基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的提高供電可靠性微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的微電網(wǎng)由多種分布式發(fā)電單元、儲能系統(tǒng)以及負荷組成，微電網(wǎng)是一種新型供配電技術(shù)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。在2001年，美國R.H.Lasseter等學(xué)者提出了微電網(wǎng)的概念，目前微電網(wǎng)技術(shù)正朝著實用化階段發(fā)展。微電網(wǎng)可綜合管理出力具有波動性、間歇性的分布式發(fā)電單元，諸如風電、太陽能光伏發(fā)電等類型的分布式發(fā)電，提供一種友好接入方式，抑制分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負面影響，充分發(fā)揮分布式發(fā)電的效益和價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制方法，可快速隔離微電網(wǎng)外部的異常事件、實現(xiàn)微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行時源荷的功率平衡以及微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行模式的不斷電平滑切換。
[0004]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)采用以下方案實現(xiàn):一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括微電網(wǎng)管理終端、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)以及與其相連的配電網(wǎng)一次系統(tǒng)，所述的配電網(wǎng)一次系統(tǒng)連接至并網(wǎng)交流母線，還包括一光伏陣列、一風力機組、一儲能系統(tǒng)以及一備用電源，所述的光伏陣列、風力機組、儲能系統(tǒng)以及備用電源分別經(jīng)第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器連接至微電網(wǎng)直流匯流母線，所述的微電網(wǎng)直流匯流母線經(jīng)一下垂控制逆變器連接至微電網(wǎng)交流母線，所述的微電網(wǎng)交流母線經(jīng)一固態(tài)開關(guān)連接至所述的并網(wǎng)交流母線；所述的微電網(wǎng)交流母線還連接有微電網(wǎng)負荷；所述的微電網(wǎng)管理終端連接有一并網(wǎng)點保護終端、一源荷平衡控制終端以及所述的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，所述的并網(wǎng)點保護終端與所述的固態(tài)開關(guān)、所述的下垂控制逆變器、所述的并網(wǎng)交流母線以及所述的微電網(wǎng)交流母線相連，所述的源荷平衡控制終端與所述的下垂控制逆變器、所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器、第二整流變換器、所述的儲能系統(tǒng)以及所述的備用電源相連接。
[0005]進一步地，所述的并網(wǎng)點保護終端包括一 DSP以及與其相連的MCU、并離網(wǎng)控制單元、電壓異常保護單元、電流異常保護單元、頻率異常保護單元、電壓幅值計算單元、頻率與相位計算單元、電氣量檢測單元、開關(guān)狀態(tài)檢測單元以及開關(guān)動作控制單元；所述的并離網(wǎng)控制單元、電壓幅值計算單元以及所述的頻率與相位計算單元均連接至所述的下垂控制逆變器，所述的MCU與所述的微電網(wǎng)管理終端相連，所述的電氣量測量單元分別連接至所述的并網(wǎng)交流母線以及微電網(wǎng)交流母線，所述的開關(guān)狀態(tài)檢測單元以及開關(guān)動作控制單元均與所述的固態(tài)開關(guān)相連。
[0006]進一步地，所述的源荷平衡控制終端包括DSP以及與其相連的MCU、發(fā)電出力預(yù)測單元、微電網(wǎng)負荷預(yù)測單元、并離網(wǎng)狀態(tài)檢測單元、運行模式控制單元、啟停及功率給定單元、荷電狀態(tài)檢測單元以及電氣量檢測單元；所述的MCU連接至所述的微電網(wǎng)管理終端，所述的并離網(wǎng)狀態(tài)檢測單元與所述的下垂控制逆變器相連，所述的啟停及功率給定單元連接至所述的備用電源，所述的荷電狀態(tài)檢測單元連接至所述的儲能系統(tǒng)，所述的電氣量檢測單元分別與所述的下垂控制逆變器、第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器相連，所述的運行模式控制單元分別與所述的第一直流變換器、第一整流變換器以及第二直流變換器相連。
[0007]較佳地，本發(fā)明采用三層控制結(jié)構(gòu)，下垂控制逆變器、光伏陣列的直流變換器、風力機組的整流變換器、儲能系統(tǒng)的直流變換器以及備用電源的整流變換器構(gòu)成就地控制層，并網(wǎng)點保護終端和源荷平衡控制終端構(gòu)成中間控制層，微電網(wǎng)管理終端為站控層。微電網(wǎng)管理終端具備運行監(jiān)控、相關(guān)電氣量的實時和歷史信息展示以及存儲等功能。
[0008]本發(fā)明的控制方法采用以下方案實現(xiàn):一種如上文所述的基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的控制方法，包括以下三種情況:
