一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及其運行控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電網(wǎng)領域，尤其涉及一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及其運行控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著國民經(jīng)濟的快速增長，電力需求飛快增長，很長一段時間以來電力生產(chǎn)部門都主要以建設大型的發(fā)電廠、超高壓遠距離輸電線路作為解決方案，但是其投資大、建設周期長、環(huán)境污染等弊端也日益凸顯。另一方面近年來國內(nèi)外幾次大規(guī)模停電的事故也讓人們意識到集中式供電系統(tǒng)的脆弱性。分布式發(fā)電技術(distributed generat 1n, DG)正是在這種情況下應運而生。
[0003]分布式發(fā)電技術(DG)具有靈活、小型、分散、靠近用戶側等特點，可以有效地提高用戶用電可靠性和減少輸電線路損耗。但是分布式發(fā)電技術有電壓不穩(wěn)、功率波動大等弊端，會對居民用電、上級電網(wǎng)的安全和調(diào)峰產(chǎn)生嚴重的影響。微電網(wǎng)技術很好地解決了分布式發(fā)電技術弊端。微電網(wǎng)是指將微型電源、負荷和儲能裝置結合在一起的電網(wǎng)形式，它作為一個獨立靈活的整體，可以并網(wǎng)運行，也可以孤島模式運行。
[0004]目前，微電網(wǎng)可分為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。交直流混合微電網(wǎng)本質(zhì)上仍屬于交流微電網(wǎng)。交流微電網(wǎng)是微電網(wǎng)的主要形式，但是交流微電網(wǎng)具有電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、網(wǎng)損大、電網(wǎng)運行控制復雜的不足之處。直流微電網(wǎng)采用直流配電形式，通過直流母線將各種分布式電源加以協(xié)調(diào)控制，相比交流微電網(wǎng)而言，直流微電網(wǎng)不需要對電壓的相位和頻率進行跟蹤，可靠性和可控性大大提高，適合分布式電壓和負載接入。另一方面，家用電器中出現(xiàn)了越來越多的直流負荷，如直流照明、直流空調(diào)、直流冰箱、直流電動汽車等等，這也為直流微電網(wǎng)推廣提供了基礎。
[0005]直流微電網(wǎng)運行方式主要有并網(wǎng)運行和孤島運行。而孤島運行方式是指微電網(wǎng)依靠內(nèi)部的微電源和儲能系統(tǒng)獨立給內(nèi)部負荷供電，與上級電網(wǎng)沒有公共連接點，這種運行方式對于供電可靠性很高，所以需要大規(guī)模儲能系統(tǒng)，而且其長期充放電會減少儲能系統(tǒng)壽命，在儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性的情況下，孤島運行的直流微電網(wǎng)還得不到廣泛應用。并網(wǎng)運行又分為并網(wǎng)上網(wǎng)與并網(wǎng)不上網(wǎng)兩種類型，并網(wǎng)不上網(wǎng)是指微網(wǎng)通過市電整流從大電網(wǎng)吸收功率，但是沒有逆變環(huán)節(jié)向大電網(wǎng)輸送功率，這種方式可以很好地保證微網(wǎng)中負載的用電可靠性以及微電網(wǎng)電能質(zhì)量，但是由于不存在逆變器，光伏直流微電網(wǎng)多余的電能將會浪費，由于其經(jīng)濟性上的缺陷將極大地阻礙這種形式的直流微電網(wǎng)推廣。并網(wǎng)上網(wǎng)型的直流微電網(wǎng)既可以將市電整流至直流微電網(wǎng)中，又可以將直流微電網(wǎng)中多余的電能逆變至市電中，這種雙向供電的方式既保證了供電可靠性又具有較好的經(jīng)濟性。
[0006]對于直流微電網(wǎng)的儲能單元，以往的方案往往使用蓄電池。蓄電池和超級電容器的混合儲能的供電方式在直流微電網(wǎng)中的應用目前還較少，且在現(xiàn)有的混合儲能方案存在種種問題，諸如蓄電池充放電次數(shù)多，易影響壽命，超級電容器配置大成本高等等，有必要提出一種新式的混合儲能方案，且目前，尚無完整的基于混合儲能的家用式的并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的方案。
[0007]因此，有必要提出一種并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的方案，這將極大推動分布式光伏發(fā)電技術及其直流微電網(wǎng)技術的推廣應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明提供了一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)及其運行控制方法，其克服了【背景技術】中所述的現(xiàn)有技術的不足。
[0009]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案之一是:
[0010]一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，它包括一直流母線、光伏發(fā)電單元、儲能單元、電容器、市電電網(wǎng)側、能量管理單元和負載，所述光伏發(fā)電單元通過第一單向DC/DC變換器連接于直流母線、所述儲能單元和電容器分別通過第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器連接于直流母線，所述市電電網(wǎng)側通過雙向AC/DC變換器連接于直流母線，所述負載連接于直流母線，所述能量管理單元包括主控模塊和設于該微電網(wǎng)系統(tǒng)的各單元中并對各單元的運行狀態(tài)進行監(jiān)測的運行監(jiān)測模塊，所述運行監(jiān)測模塊與主控模塊通信連接并能將其采集、分析獲得的數(shù)據(jù)上傳至主控模塊，所述主控模塊根據(jù)該數(shù)據(jù)控制所述光伏發(fā)電單元、儲能單元、電容器和市電電網(wǎng)側按照設定的供電邏輯運行并保持母線電壓的穩(wěn)定。
