一種直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的多模式切換協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，尤其是涉及一種直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的多模式 切換協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流微電網(wǎng)作為連接分布式電源與主網(wǎng)的一種微電網(wǎng)形式，能高效地發(fā)揮分布式 電源的價(jià)值與效益，具備比交流微電網(wǎng)更靈活的重構(gòu)能力。此外，許多新能源單元具有直流 輸出形式，且直流系統(tǒng)不存在相位同步、諧波和無功功率損耗等方面的問題，因此近年來直 流微電網(wǎng)逐漸得到了人們的重視，對(duì)直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式、控制方法等方面的研究 已有突破性的進(jìn)展。
[0003] 但是由于微電網(wǎng)中的可控微電源較多，在不同工作模式及外界擾動(dòng)下，協(xié)調(diào)各個(gè) 換流器工作以實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)的能量管理還需要進(jìn)行深入的研究。直流微電網(wǎng)功率平衡能 夠保證直流母線電壓的穩(wěn)定，電壓的變化反映功率的波動(dòng)。
[0004] ^Distributed Control for Autonomous Operation of a Three-Port AC/DC/DS Hybird Microgrid，Peng Wang，Chi Jin，IEEE Trans, on Industrial Electronics，2014， 62 (2) :1279-1290"提出一種基于AC/DC/DS三端口功率交換的分層控制方法，較好的實(shí)現(xiàn) 了微電網(wǎng)的可靠獨(dú)立運(yùn)行。然而未對(duì)微電網(wǎng)各運(yùn)行模式及各種擾動(dòng)下的微電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性 做出具體分析，這些可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和平滑切換造成影響。"
[0005] "風(fēng)電直流微電網(wǎng)的電壓分層協(xié)調(diào)控制，王毅，張麗榮，李和明等，中國(guó)電機(jī)工程學(xué) 報(bào)，2013, 33 (4) : 16-24"提出風(fēng)電直流微電網(wǎng)電壓分層協(xié)調(diào)控制策略，各變流器無需相互通 信，可簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。然而對(duì)變流器的功率等級(jí)和調(diào)節(jié)能力要求較高，這對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性 和安全性是一種挑戰(zhàn)。
[0006] "多代理系統(tǒng)在直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用，郝雨辰，吳在軍，都曉波等，中國(guó)電 機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012, 32 (25) :27-35"構(gòu)建了層次化多代理系統(tǒng)框架來維持系統(tǒng)不同運(yùn)行模式 下的電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了直流微電網(wǎng)能量分層管理和系統(tǒng)穩(wěn)定控制。然而系統(tǒng)穩(wěn)定性嚴(yán)重依 賴于通訊性能的好壞，一旦通訊失敗，系統(tǒng)運(yùn)行將會(huì)受到嚴(yán)重影響。
[0007] "新能源直流微電網(wǎng)的控制架構(gòu)與層次劃分，李武華，顧云杰，王宇翔等，電力系統(tǒng) 自動(dòng)化，2015, 33 (9) :156-162"融合集中控制和分散控制特點(diǎn)，提出一種直流微電網(wǎng)層次控 制架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)直流微電網(wǎng)的分層次管理。
[0008] "Power Electronic Converters in DC Microgrid,Biczel P,Compatibility in Power Electronics(CPE)，2007 :1-6"提出兩級(jí)控制方法，并對(duì)系統(tǒng)中各變流裝置進(jìn)行了分 析，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，然而未對(duì)微電網(wǎng)中各微源建立具體模型。
[0009] uk hybrid renewable DC microgrid voltage control,Sun X,Lian Z,ffang B, 6th Power Electronics and Motion Control Conference，2009:725-729"利用直流母線 電壓實(shí)現(xiàn)了不同微源間功率的實(shí)時(shí)分配，并充分考慮了負(fù)載變化對(duì)系統(tǒng)造成的實(shí)際影響， 從而維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。然而對(duì)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)運(yùn)行等暫態(tài)過程未作具體分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種在不同工作條 件及外部干擾時(shí)可實(shí)現(xiàn)平滑切換的直流微電網(wǎng)的多模式切換協(xié)調(diào)控制方法。
