摘要：本發(fā)明涉及一種基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，所述獨(dú)立微網(wǎng)包括直流供電系統(tǒng)和交流供電系統(tǒng)，所述控制方法為直流供電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制主要依靠本地協(xié)調(diào)控制器的能量管理和底層設(shè)備DC/DC變換器的控制共同完成;交流供電系統(tǒng)采用下垂控制共同參與調(diào)節(jié)孤島微網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率。該方法能夠有效穩(wěn)定共直流母線電壓的大小的準(zhǔn)確性，能夠?qū)崿F(xiàn)各電源之間無(wú)通訊控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和電壓的控制;并為獨(dú)立微電網(wǎng)控制提供依據(jù)?？蓮V泛應(yīng)用于獨(dú)立微網(wǎng)控制的控制。

圖1為本發(fā)明的風(fēng)光柴儲(chǔ)混合微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖;

背景技術(shù)

能源問(wèn)題越來(lái)越引起國(guó)際上的重視，隨著傳統(tǒng)能源數(shù)量上的逐漸減少和其對(duì)的環(huán)境污染日益加重，利用可再生能源進(jìn)行發(fā)電的分布式發(fā)電技術(shù)(Distributed Generation,DG)越來(lái)越受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。分布式能源的輸電損耗很小，可以顯著降低對(duì)大電網(wǎng)的依賴性，并且能夠滿足區(qū)域內(nèi)用戶多種用電的需求，彌補(bǔ)了由大型電廠、多層電網(wǎng)及供熱鍋爐、戶用空調(diào)組成的傳統(tǒng)的城市能源體系的不足。

微電網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用和電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一。它是指將分布式電源(DG)、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷和控制保護(hù)裝置組織起來(lái)形成一個(gè)微型網(wǎng)絡(luò)為本區(qū)域的當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供冷、熱和電。微電網(wǎng)可運(yùn)行于聯(lián)網(wǎng)與孤島兩種模式。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微網(wǎng)通過(guò)公共連接點(diǎn)(PCC)與大電網(wǎng)(一般為配電網(wǎng))相連接。接入配電網(wǎng)的微電網(wǎng)母線電壓等級(jí)有400V、10kV或更高。當(dāng)主電網(wǎng)中發(fā)生故障或電能質(zhì)量低于微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷要求時(shí)，微電網(wǎng)迅速與主電網(wǎng)解列，獨(dú)立向其內(nèi)部重要負(fù)荷供電;而當(dāng)主電網(wǎng)故障消失完全恢復(fù)正常后，微網(wǎng)還可以通過(guò)并網(wǎng)控制再次與主電網(wǎng)連接，重新進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行。微網(wǎng)中的分布式電源有很多種形式，如：微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏發(fā)電系統(tǒng)、小風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池和高速飛輪儲(chǔ)能裝置等。微網(wǎng)中分布式電源的接口方式主要為同步發(fā)電機(jī)接口、逆變器接口及異步發(fā)電機(jī)接口三類，采用同步發(fā)電機(jī)接口的分布式電源主要包括各種小型水利發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等，采用逆變器接口的分布式電源主要包括光伏發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、燃料電池和風(fēng)力發(fā)電等，采用異步發(fā)電機(jī)接口的分布式電源主要為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)是由光伏系統(tǒng)、風(fēng)力系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和柴油機(jī)組成，為了實(shí)現(xiàn)充分利用可再生能源，可再生能源系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)控制微網(wǎng)直流母線的電壓穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或是負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，如何協(xié)調(diào)控制各個(gè)微電源，保證系統(tǒng)在各種運(yùn)行模式下都能夠正常運(yùn)行，滿足負(fù)荷的電能需求，這是微網(wǎng)系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)中尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)中，傳統(tǒng)能源柴油發(fā)電機(jī)和清潔能源(光伏、風(fēng)力和儲(chǔ)能)之間如何并網(wǎng)切換，能源之間如何分配負(fù)荷，如何保證平穩(wěn)安全運(yùn)行的相關(guān)介紹。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述背景技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)充分利用可再生能源，可再生能源系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)控制微網(wǎng)直流母線的電壓穩(wěn)定，微網(wǎng)系統(tǒng)中包含多個(gè)微電源，當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或是負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，保證系統(tǒng)在各種運(yùn)行模式下都能夠正常運(yùn)行，滿足負(fù)荷的電能需求，本發(fā)明提供了一種基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，所述風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)包括由風(fēng)力系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的直流供電系統(tǒng)，以及由柴油機(jī)和DC/AC逆變器(將電池組的直流電源轉(zhuǎn)化成輸出電壓和頻率穩(wěn)定的交流電源)組成的交流供電系統(tǒng)，所述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超級(jí)電容器和蓄電池，其特征在于，

所述直流供電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制主要依靠本地協(xié)調(diào)控制器的能量管理和底層設(shè)備DC/DC變換器(將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓)的控制共同完成;當(dāng)系統(tǒng)中超級(jí)電容器或蓄電池的剩余容量(SOC)未越限時(shí)，光伏系統(tǒng)和風(fēng)力系統(tǒng)采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制(MPPT控制);混合儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)中剩余的功率缺額;

所述DC/AC逆變器和柴油機(jī)采用下垂控制共同參與調(diào)節(jié)孤島微網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率。

進(jìn)一步地，在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，超級(jí)電容器承擔(dān)系統(tǒng)中頻繁的功率波動(dòng)及幅值較大的功率尖峰;蓄電池承擔(dān)系統(tǒng)中功率缺額的平滑部分。