Ca)當非計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)時，具體步驟如下:
步驟Sll:所述并網(wǎng)點保護終端檢測所述并網(wǎng)交流母線的電壓、電流和頻率并判斷是否有異?，F(xiàn)象，如果異常，所述并網(wǎng)點保護終端發(fā)出指令斷開所述的固態(tài)開關(guān)，所述固態(tài)開關(guān)返回分位信息，所述并網(wǎng)點保護終端控制所述下垂控制逆變器將運行模式切換至離網(wǎng)運行模式，并進入步驟S2;
步驟S12:所述的下垂控制逆變器切換至離網(wǎng)運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入離網(wǎng)運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調(diào)整至離網(wǎng)運行模式；
(b)當計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)時，具體步驟如下:
步驟S21:當所述的微電網(wǎng)管理終端接收到計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)的指令，所述的微電網(wǎng)管理終端將所述計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)的指令發(fā)送至所述的并網(wǎng)點保護終端；
步驟S22:所述的并網(wǎng)點保護終端控制所述的固態(tài)開關(guān)斷開，所述固態(tài)開關(guān)返回分位信息，所述并網(wǎng)點保護終端控制所述的下垂控制逆變器切換至離網(wǎng)運行模式；
步驟S23:所述的下垂控制逆變器切換至離網(wǎng)運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入離網(wǎng)運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調(diào)整至離網(wǎng)運行模式；
(c)當離網(wǎng)切換至并網(wǎng)時，具體步驟如下:
步驟S31:當所述的微電網(wǎng)管理終端接收到離網(wǎng)切換至并網(wǎng)的指令，所述的微電網(wǎng)管理終端將所述離網(wǎng)切換至并網(wǎng)的指令發(fā)送至所述的并網(wǎng)點保護終端；
步驟S32:所述的并網(wǎng)點保護終端轉(zhuǎn)發(fā)所述配電網(wǎng)一次系統(tǒng)的電壓、頻率和相角信號至所述的下垂控制逆變器，并控制所述的下垂控制逆變器跟蹤配電網(wǎng)的電壓、頻率和相角信號;
步驟S33:當所述的下垂控制逆變器與所述配電網(wǎng)一次系統(tǒng)的電壓幅值差值在±5V以內(nèi)并且相角差值在±3°以內(nèi)時，所述的并網(wǎng)點保護終端控制所述的固態(tài)開關(guān)閉合，所述的固態(tài)開關(guān)返回合位信息，所述的并網(wǎng)點保護終端控制所述的下垂控制逆變器切換至并網(wǎng)運行模式；
步驟S34:所述的下垂控制逆變器切換至并網(wǎng)運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入并網(wǎng)運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調(diào)整至并網(wǎng)運行模式。
[0009]進一步地，所述的源荷平衡控制終端進入并網(wǎng)運行模式的具體包括以下步驟: 步驟S41:在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，所述源荷平衡控制終端將第一直流變換器與第一整流變換器的運行模式設(shè)置為最大功率點跟蹤模式；
步驟S42:若在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行且下一時段所述儲能系統(tǒng)為非充電狀態(tài)時，所述源荷平衡控制終端根據(jù)下一時段所述光伏陣列的出力預(yù)測值、所述風力機組的出力預(yù)測值和所述備用電源的出力設(shè)置值，設(shè)置下一時段所述下垂控制逆變器的頻率參考值，使所述下垂控制逆變器在下一時段的出力等于下一時段的所述光伏陣列的出力預(yù)測值、所述風力機組的出力預(yù)測值和所述備用電源的出力設(shè)置值的總和；
步驟S43:若在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行且下一時段所述儲能系統(tǒng)充電時，所述源荷控制終端根據(jù)下一時段所述光伏陣列的出力預(yù)測值、所述風力機組的出力預(yù)測值、所述備用電源的出力和儲能系統(tǒng)的充電功率的設(shè)置值(相對于光伏陣列和風力機組的出力，儲能系統(tǒng)的充電功率的設(shè)置值是負值)，據(jù)此設(shè)置下一時段所述下垂控制逆變器的頻率參考值，使所述下垂控制逆變器在下一時段的出力等于下一時段的所述光伏陣列的出力預(yù)測值、所述風力機組的出力預(yù)測值、所述備用電源的出力和所述儲能系統(tǒng)的功率的設(shè)置值的總和；
步驟S44:所述的源荷平衡控制終端控制所述的第二直流變換器維持所述微電網(wǎng)直流匯流母線電壓在設(shè)定值，所述的儲能系統(tǒng)平衡光伏陣列和風力機組的出力預(yù)測值與實際出力之間的差值部分，用以實現(xiàn)并網(wǎng)源荷平衡。
[0010]