一種基于電價的交直流混合微電網(wǎng)分層控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及分布式發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于電價的交直流混合微電 網(wǎng)分層控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量的關(guān)注度不斷提高W及太陽能、風(fēng)能等各種形 式的可再生能源大量利用，微電網(wǎng)作為分布式電源接入電網(wǎng)的有效途徑得到了國內(nèi)外學(xué)者 的廣泛關(guān)注。微電網(wǎng)一般是指將多種分布式電源、儲能裝置和負(fù)荷通過電力電子裝置連接 起來的小型電網(wǎng)形式，既能并網(wǎng)運(yùn)行，與傳統(tǒng)大電網(wǎng)交換能量，又能獨(dú)立運(yùn)行，成為一個能 穩(wěn)定運(yùn)行的孤立系統(tǒng)。
[0003] 相對于交流微電網(wǎng)來說，直流微電網(wǎng)擁有很多顯著特征。首先，大多數(shù)的分布式電 源，如光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，基本上都是輸出直流電（或者存在直流的中間環(huán)節(jié)）；而眾 多的家用電器和辦公設(shè)備本質(zhì)上都需要直流電源才能正常工作。如果將它們接到直流微電 網(wǎng)中，能夠減少轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，提高能源利用率。直流微電網(wǎng)系統(tǒng)為了保持正常穩(wěn)定運(yùn)行，需要 實(shí)時協(xié)調(diào)控制各組成單元的輸出功率，W維持系統(tǒng)內(nèi)功率平衡，隨著直流微電網(wǎng)的不斷發(fā) 展，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，各個組成單元的協(xié)調(diào)控制策略變得十分重要。
[0004] 目前，直流微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略主要為:集中式控制，集中式控制結(jié)構(gòu)存在上層 的中央控制器，依靠高速通信實(shí)時采集各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)并下發(fā)控制指令。運(yùn)種控制結(jié)構(gòu) 對中央控制器和通信設(shè)備的要求較高，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障就可能影響系統(tǒng)的正常運(yùn) 行，不利于保證供電可靠性、實(shí)現(xiàn)設(shè)備的"即插即用"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于電價的交直流混合微電網(wǎng) 分層控制方法，該方法可W使得交直流混合微電網(wǎng)的控制不依賴于上層中央控制器和通信 設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)有效控制，實(shí)現(xiàn)直流電網(wǎng)并網(wǎng)與孤島模式的平滑切換，在保證負(fù)荷的供電可 靠性的同時，最大限度利用儲能單元的剩余功率，降低直流系統(tǒng)的用電成本。
[0006] 技術(shù)方案:為達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明提出的方案為:一種基于電價的交直流混 合微電網(wǎng)分層控制方法，該方法包括：
[0007] 步驟1:將交直流混合微電網(wǎng)的接入單元分為兩種工作模式：當(dāng)功率恒定時，為能 量終端，通過調(diào)節(jié)自身電壓大小維持直流母線電壓穩(wěn)定；當(dāng)電壓恒定時，為松弛終端，通過 調(diào)節(jié)自身輸出功率維持交直流混合微電網(wǎng)功率平衡;直流電網(wǎng)中包括至少一個松弛終端； 所述接入單元包括并網(wǎng)變流器、接口變流器、分布式發(fā)電單元、儲能單元和負(fù)載；
[000引步驟2:建立交直流混合微電網(wǎng)的分層控制模型，包括:功率調(diào)度層、母線電壓控制 層和變流器控制層；
[0009]功率調(diào)度層采集分時電價信息，并根據(jù)分時電價信息形成運(yùn)行狀態(tài)指令發(fā)送給并 網(wǎng)變流器;并網(wǎng)變流器根據(jù)運(yùn)行狀體指令和直流母線電壓值進(jìn)入購電模式、售電模式或常 規(guī)運(yùn)行模式；
[0010]母線電壓控制層采集直流母線電壓值Udc，將Udc的變化范圍劃分為4個電壓區(qū)間： [U2_L，Ul_L ]、[ Ul_L，Ul_H]、[ Ul_H，U2_H WP [ U2_H，U3_H]，U3_H〉U2_H〉Ul_H〉Ul_L〉U2_L ;并網(wǎng)變流器、分布 式發(fā)電單元和儲能單元根據(jù)山。的變化區(qū)間在松弛終端和能量終端兩種工作模式之間切換， 使得每個電壓區(qū)間中至少包括一個松弛終端；
