專利名稱：基于直流母線電壓的分布式電源自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的電源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于直流母線電壓的分布式電源自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)以光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池等設(shè)備組成分布式電源，一般都帶有集中協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備，集中協(xié)調(diào)管理設(shè)備在系統(tǒng)中用以協(xié)調(diào)控制各個(gè)發(fā)電設(shè)備在各個(gè)時(shí)間段的發(fā)電功率、儲(chǔ)能電池的充放電功率和充放電時(shí)間段。這種控制方式存在很大的缺點(diǎn)對(duì)集中協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備過于依賴、通信頻繁一旦管理設(shè)備或通信線路發(fā)生故障容易導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓、系統(tǒng)中設(shè)備的增減需要修改控制算法和控制策略、并且控制算法和控制策略復(fù)雜?；谝陨先秉c(diǎn)提出一種基于直流母線電壓的分布式電源自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是使直流母線結(jié)構(gòu)的分布式電源中各個(gè)設(shè)備擺脫對(duì)集中協(xié)調(diào)管理設(shè)備的依賴，更具有獨(dú)立性和即插即用的特性，使用戶可以像搭積木一樣組建直流母線結(jié)構(gòu)的分布式電源。本發(fā)明的有益效果是分布式電源接入的各種設(shè)備都有各自的特點(diǎn)，比如各種儲(chǔ)能電池都有不同的充放電曲線，儲(chǔ)能電池在不同情況下又有不同儲(chǔ)能任務(wù)和發(fā)電任務(wù)，燃?xì)獍l(fā)電存在發(fā)電費(fèi)用貴啟停速度慢等特點(diǎn)。如果這些都交給功率協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備由它根據(jù)各個(gè)設(shè)備特點(diǎn)來管控?zé)o疑會(huì)增加控制的復(fù)雜性和難度。而將功率協(xié)調(diào)控制任務(wù)交給各個(gè)設(shè)備自行控制功率將會(huì)大大減輕協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備的負(fù)擔(dān)，集中協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備只需要通過設(shè)定各個(gè)設(shè)備不同的電壓閾值來進(jìn)行宏觀的調(diào)控和宏觀的改變整個(gè)分布式電源的運(yùn)行模式。同時(shí)也使微網(wǎng)中的接入設(shè)備更具有獨(dú)立性，更具有即插即用的特性。主要優(yōu)點(diǎn)有1、擺脫了對(duì)集中協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備的依賴，規(guī)避了控制算法和控制策略的復(fù)雜性。2、不需要通過通信線路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，避免了因通信線路和集中協(xié)調(diào)管理設(shè)備發(fā)生故障時(shí)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。3、采用直流母線電壓法的自適應(yīng)控制使得集中協(xié)調(diào)管理設(shè)備只需進(jìn)行宏觀控制和調(diào)度，控制和調(diào)度策略簡(jiǎn)單。4、由于不存在對(duì)集中協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備和通信的過度依賴，使得接入分布式電源的各個(gè)設(shè)備更具有獨(dú)立性和即插即用的特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是依據(jù)本發(fā)明的方法的基于直流母線的分布式電源結(jié)構(gòu)。圖2是依據(jù)本發(fā)明的方法的自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制原理圖。
