含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及一種含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)及其控制方法，屬于微電網(wǎng)利用技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為滿足能源利用可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求，近些年來可再生能源發(fā)電技術(shù)得到極大 的關(guān)注并取得了一定的進(jìn)展。將可再生能源應(yīng)用到微電網(wǎng)中是一項(xiàng)重大舉措，然而微電網(wǎng) 的系統(tǒng)慣性較小，可再生能源受自然條件的影響，功率輸出具有間歇性和隨機(jī)性，因此這類 電源的接入會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及供電可靠性帶來一定的負(fù)面影響。在微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)， 常將柴油發(fā)電機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等輸出功率穩(wěn)定且容量較大可控型微電源對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，用來維持系統(tǒng)電壓與頻率穩(wěn)定。出于經(jīng)濟(jì)成本考慮，采用控制靈活、便捷的儲(chǔ) 能裝置來平抑微電網(wǎng)系統(tǒng)功率波動(dòng)目前是一項(xiàng)最佳選擇。通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能裝置功率輸入輸 出，可以在一定程度上抑制系統(tǒng)功率的波動(dòng)性和非預(yù)測(cè)性，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定與可靠。
[0003] 然而多種間歇性非可控微電源和可控型微電源的接入，對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行與控制提 出巨大的挑戰(zhàn)。如何提高微電網(wǎng)的供電質(zhì)量和并網(wǎng)運(yùn)行的可調(diào)度性已成為當(dāng)今一項(xiàng)重要課 題。微電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者出現(xiàn)故障時(shí)，通過對(duì)各分布式微電源以及儲(chǔ)能 裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以保證在任何情況下都可以對(duì)大電網(wǎng)以及負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)電能，因此控 制方式的好壞直接影響微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能。近些年國內(nèi)外一些文獻(xiàn)對(duì)微網(wǎng)的運(yùn) 行與控制采用下垂控制方式，但是在孤島運(yùn)行時(shí)各分布式電源功率不能得到合理分配，動(dòng) 態(tài)過程中容易產(chǎn)生較大的功率振蕩、系統(tǒng)控制環(huán)控制參數(shù)復(fù)雜、可控微源切換過程中的功 率缺額、以及并網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行模式下平穩(wěn)過渡系統(tǒng)穩(wěn)定性問題都是有待于解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的
[0005] 針對(duì)微電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者出現(xiàn)故障時(shí)，如何協(xié)調(diào)各微電源之間 關(guān)系，以保證在任何情況下都可以對(duì)大電網(wǎng)以及負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)電能，本發(fā)明提出了一種含 有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)及其控制方法。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] -種含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)，其特征在于：光伏電池連接DC/AC變流器與負(fù)荷并 聯(lián)，風(fēng)機(jī)與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負(fù)荷并聯(lián)，光伏電池與風(fēng)機(jī)并聯(lián)經(jīng)過斷路 器連接到交流母線上；燃料電池連接DC/AC變流器與負(fù)荷并聯(lián)，并經(jīng)過斷路器連接到交流 母線上；燃?xì)廨啓C(jī)與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負(fù)荷并聯(lián)，經(jīng)過斷路器連接到交 流母線上；柴油機(jī)與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負(fù)荷并聯(lián)，經(jīng)過斷路器連接到 交流母線上；超級(jí)電容器與蓄電池分別通過DC/DC變流器與DC/AC逆變器連接，并與負(fù)荷并 聯(lián)，經(jīng)過斷路器連接到交流母線上；交流母線通過斷路器與電網(wǎng)連接。
[0008] -種如上所述含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)控制方法，其特征在于：微電網(wǎng)在并網(wǎng)、離網(wǎng) 以及平滑切換過程中，通過控制混合儲(chǔ)能裝置充放電，對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行功率補(bǔ)償，步 驟如下：
[0009] (1)、微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，將非可控型微源作為主電源為電網(wǎng)和負(fù)荷供電，可控 型微源與微網(wǎng)斷開，此時(shí)非可控型微源采用PQ控制，蓄電池和超級(jí)電容器同時(shí)對(duì)微電網(wǎng)進(jìn) 行充放電，并根據(jù)系統(tǒng)波動(dòng)功率的合理分配對(duì)混合儲(chǔ)能裝置變流器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；
[0010] (2)、微電網(wǎng)在并網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行平滑切換以及負(fù)荷投切時(shí)，采用超級(jí)電容器來平抑可 控微源投切過程中的功率波動(dòng)，蓄電池通過充放電用來維護(hù)系統(tǒng)整體性能的穩(wěn)定；此時(shí)儲(chǔ) 能裝置外環(huán)采用下垂控制方式，內(nèi)環(huán)采用模糊滑模控制方式；
