專利名稱：一種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，具體涉及ー種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的大容量火力發(fā)電相比，微網(wǎng)中存在一次能源的波動性(如風(fēng)能、太陽能)和二次能源動態(tài)分配中的雙向流動性(如微網(wǎng)與大電網(wǎng)之間能量的雙向流動、儲能單元母線上能量的雙向流動等)。此外，微網(wǎng)中各分布式電源與負荷的能量傳輸、使用形式及反映速度也存在差異性，還存在輸入能源(如風(fēng)能、太陽能)的相關(guān)性和輸出能源(供電)的相關(guān)性等特點。所有這些特性更增加了微網(wǎng)運行及能量傳輸及使用的復(fù)雜性。 微電網(wǎng)中同時含有發(fā)電單元輸出功率與負荷功率2組不相關(guān)隨機變量，同時含有交直流兩種能量傳輸形式，微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)需要頻繁通過交直流變換形式吸收(發(fā)出)有功功率以維持微網(wǎng)的穩(wěn)定運行，這對微網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性，能量利用率以及儲能的工作狀況和壽命產(chǎn)生了較大的負面影響。因此，如何設(shè)計出一種適用于微電網(wǎng)的能量高效轉(zhuǎn)化、傳輸、儲存、利用的交直流混合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微電網(wǎng)的高效率協(xié)調(diào)控制，同時提高儲能的靈活性與實用性，是微電網(wǎng)需要解決的核心關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供ー種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，本發(fā)明提供的方案用于將多種分布式新能源、交直流負荷、儲能裝置等通過電カ電子裝置和微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接起來構(gòu)成獨立運行的微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)適應(yīng)用戶不同的用電需求，實現(xiàn)了交直流供電，為負荷提供可靠的電力供應(yīng)。該系統(tǒng)有利于交直流混合微網(wǎng)的設(shè)計、控制、運行、維護，其控制方法有效提高微電網(wǎng)的供電可靠性、經(jīng)濟性、高效性。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的—種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng),其改進之處在于,所述微電網(wǎng)系統(tǒng)包括交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)；所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的交流接ロ連接在微電網(wǎng)交流母線上；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流接ロ連接在微電網(wǎng)直流母線上。優(yōu)選的，所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括電壓節(jié)點、發(fā)電機組、交流電機、交流負荷、分布式新能源發(fā)電單元I、移動式儲能系統(tǒng)I、儲能系統(tǒng)I、備用電源和整流逆變裝置I;所述電壓節(jié)點的交流接ロ、發(fā)電機組的交流接ロ、交流電機的交流接ロ、交流負荷的交流接ロ、分布式新能源發(fā)電裝置I的交流接ロ、移動式儲能系統(tǒng)I的交流接ロ、儲能系統(tǒng)I的交流接ロ、備用電源的交流接口和整流逆變裝置I的交流接ロ分別接入微電網(wǎng)交流母線上；所述微電網(wǎng)交流母線連接至交流電網(wǎng)。較優(yōu)選的，所述發(fā)電機組包括柴油發(fā)電機組或燃氣發(fā)電機組。
較優(yōu)選的，所述分布式新能源發(fā)電單元I包括風(fēng)カ發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置。較優(yōu)選的，所述移動式儲能系統(tǒng)I包括電動汽車充電站、電動汽車充電樁和移動式電能存儲系統(tǒng)。較優(yōu)選的，所述儲能系統(tǒng)I包括第一儲能裝置、第二儲能裝置和第三儲能裝置；所述第一儲能裝置為電化學(xué)儲能裝置；所述第二儲能裝置為電磁儲能裝置；所述第三儲能裝置為物理儲能。較優(yōu)選的，所述電化學(xué)儲能裝置采用鉛酸電池、鋰系電池、鎳系電池、鈉系電池或液流電池；所述電磁儲能裝置采用超級電容儲能；所述物理儲能為飛輪儲能。較優(yōu)選的，所述整流逆變裝置I包括雙向DC-DC整流器和雙向DC-AC變流器。優(yōu)選的，所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括直流電機、直流負荷、分布式新能源發(fā)電單元2、移動式儲能系統(tǒng)2、儲能系統(tǒng)2備用電源和整流逆變裝置2 ;所述直流電機的直流接ロ、直流負荷的直流接ロ、分布式新能源發(fā)電單元2的直流接ロ、移動式儲能系統(tǒng)2的直流接ロ、儲能系統(tǒng)2的直流接ロ、備用電源的直流接口和整流逆變裝置2的直流接ロ分別接入微電網(wǎng)直流母線上；所述微電網(wǎng)直流母線連接至直流配電網(wǎng)。