一種直流微電網系統及其孤島運行控制方法技術方案

本發明專利技術涉及一種直流微電網系統及其孤島運行控制方法，在直流微電網系統處于孤島模式下，當儲能單元為負荷供電時，如果現投入供電的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求，根據當前儲能單元的輸出功率和直流母線的電壓確定下一個儲能單元投入穩壓模式；當儲能單元充電時，如果現投入充電的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式。本發明專利技術提供的技術方案，根據直流微電網系統中負荷的實際功率需求和充電時實際的充電功率需求，改變儲能單元的工作模式，從而增加了儲能單元的可調節容量，從而解決了采用單一主控電源供電而造成的供電可靠性差的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及分布式發電微電網
，具體涉及一種直流微電網系統及其孤島運行控制方法。
技術介紹
近年來，由于環境污染和能源緊缺的雙重問題，新能源發電技術在研究、開發和利用上都取得了很大的進步，尤其是風力發電技術和光伏發電技術，由于其原始能源清潔無污染而得到了大力的開發。微電網是指由分布式電源、儲能設備、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯聚成的小型發電系統，使一種能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，其中儲能設備包括多個儲能單元，每個儲能單元包括一個儲能元件和一個PCS(即儲能DC/DC變流器)。微電網目前可劃分為交流微電網和直流微電網兩類，其中直流微電網相對交流微電網，不存在頻率、相位和無功功率等復雜控制，可靠性和可控性都有很大的提高，并且可以方便接入直流性質的微電源和直流負荷，因此在新能源發電和智能電網
，直流微電網具有廣闊的發展前景。直流微電網具有聯網和孤島兩種運行模式，其中孤島模式是指直流微電網不與大電網并聯運行，此時如果分布式電源所提供的功率不能滿足負荷的功率需求，儲能設備放電，為負荷提供功率；如果分布式電源所提供的功率大于負荷的功率需求，則對儲能單元進行充電。目前的直流微電網孤島運行的控制方法中，負荷的用電都由單一的主控電源來進行均衡，這就對主控電源具的可調節容量要求較高，但是主控電源的容量不可能做到無限大，因此其可調節容量是有限的。由于主控電源是單一的，因此系統的穩定性、可靠性完全依賴于該主控電源，一旦系統內的功率需求超出了其可調節容量，或者該主控電源出現故障，就會導致直流母線電壓失控，甚至造成整個微電網系統的崩潰，對整個電網都會造成影響，因此這種方法的可靠性較差。
技術實現思路
本專利技術提供一種直流微電網系統及其孤島運行控制方法，用于解決上述直流微電網在孤島模式下，由于采用單一主控電源而造成的供電可靠性差的問題。一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，在直流微電網系統處于孤島模式下，當儲能單元為負荷供電時，如果現投入供電的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式；當儲能單元充電時，如果現投入充電的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式。本專利技術提供的一種直流微電網系統及其孤島運行控制方法，根據直流微電網系統中負荷的實際功率需求和充電時實際的充電功率需求，改變儲能單元的工作模式，從而增加了直流微電網系統主電源的可調節容量，并且當其中某個儲能單元出現故障時，將其后級儲能單元投入穩壓模式即可，從而解決了采用單一主控電源供電而造成的供電可靠性差的問題。進一步的，所述當前投入的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求時，根據直流母線電壓確定下一個儲能單元工作模式的方法如下：(1)當前投入的儲能單元放電功率沒有達到放電功率最大值Pmax時，該儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UN；(2)當前投入的儲能單元放電功率達到放電功率最大值Pmax時，該儲能裝置的輸出功率維持在Pmax不變，直流母線電壓將下降；(3)當直流母線的電壓降到下偏參考電壓UL時，下一個儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UL。進一步的，所述當現投入的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據直流母線電壓確定下一個儲能單元工作模式的方法如下：(1)當前投入的儲能單元充電功率沒有達到充電功率最大值Pmin時，該儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UN；(2)當現前投入的儲能單元的充電功率達到充電功率最大值Pmin時，該儲能單元的充電功率維持在Pmin不變，直流母線電壓將上升；(3)當直流母線的電壓升上偏參考電壓到UH時，下一個儲能單元作為主控電源，維持直流母線的上偏電壓在UH。進一步的，當儲能單元為負荷供電時，如果切除最后投入的儲能單元也能滿足負荷的需求時，根據直流母線電壓或內環電流最后投入的儲能單元退出穩壓模式；當儲能單元充電時，如果切除最后投入的儲能單元也能滿足充電的功率需求時，根據直流母線的電壓或者內環電流最后投入的儲能單元退出穩壓模式。進一步的，所述當儲能單元充電或者為負荷供電時，根據公式Idc_ref＝Max[Idc_ref1，Min(Idc_ref2，Idc_ref3)]確定下一個儲能單元的工作模式；其中Idc_ref為下一個儲能單元的內環電流參考值；Idc_ref1為直流母線的下偏差參考值UL與實際電壓值Udc的差值經過第一PI控制器處理后，所得到的電流值；Idc_ref2為功率設定值Pref與實際功率值P的差值經過第二PI控制器處理后，所得到的電流值；Idc_ref3為直流母線的上偏差參考值UH與實際電壓值Udc的差值經過第三PI控制器處理后，所得到的電流值；公式Min[Idc_ref2,Idc_ref3]表示取Idc_ref2和Idc_ref3中較小的電流值；公式Idc_ref＝Max[Idc_ref1，Min(Idc_ref2，Idc_ref3)]表示Idc_ref取Idc_ref1和Min[Idc_ref2,Idc_ref3]中較大的電流值；當Idc_ref＝Idc_ref1時，投入下一個儲能單元進行放電來穩定直流母線電壓；當Idc_ref＝Idc_ref2時，執行儲能單元處于充電狀態或放電狀態，且能夠滿足負荷的功率需求或充電的功率需求；當Idc_ref＝Idc_ref3時，投入下一個儲能單元進行充電來穩定直流母線電壓。