一種面向孤島工作模式的光伏微網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體設(shè)及一種面向孤島工作模式的光伏微網(wǎng)的驅(qū) 動(dòng)-響應(yīng)同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏微網(wǎng)是由多個(gè)光伏微電源組成的電力系統(tǒng)，該些光伏微電源共同為本地負(fù)荷 提供電能或向公共電網(wǎng)供電。光伏微網(wǎng)有并網(wǎng)模式和孤島模式（或稱為自主模式）兩個(gè)主 要的工作模式，通常情況下微網(wǎng)工作在并網(wǎng)模式下，微網(wǎng)通過公共禪合點(diǎn)與公共電網(wǎng)并聯(lián)， 微網(wǎng)中的微電源向電網(wǎng)輸出符合指標(biāo)的交流電流，微網(wǎng)的交流電流要與電網(wǎng)同步，即同頻 同相。微網(wǎng)可計(jì)劃或非計(jì)劃地與電網(wǎng)解列而自主運(yùn)行，即孤島模式運(yùn)行。孤島模式是微網(wǎng) 的重要工作模式，在一些情形下甚至是微網(wǎng)的主要運(yùn)行模式。在孤島模式下各個(gè)微電源協(xié) 同為負(fù)載供電，各個(gè)微電源輸出電流的同步是微電源協(xié)同的關(guān)鍵內(nèi)容之一。
[0003] 在目前基于孤島模式的微網(wǎng)，采用基于下垂特性的控制方法占主導(dǎo)地位，但下垂 控制方法有著內(nèi)在不可解決的矛盾。在孤島模式下，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)微網(wǎng)的電壓和頻率會(huì)隨 之變化，該時(shí)微網(wǎng)控制器要兼顧負(fù)荷分配W維持功率平衡和電壓、頻率的調(diào)節(jié)。然而，越睹 峭的下垂曲線越有利于負(fù)荷分配，同時(shí)卻會(huì)引起更大的電壓和頻率偏移。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 由于光伏微電源的小慣性和負(fù)荷快速變化需要更快的同步控制方法W保證微網(wǎng) 的可靠性，本發(fā)明基于欺負(fù)選舉算法炬ullyalgorithm)給出了一種確定光伏微電源的工 作模式的分布式控制方法，用于解決孤島運(yùn)行模式下各微電源工作模式的確定，然后根據(jù) 混濁驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)同步的思想給出解決微電源之間交流電流輸出同步問題的方法，實(shí)現(xiàn)光伏 微電源輸出電流的快速同步。相比傳統(tǒng)的同步方法，本發(fā)明適用的范圍更廣，不僅在系統(tǒng)工 作于周期態(tài)時(shí)可W同步，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)混濁時(shí)仍然能實(shí)現(xiàn)完全同步。
[0005] 下面介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0006] 在典型的光伏微電源的基礎(chǔ)上加入了通信單元、W孤S為核屯、的內(nèi)部交流參考電 壓源和控制回路的選通開關(guān)構(gòu)造出了一種分布式微網(wǎng)控制器，取代了主從控制結(jié)構(gòu)的集中 式控制器，得出了如圖2所示的可W運(yùn)行于電壓源模式和電流源模式光伏微電源。在圖2 中，光伏微電源通過選通開關(guān)適當(dāng)選擇反饋回路切換光伏微電源的工作模式。若選通開關(guān) 接通內(nèi)部參考電壓源，則將光伏微電源設(shè)為電壓源模式。此時(shí)，內(nèi)部參考電壓源與電源輸出 端的反饋接入控制器，從而得到逆變器的SPWM控制信號(hào)，電力母線上的電壓就是電壓源輸 出的電壓補(bǔ)反，選通開關(guān)斷開內(nèi)部參考電壓源，而接通電流反饋回路，則將微電源切換到 電流源模式。在本發(fā)明中，同一時(shí)刻只能有一個(gè)光伏微電源接通內(nèi)部參考電壓源，微網(wǎng)內(nèi)其 他微電源通過驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)同步間接共享該一參考電壓源。
[0007] 將具有上述結(jié)構(gòu)的光伏微電源通過逆變器接口和通信接口并聯(lián)起來，構(gòu)成光伏微 網(wǎng)，每個(gè)微電源抽象成通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。光伏微電源互聯(lián)后，通過欺負(fù)選舉的方法，選 出通信地址最大的光伏微電源作為協(xié)調(diào)者，由協(xié)調(diào)者對(duì)光伏微網(wǎng)內(nèi)所有微電源的直流儲(chǔ)能 進(jìn)行排序，選出直流儲(chǔ)能最大者并將其工作模式設(shè)為電壓源模式，即作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其余光 伏微電源的工作模式設(shè)為電流源模式，即作為響應(yīng)系統(tǒng)，從而確立微電源間的驅(qū)動(dòng)-響應(yīng) 關(guān)系。W驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流-交流轉(zhuǎn)換器輸入端電壓和輸出端電壓作為驅(qū)動(dòng)變量作用于響 應(yīng)系統(tǒng)。光伏微網(wǎng)內(nèi)的光伏微電源同步運(yùn)行后，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)依據(jù)退出機(jī)制退出時(shí)，協(xié)調(diào)者將 直流儲(chǔ)能最大的響應(yīng)系統(tǒng)的工作模式切換為電壓源模式，使其成為新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，維持微 網(wǎng)的運(yùn)行。退出機(jī)制可W采用下述S種之一或者是多種組合；（1)當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流儲(chǔ)能 消耗至低于其標(biāo)稱容量的30%時(shí)。（2)協(xié)調(diào)者定時(shí)對(duì)光伏微網(wǎng)內(nèi)所有微電源的直流儲(chǔ)能進(jìn) 行排序，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流儲(chǔ)能達(dá)不到全網(wǎng)最大時(shí)。（3)依據(jù)發(fā)電計(jì)劃需要關(guān)閉作為驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)的光伏微電源時(shí)。