具體實(shí)施例方式光伏電池等直流發(fā)電設(shè)備通過DC/DC裝置接入直流母線；風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)等交流發(fā)電設(shè)備通過AC/DC接入直流母線；儲(chǔ)能電池通過雙向DC/DC接入直流母線；雙向逆變器DC/AC —側(cè)接入直流母線，另一側(cè)接入交流母線或公共電網(wǎng)。直流母線上的各個(gè)設(shè)備通過檢測(cè)直流母線上的電壓來決定自身工作方式和功率，通過賦予各個(gè)設(shè)備不同的電壓來設(shè)定各個(gè)設(shè)備的優(yōu)先等級(jí)?；谥绷髂妇€的分布式電源結(jié)構(gòu)如圖1依據(jù)本發(fā)明的方法的基于直流母線的分布式電源結(jié)構(gòu)所示，其中直流母線接入用電控制柜是用來供用電控制柜監(jiān)測(cè)直流母線電壓。光伏電池產(chǎn)生的直流電輸出到DC/DC變換裝置中，DC/DC完成對(duì)光伏電池最大功率的跟蹤和直流電壓的變換，DC/DC根據(jù)設(shè)定的電壓閾值和直流母線上的當(dāng)前實(shí)際電壓調(diào)整自身的輸出功率輸出到直流母線上。風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電輸出到AC/DC變換裝置中，AC/DC完成對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率的跟蹤和交流到直流電壓的變換，AC/DC根據(jù)設(shè)定的電壓閾值和直流母線上的當(dāng)前實(shí)際電壓調(diào)整自身的輸出功率輸出到直流母線上。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出的交流電輸出到AC/DC變換裝置中，AC/DC完成交流到直流的變換， AC/DC根據(jù)設(shè)定的電壓閾值和直流母線上的當(dāng)前實(shí)際電壓調(diào)整自身的輸出功率輸出到直流母線上。儲(chǔ)能電池通過雙向DC/DC變換裝置接到直流母線上，當(dāng)儲(chǔ)能電池放電時(shí)，儲(chǔ)能電池的直流電輸出到雙向DC/DC變換裝置中，經(jīng)過直流電壓變換后輸出到直流母線上，它的輸出功率會(huì)根據(jù)設(shè)定的電壓閾值、當(dāng)前的直流母線電壓和儲(chǔ)能電池的放電特性進(jìn)行調(diào)整， 當(dāng)儲(chǔ)能電池充電時(shí)，直流母線上的直流電輸入到雙向DC/DC變換裝置中，經(jīng)過直流電壓變換后輸入到儲(chǔ)能電池上向儲(chǔ)能電池充電，它的充電功率根據(jù)設(shè)定的電壓閾值、當(dāng)前直流母線電壓以及儲(chǔ)能電池的充電特性進(jìn)行調(diào)整。超級(jí)電容直接接入直流母線，它可以快速的充放電，當(dāng)直流母線電壓升高高時(shí)超級(jí)電容可快速充電，當(dāng)直流母線電壓降低時(shí)超級(jí)電容可以快速放電，主要用于緩沖直流母線上的各個(gè)設(shè)備功率調(diào)整所帶來的直流電壓波動(dòng)幅度和波動(dòng)頻率，使直流母線上的設(shè)備減少了功率調(diào)整次數(shù)，也使它們有足夠的時(shí)間進(jìn)行功率調(diào)整，也使雙向逆變器能快速地、更大幅度地響應(yīng)負(fù)荷功率變化。雙向逆變器一邊接直流母線，另一邊接交流母線，當(dāng)雙向逆變器作為直流母線上的用電設(shè)備時(shí)，直流母線上的直流電輸入到逆變器中經(jīng)逆變后輸出到交流母線上；當(dāng)雙向逆變器作為直流母線上的發(fā)電設(shè)備時(shí)，交流母線上的交流電輸入到逆變器中經(jīng)變換成直流電后輸出到直流母線上供儲(chǔ)能電池充電。雙向逆變器的功率同樣是根據(jù)設(shè)定的電壓閾值和直流母線電壓進(jìn)行調(diào)整。交流母線的交流電輸入到用電控制柜，從用電控制柜出來后向各個(gè)負(fù)荷供電，直流母線接入用電控制柜供電用點(diǎn)柜采集采集直流母線的電壓。在微網(wǎng)狀態(tài)下用電控制柜根據(jù)直流母線上的電壓切斷部分優(yōu)先級(jí)低的負(fù)荷。
交流母線通過微網(wǎng)并網(wǎng)開關(guān)接入公共電網(wǎng)，當(dāng)公共電網(wǎng)電網(wǎng)因異常停電時(shí)，并網(wǎng)開關(guān)可以切斷分布式電源與公共電網(wǎng)的連接進(jìn)入微電網(wǎng)獨(dú)立發(fā)電狀態(tài)，使用戶在公共電網(wǎng)停電時(shí)仍然能夠正常用電。在控制直流輸出電壓方面一般的做法都是穩(wěn)定直流輸出電壓，在這里我們引入允許輸出電壓在一定范圍內(nèi)隨負(fù)載發(fā)生變化的方法。給每個(gè)電源賦予不同的電壓閾值，不同的電壓閾值代表不同的優(yōu)先級(jí)。對(duì)于發(fā)電設(shè)備，當(dāng)直流母線電壓高于該閾值時(shí)處于該閾值的電源就要根據(jù)算法隨電壓升高逐漸減小發(fā)電功率直至退出運(yùn)行，反之低于該閾值時(shí)就要依據(jù)算法隨電壓降低逐漸增大發(fā)電功率直至最大功率。對(duì)于用電設(shè)備(逆變器和儲(chǔ)能電池充電相對(duì)于直流母線就是用電設(shè)備)，當(dāng)直流母線電壓低于該閾值時(shí)處于該閾值的設(shè)備就要隨電壓降低逐漸減小輸出功率直至退出運(yùn)行，反之高于于該閾值時(shí)隨電壓升高逐漸增大輸出功率直至最大功率。