[0011] 變流器控制層控制接口變流器根據(jù)直流母線電壓值調(diào)整輸出功率，在松弛終端和 能量終端運(yùn)兩種工作狀態(tài)間切換；W及調(diào)節(jié)所在支路中電壓、電流的大??；
[0012] 進(jìn)一步的，在母線電壓控制層中，并網(wǎng)變流器、分布式發(fā)電單元和儲能單元根據(jù)山。 的變化區(qū)間在松弛終端和能量終端兩種工作模式之間切換的具體步驟包括：
[001引2-1:當(dāng)Ud潘入?yún)^(qū)間帕_H，U3_H]中，分布式發(fā)電單元切換為松弛終端；
[0014] 2-2:當(dāng)Ud潘入?yún)^(qū)間[Ui_H，化山和區(qū)間帕_L，Ui_L]中，并網(wǎng)變流器切換為松弛終端； 當(dāng)Udc落入?yún)^(qū)間[Ul_H，&_H]時，并網(wǎng)變流器向交流電網(wǎng)輸入功率：當(dāng)Udc落入[化_L，Ul_L]時，并 網(wǎng)變流器向直流電網(wǎng)輸入功率；
[00巧]2-3:當(dāng)Ud潘入?yún)^(qū)間[Ui_L，Ui_H]時，儲能單元切換為松弛終端；
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟2-1中，分布式發(fā)電單元切換為松弛終端后的工作步驟包括：
[0017] 分布式發(fā)電單元采用MPPT工作方式并對自身輸出功率采用功率下垂控制，其下垂 控制特性方程為：
[0019]其中Pres_功第i臺分布式發(fā)電單元的輸出功率，Pres_MPPT_功第i臺分布式發(fā)電單元 進(jìn)行最大功率跟蹤控制時所輸出的功率。
[0020] 進(jìn)一步的，所述步驟2-2中，并網(wǎng)變流器根據(jù)運(yùn)行狀體指令和直流母線電壓值進(jìn)購 電模式、售電模式或常規(guī)運(yùn)行模式的具體步驟包括：
[0021] a.設(shè)Ci、C2、Cgrid分別為購電電價下限、售電電價上限和電網(wǎng)電價；
[0022] b.當(dāng)Cl < Cgrid < C2時，并網(wǎng)變流器工作在常規(guī)運(yùn)行狀態(tài);并網(wǎng)變流器對自身輸出功 率采用功率下垂控制，根據(jù)直流母線電壓值山。的變化平滑調(diào)節(jié)輸出功率，其下垂控制特性 方程為：
[0024]其中，Pac_max_i、Pac_i分別代表第i臺并網(wǎng)變流器的額定功率和實(shí)際輸出功率。
[002引C.當(dāng)Cgrid<C域Cgrid>C2時，并網(wǎng)變流器對自身輸出電壓采用電壓下垂控制，其下 垂控制特性方程表達(dá)式為：
[0027] 其中Uacref_康示第i臺并網(wǎng)變流器的輸出電壓參考值。
[0028] 進(jìn)一步的，所述步驟2-3中，儲能單元切換為松弛終端后根據(jù)自身輸出功率對直流 母線電壓進(jìn)行電壓下垂控制，控制方程表示為：
[0029] Uessref_i 二化l_L+Ul_H)/2-kess_iPess_i
[0030] 其中Uessref_^Pess_i分別代表第i臺儲能單元的電壓參考值和輸出功率值，4633_功 下垂系數(shù)，儲能單元的下垂系數(shù)kess_i定義為：
[0032] 其中，50(：1、50山3、_1、50^心1分別為第1臺儲能單元的荷電狀態(tài)值及第1臺儲能單元 的荷電狀態(tài)上、下限值;Pess_"ax_i為第i臺儲能單元的額定功率，Pess_i為為第i臺儲能單元的 輸出功率。
[0033] 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)勢：
[0034] 本發(fā)明可W在各種工況下滿足W下交直流混合微網(wǎng)運(yùn)行控制要求：
[0035] 1、交直流混合微電網(wǎng)需優(yōu)先使用分布式發(fā)電單元產(chǎn)生的清潔能源，并能根據(jù)負(fù)荷 需求，自動調(diào)節(jié)分布式發(fā)電單元的工作模式；
[0036] 2、當(dāng)直流系統(tǒng)內(nèi)某一分布式電源或者儲能單元等發(fā)生故障時，交直流混合微電網(wǎng) 能夠保持正常運(yùn)行，即各組成單元具有巧P插即用"的功能；
[0037] 3、當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生故障時，直流系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)與孤島模式的平滑切換；
[0038] 4、根據(jù)電網(wǎng)電價的分時變化，并網(wǎng)變流器能夠通過就地控制，最大限度利用儲能 單元的剩余功率，降低直流系統(tǒng)的用電成本；
[0039] 5、保證負(fù)荷的供電可靠性。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的分層控制模型圖；
[0041 ]圖2為模式1中儲能單元控制原理框圖；
[0042] 圖3為模式2中并網(wǎng)變流器控制策略流程圖；
[0043] 圖4為分布式發(fā)電單元控制原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0045] 典型交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要由四個接入單元構(gòu)成：1)