采用公式Idc_ref＝Max[Idc_ref1，Min(Idc_ref2，Idc_ref3)]控制儲能單元的工作狀態，不僅為判斷儲能單元的工作狀態提供了依據，而且將儲能單元的功率控制和電壓控制進行了一體化，便于對他們進行統一的控制。一種直流微電網系統，包括直流母線，直流母線連接有負荷、分布式電源和多個儲能單元；在直流微電網系統處于孤島模式下，當儲能單元為負荷供電時，如果現投入供電的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式；當儲能單元充電時，如果現投入充電的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式。進一步的，所述當前投入的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求時，根據直流母線電壓確定下一個儲能單元工作模式的方法如下：(1)當前投入的儲能單元放電功率沒有達到放電功率最大值Pmax時，該儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UN；(2)當前投入的儲能單元放電功率達到放電功率最大值Pmax時，該儲能單元的輸出功率維持在Pmax不變，直流母線電壓將下降；(3)當直流母線的電壓降到下偏參考電壓UL時，下一個儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UL。進一步的，所述當前投入的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據直流母線電壓確定下一個儲能單元工作模式的方法如下：(1)當前投入的儲能單元充電功率沒有達到充電功率最大值Pmin時，該儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UN；(2)當前投入的儲能單元的充電功率達到充電功率最大值Pmin時，該儲能單元的充電功率維持在Pmin不變，直流母線電壓將上升；(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，其特征在于，在直流微電網系統處于孤島模式下，當儲能單元為負荷供電時，如果現投入供電的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式；當儲能單元充電時，如果現投入充電的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式。

【技術特征摘要】
1.一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，其特征在于，在直流微電網系統處于孤島模式下，當儲能單元為負荷供電時，如果現投入供電的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式；當儲能單元充電時，如果現投入充電的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據當前儲能的輸出功率和直流母線的電壓下一個儲能單元投入穩壓模式。2.根據權利要求1所述的一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，其特征在于，所述當前投入的儲能單元所提供的功率不能滿足負荷的功率需求時，根據直流母線電壓確定下一個儲能單元工作模式的方法如下：(1)當前投入的儲能單元放電功率沒有達到放電功率最大值Pmax時，該儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UN；(2)當前投入的儲能單元放電功率達到放電功率最大值Pmax時，該儲能單元的輸出功率維持在Pmax不變，直流母線電壓將下降；(3)當直流母線的電壓降到下偏參考電壓UL時，將下一個儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UL。3.根據權利要求1所述的一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，其特征在于，所述當前投入的儲能單元不能滿足充電的功率需求時，根據直流母線電壓確定下一個儲能單元工作模式的方法如下：(1)當前投入的儲能單元充電功率沒有達到充電功率最大值Pmin時，該儲能單元作為主控電源，將直流母線的電壓穩定在UN；(2)當前投入的儲能單元的充電功率達到充電功率最大值Pmin時，該儲能單元的充電功率維持在Pmin不變，直流母線電壓將上升；(3)當直流母線的電壓升到上偏參考電壓到UH時，將下一個儲能單元作為主控電源，維持直流母線的上偏電壓在UH。4.根據權利要求1所述的一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，其特征在于，當儲能單元為負荷供電時，如果切除最后投入的儲能單元也能滿足負荷的需求時，根據直流母線電壓和內環電流最后投入的儲能單元退出穩壓模式；當儲能單元充電時，如果切除最后投入的儲能單元也能滿足充電的功率需求時，根據直流母線的電壓和內環電流最后投入的儲能單元退出穩壓模式。5.根據權利要求1所述的一種直流微電網系統的孤島運行控制方法，其特征在于，所述當儲能單元充電或者為負荷供電時，根據公式Idc_ref＝Max[Idc_ref1，Min(Idc_ref2，Idc_ref3)]確定下一個儲能單元的工作模式；其中Idc_ref為下一個儲能單元的內環電流參考值；Idc_ref1為直流母線的下偏差參考值UL與實際電壓值Udc的差值經過第一PI控制器處理后，所得到的電流值；Idc_ref2為功率設定值Pref與實際功率值P的差值經過第二PI控制器處理后，所得到的電流值；Idc_ref3為直流母線的上偏差參考值UH與實際電壓值Udc的差值經過第三PI控制器處理后，所得到的電流值；公式Min[Idc_ref2,Idc_ref3]表示取Idc_ref2和Idc_ref3中較小的電流值；公式Idc_ref＝Max[Idc_ref1，Min(Idc_ref2，Idc_ref3)]表示Idc_ref取Idc_ref1和Min[Idc_ref2,Idc_ref3]中較大的電流值；當Idc_ref＝Idc_ref1時，投入下一個儲能單元進行放電來穩定直流母線電壓；當Idc_ref＝Idc_ref2時，執行儲能單元處于充電狀態或放電狀態，且能夠滿足負荷的功率需求或充電的功率需求；當Idc_ref＝Idc_ref3時，投入下一個儲能單元進行充電來穩定直...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝衛華，毋炳鑫，李獻偉，張磊，劉長運，王毅，劉德貴，王雷濤，許丹，
申請(專利權)人：許繼集團有限公司，國家電網公司，國網山東省電力公司電力科學研究院，許昌許繼軟件技術有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41