇Cmin〈S〇C(n)〈S〇Cma!^:
.若 SoC(n) <SoCmin，儲能單元退出儲能系統(tǒng)； 儲能單元輸入功率，且S〇Cmin〈S〇C(n)〈S〇Cma!^:
;若 SoC(n)彡SoCmax，儲能單元退出儲能系統(tǒng)； 其中m，1為比例系數(shù)，SoCmax為儲能單元荷電量上限值，SoCmin為儲能單元荷電量下限 值，SoC(n)為編號為n的儲能單元的荷電量； (3. 1.3)限幅電路限制儲能單元輸出/輸入電流Isn，Isn的參考值為IMfn，使得 1_1 < 1一當(dāng)|I_I=Imax時(shí)，儲能單元達(dá)到輸入/輸出功率飽和狀態(tài)，其中Imax為限幅 電路幅值； (3. 1. 4)內(nèi)環(huán)控制輸出與頻率為f的三角波通過比較器，產(chǎn)生DC/DC變換器中IGBT的PWM控制信號，調(diào)節(jié)外環(huán)母線電壓Ud。； (3. 1. 5)重復(fù)步驟（3. 1. 1)?（3. 1. 4)，直到仏*穩(wěn)定，Udc =UN; (3. 2)光伏系統(tǒng)通過電壓變步長擾動(dòng)法，在脫離最大功率跟蹤（Off-MPPT)狀態(tài)下，調(diào) 整其輸出功率，控制Ud。，使得Udc=UN;具體包括如下步驟： (3.2. 1)采集光伏電源輸出電壓Upv(k)以及母線電壓Mk)，k代表采樣序號； (3. 2. 2)計(jì)算母線電壓誤差UOTOT=UN-Ud。(k)，并判斷是否大于零，UOTOT>0則光伏 系統(tǒng)功率偏低，應(yīng)朝著Ud。增加的方向調(diào)節(jié)，反之，光伏系統(tǒng)功率偏高，應(yīng)朝著Ud。降低的方向 調(diào)節(jié)，Udc;(k)表示第k次采樣的母線電壓值； (3. 2. 3)比較相鄰兩時(shí)刻Ud。的大小，判斷上一次Ud。變化方向； (3. 2. 4)R= [Ud。(k) -Ud。(k-1)]，若R>0，則說明電壓擾動(dòng)方向正確，無需改變，反 之，則電壓擾動(dòng)方向需反向； (3. 2. 5)比較相鄰兩時(shí)刻光伏電壓Upv的大小，判斷上一次Upv變化方向，AUPV=Upv(k)-Upv(k-1)，若R>0,AUpv>0,貝 1J光伏參考電壓Upv*變化方向N= 1，若R>0,AUpv〈0,貝 1J光 伏參考電壓Up/變化方向N= -1 ;若R〈0,AUpv>0,則N= -1，若R〈0,AUpv〈0,則N= 1，若 Uerror= 0 時(shí)，N= 0 ; (3. 2. 6)計(jì)算下一次光伏輸出參考電壓： Up；(k+1) =Up；(k)+NXD(k) 其中D(k)為可變步長，
(3. 2. 7)將步驟（3. 2. 6)得到的U:輸入到單向Boost變換器中雙閉環(huán)控制器的外環(huán)， 調(diào)節(jié)母線電壓Ud。； (3. 2. 8)重復(fù)步驟（3. 2. 1)?（3. 2. 7)，直到 = 0，N= 0，Udc=UN; (3.3)將直流母線上的負(fù)荷依據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-2009)中的負(fù)荷重 要性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級；使光伏系統(tǒng)工作在MPPT狀態(tài)下，并逐級卸載，直到Ud。穩(wěn)定在額定值安 全范圍（UN-US彡UUN+Us)內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光儲高滲透直流微網(wǎng)的功率平衡協(xié)同調(diào)控方法，在直流微網(wǎng)環(huán)境下，系統(tǒng)控制由各節(jié)點(diǎn)的本地控制實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)于高滲透的光儲接入，當(dāng)發(fā)生負(fù)載接入/退出、光伏系統(tǒng)輸出功率、儲能系統(tǒng)輸入輸出功率及容量變化時(shí)，光伏系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制直流母線電壓，保持三者間功率平衡，并在保證直流母線電壓無靜差穩(wěn)定在額定值為前提下，對系統(tǒng)中多個(gè)儲能單元進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，充分考慮了儲能系統(tǒng)各儲能單元的容量平衡，實(shí)現(xiàn)電流的合理分配，同時(shí)靈活切換光伏系統(tǒng)工作在<i>MPPT</i>和<i>Off-MPPT</i>狀態(tài)，且兩種狀態(tài)下均能保證光伏系統(tǒng)利用率和直流微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【IPC分類】H02J7-35, H02J1-10
【公開號】CN104578043
【申請?zhí)枴緾N201410808370
【發(fā)明人】楊強(qiáng), 曾紅梅, 趙海麟, 劉德才, 顏文俊
【申請人】浙江大學(xué), 大唐山東煙臺電力開發(fā)有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月22日