較優(yōu)選的，所述分布式新能源發(fā)電單元2包括風(fēng)カ發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置。較優(yōu)選的，所述移動式儲能系統(tǒng)2包括電動汽車充電站、電動汽車充電樁和移動式電能存儲系統(tǒng)。較優(yōu)選的，所述儲能系統(tǒng)2包括電網(wǎng)接入裝置；所述電網(wǎng)接入裝置為雙向DC-AC變流器。較優(yōu)選的，所述整流逆變裝置2包括雙向DC-DC變流器和雙向DC-AC逆變器。優(yōu)選的，所述微電網(wǎng)系統(tǒng)包括電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)、光伏逆變器和儲能逆變器；所述電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元配置于大電網(wǎng)的連接點、分布式新能源發(fā)電單元I、2 ;移動式儲能系統(tǒng)1、2 ;儲能系統(tǒng)1、2 ;備用電源和整流逆變裝置1、2的接入點，實現(xiàn)所在接入點電能質(zhì)量的監(jiān)測和處理；所述微電網(wǎng)控制系統(tǒng)分別與所述電壓節(jié)點、發(fā)電機組、交流電機、直流電機、交流負荷、直流負荷、分布式新能源發(fā)電單元1、2 ;移動式儲能系統(tǒng)1、2 ;儲能系統(tǒng)1、2 ;備用電源和整流逆變裝置1、2以及電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元連接，實現(xiàn)交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和能量管理；所述光伏逆變器分別與所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)連接；所述儲能逆變器分別與所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)連接。本發(fā)明基于另一目的提供的ー種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟A、判斷第一能量交換通道是否正常工作；B、第一能量交換通道出現(xiàn)異常，啟用第二能量交換通道；C、第二能量交換通道出現(xiàn)異常或第一、第二能量交換通道正常，但交直流能量交、換數(shù)值功率大且持續(xù)時間長(功率大且持續(xù)時間長指的是超過第一第二能量交換通道接ロ裝置總功率的90%，持續(xù)工作時間超過15分鐘)，啟用第三能量交換通道；D、所述第一、第二能量交換通道出現(xiàn)異常，或第一、第二、第三能量交換通道正常，但交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長(功率大且持續(xù)時間長指的是超過第一、第二、第三能量交換通道接口裝置總功率的90%，持續(xù)工作時間超過60分鐘)，則啟用第四能量交換通道或備用電源；E、所述微電網(wǎng)交直流能量交換電量與功率降低，則依次關(guān)閉備用電源、第四、第三和第二能量交換通道，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)或冷備用狀態(tài)(冷備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換到正常工作狀態(tài)時間大于20ms)，直至第一能量交換通道轉(zhuǎn)入熱備用狀態(tài)(熱備用狀態(tài)指的是轉(zhuǎn)換到正常エ作狀態(tài)時間小于20ms)。
優(yōu)選的，所述步驟A中，所述第一能量交換通道包括儲能系統(tǒng)I和儲能系統(tǒng)2的雙向DC-AC變流器；所述第一能量交換通道為長期穩(wěn)定通道，工作于熱備用狀態(tài)(熱備用狀態(tài)指的是轉(zhuǎn)換到正常工作狀態(tài)時間小于20ms)。優(yōu)選的，所述交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)正常工作，所述第一能量交換通道作為熱備用實現(xiàn)交、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)能量變換和存儲以及頻率、電壓穩(wěn)定。優(yōu)選的，所述步驟B中，所述第二能量交換通道包括分布式新能源發(fā)電單元I的風(fēng)力發(fā)電機的直流側(cè)接口和分布式新能源發(fā)電單元2光伏發(fā)電系統(tǒng)的雙向DC-DC變流器的直流側(cè)接ロ ；所述第二能量交換通道為長期熱備用通道。優(yōu)選的，所述步驟B中，所述第一能量交換通道出現(xiàn)異常，或交直流能量變換頻繁，或儲能系統(tǒng)異?；騼δ芟到y(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC接近上下限，則啟用第二能量交換通道；所述儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC的上下限分別為SOC彡80%和SOC彡20%。優(yōu)選的，所述步驟C中，所述第三能量交換通道包括交流電機和直流電機；所述第三能量交換通道為長期冷備用通道。優(yōu)選的，所述步驟C中，所述第二能量交換通道出現(xiàn)異?；螂p向DC-DC變流器的エ作功率接近上下限，或交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長(功率大且持續(xù)時間長指的是超過第一第二能量交換通道接口裝置總功率的90%，持續(xù)工作時間超過15分鐘)，或儲能系統(tǒng)異?