如圖2依據(jù)本發(fā)明的方法的自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制原理圖所示。直流母線的穩(wěn)定輸出電壓為400V，我們將光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的閾值設(shè)為400V， 儲(chǔ)能電池充電電壓閾值為380V，儲(chǔ)能電池放電電壓閾值為360V，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的電壓閾值為340V，逆變器電壓閾值為320V。當(dāng)直流母線電壓高于420V時(shí)那就是直流母線電壓過壓了，光伏和風(fēng)力退出運(yùn)行， 避免因過壓燒毀掛接在直流母線上的其他設(shè)備；當(dāng)電壓高于400V時(shí)光伏和風(fēng)力開始隨電壓升高減小發(fā)電功率直至退出運(yùn)行，當(dāng)電壓低于400V時(shí)光伏和風(fēng)力開始隨電壓減小逐漸增大發(fā)電功率直至最大發(fā)電功率。也就是說光伏和風(fēng)力發(fā)電處在發(fā)電側(cè)優(yōu)先等級(jí)是最高的，只有在直流母線電壓過壓的情況下才退出運(yùn)行。當(dāng)母線電壓低于直流母線允許的最低的電壓300V時(shí)，雙向逆變器才停止工作，也就是說逆變器處在用電側(cè)優(yōu)先等級(jí)是最高的， 如果是在微網(wǎng)狀態(tài)下還需切斷接入用電控制柜的部分優(yōu)先級(jí)低的負(fù)荷。當(dāng)電壓高于閾值380V時(shí)，說明光伏和風(fēng)力發(fā)電的電能足以滿足需求開始有富余了，此時(shí)儲(chǔ)能電池可以在高于閾值380V時(shí)開始轉(zhuǎn)入充電模式并隨電壓升高增大充電功率， 反之當(dāng)母線電壓低于閾值380V時(shí)說明電能開始出現(xiàn)不足了，儲(chǔ)能電池應(yīng)隨電壓降低減小充電功率直至退出充電模式。當(dāng)母線電壓低于閾值360V時(shí)說明光伏和風(fēng)力發(fā)電已不能滿足用電需求了，此時(shí)需要儲(chǔ)能電池投入發(fā)電補(bǔ)充電力；當(dāng)母線低于340V時(shí)說明在儲(chǔ)能電池投入發(fā)電仍不能滿足用電需求，此時(shí)需要燃?xì)廨啓C(jī)投入發(fā)電滿足用電需求。當(dāng)直流母線電壓低于閾值320V時(shí)，雙向逆變器開始降低逆變功率，如果是在微網(wǎng)狀態(tài)下用電控制柜相應(yīng)的切斷部分優(yōu)先級(jí)低的負(fù)荷以此來適應(yīng)逆變器交流輸出功率的的降低。當(dāng)直流母線電壓低于300V時(shí)雙向逆變器停止工作。從上面可以看出，在發(fā)電側(cè)光伏和風(fēng)力發(fā)電優(yōu)先等級(jí)最高，儲(chǔ)能發(fā)電次之，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電等級(jí)最低，而在用電側(cè)逆變器用電等級(jí)最高，儲(chǔ)能電池充電等級(jí)最低。上面這些電壓閾值的設(shè)定使得整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)先保障了逆變器的功率輸出。如果我們要優(yōu)先保障儲(chǔ)能電池充電，我們只需將逆變器和儲(chǔ)能電池的電壓閾值對(duì)調(diào)，這樣就變成了所有發(fā)電設(shè)備保障儲(chǔ)能電池的充電，只有在光伏和風(fēng)力電力充足的情況下才允許逆變器投入運(yùn)行。由此可見，通過可以設(shè)定各個(gè)設(shè)備不同的電壓閾值來改變它們?cè)谥绷髂妇€上的優(yōu)先級(jí)，從而改變整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式，同時(shí)也使得各個(gè)設(shè)備可以根據(jù)母線電壓和自身的電壓閾值來自行決定是否投入運(yùn)行和調(diào)節(jié)輸出功率。這就避免了通過協(xié)調(diào)控制管理設(shè)備來實(shí)時(shí)的協(xié)調(diào)控制各個(gè)設(shè)備的輸出功率。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化尤其在短時(shí)間內(nèi)變化較大時(shí)，比如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，逆變器實(shí)時(shí)做出輸出功率的調(diào)整以適應(yīng)負(fù)荷的變化，由于超級(jí)電容并聯(lián)在直流母線上，逆變器輸出功率的大幅度調(diào)整對(duì)直流母線上的電壓影響緩慢，同時(shí)也使得直流母線上的其他各個(gè)設(shè)備有充裕的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也減小了它們的調(diào)整次數(shù)和減小了因調(diào)整功率帶來的直流電壓來回頻繁波動(dòng)次數(shù)和幅度。