微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，微電網(wǎng)系統(tǒng)包括交流母線、直流母線、以及分別并聯(lián)連接在所述直流母線上的四個(gè)支路；所述直流母線接入依序減小的四級(jí)直流母線電壓；本微電網(wǎng)系統(tǒng)在以上的四個(gè)等級(jí)的電壓之間實(shí)現(xiàn)切換。本發(fā)明采用分布式電源，通過直流母線的不同來實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)能量調(diào)度，而不是用通信方式，本發(fā)明彌補(bǔ)調(diào)度實(shí)時(shí)性不足和容錯(cuò)率不足；本發(fā)明兼容多種設(shè)備，模塊化和塔式機(jī)控制思路一致：本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)外特性是塔式機(jī)的控制方式，對(duì)遠(yuǎn)程后臺(tái)而言，面對(duì)的是一個(gè)儲(chǔ)能變流器；本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)又能夠支持模塊化，并支持多組分布式電源接入，所以對(duì)上層是塔式，對(duì)下層是多組模塊接入的概念。
【專利說明】
微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)(Micro-Grid，也譯為微網(wǎng))是由多個(gè)分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。
[0003]微電網(wǎng)包括直流母線和交流母線，直流母線作為連接分布式電源和主網(wǎng)的一種微網(wǎng)形勢(shì)，能夠更高效的發(fā)揮分布式電源的價(jià)值和效益，具備比交流微網(wǎng)更靈活的重構(gòu)能力。
[0004]圖1所示為現(xiàn)有微電網(wǎng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，微電網(wǎng)包括交流母線(AC_BUS)10、直流母線(DC_BUS)20、以及位于交流母線10和直流母線20之間的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Power ConvertSyStem，PCS)50，交流母線10和直流母線20分別連接該電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)50，并通過該電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)50與電網(wǎng)60實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)連接。
[0005]直流母線20具有4個(gè)支路變換器(DC/DC)31-33和逆變器(DC/AC)40，該直流母線20支持接入DC負(fù)載21、雙向充放電機(jī)22、DC-DC光伏23、DC-DC儲(chǔ)能24。
[0006]電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100包括:4個(gè)DC/DC變換器30、31、32、33、發(fā)電系統(tǒng)斤￥)31、電池或超點(diǎn)32、DC/AC逆變器40、以及切換裝置50。
[0007]DC/DC變換器是指在直流電路中將一個(gè)電壓值的電能變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓值的電能的
目.ο
[0008]一部分DC/DC變換器30、31支持連接發(fā)電系統(tǒng)(PV)31，另一部分DC/DC變換器32、33支持連接電池或超電32 ;DC/AC逆變器40支持連接交流母線10;切換裝置50的一端連接在交流母線1和DC/AC逆變器40之間，切換裝置50的另一端與電網(wǎng)60連接。
[0009]現(xiàn)有微電網(wǎng)直流母線控制技術(shù)，需要各支路的DC/DC變換器30-33以及DC/AC逆變器40將當(dāng)前支路中電流、電壓等相關(guān)參數(shù)通過通信的方式發(fā)送到外部的控制設(shè)備，并在外部控制設(shè)備的控制下完成對(duì)直流母線20的控制，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)能量的調(diào)度。
[0010]這種通過通信方式實(shí)現(xiàn)對(duì)直流母線控制的技術(shù)，由于需要的等待外部控制設(shè)備的計(jì)算分析機(jī)控制，存在能量調(diào)度實(shí)時(shí)性不足以及容錯(cuò)率不足的缺陷。
[0011 ]容錯(cuò)率不足的意思是:通過通信來控制，如果通信發(fā)生錯(cuò)誤，那么整個(gè)調(diào)度就錯(cuò)誤，通信很容易出錯(cuò)。而通過母線控制，基本不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，所以容錯(cuò)率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中微電網(wǎng)，存在能量調(diào)度實(shí)時(shí)性不足以及容錯(cuò)率不足的缺陷，提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法。
[0013]本發(fā)明提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)，其包括交流母線、直流母線、以及分別并聯(lián)連接在所述直流母線上的DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、DC/DC超級(jí)電容支路、以及與DC/AC支路;所述DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、以及DC/DC超級(jí)電容支路均包括:與所述直流母線連接的DC/DC變換器、以及與該DC/DC變換器連接的DC/AC逆變器;所述DC/AC支路包括DC/AC逆變器，DC/AC逆變器設(shè)有與所述直流母線連接的直流側(cè)、以及與電網(wǎng)和所述交流母線連接的交流側(cè);所述直流母線接入依序減小的四級(jí)直流母線電壓，分別為:第一級(jí)直流母線電壓、第二級(jí)直流母線電壓、第三級(jí)直流母線電壓、以及第四級(jí)直流母線電壓;其中，所述DC/DC光伏支路的DC/DC變換器接入所述第一級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第四級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第二級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池的DC/AC逆變器接入所述第三級(jí)直流母線電壓。