進(jìn)一步地，在系統(tǒng)中超級(jí)電容器或蓄電池的剩余容量未越限時(shí)，采用超級(jí)電容端電壓預(yù)控制法，在超級(jí)電容端電壓接近其上下限對(duì)其輸出功率進(jìn)行預(yù)控制，防止超級(jí)電容器端電壓越限。

進(jìn)一步地，所述蓄電池系統(tǒng)采用恒功率控制，系統(tǒng)中剩余的功率缺額由超級(jí)電容器承擔(dān)，超級(jí)電容器采用定直流母線電壓控制方式。

進(jìn)一步地，所述柴油機(jī)的的下垂控制是在在現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)控制單元基礎(chǔ)上增加了基于下垂控制的無(wú)通信負(fù)荷共享控制方式。

進(jìn)一步地，所述基于下垂控制的無(wú)通信負(fù)荷共享控制方式是通過(guò)測(cè)量線路的有功功率和無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)加入下垂控制對(duì)原有的調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)的改進(jìn)。

進(jìn)一步地，所述DC/AC逆變器的下垂控制主要模擬同步發(fā)電機(jī)的下垂控制。

采用本發(fā)明的控制方法取得了以下有益效果：

(1)超級(jí)電容器承擔(dān)系統(tǒng)中頻繁的功率波動(dòng)及幅值較大的功率尖峰，發(fā)揮其循環(huán)壽命長(zhǎng)、輸出功率大、響應(yīng)速度快的優(yōu)勢(shì);蓄電池承擔(dān)系統(tǒng)中功率缺額的平滑部分，減少小循環(huán)充放電，并避免過(guò)度充放電，延長(zhǎng)其使用壽命。超級(jí)電容器和蓄電池組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)中剩余的功率缺額，平抑光伏、風(fēng)力及負(fù)荷的波動(dòng)。

(2)在傳統(tǒng)同步柴油發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于下垂控制的無(wú)通信負(fù)荷共享控制方案，與風(fēng)電逆變器、光伏逆變器共同參與調(diào)節(jié)孤島微網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率;

(3)風(fēng)光柴儲(chǔ)混合微網(wǎng)中，包括由光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池系統(tǒng)、超級(jí)電容器系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成的直流供電系統(tǒng)和由DC/AC轉(zhuǎn)換器(將電池組的直流電源轉(zhuǎn)化成輸出電壓和頻率穩(wěn)定的交流電源)和柴油機(jī)組成的交流供電系統(tǒng)。在直流側(cè)，通過(guò)協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定直流母線電壓，最大化利用可再生能源發(fā)電，并優(yōu)化蓄電池的充放電過(guò)程，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命的目標(biāo)，交流側(cè)，DC/AC 轉(zhuǎn)換器和柴油機(jī)采用下垂控制實(shí)現(xiàn)對(duì)等控制，參與系統(tǒng)的電壓和頻率調(diào)節(jié)。

(4)該方法能夠有效穩(wěn)定共直流母線電壓的大小的準(zhǔn)確性;該方法能夠?qū)崿F(xiàn)各電源之間無(wú)通訊控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和電壓的控制;并為獨(dú)立微電網(wǎng)控制提供依據(jù)。

圖2為本發(fā)明可調(diào)度型分布式電源直流供電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu);

發(fā)明要點(diǎn)簡(jiǎn)述

1 .一種基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，所述風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)包括由風(fēng)力系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的直流供電系統(tǒng)，以及由柴油機(jī)和DC/AC逆變器組成的交流供電系統(tǒng)，所述混合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括超級(jí)電容器和蓄電池，其特征在于，所述直流供電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制主要依靠本地協(xié)調(diào)控制器的能量管理和底層設(shè)備DC/DC變換器的控制共同完成;當(dāng)系統(tǒng)中超級(jí)電容器或蓄電池的剩余容量未越限時(shí)，光伏系統(tǒng)和風(fēng)力系統(tǒng)采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制;混合儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)中剩余的功率缺額;

所述DC/AC逆變器和柴油機(jī)采用下垂控制共同參與調(diào)節(jié)孤島微網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，其特征在于：在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，超級(jí)電容器承擔(dān)系統(tǒng)中頻繁的功率波動(dòng)及幅值較大的功率尖峰;蓄電池承擔(dān)系統(tǒng)中功率缺額的平滑部分。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，其特征在于：在系統(tǒng)中超級(jí)電容器或蓄電池的剩余容量未越限時(shí)，采用超級(jí)電容端電壓預(yù)控制法，在超級(jí)電容端電壓接近其上下限對(duì)其輸出功率進(jìn)行預(yù)控制，防止超級(jí)電容器端電壓越限。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，其特征在于：所述蓄電池系統(tǒng)采用恒功率控制，系統(tǒng)中剩余的功率缺額由超級(jí)電容器承擔(dān)，超級(jí)電容器采用定直流母線電壓控制方式。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，其特征在于：所述柴油機(jī)的的下垂控制是在在現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)控制單元基礎(chǔ)上增加了基于下垂控制的無(wú)通信負(fù)荷共享控制方式。

7 .根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，其特征在于：所述基于下垂控制的無(wú)通信負(fù)荷共享控制方式是通過(guò)測(cè)量線路的有功功率和無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)加入下垂控制對(duì)原有的調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)的改進(jìn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于下垂控制的可調(diào)度型風(fēng)光柴儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的控制方法，其特征在于：所述DC/AC逆變器的下垂控制主要模擬同步發(fā)電機(jī)的下垂控制。

圖3為本發(fā)明逆變器和柴油機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖。