一種用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002]本世紀(jì)初在國家送電到鄉(xiāng)及光明工程等項目資助下，一大批光伏獨立供電系統(tǒng)在我國西藏等無電但光照資源豐富的地區(qū)得到廣泛推廣。這種系統(tǒng)在一定程度上解決了當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒妴栴}，但是其不具備可擴(kuò)展性，且靈活性較差，當(dāng)負(fù)荷增加時不能滿足使用需求。隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，一種具備較大靈活性和可擴(kuò)展性的獨立微電網(wǎng)技術(shù)成為比獨立供電系統(tǒng)更有效的供電解決方案。
[0003]光儲微電網(wǎng)是指由分布式光伏發(fā)電、儲能蓄電池、儲能變流器(Power ControlSystem，PCS)、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)/配/用電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)。按照是否與常規(guī)電網(wǎng)連接，微電網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨立型微電網(wǎng)。光儲獨立微電網(wǎng)就是指不和常規(guī)電網(wǎng)相連接，利用自身的分布式光伏和蓄電池滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的長期供電需求。目前光儲獨立微電網(wǎng)一般采用交流母線技術(shù)實現(xiàn)分布式電源間的并聯(lián)運行，便于微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的接入，如圖1所示。
[0004]為提高獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的可靠性，增加系統(tǒng)設(shè)計的冗余，提高可再生能源的利用效率，在一些分布式發(fā)電資源較為分散的地區(qū)，多個小型微電網(wǎng)可以互聯(lián)形成一個較大規(guī)模的微電網(wǎng)。微電網(wǎng)互聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)各網(wǎng)之間的能量共享，同時通過更加靈活的控制，可實現(xiàn)能效的優(yōu)化，為用戶提供更加經(jīng)濟(jì)、可靠的電力。
[0005]傳統(tǒng)采用交流母線互聯(lián)的光儲微電網(wǎng)拓?fù)淙鐖D2所示，在互聯(lián)運行時通常有主從控制和對等控制兩種方法。
[0006]主從控制時，兩個微電網(wǎng)中的PCS必須有一個作為主要組網(wǎng)單元以電壓源形式運行，為兩個微電網(wǎng)內(nèi)的分布式電源和負(fù)載提供穩(wěn)定的交流電壓，另一個微電網(wǎng)中的PCS以電流源形式并聯(lián)運行。這種方案主要有三個問題，一是作為組網(wǎng)單元的PCS及儲能蓄電池容量必須足夠大，這使得系統(tǒng)設(shè)計初期的裕量過大，成本較高；二是單獨運行與互聯(lián)運行的功率調(diào)度方案存在較大區(qū)別，互聯(lián)運行時兩個能量管理系統(tǒng)需要通訊連接，實現(xiàn)信息共享，對能量管理系統(tǒng)軟件提出了較高要求；三是互聯(lián)運行后，會大大增加系統(tǒng)繼電保護(hù)的難度，子系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障可能會連累到整個系統(tǒng)的可靠供電。這種方案在互聯(lián)時實際上需要將兩個微電網(wǎng)合成一個，大大增加了系統(tǒng)初期設(shè)計的難度，不僅不能提高系統(tǒng)供電可靠性，反而會降低供電可靠性。
[0007]對等控制時，采用下垂控制原理，目的是在兩個系統(tǒng)互聯(lián)運行時，兩個PCS共同決定交流母線電壓。下垂控制的原理是來自于同步發(fā)電機(jī)，根據(jù)有功與頻率成正比，無功和電壓成正比的原理，在檢測到頻率降低時增加有功輸出，電壓降低時增加無功輸出，反之亦然。但是微電網(wǎng)與大型輸電網(wǎng)的線路參數(shù)有很大不同，受線路參數(shù)變化影響，下垂特性存在有功-頻率，無功-電壓和有功-電壓，無功-頻率的不確定性問題，加之多逆變器并聯(lián)后不可避免的諧波影響，給交流并聯(lián)系統(tǒng)帶來諸多不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種適用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)?。本發(fā)明光儲獨立微電網(wǎng)不僅可以單獨運行，同時可以較為方便的實現(xiàn)兩個甚至多個微電網(wǎng)的互聯(lián)運行。