[0011] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0012] -種直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的多模式切換協(xié)調(diào)控制方法，所述的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括直 流微電網(wǎng)和多個(gè)儲(chǔ)能單元，所述的直流微電網(wǎng)包括多個(gè)微電網(wǎng)單元，所述的多個(gè)微電網(wǎng)單 元和多個(gè)儲(chǔ)能單元分別與直流母線連接，各所述的微電網(wǎng)單元通過分布式電源DG發(fā)電，其 特征在于，所述的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的多模式切換協(xié)調(diào)控制方法包括以下步驟：
[0013] S1，獲取直流微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，若為并網(wǎng)運(yùn)行，則進(jìn)入步驟S2,若為孤島運(yùn)行，則進(jìn) 入步驟S3 ;
[0014] S2,將直流母線負(fù)載功率與直流微電網(wǎng)輸出功率之差作為缺額功率，若缺額功率 非負(fù)，則進(jìn)入步驟S21，若缺額功率為負(fù)，則進(jìn)入步驟S22 ;
[0015] S21，判斷各儲(chǔ)能單元S0C，若SOC均已達(dá)到上限，則交流主網(wǎng)向直流母線提供缺額 功率，若存在SOC未達(dá)到上限的儲(chǔ)能單元，則交流主網(wǎng)給SOC未達(dá)到上限的儲(chǔ)能單元充電， 同時(shí)交流主網(wǎng)向直流母線提供缺額功率，維持直流母線電壓穩(wěn)定；
[0016] S22,判斷各儲(chǔ)能單元S0C，若SOC均已達(dá)到上限，則直流微電網(wǎng)向交流主網(wǎng)回饋缺 額功率，若存在SOC未達(dá)到上限的儲(chǔ)能單元，則直流微電網(wǎng)給相應(yīng)儲(chǔ)能單元充電，若充電時(shí) 直流微電網(wǎng)功率仍有盈余，則直流微電網(wǎng)將盈余的功率回饋給交流主網(wǎng)，交流主網(wǎng)維持直 流母線電壓穩(wěn)定；
[0017] S3,判斷直流微電網(wǎng)是否正常運(yùn)行，若是，則進(jìn)入步驟S4,否則進(jìn)入步驟S52 ;
[0018] S4,判斷各儲(chǔ)能單元是否均正常運(yùn)行，若否，則進(jìn)入步驟S52,若是，則將直流母線 負(fù)載功率與直流微電網(wǎng)輸出功率之差作為缺額功率，若缺額功率非負(fù)，則進(jìn)入步驟S41，若 缺額功率為負(fù)，則進(jìn)入步驟S42 ;
[0019] S41，判斷各儲(chǔ)能單元S0C，若SOC均低于下限，則系統(tǒng)執(zhí)行甩負(fù)荷操作，若存在SOC 未低于下限的儲(chǔ)能單元，則相應(yīng)儲(chǔ)能單元向直流母線提供缺額功率，維持直流母線電壓穩(wěn) 定；
[0020] S42,判斷各儲(chǔ)能單元S0C，若SOC均已達(dá)到上限，則進(jìn)入步驟S421，若存在未達(dá)到 上限的儲(chǔ)能單元，則進(jìn)入步驟S422 ;
[0021] S421，直流微電網(wǎng)進(jìn)行下垂控制發(fā)電；
[0022] S422,直流微電網(wǎng)給相應(yīng)儲(chǔ)能單元充電；
[0023] S5,判斷是否所有的儲(chǔ)能單元都退出運(yùn)行，若是，則進(jìn)入步驟S51，若否，則進(jìn)入步 驟 S52 ;
[0024] S51，判斷微電網(wǎng)單元DG是否出現(xiàn)故障，若是，則進(jìn)入步驟S511，若否，則進(jìn)入步驟 S512 ；
[0025] S511，直流微網(wǎng)系統(tǒng)中剩余的正常微電網(wǎng)單元DG采用下垂控制提供負(fù)載所需功 率，降功率運(yùn)行維持負(fù)載正常用電；
[0026] S512,直流微網(wǎng)系統(tǒng)中的各微電網(wǎng)單元DG進(jìn)行下垂控制發(fā)電，共同承擔(dān)負(fù)載用 電；
[0027] S52,故障儲(chǔ)能單元退出運(yùn)行，其余正常運(yùn)行儲(chǔ)能單元相應(yīng)增大放電功率，承擔(dān)直 流微網(wǎng)系統(tǒng)所需缺額功率來維持直流母線電壓穩(wěn)定；
[0028] 所述的步驟S21和S22中，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作模式為第一工作模式，所述的 步驟S41和S422中，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作模式為第二工作模式，所述的步驟S421和S51 中，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作模式為第三工作模式，所述的步驟S52中，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的工 作模式為第四工作模式。
[0029] 所述的第一工作模式和第二工作模式中，直流微電網(wǎng)中的DG進(jìn)行MPPT控制發(fā)電。
[0030] 所述的步驟S511和S512中，若直流微電網(wǎng)進(jìn)行MPPT控制發(fā)電后功率仍小于直流 母線負(fù)載功率，則直流母線進(jìn)行次要負(fù)荷切除動(dòng)作，再進(jìn)行下垂控制。
[0031] 所述的直流母線連接直流負(fù)荷，同時(shí)直流母線通過DC/AC變換器連接交流負(fù)荷。
[0032] 所述的第二工作模式下，直流微電網(wǎng)進(jìn)行下垂控制發(fā)電具體如下：
[0034] 對(duì)上式進(jìn)行改寫，可得出：
[0036] 各微電網(wǎng)單元的發(fā)電功率P&_y按下式計(jì)算：
[0038] 其中，F(xiàn)J為直流母線參考電壓，并取為其最大允許電壓值，y= 1，2,…η，η為微 電網(wǎng)單元個(gè)數(shù)，Vdy為第y個(gè)微電網(wǎng)單元中DG的端電壓，為第y個(gè)微電網(wǎng)單元中DG的 最大輸出功率，F(xiàn)j廣為微電網(wǎng)單元的最小允許輸出電壓，為微電網(wǎng)單元的最大允許輸 出電壓，i^y為輸出電流，Z 為輸出阻抗?？梢?，各微電網(wǎng)單元在該控制下可按照各自最 大發(fā)電功率成相同比例進(jìn)行發(fā)電控制