[0014]本發(fā)明還提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)，其包括交流母線、直流母線、以及分別并聯(lián)連接在所述直流母線上的DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、DC/DC超級(jí)電容支路、以及與DC/AC支路;所述DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、以及DC/DC超級(jí)電容支路均包括:與所述直流母線連接的DC/DC變換器、以及與該DC/DC變換器連接的DC/AC逆變器;所述DC/AC支路包括DC/AC逆變器，DC/AC逆變器設(shè)有與所述直流母線連接的直流側(cè)、以及與電網(wǎng)和所述交流母線連接的交流側(cè);所述直流母線接入依序減小的四級(jí)直流母線電壓，分別為:第一級(jí)直流母線電壓、第二級(jí)直流母線電壓、第三級(jí)直流母線電壓、以及第四級(jí)直流母線電壓;其中，所述DC/DC光伏支路的DC/DC變換器接入所述第一級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第二級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第四級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池的DC/AC逆變器接入所述第三級(jí)直流母線電壓。
[0015]本發(fā)明還提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其包括如下步驟:
[0016]S1:當(dāng)直流母線接入第一級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC光伏支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入光伏板，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC變換器的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率擾動(dòng)得出光伏板的目標(biāo)電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓等于第一級(jí)直流母線電壓，光伏板運(yùn)行時(shí)邏輯上能量只能從光伏板到直流母線，DC/DC光伏支路始終處于放電狀態(tài)；
[0017]S2:當(dāng)直流母線接入第四級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入儲(chǔ)能電池，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC儲(chǔ)能電池支路并網(wǎng)充電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的儲(chǔ)能電池充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第四級(jí)直流母線電壓，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)，直至DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池充電飽和；
[0018]S3:當(dāng)直流母線接入第二級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入超級(jí)電容，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;并網(wǎng)放電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的超級(jí)電容充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第二級(jí)直流母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路的超級(jí)電容處于限流放電狀態(tài)；
[0019]S4:當(dāng)直流母線接入第三級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/AC支路的交流側(cè)接入電網(wǎng)，DC/AC支路的直流側(cè)接入直流母線，DC/AC支路的直流側(cè)的電壓等于第三級(jí)直流母線電壓，DC/AC支路根據(jù)DC/AC逆變器的不同狀態(tài)下、與電網(wǎng)交互能量。
[0020]本發(fā)明還提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，
[0021 ] SI:當(dāng)直流母線接入第一級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC光伏支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入光伏板，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC變換器的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率擾動(dòng)得出光伏板的目標(biāo)電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓等于第一級(jí)直流母線電壓，光伏板運(yùn)行時(shí)邏輯上能量只能從光伏板到直流母線，DC/DC光伏支路始終處于放電狀態(tài)；