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1. 一種基于直流母線電壓的分布式電源自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于包括(1)允許直流母線電壓上下浮動(dòng)對(duì)于直流母線結(jié)構(gòu)的分布式電源系統(tǒng)，放棄穩(wěn)定直流母線電壓的常規(guī)方法，允許直流母線電壓上下浮動(dòng)，使直流母線電壓真實(shí)的反映整個(gè)電力系統(tǒng)在當(dāng)前發(fā)電輸出功率下的負(fù)荷輕重情況，當(dāng)負(fù)荷輕的時(shí)候直流母線電壓高，負(fù)荷重的時(shí)候直流母線電壓低；(2)將各類設(shè)備進(jìn)行分類直流母線上連接的設(shè)備包括光伏電池、儲(chǔ)能電池、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙向儲(chǔ)能逆變器，其中將向直流母線供電的設(shè)備定義為發(fā)電設(shè)備，將從直流母線取電的設(shè)備定義為用電設(shè)備；其中儲(chǔ)能電池和雙向逆變器向直流母線供電時(shí)是發(fā)電設(shè)備，從直流母線上取電時(shí)是用電設(shè)備；(3)以電壓閾值來劃分上述各個(gè)設(shè)備優(yōu)先的等級(jí)給所述直流母線上連接的各個(gè)設(shè)備分配不同的電壓閾值，不同的電壓閾值代表不同的優(yōu)先等級(jí)；分配的用電設(shè)備的電壓閾值越低代表用電設(shè)備的優(yōu)先等級(jí)越高；當(dāng)直流母線的電壓高于用電設(shè)備設(shè)定的電壓閾值時(shí)， 所述用電設(shè)備隨直流母線的電壓升高逐漸增大功率直到最大功率，當(dāng)直流母線的電壓低于用電設(shè)備設(shè)定的電壓閾值時(shí)，所述用電設(shè)備隨電壓降低逐漸減小功率直至停止工作；與用電設(shè)備相反，發(fā)電設(shè)備所設(shè)定的電壓閾值越高代表發(fā)電設(shè)備的優(yōu)先等級(jí)越高，當(dāng)直流母線電壓高于設(shè)定的電壓閾值時(shí)，發(fā)電設(shè)備隨電壓升高逐漸減小發(fā)電功率直到停止工作，當(dāng)電壓低于設(shè)定的電壓閾值時(shí)，發(fā)電設(shè)備隨電壓降低逐漸增大發(fā)電功率直至最大輸出功率；儲(chǔ)能電池和雙向逆變器都設(shè)定兩個(gè)閾值，一個(gè)是當(dāng)作發(fā)電設(shè)備向直流母線供電時(shí)的發(fā)電電壓閾值，另一個(gè)是當(dāng)作用電設(shè)備的用電電壓閾值；(4)通過改變各個(gè)設(shè)備的電壓閾值來改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式如果需要改變整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式，集中協(xié)調(diào)管理各個(gè)設(shè)備，則只需要改變各個(gè)設(shè)備的電壓閾值，各個(gè)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流母線的電壓，將直流母線電壓跟預(yù)設(shè)的電壓閾值進(jìn)行比較，以此來決定是否投入工作還是退出運(yùn)行和自適應(yīng)的調(diào)整運(yùn)行功率的大??；集中協(xié)調(diào)管理各個(gè)設(shè)備在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中不需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的電源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于直流母線電壓的分布式電源自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制方法。允許直流母線電壓浮動(dòng)，直流母線上的各個(gè)設(shè)備根據(jù)直流母線電壓和設(shè)備內(nèi)預(yù)設(shè)的電壓閾值自適應(yīng)調(diào)整運(yùn)行功率，以此來減小對(duì)集中協(xié)調(diào)管理設(shè)備的依賴，增強(qiáng)分布式電源中各個(gè)設(shè)備的獨(dú)立性，達(dá)到各個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)即插即用的目的。
文檔編號(hào)H02J1/00GK102437566SQ20111031431
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者田世明 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院