[0011] (3)、微電網(wǎng)在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，將可控型微源作為微網(wǎng)主電源，采用VF控制維持微電 網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定，此時(shí)非可控型微源與微網(wǎng)斷開。
[0012] 混合儲(chǔ)能裝置逆變器采用模糊滑?？刂品绞?，采用比例切換控制方法對(duì)母線電流 誤差和電流誤差變化率進(jìn)行切換，同時(shí)對(duì)切換函數(shù)和切換函數(shù)微分進(jìn)行模糊化，經(jīng)過模糊 推理和解模糊化后，最后經(jīng)過模糊控制器得到輸出控制量，并對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。
[0013] 混合儲(chǔ)能裝置DC雙向變流器采用電壓內(nèi)環(huán)和電流外環(huán)的雙閉環(huán)控制模式，電流 外環(huán)通過快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，電壓內(nèi)環(huán)主要維持輸出電壓穩(wěn)定，并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電壓增強(qiáng)輸 出電壓穩(wěn)定性。
[0014] 優(yōu)點(diǎn)及效果
[0015] 本發(fā)明提出了一種含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)及其控制方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1、將基于超級(jí)電容器和蓄電池組合成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用到微電網(wǎng)中，克服了單一 儲(chǔ)能的缺陷，提高儲(chǔ)能裝置的使用壽命，降低了投資成本。
[0017] 2、對(duì)混合儲(chǔ)能裝置逆變器采用模糊滑模的控制方式，對(duì)平抑微電網(wǎng)并網(wǎng)波動(dòng)功率 較傳統(tǒng)控制方式具有較好的平抑效果。
[0018] 3、采用模糊滑模的控制方式，使微網(wǎng)離網(wǎng)投切負(fù)荷以及并網(wǎng)/離網(wǎng)的平滑切換的 時(shí)間間隔縮短，較傳統(tǒng)控制方式具有較強(qiáng)的抗干擾能力和恢復(fù)能力，從而使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 性得到提高，進(jìn)一步驗(yàn)證該控制方法的優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為PQ控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖3為VF控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0022] 圖4為下垂控制結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖5為混合儲(chǔ)能裝置逆變器控制結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖6為模糊滑?？刂破骺刂平Y(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖7為混合儲(chǔ)能裝置控制框圖；
[0026] 圖8為含有混合儲(chǔ)能系統(tǒng)微電網(wǎng)仿真模型；
[0027] 圖9為雙饋風(fēng)機(jī)全天輸出波動(dòng)功率圖；
[0028] 圖10為光伏電池全天輸出功率圖；
[0029] 圖11為混合儲(chǔ)能裝置采用常規(guī)和模糊滑模控制風(fēng)光并網(wǎng)功率對(duì)比曲線圖；
[0030] 圖12為超級(jí)電容器與蓄電池并網(wǎng)波動(dòng)功率曲線圖；
[0031] 圖13為某地全天負(fù)荷曲線圖；
[0032] 圖14為可控微源全天有功功率示意圖；
[0033] 圖15為超級(jí)電容器與蓄電池離網(wǎng)波動(dòng)功率曲線圖；
[0034]圖16為含有混合儲(chǔ)能可控微源離網(wǎng)全天有功功率示意圖；
[0035] 圖17為離網(wǎng)系統(tǒng)母線頻率示意圖；
[0036] 圖18為離網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓示意圖；
[0037] 圖19為并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島母線三相電壓示意圖；
[0038] 圖20為孤島轉(zhuǎn)并網(wǎng)母線三相電壓示意圖；
[0039] 圖21為并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島母線頻率示意圖；
[0040] 圖22為孤島轉(zhuǎn)并網(wǎng)母線頻率示意圖；
[0041] 圖23為微電網(wǎng)系統(tǒng)平滑切換母線頻率示意圖；
[0042] 圖24為超級(jí)電容器與蓄電池在系統(tǒng)平滑切換過程功率波動(dòng)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
[0044] 本發(fā)明涉及一種含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)及其控制方法，將基于超級(jí)電容器與蓄電 池的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)并聯(lián)在微電網(wǎng)上，采用模糊滑?？刂品绞綄?duì)混合儲(chǔ)能裝置進(jìn)行控制，在 Matlab/simulink平臺(tái)搭建含有混合儲(chǔ)能及多微源的微電網(wǎng)仿真模型，通過具體算例驗(yàn)證 了該算法具有較好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，從而使微網(wǎng)得到更為精確的控制。
[0045] 本發(fā)明是一種含有混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)，其特征在于：光伏電池PV連接DC/AC變流 器與負(fù)荷Loadl并聯(lián)，風(fēng)機(jī)wind與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負(fù)荷Load2并 聯(lián)，光伏電池與風(fēng)機(jī)并聯(lián)經(jīng)過斷路器QF1連接到交流母線上；燃料電池FC連接DC/AC變流 器與負(fù)荷Load4并聯(lián)，并經(jīng)過斷路器QF3連接到交流母線上；燃?xì)廨啓C(jī)MT與AC/DC整流器 和DC/AC逆變器連接并與負(fù)荷Load5并聯(lián)，經(jīng)過斷路器QF4連接到交流母線上；柴油機(jī)DE 與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負(fù)荷Load6并聯(lián)，經(jīng)過斷路器QF5連接到交流母 線上；超級(jí)電容器Supercapacitor與蓄電池Battery分別通過DC/DC變流器與DC/AC逆變 器連接，并與負(fù)荷Load3并聯(lián)，經(jīng)過斷路器QF2連接到交流母線上；交流母