[0022]S2:當(dāng)直流母線接入第二級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入儲(chǔ)能電池，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC儲(chǔ)能電池支路并網(wǎng)充電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的儲(chǔ)能電池充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第二級(jí)直流母線電壓，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)，直至DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池充電飽和；
[0023]S3:當(dāng)直流母線接入第四級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入超級(jí)電容，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;并網(wǎng)放電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的超級(jí)電容充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第四級(jí)直流母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路的超級(jí)電容處于限流放電狀態(tài)；
[0024]S4:當(dāng)直流母線接入第三級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/AC支路的交流側(cè)接入電網(wǎng)，DC/AC支路的直流側(cè)接入直流母線，DC/AC支路的直流側(cè)的電壓等于第三級(jí)直流母線電壓，DC/AC支路根據(jù)DC/AC逆變器的不同狀態(tài)下、與電網(wǎng)交互能量。
[0025]本發(fā)明采用分布式電源，通過直流母線的不同來實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)能量調(diào)度，而不是用通信方式，本發(fā)明彌補(bǔ)調(diào)度實(shí)時(shí)性不足和容錯(cuò)率不足;本發(fā)明兼容多種設(shè)備，模塊化和塔式機(jī)控制思路一致:本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)外特性是塔式機(jī)的控制方式，對(duì)遠(yuǎn)程后臺(tái)而言，面對(duì)的是一個(gè)儲(chǔ)能變流器;本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)又能夠支持模塊化，并支持多組分布式電源接入，所以對(duì)上層是塔式，對(duì)下層是多組模塊接入的概念。
【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明DC/DC光伏支路并網(wǎng)控制框圖；
[0029]圖4為本發(fā)明DC/AC支路并網(wǎng)控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了更清楚明白地對(duì)本發(fā)明的特征、目的和所帶來的技術(shù)效果進(jìn)行闡述，相結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]請(qǐng)參閱圖2所示，本微電網(wǎng)系統(tǒng)包括交流母線(AC_BUS) 1、直流母線(DC_BUS) 2、分別并聯(lián)連接在該直流母線2上的四個(gè)支路3、4、5、6、以及電網(wǎng)7。其中，直流母線2支持接入DC負(fù)載21、雙向充放電機(jī)22、DC-DC光伏23、DC-DC儲(chǔ)能24。
[0032]在本實(shí)施例中，該四個(gè)支路分別為:DC/DC光伏支路3、DC/DC儲(chǔ)能電池支路4、DC/DC超級(jí)電容支路5、以及均與電網(wǎng)7和交流母線I連接的DC/AC支路6 ο該四個(gè)支路作為本微電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式電源。
[0033]其中，三個(gè)DC/DC支路均輸出相應(yīng)的直流電流至直流母線2，DC/AC支路6輸出相應(yīng)的交流電壓至交流母線I，通過DC/AC支路6與電網(wǎng)7實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)連接。
[0034]三個(gè)DC/DC支路的結(jié)構(gòu)基本相同，該三個(gè)DC/DC支路均包括與直流母線2連接的DC/DC變換器31、41、51，即:DC/DC光伏支路3包括與直流母線2連接的第一DC/DC變換器31、以及與該第一 DC/DC變換器31連接的光伏板32;DC/DC儲(chǔ)能電池支路4包括與直流母線2連接的第二DC/DC變換器41、以及與該第二DC/DC變換器41連接的儲(chǔ)能電池42; DC/DC超級(jí)電容支路5包括與直流母線2連接的第三DC/DC變換器51、以及與該第三DC/DC變換器51連接的超級(jí)電容53。
[0035]DC/DC變換器設(shè)有低壓側(cè)和高壓側(cè)，該第一 DC/DC變換器31的低壓側(cè)與光伏板32連接，第一DC/DC變換器31的高壓側(cè)與直流母線2連接;第二 DC/DC變換器41的低壓側(cè)與儲(chǔ)能電池42連接，第二 DC/DC變換器41的高壓側(cè)與直流母線2連接;第三DC/DC變換器51的低壓側(cè)與超級(jí)電容53連接，第三DC/DC變換器51的高壓側(cè)與直流母線2連接.
[0036]以DC/DC光伏支路3為例進(jìn)行說明。
[0037]圖3所示為DC/DC光伏支路3的控制框圖，第一DC/DC變換器31的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率進(jìn)行MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤，Maximum Power Point Tracking)擾動(dòng)得出VbattTgt電壓，第一 DC/DC變換器31的額定電流為IbattLimit。
[0038]DC/DC變換器31通過MPPT的軟件環(huán)路計(jì)算，得出VbattTgt，這個(gè)VbattTgt也就是光伏板32的工作電壓，也即是MPPT電壓。
[0039]較佳的，DC/DC變換器31還具有防逆流邏輯，使得電流僅從光伏板32向直流母線2流動(dòng)。
[0040]該第一 DC/DC變換器31包括:第一環(huán)路、第二環(huán)路、均與該第一環(huán)路和第二環(huán)路連接的第二比較器206、與該第二比較器206連接的第三減法器207、以及與該第三減法器207連接的第三控制器208;其中，第一環(huán)路包括依次連接的第一減法器201、第一控制器202和第一比較器203;第二環(huán)路包括依次連接的第二減法器204、第二控制器205和第一比較器203;第一環(huán)路和第二環(huán)路在第一比較器203進(jìn)行比較運(yùn)算之后再依次連接至第二比較器206、第三減法器207和第三控制器208后進(jìn)行信號(hào)輸出。
[0041]第一比較器203、第二比較器206均為限幅模塊，通過第一比較器203和第二比較器206比較后輸出兩者之間的較小者。
[0042]在本實(shí)施例中，第一控制器202和第二控制器205為PI控制器，S卩比例積分控制器；第三控制器208為發(fā)波控制器。
[0043 ] DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的第二 DC/DC變換器41和DC/DC超級(jí)電容支路5的第三DC/DC變換器51的結(jié)構(gòu)與DC/DC光伏支路3的第一DC/DC變換器31相同，在此就不重復(fù)敘述了。
[0044]圖4所示為DC/AC支路6并網(wǎng)控制框圖，DC/AC支路6包括DC/AC逆變器，DC/AC逆變器設(shè)有直流側(cè)和交流側(cè)，該DC/AC逆變器的直流側(cè)接入直流母線2，該DC/AC逆變器的交流側(cè)接入電網(wǎng)7和交流母線I。
[0045]逆變器是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉(zhuǎn)變成交流電(一般為220V，50Hz正弦波)。
[0046]DC/AC逆變器包括依序連接的第三減法器401、第三控制器402、第四減法器403、以及第四控制器404。
[0047]在本實(shí)施例中，第三控制器401為PI控制器，S卩比例積分控制器;第四控制器404為發(fā)波控制器。
[0048]直流母線2接入依序減小的四級(jí)直流母線電壓，分別為:第一級(jí)直流母線電壓Vpvbus、第二級(jí)直流母線電壓Vdi schgbus、第三級(jí)直流母線電壓Vacbus、以及第四級(jí)直流母線電壓Vchgbus，即:Vpvbus>Vdischgbus>Vacbus>Vchgbus。本發(fā)明直流母線2通過不同支路控制不同的母線電壓，來實(shí)現(xiàn)多支路之間的能量交互。
[0049]當(dāng)直流母線2與DC/DC光伏支路3連接時(shí)，直流母線2輸入至DC/DC光伏支路3的第一DC/DC變換器31目標(biāo)電壓VbusTgt，該目標(biāo)電壓VbusTgt等于第一級(jí)直流母線電壓Vpvbus，定義接入DC/DC光伏支路3的模式為Vpvbus模式；
[0050]當(dāng)直流母線2與DC/DC儲(chǔ)能電池支路4連接時(shí)，DC/DC儲(chǔ)能電池支路4處于并網(wǎng)放電時(shí)，直流母線2輸入至DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的第二 DC/DC變換器41目標(biāo)電壓VbusTgt，該目標(biāo)電壓VbusTgt等于第四級(jí)直流母線電壓Vchgbus或第二級(jí)直流母線電壓Vdischgbus，定義接入DC/DC光伏支路3的模式為Vchgbus模式或Vdischgbus模式。
[0051 ]當(dāng)直流母線2與DC/DC超級(jí)電容支路5連接時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路5處于并網(wǎng)放電時(shí)，直流母線2輸入至DC/DC超級(jí)電容支路5的第三DC/DC變換器51目標(biāo)電壓VbusTgt，該目標(biāo)電壓VbusTgt等于第二級(jí)直流母線電壓Vdischgbus或第四級(jí)直流母線電壓Vchgbus，定義接入DC/DC光伏支路3的模式為Vdischgbus模式或Vdischgbus模式。
[0052]DC/AC支路6處于并網(wǎng)時(shí)，直流母線2輸入至DC/AC逆變器61的目標(biāo)電壓Vacbus，該目標(biāo)電壓Vacbus等于第三級(jí)直流母線電壓Vacbus，定義DC/AC支路6并網(wǎng)模式為Vacbus模式。
[0053]DC/AC逆變器61的直流母線控制目標(biāo)電壓VbusTgt = Vacbus，定義此模式為Vacbus模式。
[0054]S卩:當(dāng)DC/DC儲(chǔ)能電池支路4處于Vchgbus模式時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路5處于Vdi schgbus模式;或者當(dāng)DC/DC儲(chǔ)能電池支路4處于Vdi schgbus模式，DC/DC超級(jí)電容支路5處于Vchgbus模式。
[0055]當(dāng)DC/DC儲(chǔ)能電池支路4處于Vchgbus模式時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路5處于Vdischgbus模式，本微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0056]S1:當(dāng)直流母線2處于Vpvbus模式，S卩:當(dāng)直流母線接入第一級(jí)直流母線電壓時(shí):DC/DC光伏支路3的第一 DC/DC變換器3的低壓側(cè)接入光伏板32，第一 DC/DC變換器3的高壓側(cè)接入直流母線2。光伏支路控制方式見圖3所示DC/DC環(huán)路控制框圖。第一DC/DC變換器3的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率進(jìn)行MPPT擾動(dòng)得出VbattTgt，第一DC/DC變換器3的高壓側(cè)VbusTgt =Vpvbus ,IbattLimit為光伏允許發(fā)電的最大電流，光伏運(yùn)行時(shí)邏輯上能量只能從光伏板32到直流母線2，由于Vpvbus>Vdi schgbus>Vacbus>Vchgbus，Vpvbus最高，這樣就能實(shí)現(xiàn)光伏的能量始終處于放電狀態(tài)。
[0057]S2:當(dāng)直流母線2處于Vchgbus模式，即:當(dāng)直流母線接入第四級(jí)直流母線電壓時(shí):DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的第二 DC/DC變換器41的低壓側(cè)接入儲(chǔ)能電池42，第二 DC/DC變換器41的高壓側(cè)接入直流母線5。并網(wǎng)充電時(shí)，控制方式如圖3所示DC/DC環(huán)路控制框圖，低壓側(cè)VbattTgt為設(shè)置的儲(chǔ)能電池42充電電壓，高壓側(cè)VbusTgt = Vchgbus, IbattLimit為設(shè)置的儲(chǔ)能電池42充電電流，由于Vpvbus>Vdischgbus >Vacbus>Vchgbus ,Vchgbus最低，這樣就能讓儲(chǔ)能電池42始終處于充電狀態(tài)，充電處于限流充電狀態(tài)，直到儲(chǔ)能電池42充電飽和。
[0058]S3:當(dāng)直流母線2處于Vdischgbus模式，S卩:當(dāng)直流母線接入第二級(jí)直流母線電壓時(shí):DC/DC超級(jí)電容支路5的第三DC/DC變換器51的低壓側(cè)接入超級(jí)電容53，第三DC/DC變換器51的高壓側(cè)接入直流母線2;并網(wǎng)放電時(shí)，控制方式為圖3所示DC/DC環(huán)路控制框圖，低壓側(cè)VbattTgt為設(shè)置的超級(jí)電容53充電電壓，高壓側(cè)VbusTgt = Vdischgbus，IbattLimit為設(shè)置的放電電流，由于Vpvbus>Vdischgbus>Vacbus>Vchgbus，放電時(shí)邏輯上不允許充電，Vdischgbus僅次于Vpvbus，所以可以讓超級(jí)電容53始終處于限流放電狀態(tài)。
[°°59] S4:當(dāng)直流母線2處于Vacbus模式，即:當(dāng)直流母線接入第三級(jí)直流母線電壓時(shí):DC/AC支路6交流接入電網(wǎng)7，直流接入直流母線2，控制方式為圖4所示DC/AC并網(wǎng)控制框圖，直流側(cè)的VbusTgt = Vacbus，IindTgt為交流電感電流額定值，由于Vpvbus>Vdischgbus>Vacbus>>Vchgbus，Vacbus處于中間，所以此模式下，00/^0支路6根據(jù)0(]/4(]逆變器61充電、放電、光伏不同狀態(tài)下，與電網(wǎng)7交互能量。
[0060] 當(dāng)DC/DC儲(chǔ)能電池支路4處于Vdi schgbus模式，DC/DC超級(jí)電容支路5處于Vchgbus模式，本微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0061 ] SI:當(dāng)直流母線接入第一級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC光伏支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入光伏板，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC變換器的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率擾動(dòng)得出光伏板的目標(biāo)電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓等于第一級(jí)直流母線電壓，光伏板運(yùn)行時(shí)邏輯上能量只能從光伏板到直流母線，DC/DC光伏支路始終處于放電狀態(tài)；
[0062]S2:當(dāng)直流母線接入第二級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入儲(chǔ)能電池，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC儲(chǔ)能電池支路并網(wǎng)充電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的儲(chǔ)能電池充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第二級(jí)直流母線電壓，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)，直至DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池充電飽和；
[0063]S3:當(dāng)直流母線接入第四級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入超級(jí)電容，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;并網(wǎng)放電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的超級(jí)電容充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第四級(jí)直流母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路的超級(jí)電容處于限流放電狀態(tài)；
[0064]S4:當(dāng)直流母線接入第三級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/AC支路的交流側(cè)接入電網(wǎng)，DC/AC支路的直流側(cè)接入直流母線，DC/AC支路的直流側(cè)的電壓等于第三級(jí)直流母線電壓，DC/AC支路根據(jù)DC/AC逆變器的不同狀態(tài)下、與電網(wǎng)交互能量。
[0065]其中，DC/DC光伏支路3、DC/DC儲(chǔ)能電池支路4、DC/DC超級(jí)電容支路5的控制方法，均包括如下步驟:
[0066]Al:在第一環(huán)路中:第一減法器201將直流母線電壓的目標(biāo)值VbusTgt與直流母線電壓的實(shí)際值Vbus相減，差值送入至第一控制器202進(jìn)行比例積分生成Xl之后，Xl輸出至第一比較器203;同時(shí)在第二環(huán)路中，第二減法器204將光伏板或儲(chǔ)能電池或超級(jí)電容的目標(biāo)值VbattTgt和光伏板或儲(chǔ)能電池或超級(jí)電容的實(shí)際值電壓值Vbatt相減，差值送入第二控制器205進(jìn)行比例積分生成X2之后，X2輸出至第一比較器203;
[0067]A2:第一比較器203對(duì)Xl和X2進(jìn)行比較，并將兩者之間的較小者輸出至第二比較器206；
[0068]A3:第二比較器206將Xl和X2中的較小者與DC/DC光伏支路3、DC/DC儲(chǔ)能電池支路
4、或DC/DC超級(jí)電容支路5的額定電流IbattLimit進(jìn)行比較，將兩者之間的較小者輸出至第三減法器207;
[0069]A4:第三減法器207將接收到的值與光伏板的實(shí)際值電流值Ibatt相減，差值送入至第三控制器208，第三控制器208對(duì)輸入的差值進(jìn)行比例積分得到X3，X3輸出相應(yīng)的直流電流到直流母線2。
[0070]Xl就是實(shí)際直流母線電壓與需要達(dá)到的直流母線電壓的差值;X2是指實(shí)際光伏板32電壓與需要達(dá)到的光伏板32電壓的差值;X3指實(shí)際光伏板或儲(chǔ)能電池或超級(jí)電容的電流與需要達(dá)到光伏板或儲(chǔ)能電池或超級(jí)電容的電流的差值。
[0071]DC/DC光伏支路3、DC/DC儲(chǔ)能電池支路4和DC/DC超級(jí)電容支路5僅通過配置好的相應(yīng)的DC/DC變換器，使得在并網(wǎng)的時(shí)候，將合適的電流輸入到直流母線I中，不需要通過通信的方式控制X3的生成，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)本微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流母線2的高效實(shí)時(shí)控制。
[0072 ] 并網(wǎng)時(shí)，DC/AC逆變器61的控制方法，包括如下步驟:
[0073]B1:第三減法器401將直流母線電壓的目標(biāo)值VbusTgt與直流母線電壓的實(shí)際值Vbus相減，差值送入至第三控制器401;
[0074]B2:第三控制器401對(duì)差值進(jìn)行比例積分，得到IindTgt并送至下一級(jí)的第二減法器403;
[0075]B3:第四減法器403將IindTgt與DC/AC逆變器的交流電感電流I ind相減，差值送入至用作發(fā)波控制器的第四控制器404，第四控制器404對(duì)差值進(jìn)行比例積分以得到X5，基于X5產(chǎn)生相應(yīng)的交流電壓輸出至交流母線I。
[0076]并網(wǎng)時(shí)，通過調(diào)度不同模式，可以實(shí)現(xiàn)多種控制策略。
[0077]本微電網(wǎng)系統(tǒng)具有以下五種應(yīng)用情況:
[0078]第一種:當(dāng)本微電網(wǎng)系統(tǒng)投入直流母線2的負(fù)載時(shí)，則直流母線2接入第二級(jí)直流母線電壓或第四級(jí)直線母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路5的超級(jí)電容53或者DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的儲(chǔ)能電池42的能量可以供給直流母線2負(fù)載，實(shí)現(xiàn)抑制負(fù)載波動(dòng)策略；
[0079]第二種:當(dāng)本微電網(wǎng)系統(tǒng)投入交流母線I負(fù)載時(shí)，則直流母線2接入第二級(jí)直流母線電壓或第四級(jí)直線母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路5的超級(jí)電容53或者DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的儲(chǔ)能電池42的通過DC/AC支路6供給交流母線I負(fù)載，實(shí)現(xiàn)抑制負(fù)載波動(dòng)策略。
[0080]第三種:當(dāng)電網(wǎng)7需要儲(chǔ)能電池提供能量來抑制電網(wǎng)7能量峰值，則直流母線2接入第二級(jí)直流母線電壓或第四級(jí)直線母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路5的超級(jí)電容53或者DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的儲(chǔ)能電池42的能量通過DC/AC逆變器61提供電網(wǎng)7能量，實(shí)現(xiàn)抑制電網(wǎng)7能量峰值策略；
[0081]第四種:當(dāng)電網(wǎng)7處于閑時(shí)階段，則則直流母線2接入第二級(jí)直流母線電壓或第四級(jí)直線母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路5的超級(jí)電容53或者DC/DC儲(chǔ)能電池支路4的儲(chǔ)能電池42吸收從電網(wǎng)7過來的能量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)7能量的經(jīng)濟(jì)利用；
[0082]第五種:如果光伏能量充沛，則直流母線2接入第一級(jí)直流母線電壓，，則光伏能量一部分給光伏板32存儲(chǔ)，一部分給電網(wǎng)7提供能量。
[0083]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)調(diào)度策略的原理是通過控制交流母線的高低來實(shí)現(xiàn)調(diào)度直流母線，各支路之間對(duì)通訊的依賴很低，這樣就彌補(bǔ)調(diào)度實(shí)時(shí)性的不足，并且降低通訊不可靠帶來的影響；直流母線上支持了多種類型的電池、超級(jí)電容、光伏的接入，可以最大限度兼容了各種不同分布式電源，對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)的選型提供了更大的空間。
[0084]本發(fā)明分布式電源通過直流母線的不同來實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)能量調(diào)度，而不是用通信方式，可以彌補(bǔ)調(diào)度實(shí)時(shí)性不足和容錯(cuò)率不足;本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，擴(kuò)容和維護(hù)都非常方便，給客戶提供非常靈活的選擇;本發(fā)明微電網(wǎng)系統(tǒng)支持多種分布式電源接入。
[0085]由上面的控制可以知道，如果直流母線負(fù)載能量需求小于光伏輸出，則母線由DC/DC光伏支路穩(wěn)，DC/DC儲(chǔ)能電池處于防逆流狀態(tài)；如果直流母線負(fù)載能量需求大于光伏輸出，則母線由DC/DC儲(chǔ)能電池穩(wěn)，光伏處于MPPT發(fā)電，直流母線可以自動(dòng)維持系統(tǒng)平衡，彌補(bǔ)調(diào)度實(shí)時(shí)性的不足。