【附圖說明】
[000引圖1為孤島模式的光伏微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖2為光伏微電源原理圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明的總體流程圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明仿真效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0013] 孤島模式的光伏微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)由一個(gè)運(yùn)行于電壓源模式 的光伏微電源和若干個(gè)運(yùn)行于電流源模式的光伏微電源通過電力母線并聯(lián)連接，同時(shí)通過 通信接口互聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中電壓源模式光伏微電源維持微網(wǎng)電壓，電流源模式光伏微 電源通過反饋回路與標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)的誤差來控制電流的輸出，并使其輸出電流與母線電壓 同步。為實(shí)現(xiàn)W上目標(biāo)，按W下步驟實(shí)施，總體流程如圖3所示。
[0014] (1)將具有如圖2所示結(jié)構(gòu)的光伏微電源通過U。。端口并聯(lián)，并通過通信接口互聯(lián) 成網(wǎng)絡(luò)。同一條母線上的光伏微電源共同為并聯(lián)在母線上的負(fù)載供電。
[001引 似微電源并聯(lián)后，在向負(fù)載提供能量之前要先完成微電源之間的同步，同步的首 要工作是確定光伏微電源的驅(qū)動(dòng)-相應(yīng)關(guān)系，即光伏微電源的工作模式。通過如圖4所示 的欺負(fù)選舉的方法，選出通信地址最大的光伏微電源作為協(xié)調(diào)者。主機(jī)地址為N的微電源 發(fā)起并主持選舉，向所有地址比它大的微電源發(fā)送一個(gè)Election消息，如果無人響應(yīng)，貝U 它將成為由協(xié)調(diào)者；如有地址比它大的微電源響應(yīng)，則有響應(yīng)者接管選舉工作，N的工作完 成。最后，地址最大的微電源將成為協(xié)調(diào)者。協(xié)調(diào)者對(duì)光伏微網(wǎng)內(nèi)所有微電源的直流儲(chǔ)能 進(jìn)行排序，應(yīng)選出直流儲(chǔ)能最大者并將其工作模式設(shè)為電壓源模式，即作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其余 光伏微電源的工作模式設(shè)為電流源模式，即作為響應(yīng)系統(tǒng)。直流儲(chǔ)能最多的光伏微電源在 同等情況維持電壓、電流幅度和頻率的能力最強(qiáng)，可最大程度保障在微網(wǎng)交流母線的波動(dòng) 最小，而且維持系統(tǒng)穩(wěn)定的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。
[0016] 光伏微網(wǎng)內(nèi)的光伏微電源同步運(yùn)行后，協(xié)調(diào)者會(huì)定時(shí)對(duì)響應(yīng)系統(tǒng)的直流儲(chǔ)能進(jìn)行 排序，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)退出時(shí)，協(xié)調(diào)者將直流儲(chǔ)能最大的響應(yīng)系統(tǒng)的工作模式切換為電壓源模 式，維持微網(wǎng)的母線電壓，并使其成為新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如其他節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)者不能正常應(yīng) 答，將再次選舉，選出新的協(xié)調(diào)者。
[0017] (3)確定了光伏微電源之間驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)的關(guān)系后，通過驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)的方法該些微 電源將再快速實(shí)現(xiàn)輸出電流同步。驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)同步依賴于微電源逆變器的非線性動(dòng)力學(xué)方 程。方程確定了逆變器各個(gè)狀態(tài)變量的關(guān)系，本例W驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電容C。的電壓U。。和電容C 的電壓作為驅(qū)動(dòng)變量，W根據(jù)光伏微電源逆變器的原理構(gòu)造的非線性動(dòng)力學(xué)模型為響應(yīng) 系統(tǒng)。