[0009]本發(fā)明光儲獨立微電網(wǎng)主回路由儲能系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載并聯(lián)組成。儲能系統(tǒng)包括儲能蓄電池組、隔離開關(guān)、DC/DC變流器、互聯(lián)開關(guān)及DC/AC儲能變流器。儲能系統(tǒng)中的儲能蓄電池組的輸出連接隔離開關(guān)的一端，隔離開關(guān)的另一端與DC/DC變流器的輸入端連接，DC/DC變流器的輸出端與DC/AC儲能變流器的直流側(cè)相連，其連接線作為光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線，DC/AC儲能變流器的交流輸出是光儲獨立微電網(wǎng)交流母線。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以及負(fù)載與交流母線并聯(lián)。
[0010]本發(fā)明在儲能蓄電池輸出端串聯(lián)DC/DC變流器，通過DC/DC變流器將儲能蓄電池與儲能變流器隔開，增加了控制自由度。所述光儲獨立微電網(wǎng)獨立工作時，由DC/DC變流器控制其直流母線電壓，DC/AC儲能變流器控制其交流母線電壓。需要互聯(lián)時，將兩個本發(fā)明的光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線利用互聯(lián)開關(guān)連接。DC/DC變流器采用有功電壓下垂控制方法，當(dāng)互聯(lián)開關(guān)一端的電壓高于額定電壓時，說明該端微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的出力過剩，能量一方面流入該端微電網(wǎng)內(nèi)的儲能蓄電池組，另一方面通過互聯(lián)開關(guān)及連接電纜流入另一端的微電網(wǎng)。
[0011]本發(fā)明的效果:
[0012]1)采用直流互聯(lián)的方案，由于直流電壓與有功功率有清晰的下垂工作特性，下垂控制實現(xiàn)簡單，使得兩個微電網(wǎng)的互聯(lián)更加簡單易行，減少了系統(tǒng)設(shè)計和運行控制的難度。
[0013]2)采用對等控制的下垂工作原理，減少了不同微電網(wǎng)的耦合度，一定程度上實現(xiàn)了不同系統(tǒng)的即插即用，方便了用戶使用。
[0014]3)本發(fā)明實現(xiàn)了不同微電網(wǎng)內(nèi)可再生能源的共享，減少了棄光，不僅提高了能量利用率，同時提高了系統(tǒng)供電可靠性，是一種微電網(wǎng)互聯(lián)較優(yōu)的解決方案。
[0015]4)采用直流互聯(lián)的新方案還省去了電網(wǎng)同步過程，同時不會增加系統(tǒng)諧波。
【附圖說明】
[0016]圖1是傳統(tǒng)光儲獨立微電網(wǎng)主回路拓?fù)涫疽鈭D；
[0017]圖2是傳統(tǒng)光儲獨立微電網(wǎng)主回路互聯(lián)拓?fù)涫疽鈭D；
[0018]圖3是本發(fā)明光儲獨立微電網(wǎng)主回路拓?fù)涫疽鈭D；
[0019]圖4是本發(fā)明光儲獨立微電網(wǎng)主回路互聯(lián)拓?fù)涫疽鈭D。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明光儲獨立微電網(wǎng)主回路如圖3所示，由儲能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)荷并聯(lián)組成。儲能系統(tǒng)中的儲能蓄電池組的輸出連接隔離開關(guān)的一端，隔離開關(guān)的另一端與DC/DC變流器的輸入端連接，DC/DC變流器的輸出端與DC/AC儲能變流器的直流側(cè)連接，其連接線作為光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線，DC/AC儲能變流器的交流輸出是光儲獨立微電網(wǎng)交流母線。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以及負(fù)載與交流母線并聯(lián)。
[0022]當(dāng)兩個光儲獨立微電網(wǎng)互聯(lián)運行時，利用互聯(lián)電纜將兩個光儲獨立微電網(wǎng)的互聯(lián)開關(guān)輸出端相連。
[0023]本發(fā)明光儲獨立微電網(wǎng)涉及到兩種運行工況以及不同工況間的切換過程，共包括四種狀態(tài)。
[0024]1)獨立運行
[0025]如圖3所示，當(dāng)光儲獨立微電網(wǎng)獨立運行時，互聯(lián)開關(guān)斷開，DC/DC變流器利用有功-電壓下垂控制原理，控制直流母線電壓Udc。當(dāng)直流母線電壓Udc下降時，DC/DC變流器增加電流輸出；當(dāng)直流母線電壓Udc電壓上升時，DC/DC變流器減小電流輸出，以維持直流母線電壓Udc在合理的范圍內(nèi)。儲能變流器控制0.4kV交流母線電壓。
[0026]2)從獨立運行切換到互聯(lián)運行
[0027]當(dāng)?shù)谝还鈨ξ㈦娋W(wǎng)1與第二光儲微電網(wǎng)2需要互聯(lián)運行時，第一微電網(wǎng)1內(nèi)的第一互聯(lián)開關(guān)15閉合，第二微電網(wǎng)2內(nèi)DC/DC變流器24調(diào)節(jié)直流母線電壓Udc 23與第二互聯(lián)開關(guān)25輸入端電壓相等后，閉合第二互聯(lián)開關(guān)25，實現(xiàn)兩個微電網(wǎng)的零沖擊互聯(lián)，如圖4所示。
[0028]3)互聯(lián)運行
[0029]在兩個微電網(wǎng)互聯(lián)運行時，兩個DC/DC變流器均采用有功-電壓下垂控制方式控制直流母線電壓。和交流互聯(lián)與主從控制不同的是，采用直流側(cè)互聯(lián)和下垂控制的互聯(lián)系統(tǒng)中兩個微電網(wǎng)的控制方式可以完全一致，保證了系統(tǒng)的可靠、靈活、方便互聯(lián)。
[0030]4)由互聯(lián)運行切換到獨立運行
[0031]當(dāng)需要從互聯(lián)運行切換到單獨運行時，第一微電網(wǎng)1首先斷開第一互聯(lián)開關(guān)15，然后第二微電網(wǎng)2斷開第二互聯(lián)開關(guān)25即可進(jìn)入獨立運行模式。
【主權(quán)項】
1.一種用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)?，所述的光儲獨立微電網(wǎng)主回路由儲能系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載并聯(lián)組成；所述的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以及負(fù)載與交流母線并聯(lián)，其特征在于:所述儲能系統(tǒng)中的儲能蓄電池組的輸出連接隔離開關(guān)的一端，隔離開關(guān)的另一端與DC/DC變流器的輸入端連接，DC/DC變流器的輸出端與DC/AC儲能變流器的直流側(cè)相連，其連接線作為光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線，DC/AC儲能變流器的交流輸出作為光儲獨立微電網(wǎng)交流母線。2.按照權(quán)利要求1所述的用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)?，其特征在?所述的光儲獨立微電網(wǎng)獨立工作時，由DC/DC變流器控制光儲獨立微電網(wǎng)直流母線電壓，DC/AC儲能變流器控制光儲獨立微電網(wǎng)交流母線電壓；需要互聯(lián)時，將兩個所述的光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線利用互聯(lián)開關(guān)連接；DC/DC變流器采用有功電壓下垂控制方法，當(dāng)互聯(lián)開關(guān)一端的電壓高于額定電壓時，說明該端微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的出力過剩，能量一方面流入該端微電網(wǎng)內(nèi)的儲能蓄電池組，另一方面通過互聯(lián)開關(guān)及連接電纜流入另一端的微電網(wǎng)。3.按照權(quán)利要求2所述的用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)?，其特征在?所述的光儲獨立微電網(wǎng)的兩種運行工況以及不同工況間的切換過程如下: 1)獨立運行 當(dāng)光儲獨立微電網(wǎng)獨立運行時，互聯(lián)開關(guān)斷開，DC/DC變流器利用有功-電壓下垂控制原理，控制直流母線電壓Udc ;當(dāng)直流母線電壓Udc下降時，DC/DC變流器增加電流輸出；當(dāng)直流母線電壓Udc電壓上升時，DC/DC變流器減小電流輸出，以維持直流母線電壓Udc在合理的范圍內(nèi)；DC/AC儲能變流器控制0.4kV交流母線電壓； 2)從獨立運行切換到互聯(lián)運行 當(dāng)?shù)谝还鈨ξ㈦娋W(wǎng)(1)與第二光儲微電網(wǎng)(2)互聯(lián)運行時，第一微電網(wǎng)(1)內(nèi)的第一互聯(lián)開關(guān)(15)閉合，第二微電網(wǎng)(2)內(nèi)DC/DC變流器調(diào)節(jié)直流母線電壓Udc (23)與第二互聯(lián)開關(guān)(25)輸入端電壓相等后，閉合第二互聯(lián)開關(guān)(25)，實現(xiàn)兩個微電網(wǎng)的零沖擊互聯(lián)； 3)互聯(lián)運行 在兩個微電網(wǎng)互聯(lián)運行時，兩個DC/DC變流器均采用有功-電壓下垂控制方式控制直流母線電壓。
【專利摘要】一種用于互聯(lián)運行的光儲獨立微電網(wǎng)拓?fù)?，由儲能系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載并聯(lián)組成；分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以及負(fù)載與交流母線并聯(lián)，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)中的儲能蓄電池組的輸出連接隔離開關(guān)的一端，隔離開關(guān)的另一端與DC/DC變流器的輸入端連接，DC/DC變流器的輸出端與DC/AC儲能變流器的直流側(cè)相連，其連接線作為光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線，DC/AC儲能變流器的交流輸出作為光儲獨立微電網(wǎng)交流母線。光儲獨立微電網(wǎng)獨立工作時，由DC/DC變流器控制光儲獨立微電網(wǎng)直流母線電壓，DC/AC儲能變流器控制光儲獨立微電網(wǎng)交流母線電壓；互聯(lián)時，將兩個所述的光儲獨立微電網(wǎng)的直流母線利用互聯(lián)開關(guān)并聯(lián)；DC/DC變流器采用有功電壓下垂控制方法控制微電網(wǎng)的電壓。
【IPC分類】H02J3/38, H02J3/32
【公開號】CN105305493
【申請?zhí)枴緾N201510750527
【發(fā)明人】付勛波, 許洪華
【申請人】北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月6日