[0086]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微電網(wǎng)系統(tǒng)，其包括交流母線、直流母線、以及分別并聯(lián)連接在所述直流母線上的DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、DC/DC超級(jí)電容支路、以及與DC/AC支路;所述DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、以及DC/DC超級(jí)電容支路均包括:與所述直流母線連接的DC/DC變換器、以及與該DC/DC變換器連接的DC/AC逆變器;所述DC/AC支路包括DC/AC逆變器，DC/AC逆變器設(shè)有與所述直流母線連接的直流側(cè)、以及與電網(wǎng)和所述交流母線連接的交流側(cè);其特征在于:所述直流母線接入依序減小的四級(jí)直流母線電壓，分別為:第一級(jí)直流母線電壓、第二級(jí)直流母線電壓、第三級(jí)直流母線電壓、以及第四級(jí)直流母線電壓;其中，所述DC/DC光伏支路的DC/DC變換器接入所述第一級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第四級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第二級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池的DC/AC逆變器接入所述第三級(jí)直流母線電壓。2.—種微電網(wǎng)系統(tǒng)，其包括交流母線、直流母線、以及分別并聯(lián)連接在所述直流母線上的DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、DC/DC超級(jí)電容支路、以及與DC/AC支路;所述DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、以及DC/DC超級(jí)電容支路均包括:與所述直流母線連接的DC/DC變換器、以及與該DC/DC變換器連接的DC/AC逆變器;所述DC/AC支路包括DC/AC逆變器，DC/AC逆變器設(shè)有與所述直流母線連接的直流側(cè)、以及與電網(wǎng)和所述交流母線連接的交流側(cè);其特征在于:所述直流母線接入依序減小的四級(jí)直流母線電壓，分別為:第一級(jí)直流母線電壓、第二級(jí)直流母線電壓、第三級(jí)直流母線電壓、以及第四級(jí)直流母線電壓;其中，所述DC/DC光伏支路的DC/DC變換器接入所述第一級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第二級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器接入所述第四級(jí)直流母線電壓;所述DC/DC儲(chǔ)能電池的DC/AC逆變器接入所述第三級(jí)直流母線電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述DC/DC光伏支路還包括與所述DC/DC變換器連接的光伏板;DC/DC儲(chǔ)能電池支路還包括與所述DC/DC變換器連接的儲(chǔ)能電池;所述DC/DC超級(jí)電容支路還包括與所述DC/DC變換器連接的超級(jí)電容。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述DC/DC變換器包括:第一環(huán)路、第二環(huán)路、均與該第一環(huán)路和第二環(huán)路連接的第二比較器、與該第二比較器連接的第三減法器、以及與該第三減法器連接的第三控制器，第一環(huán)路包括依次連接的第一減法器、第一控制器、第一比較器，第二環(huán)路包括依次連接的第二減法器、第二控制器和第一比較器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一控制器和第二控制器均為比例積分控制器;所述第三控制器為發(fā)波控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述DC/AC逆變器包括依序連接的第三減法器、第三控制器、第四減法器、以及第四控制器;其中，所述第三控制器為比例積分控制器;所述第四控制器為發(fā)波控制器。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:其包括如下步驟: S1:當(dāng)直流母線接入第一級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC光伏支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入光伏板，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC變換器的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率擾動(dòng)得出光伏板的目標(biāo)電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓等于第一級(jí)直流母線電壓，光伏板運(yùn)行時(shí)邏輯上能量只能從光伏板到直流母線，DC/DC光伏支路始終處于放電狀態(tài)； S2:當(dāng)直流母線接入第四級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入儲(chǔ)能電池，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC儲(chǔ)能電池支路并網(wǎng)充電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的儲(chǔ)能電池充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第四級(jí)直流母線電壓，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)，直至DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池充電飽和； S3:當(dāng)直流母線接入第二級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