[0018] 首先根據(jù)電路中KCL、K化及歐姆定律，并考慮理想運(yùn)算放大器的特性可構(gòu)造出光 伏微電源的非線性動(dòng)力學(xué)模型。其中，電流源模式光伏微電源電流控制的基本原理是，通 過來自母線的反饋有參考基準(zhǔn)的誤差產(chǎn)生控制率從而控制電流源模式的光伏微電源與母 線電壓同步。即利用電阻RS將饋入母線的電流采樣后得到反饋電流^ Mr。/)。 反饋電流與參考電流iuf相減得到誤差信號(hào)，再經(jīng)過A4放大后輸出控制電壓U。。。，U。。。經(jīng)S角波Uw調(diào)制得到直流-交流變換器的PWM控制信號(hào)，經(jīng)PWM控制逆變器輸出與母線交流 電壓同步的交流電流。
[0019] 由圖2所示逆變器的結(jié)構(gòu)，令X表示系統(tǒng)狀態(tài)變量元組有；X= {Xi, X2, X：3, X4, Xs, Xe, Xg}，，X2=?C〇，X3=Ui，X4=iL，X5=Uc，X6=Uc〇n，X7=Uac， 又8二11，11 =。。（303"*，〇 =去^十是^，月=〇 + 古',，,=蘭苗^'，*=告，了=而^， y為動(dòng)力學(xué)方程的參數(shù)集，得光伏微電源的動(dòng)力學(xué)方程為：
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向孤島工作模式的光伏微網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)同步方法，所述方法包括： 根據(jù)欺負(fù)選舉算法選出光伏微網(wǎng)內(nèi)通信地址最大的光伏微電源作為協(xié)調(diào)者； 由協(xié)調(diào)者對(duì)光伏微網(wǎng)內(nèi)所有微電源的直流儲(chǔ)能進(jìn)行排序，選出直流儲(chǔ)能最大的光伏微 電源作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并指定其工作模式為電壓源模式，其余微電源作為響應(yīng)系統(tǒng)，工作模式 為電流源模式，由此建立光伏微電源的驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)關(guān)系； 以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流-交流轉(zhuǎn)換器輸入端電壓和輸出端電壓作為驅(qū)動(dòng)變量作用于響 應(yīng)系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：光伏微網(wǎng)內(nèi)的光伏微電源同步運(yùn)行后，當(dāng)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)依據(jù)退出機(jī)制退出時(shí)，協(xié)調(diào)者將直流儲(chǔ)能最大的響應(yīng)系統(tǒng)的工作模式切換為電壓源模 式，使其成為新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述退出機(jī)制包括：當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流儲(chǔ)能消耗 至低于其標(biāo)稱容量的30%時(shí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述退出機(jī)制包括：協(xié)調(diào)者定時(shí)對(duì)光伏微網(wǎng)內(nèi)所 有微電源的直流儲(chǔ)能進(jìn)行排序，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流儲(chǔ)能達(dá)不到全網(wǎng)最大時(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述退出機(jī)制包括：依據(jù)發(fā)電計(jì)劃需要關(guān)閉作為 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的光伏微電源時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向孤島工作模式的光伏微網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)同步方法，包括：根據(jù)欺負(fù)選舉算法選出光伏微網(wǎng)內(nèi)通信地址最大的光伏微電源作為協(xié)調(diào)者；協(xié)調(diào)者對(duì)光伏微網(wǎng)內(nèi)所有光伏微電源以直流儲(chǔ)能排序。直流儲(chǔ)能最大的光伏微電源充當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作于電壓源模式，其余光伏微電源作為響應(yīng)系統(tǒng)，工作于電流源模式。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流-交流轉(zhuǎn)換器輸入端電壓和輸出端電壓作為驅(qū)動(dòng)變量作用于響應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明用于確定孤島光伏微網(wǎng)的微電源工作模式和解決光伏微電源輸出的交流電流的同步問題，實(shí)現(xiàn)光伏微電源輸出電流的快速同步。本發(fā)明的適用范圍比傳統(tǒng)同步方法廣，不僅在系統(tǒng)工作于周期態(tài)時(shí)可以同步，即使系統(tǒng)出現(xiàn)混沌時(shí)仍然能實(shí)現(xiàn)同步。
【IPC分類】H02J3-38, H02J3-42
【公開號(hào)】CN104810848
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510129790
【發(fā)明人】黎禧, 羅曉曙, 廖志賢
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日