；騼δ芟到y(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC接近上下限，則啟用第三能量交換通道；或所述第一、第二能量交換通道同時出現(xiàn)異常，或第一、第二能量交換通道正常，但交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長(功率大且持續(xù)時間長指的是超過第一、第二、第三能量交換通道接口裝置總功率的90%，持續(xù)工作時間超過60分鐘)，則啟用第三能量交換通道；所述雙向DC-DC變流器的工作功率的上下限分別為彡90%額定功率和彡10%額定功率。優(yōu)選的，所述步驟D中，所述第四能量交換通道包括移動式儲能系統(tǒng)I和移動式儲能系統(tǒng)2 ;所述第四能量交換通道為長期單向工作通道。優(yōu)選的，所述步驟D中，所述第一、第二能量交換通道出現(xiàn)異常，或第一、第二、第三能量交換通道正常，但交直流能量交換數(shù)值大且頻繁，則同時啟用第四能量交換通道；在啟動兩個以上能量交換通道的同時，若交直流微電網(wǎng)存在功率和能量不足或預(yù)期不足(預(yù)期不足指的是通過分析微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的發(fā)電預(yù)測和負荷預(yù)測，可知目前的工作形式不足以長時間保持交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)功率和能量平衡)，則啟用所述備用電源。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是I、本發(fā)明提出的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)能夠最大限度的實現(xiàn)分布式新能源系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和移動式儲能系統(tǒng)的“即插即用”，實現(xiàn)了靈活組網(wǎng)和穩(wěn)定運行，多能量通道的建立有效解決了微電網(wǎng)內(nèi)多個能量轉(zhuǎn)化、傳輸、儲存、利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制，實現(xiàn)了聯(lián)合安全運行，有效提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)和大電網(wǎng)的運行可靠性。2、本發(fā)明提出的交直流混合微電網(wǎng)控制方法實現(xiàn)了微電網(wǎng)的高效率協(xié)調(diào)控制與能量管理，多能量通道的控制方法能夠有效提高分布式新能源系統(tǒng)的發(fā)電效率，儲能系統(tǒng)的運行效率、安全性和使用壽命，實現(xiàn)了設(shè)備的高效利用和安全友好接入大電網(wǎng)，有效提高交直流混合微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。


圖I是本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備側(cè)q軸有功功率控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備側(cè)d軸無功功率控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)q軸有功功率控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)d軸無功功率控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明提供的具體實施例I的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明提供的具體實施例2的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)控制方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進ー步的詳細說明。本發(fā)明在于提供ー種含交直流供電形式的混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，充分利用可在生能源發(fā)電、儲能系統(tǒng)的時空互補性和能量形式互補性，實現(xiàn)能量靈活流動，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，經(jīng)濟性，為用戶提供高效、穩(wěn)定、安全、優(yōu)價的綠色電力，實現(xiàn)新能源和儲能系統(tǒng)的高效利用。如圖I所示，圖I是本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該微電網(wǎng)系統(tǒng)包括交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)；交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的交流接ロ連接在微電網(wǎng)交流母線上；直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流接ロ連接在微電網(wǎng)直流母線上。交流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括電壓節(jié)點、發(fā)電機組、交流電機、交流負荷、分布式新能源發(fā)電單元I、移動式儲能系統(tǒng)I、儲能系統(tǒng)I、備用電源和整流逆變裝置I ;所述電壓節(jié)點的交流接ロ、發(fā)電機組的交流接ロ、交流電機的交流接ロ、交流負荷的交流接ロ、分布式新能源發(fā)電裝置I的交流接ロ、移動式儲能系統(tǒng)I的交流接ロ、儲能系統(tǒng)I的交流接ロ、備用電源的交流接口和整流逆變裝置I的交流接ロ分別接入微電網(wǎng)交流母線上；微電網(wǎng)交流母線連接至交流電網(wǎng)。發(fā)電機組包括柴油發(fā)電機組或燃氣發(fā)電機組。分布式新能源發(fā)電單元I包括風(fēng)カ發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置。移動式儲能系統(tǒng)I包括電動汽車充電站、電動汽車充電樁和移動式電能存儲系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)I包括第一儲能裝置、第二儲能裝置和第三儲能裝置；第一儲能裝置為電化學(xué)儲能裝置；第二儲能裝置為電磁儲能裝置；第三儲能裝置為物理儲能。電化學(xué)儲能裝置采用鉛酸電池、鋰系電池、鎳系電池、鈉系電池或液流電池；電磁儲能裝置采用超級電容儲能；物理儲能為飛輪儲能。整流逆變裝置I包括雙向DC-DC整流器和雙向DC-AC變流器。直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括直流電機、直流負荷、分布式新能源發(fā)電單元2、移動式儲能系統(tǒng)2、儲能系統(tǒng)2備用電源和整流逆變裝置2 ;直流電機的直流接ロ、直流負荷的直流接ロ、分布式新能源發(fā)電單元2的直流接ロ、移動式儲能系統(tǒng)2的直流接ロ、儲能系統(tǒng)2的直流接ロ、備用電源的直流接口和整流逆變裝置2的直流接ロ分別接入微電網(wǎng)直流母線上；微電網(wǎng)直流母線連接至直流配電網(wǎng)。 分布式新能源發(fā)電單元2包括風(fēng)カ發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置。移動式儲能系統(tǒng)2包括電動汽車充電站、電動汽車充電樁和移動式電能存儲系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)2包括電網(wǎng)接入裝置；電網(wǎng)接入裝置為雙向DC-AC變流器。整流逆變裝置2包括雙向DC-DC變流器和雙向DC-AC逆變器。微電網(wǎng)系統(tǒng)包括電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)、光伏逆變器和儲能逆變器；電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元配置于大電網(wǎng)的連接點、分布式新能源發(fā)電單元1、2 ;移動式儲能系統(tǒng)1、2 ;儲能系統(tǒng)1、2 ;備用電源和整流逆變裝置1、2的接入點，實現(xiàn)所在點電能質(zhì)量(電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率)的監(jiān)測和快速處理，包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變(諧波)、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性，電能質(zhì)量治理一般與儲能系統(tǒng)協(xié)同運作，實現(xiàn)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。微電網(wǎng)控制系統(tǒng)分別與所述電壓節(jié)點、發(fā)電機組、交流電機、直流電機、交流負荷、直流負荷、分布式新能源發(fā)電單元1、2 ;移動式儲能系統(tǒng)1、2 ;儲能系統(tǒng)1、2 ;備用電源和整流逆變裝置1、2以及電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元連接，相對于上述設(shè)備層，處于微電網(wǎng)控制系統(tǒng)控制層；在信息通信的基礎(chǔ)上，對上述設(shè)備進行有效監(jiān)測、計量、控制與高效計算、分祈、管理，實現(xiàn)混合微電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行。光伏逆變器包括ー種分布式新能源發(fā)電單元的交流接口和直流接ロ ；分別接入交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)連接；儲能逆變器包括儲能系統(tǒng)的交流接口和直流接ロ ；分別接入交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)連接。本發(fā)明還提供了ー種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，如圖7所示，圖7是本發(fā)明提供的具體實施例2的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)控制方法的流程圖，該方法包括下述步驟A、判斷第一能量交換通道是否正常工作第一能量交換通道包括儲能系統(tǒng)I和儲能系統(tǒng)2的雙向DC-AC變流器；所述第一能量交換通道為長期穩(wěn)定通道，工作于熱備用狀態(tài)。
在微網(wǎng)控制系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制下，微電網(wǎng)系統(tǒng)正常工作，交直流部分能量轉(zhuǎn)換、傳輸、分配、使用正常，第一能量交換通道作為熱備用，連接交直流微網(wǎng)，可快速實現(xiàn)交直流能量變換和存儲，實現(xiàn)交、直流微網(wǎng)系統(tǒng)的頻率、電壓穩(wěn)定。B、第一能量交換通道 出現(xiàn)異常，啟用第二能量交換通道第二能量交換通道包括分布式新能源發(fā)電單元I的風(fēng)カ發(fā)電機的直流側(cè)接口和分布式新能源發(fā)電單元2光伏發(fā)電系統(tǒng)的雙向DC-DC變流器的直流側(cè)接ロ ；第二能量交換通道為長期熱備用通道。第一能量交換通道出現(xiàn)異常，或交直流能量變換頻繁，或儲能系統(tǒng)異?；騼δ芟到y(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC接近上下限，則啟用第二能量交換通道，光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變并網(wǎng)能量進行交直流分配，或減小光伏發(fā)電系統(tǒng)能量進入微電網(wǎng)系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC的上下限分別為SOC彡80%和SOC ( 20%。C、第二能量交換通道出現(xiàn)異?；虻谝?、第二能量交換通道正常，但交直流能量交換數(shù)值功率大且持續(xù)時間長，啟用第三能量交換通道第三能量交換通道包括交流電機和直流電機；第三能量交換通道為長期冷備用通道。第二能量交換通道出現(xiàn)異?；螂p向DC-DC變流器的工作功率接近上下限，或交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長，或儲能系統(tǒng)異?；騼δ芟到y(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC接近上下限，則啟用第三能量交換通道；或第一、第二能量交換通道同時出現(xiàn)異常，或第一、第二能量交換通道正常，但交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長，則啟用第三能量交換通道；交直流電機對交直流能量進行分配，協(xié)調(diào)配合第一、第二能量交換通道；雙向DC-DC變流器的工作功率的上下限分別為彡90%額定功率和彡10%額定功率。D、第一、第二能量交換通道出現(xiàn)異常，或第一、第二、第三能量交換通道正常，但交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長，則啟用第四能量交換通道或備用電源第四能量交換通道包括移動式儲能系統(tǒng)I和移動式儲能系統(tǒng)2 ;第四能量交換通道為長期單向工作通道。第一第二能量交換通道出現(xiàn)異常，或第一、第二、第三能量交換通道正常，但交直流能量交換數(shù)值大且頻繁，則同時啟用第四能量交換通道；第四能量交換通道應(yīng)綜合考慮大電網(wǎng)、移動儲能裝置和微電網(wǎng)綜合效益，在啟動兩個以上能量通道的同時在，若交直流微電網(wǎng)存在功率和能量不足或預(yù)期不足(預(yù)期不足指的是通過分析微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的發(fā)電預(yù)測和負荷預(yù)測，可知目前的工作形式不足以長時間保持交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)功率和能量平衡)，則啟用所述備用電源。第四能量交換通道在移動儲能裝置時間需求性不高的前提下，可部分等同于第一能量交換通道，實現(xiàn)交直流能量交換。微電網(wǎng)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制多能量轉(zhuǎn)換通道的優(yōu)化穩(wěn)定運行，實現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理和綜合協(xié)調(diào)運行的實現(xiàn)，同時電能質(zhì)量監(jiān)測和治理單元要實時監(jiān)控與調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)換過程的交直流混合微網(wǎng)的電能質(zhì)量保持在很好的水平。E、微電網(wǎng)交直流能量交換電量與功率降低，則依次關(guān)閉備用電源、第四、第三和第ニ能量交換通道，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)或冷備用狀態(tài)，直至第一能量交換通道轉(zhuǎn)入熱備用狀態(tài)。
儲能系統(tǒng)利用超級電容器將能量以電場能的形式儲存起來，當(dāng)能量緊急缺乏或需要吋。再將存儲的能量通過控制單元釋放出來，準(zhǔn)確快速補償系統(tǒng)所需的有功和無功，實現(xiàn)微網(wǎng)電量的平衡與穩(wěn)定控制。儲能系統(tǒng)利用飛輪儲能將能量以物理能的形式儲存起來，當(dāng)大電網(wǎng)停電或劇烈波動時，實時將存儲的能量通過慣性釋放出來，保持系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定。如圖2-5所示，分別為本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)有功和無功功率控制的結(jié)構(gòu)示意圖。分別說明了交直流混合微電網(wǎng)電源側(cè)和裝置側(cè)的電壓、電流控制與分析的基本模式，在微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的統(tǒng)ー控制下實現(xiàn)有功和無功以及功率和能量的精確調(diào)節(jié)和控制。 如圖6所示，圖6是本發(fā)明提供的具體實施例I的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)對于電カ電子元件的節(jié)約、分布式能源的控制、用戶供電質(zhì)量的提高、降低用電能耗等方面較交流微電網(wǎng)更具有優(yōu)勢。本發(fā)明采取有效的穩(wěn)定電壓控制方式，實現(xiàn)直流微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定與可靠供電；即使在孤島運行時，也能保證對用戶的可靠供電和能量優(yōu)化配置。通過控制雙向DC / DC整流器實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)充放電過程的優(yōu)化控制，實現(xiàn)多種形式的混合儲能，有效接納移動式儲能，可以避免蓄電池単獨儲能時的容量浪費，提高儲能的功率輸出能力，減少儲能系統(tǒng)的充放電次數(shù)，延長儲能電池使用壽命，提高儲能的技術(shù)經(jīng)濟性。通過控制雙向DC / AC變流器實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)充放電功率的優(yōu)化控制，利用對各種儲能電池平臺特性的掌握，有效穩(wěn)定直流母線電壓，可以避免直流母線電壓波動，提高儲能系統(tǒng)和微網(wǎng)的直流母線的穩(wěn)定性。通過雙向DC / DC整流器和雙向DC / AC變流器的監(jiān)測和協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)分布式新能源的高效供電和對儲能系統(tǒng)，以及移動式儲能系統(tǒng)的高效率充放電控制，實現(xiàn)對整個分布式新能源和儲能系統(tǒng)的優(yōu)化控制，有效提高分布式新能源的利用效率。通過雙向DC / DC整流器和雙向DC / AC變流器以及不同負荷的監(jiān)測和聯(lián)合協(xié)調(diào)控制，同時實現(xiàn)分布式新能源的有效供電和對儲能系統(tǒng)，以及移動式儲能系統(tǒng)的充放電控制，實現(xiàn)對整個微電網(wǎng)能量的優(yōu)化控制，有效提高微電網(wǎng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟性。通過雙向DC / DC整流器實現(xiàn)直流低壓側(cè)儲能系統(tǒng)與直流高壓側(cè)之間的能量轉(zhuǎn)換，DC / DC整流器的控制目標(biāo)不僅實現(xiàn)維持微電網(wǎng)直流母線電壓恒定，同時還須滿足儲能系統(tǒng)的功率和性能限制。采用最大功率跟蹤法以保證風(fēng)能和光能的最大利用率，且在并網(wǎng)模式下盡可能少的利用來自大電網(wǎng)的電能；同時為了提高風(fēng)電和光伏并網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，減少功率波動對電網(wǎng)的影響，在風(fēng)電和光伏的出口處配置容量和功率合適的儲能系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)不但可以有效地調(diào)節(jié)并網(wǎng)功率，保證并網(wǎng)點的電能質(zhì)量，而且能在微電網(wǎng)孤島運行時吸收或補給風(fēng)、光互補后的功率，為系統(tǒng)提供必要的電壓和頻率參考，保證重要負荷的供電可靠性?；诜植际叫履茉吹牡刃ё韬迹治銎涔β蕚鬏斕匦?，在進行控制器設(shè)計吋，降低電壓控制器的比例參數(shù)，提高積分參數(shù)，保證線路的阻抗特性為感性，并根據(jù)功率傳輸特性設(shè)計功率控制器，使微電網(wǎng)能夠更好的實現(xiàn)穩(wěn)定高效運行。
本發(fā)明提供的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，高效實現(xiàn)分布式新能源的高效應(yīng)用；有效兼容了各種儲能系統(tǒng)及移動式儲能系統(tǒng)，提高了微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的使用效率和使用壽命；交直流混合供電功能，最大程度減少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，有效提高能量利用率；實現(xiàn)了微網(wǎng)的電量和功率的平衡，減 少了對電網(wǎng)的影響。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.ー種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網(wǎng)系統(tǒng)包括交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)；所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的交流接ロ連接在微電網(wǎng)交流母線上；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流接ロ連接在微電網(wǎng)直流母線上。
2.如權(quán)利要求I所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括電壓節(jié)點、發(fā)電機組、交流電機、交流負荷、分布式新能源發(fā)電單元(I)、移動式儲能系統(tǒng)(I)、儲能系統(tǒng)(I)、備用電源和整流逆變裝置(I);所述電壓節(jié)點的交流接ロ、發(fā)電機組的交流接ロ、交流電機的交流接ロ、交流負荷的交流接ロ、分布式新能源發(fā)電裝置(I)的交流接ロ、移動式儲能系統(tǒng)(I)的交流接ロ、儲能系統(tǒng)(I)的交流接ロ、備用電源的交流接ロ和整流逆變裝置(I)的交流接ロ分別接入微電 網(wǎng)交流母線上；所述微電網(wǎng)交流母線連接至交流電網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機組包括柴油發(fā)電機組或燃氣發(fā)電機組。
4.如權(quán)利要求2所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述分布式新能源發(fā)電單元(I)包括風(fēng)カ發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置。
5.如權(quán)利要求2所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述移動式儲能系統(tǒng)(1)包括電動汽車充電站、電動汽車充電樁和移動式電能存儲系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求2所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)(I)包括第一儲能裝置、第二儲能裝置和第三儲能裝置；所述第一儲能裝置為電化學(xué)儲能裝置；所述第二儲能裝置為電磁儲能裝置；所述第三儲能裝置為物理儲能。
7.如權(quán)利要求6所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述電化學(xué)儲能裝置采用鉛酸電池、鋰系電池、鎳系電池、鈉系電池或液流電池；所述電磁儲能裝置采用超級電容儲能；所述物理儲能為飛輪儲能。
8.如權(quán)利要求2所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述整流逆變裝置(I)包括雙向DC-DC整流器和雙向DC-AC變流器。
9.如權(quán)利要求I所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括直流電機、直流負荷、分布式新能源發(fā)電單元(2)、移動式儲能系統(tǒng)(2)、儲能系統(tǒng)(2)備用電源和整流逆變裝置(2);所述直流電機的直流接ロ、直流負荷的直流接ロ、分布式新能源發(fā)電單元(2 )的直流接ロ、移動式儲能系統(tǒng)(2 )的直流接ロ、儲能系統(tǒng)(2 )的直流接ロ、備用電源的直流接口和整流逆變裝置(2)的直流接ロ分別接入微電網(wǎng)直流母線上； 所述微電網(wǎng)直流母線連接至直流配電網(wǎng)。
10.如權(quán)利要求9所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述分布式新能源發(fā)電單元(2)包括風(fēng)カ發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置。
11.如權(quán)利要求9所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述移動式儲能系統(tǒng)(2)包括電動汽車充電站、電動汽車充電樁和移動式電能存儲系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求9所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)(2)包括電網(wǎng)接入裝置；所述電網(wǎng)接入裝置為雙向DC-AC變流器。
13.如權(quán)利要求9所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述整流逆變裝置(2)包括雙向DC-DC變流器和雙向DC-AC逆變器。
14.如權(quán)利要求I所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網(wǎng)系統(tǒng)包括電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)、光伏逆變器和儲能逆變器； 所述電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元配置于大電網(wǎng)的連接點、分布式新能源發(fā)電單元(1、2)、移動式儲能系統(tǒng)(I、2)、儲能系統(tǒng)(I、2)、備用電源和整流逆變裝置(I、2)的接入點，實現(xiàn)所在接入點電能質(zhì)量的監(jiān)測和處理； 所述微電網(wǎng)控制系統(tǒng)分別與所述電壓節(jié)點、發(fā)電機組、交流電機、直流電機、交流負荷、直流負荷、分布式新能源發(fā)電單元(1、2)、移動式儲能系統(tǒng)(1、2)、儲能系統(tǒng)(1、2)、備用電源和整流逆變裝置(1、2)以及電能質(zhì)量監(jiān)測與治理單元連接，實現(xiàn)交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和能量管理； 所述光伏逆變器分別與所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)連接； 所述儲能逆變器分別與所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)連接。
15.ー種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 A、判斷第一能量交換通道是否正常工作； B、第一能量交換通道出現(xiàn)異常，啟用第二能量交換通道； C、第二能量交換通道出現(xiàn)異?；虻谝?、第二能量交換通道正常，但交直流能量交換數(shù)值功率大且持續(xù)時間長，啟用第三能量交換通道； D、所述第一、第二能量交換通道出現(xiàn)異常，或第一第二、第三能量交換通道正常，但交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長，則啟用第四能量交換通道或備用電源； E、所述微電網(wǎng)交直流能量交換電量與功率降低，則依次關(guān)閉備用電源、第四、第三和第ニ能量交換通道，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)或冷備用狀態(tài)，直至第一能量交換通道轉(zhuǎn)入熱備用狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟A中，所述第一能量交換通道包括儲能系統(tǒng)(I)和儲能系統(tǒng)(2)的雙向DC-AC變流器；所述第一能量交換通道為長期穩(wěn)定通道，工作于熱備用狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)正常工作，所述第一能量交換通道作為熱備用實現(xiàn)交、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)能量變換和存儲以及頻率、電壓穩(wěn)定。
18.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟B中，所述第二能量交換通道包括分布式新能源發(fā)電單元(I)的風(fēng)カ發(fā)電機的直流側(cè)接口和分布式新能源發(fā)電單元(2)光伏發(fā)電系統(tǒng)的雙向DC-DC變流器的直流側(cè)接ロ ；所述第ニ能量交換通道為長期熱備用通道。
19.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟B中，所述第一能量交換通道出現(xiàn)異常，或交直流能量變換頻繁，或儲能系統(tǒng)異?；騼δ芟到y(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC接近上下限，則啟用第二能量交換通道； 所述儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC的上下限分別為SOC彡80%和SOC彡20%。
20.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟C中，所述第三能量交換通道包括交流電機和直流電機；所述第三能量交換通道為長期冷備用通道。
21.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟C中，所述第二能量交換通道出現(xiàn)異常或雙向DC-DC變流器的工作功率接近上下限，或交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長，或儲能系統(tǒng)異常或儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC接近上下限，則啟用第三能量交換通道；或 所述第一、第二能量交換通道同時出現(xiàn)異常，或第一、第二能量交換通道正常，但交直流能量交換功率大且持續(xù)時間長，則啟用第三能量交換通道； 所述雙向DC-DC變流器的工作功率的上下限分別為> 90%額定功率和彡10%額定功率。
22.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟D中，所述第四能量交換通道包括移動式儲能系統(tǒng)(I)和移動式儲能系統(tǒng)(2);所述第四能量交換通道為長期單向工作通道。
23.如權(quán)利要求15所述的交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟D中，所述第一、第二能量交換通道出現(xiàn)異常，或第一第二、第三能量交換通道正常，但交直流能量交換數(shù)值大且頻繁，則同時啟用第四能量交換通道； 在啟動兩個以上能量交換通道的同時，若交直流微電網(wǎng)存在功率和能量不足或預(yù)期不足，則啟用所述備用電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，具體涉及一種交直流混合型微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法。該微電網(wǎng)系統(tǒng)包括交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)；所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的交流接口連接在微電網(wǎng)交流母線上；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流接口連接在微電網(wǎng)直流母線上。本發(fā)明提供的方案用于將多種分布式新能源、交直流負荷、儲能系統(tǒng)等通過電力電子裝置和微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接起來構(gòu)成獨立運行的微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)適應(yīng)用戶不同的用電需求，實現(xiàn)了交直流供電，為負荷提供可靠的電力供應(yīng)。該系統(tǒng)有利于交直流混合微網(wǎng)的設(shè)計、控制、運行、維護，其控制方法有效提高微電網(wǎng)的供電可靠性、經(jīng)濟性、高效性。
文檔編號H02J5/00GK102738836SQ20121021445
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者劉海濤, 吳鳴, 季宇, 李洋, 梁惠施, 蘇劍 申請人:中國電力科學(xué)研究院