入超級(jí)電容，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;并網(wǎng)放電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的超級(jí)電容充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第二級(jí)直流母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路的超級(jí)電容處于限流放電狀態(tài)； S4:當(dāng)直流母線接入第三級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/AC支路的交流側(cè)接入電網(wǎng)，DC/AC支路的直流側(cè)接入直流母線，DC/AC支路的直流側(cè)的電壓等于第三級(jí)直流母線電壓，DC/AC支路根據(jù)DC/AC逆變器的不同狀態(tài)下、與電網(wǎng)交互能量。8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: S1:當(dāng)直流母線接入第一級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC光伏支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入光伏板，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC變換器的低壓側(cè)根據(jù)光伏功率擾動(dòng)得出光伏板的目標(biāo)電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓等于第一級(jí)直流母線電壓，光伏板運(yùn)行時(shí)邏輯上能量只能從光伏板到直流母線，DC/DC光伏支路始終處于放電狀態(tài)； S2:當(dāng)直流母線接入第二級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入儲(chǔ)能電池，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;DC/DC儲(chǔ)能電池支路并網(wǎng)充電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的儲(chǔ)能電池充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第二級(jí)直流母線電壓，DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)，直至DC/DC儲(chǔ)能電池支路的儲(chǔ)能電池充電飽和； S3:當(dāng)直流母線接入第四級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/DC超級(jí)電容支路的DC/DC變換器的低壓側(cè)接入超級(jí)電容，DC/DC變換器的高壓側(cè)接入直流母線;并網(wǎng)放電時(shí)，DC/DC變換器的低壓側(cè)設(shè)置的超級(jí)電容充電電壓，DC/DC變換器的高壓側(cè)等于第四級(jí)直流母線電壓，DC/DC超級(jí)電容支路的超級(jí)電容處于限流放電狀態(tài)； S4:當(dāng)直流母線接入第三級(jí)直流母線電壓時(shí)，DC/AC支路的交流側(cè)接入電網(wǎng)，DC/AC支路的直流側(cè)接入直流母線，DC/AC支路的直流側(cè)的電壓等于第三級(jí)直流母線電壓，DC/AC支路根據(jù)DC/AC逆變器的不同狀態(tài)下、與電網(wǎng)交互能量。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:其中，所述DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、和DC/DC超級(jí)電容支路的DC/DC變換器的控制方法，均包括如下步驟: Al:第一減法器將直流母線電壓的目標(biāo)值與直流母線電壓的實(shí)際值相減，差值送入至第一控制器進(jìn)行比例積分生成Xl之后，Xl輸出至第一比較器；同時(shí)，第二減法器將光伏板或儲(chǔ)能電池或超級(jí)電容的目標(biāo)值和光伏板或儲(chǔ)能電池或超級(jí)電容的實(shí)際值電壓值相減，差值送入第二控制器進(jìn)行比例積分生成X2之后，X2輸出至第一比較器； A2:第一比較器對(duì)Xl和X2進(jìn)行比較，并將兩者之間的較小者輸出至第二比較器； A3:第二比較器將Xl和X2中的較小者與DC/DC光伏支路、DC/DC儲(chǔ)能電池支路、或DC/DC超級(jí)電容支路的額定電流進(jìn)行比較，將兩者之間的較小者輸出至第三減法器； A4:第三減法器將接收到的值與光伏板的實(shí)際值電流值相減，差值送入至第三控制器，第三控制器對(duì)輸入的差值進(jìn)行比例積分得到X3，X3輸出相應(yīng)的直流電流到直流母線。10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 所述DC/AC逆變器在并網(wǎng)時(shí)的控制方法，包括如下步驟: B1:第三減法器將直流母線電壓的目標(biāo)值與直流母線電壓的實(shí)際值相減，差值送入至第三控制器； B2:第三控制器對(duì)差值進(jìn)行比例積分，得到IindTgt并送至下一級(jí)的第二減法器； B3:第四減法器將IindTgt與DC/AC逆變器的交流電感電流相減，差值送入至用作發(fā)波控制器的第四控制器，第四控制器對(duì)差值進(jìn)行比例積分以得到X5，基于X5產(chǎn)生相應(yīng)的交流電壓輸出至交流母線。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK106058934SQ201610580461
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日 公開號(hào)201610580461.X, CN 106058934 A, CN 106058934A, CN 201610580461, CN-A-106058934, CN106058934 A, CN106058934A, CN201610580461, CN201610580461.X
【發(fā)明人】任遠(yuǎn)航, 范小波, 肖頓
【申請(qǐng)人】深圳市盛弘電氣股份有限公司