[0011]—實施例之中:所述負載包括直流負載，所述直流負載可直接連接于直流母線或通過第二單向DC/DC變換器間接連接于直流母線。
[0012]—實施例之中:所述負載包括交流負載，所述交流負載通過單向DC/AC變換器連接于直流母線。
[0013]—實施例之中:所述儲能單元包括蓄電池。
[0014]—實施例之中:所述第一單向DC/DC變換器具有MPPT控制器。
[0015]—實施例之中:所述第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器采用AC/DC+DC/DC雙級式拓撲結構，前級AC/DC采用三相半橋式結構，后級DC/DC采用雙全橋結構。
[0016]—實施例之中:所述雙向DC/DC變換器采用雙向Buck-Boost半橋結構。
[0017]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案之二是:
[0018]—種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)的運行控制方法，基于技術方案之一所述的一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，首先設定直流母線對應的五個電壓閾值Uhlgh2、Uhlghl、Udcn、UlOTl、Ulm?2，其中 Uhigh2〉U highl〉U dcn〉U 1.!〉U low2 ;該控制方法包括三種模式:
[0019]模式一，當光伏發(fā)電單元的輸出功率等于負載功率，此時系統(tǒng)功率平衡，直流母線電壓為Udm，若光伏發(fā)電單元的輸出功率出現(xiàn)波動或者負載功率變動以至于系統(tǒng)出現(xiàn)功率失衡，首先啟動電容器放電以實現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定；
[0020]模式二:當光伏發(fā)電單元和電容器的輸出功率與負載功率失衡時，此時光伏發(fā)電單元和電容器的輸出功率與負載功率出現(xiàn)功率差額，直流母線電壓升至uhlghl或降至UlOTl，啟動市電電網(wǎng)側的雙向AC/DC變換器，將直流母線上多余的電能回饋給市電電網(wǎng)側或者由市電電網(wǎng)側向直流母線補充負載的功率缺額；
[0021]模式三，當市電電網(wǎng)側出現(xiàn)斷電或者雙向AC/DC變換器出現(xiàn)故障情況下，且光伏發(fā)電單元和電容器的輸出功率與負載功率不匹配，此時直流母線電壓會升至Uhlgh2或降至Ulow2，此時啟動第一雙向DC/DC變換器，通過儲能單元的輸出功率平衡負載功率，穩(wěn)定直流母線電壓。
[0022]本技術方案與【背景技術】相比，它具有如下優(yōu)點:
[0023]1、所述并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)采用雙向AC/DC變換器與市電電網(wǎng)側連接，該雙向AC/DC變換器不僅具有整流功能，還能將多余電回饋給市電電網(wǎng)。整個系統(tǒng)中，市電既是能量的“輸送者”，又是能量的“接收者”。保證了微電網(wǎng)內(nèi)部能量供應的穩(wěn)定性和較高的電能質(zhì)量，又能將微電網(wǎng)與市電電網(wǎng)互聯(lián)，可以將多余的電能回饋給市電電網(wǎng)，增強了光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟性與綠色環(huán)保特性，而且可以作為智能電網(wǎng)中大規(guī)模應用的一種分布式能源組網(wǎng)的形式。
[0024]2、所述并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部采用直流母線供電形式，不同于傳統(tǒng)微電網(wǎng)內(nèi)部采用交流母線連接，需要逆變環(huán)節(jié)給直流負載供電，本發(fā)明電能變換環(huán)節(jié)少，整體轉(zhuǎn)換效率高。同時在一定程度上促進直流家電行業(yè)、電動汽車、儲能行業(yè)的發(fā)展與推廣。
[0025]3、所述并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中的儲能單元、電容器與市電電網(wǎng)側采用一種新式的供電邏輯與光伏發(fā)電單元配合，充分協(xié)調(diào)市電電網(wǎng)側、光伏發(fā)電單元、儲能單元與電容器四個電源的供電順序與邏輯，保證供電的可靠性與較高的經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0027]圖1繪示了本發(fā)明所述的一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。
[0028]圖2繪示了第一單向DC/DC變換器與光伏發(fā)電單元的電路連接圖。
[0029]圖3繪示了 MPPT控制器的控制原理框圖。
[0030]圖4繪示了儲能單元與第一雙向DC/DC變換器的電路連接圖。
[0031]圖5繪示了市電電網(wǎng)側與雙向AC/DC變換器的電路連接圖。
[0032]圖6繪示了本發(fā)明所述的一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)的運行控制方法的控制模式示意圖。
【具體實施方式】
[0033]請查閱圖1至圖5，一種并網(wǎng)型光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，它包括一直流母線10、光伏發(fā)電單元20、儲能單元30、電容器40、市電電網(wǎng)側50、能量管理單元和負載。
[0034]光伏發(fā)電