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专利号: 2019112479819
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤一:确定研究的直流微电网对象,根据直流微电网中的微源单元的不同特性,设计多种协调控制工作模式;

步骤二:采集直流微电网中相关信息数值;

步骤三:当发生暂态扰动时,根据采集的相关信息数值判断并选择相应的工作模式。

2.根据权利要求1所述的一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:步骤一中,所述直流微电网包含了以电力电子变换器作为接口电路的光伏单元、蓄电池与超级电容组成的混合储能单元、负载单元和并网变换器单元;

所述光伏单元主电路的功率变换器采用Boost变换器,其控制方式包括MPPT控制和CVC两种模式;光伏的最大功率点跟踪控制采用最常见的扰动观测法,即P&O法,P&O法仅需观测光伏列阵的输出电压vpv和输出电流ipv,实现条件简单;光伏单元连接的Boost变换器工作在恒压输出控制模式时,控制方法采用电压、电流双闭环控制,电流内环用于提高系统的响应速度,电压外环用于稳定直流母线电压;

所述混合储能单元作为光伏单元出力的储能部分包含高能量密度的蓄电池和高功率密度的超级电容,蓄电池用于储存光伏发电单元的能量及补偿能量平衡过程中变换平缓的低频分量;超级电容用于补偿能量平衡过程中变化较快的高频分量,二者的出力均是通过控制与其相连的双向Buck/Boost变换器的占空比实现;为了减小开关损耗和达到较快的切换速度,双向Buck/Boost变换器均采用互补PWM控制,使开关管互补动作;蓄电池所连接的Buck/Boost变换器采用电压、电流双闭环控制,通过蓄电池的电压外环控制得到混合储能系统的总参考电流iHESS_ref,将其通过低通滤波器后的低频分量作为蓄电池电流内环的参考值,而将总参考电流与低频分量做差得到的高频分量作为超级电容电流内环的参考值,用来平抑光伏及蓄电池出力过程中的功率波动;

所述直流微电网通过双向AC/DC变换器与交流大电网相连,控制方式采用基于旋转坐标变换的虚拟d-q轴电流矢量解耦控制。

3.根据权利要求2所述的一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:所述光伏单元以MPPT和恒压控制两种模式工作,所述蓄电池组以恒压充、放电控制和待机三种模式工作,所述超级电容以平抑高频功率波动、恒压放电控制和待机三种模式工作,所述并网变换器以整流、逆变和停机三种模式工作,以实现网侧单位功率因数运行以及能量的双向流动。

4.根据权利要求1所述的一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:步骤一中,所提协调控制工作模式主要分为7种,具体如下:

1)孤岛运行

运行模式1:光伏单元以最大功率点跟踪状态运行,蓄电池以充电状态运行,超级电容处于平波状态;

运行模式2:光伏单元以恒压状态运行,蓄电池和超级电容均处于待机状态;

运行模式3:光伏单元以最大功率点跟踪状态运行,蓄电池以放电状态运行,超级电容处于平波状态;

当直流微电网内能量出现缺额或过剩时,直流微电网可根据需要选择与交流电网连接进行能量交换;

2)并网运行

运行模式4:光伏单元以最大功率点跟踪状态运行,蓄电池处于充电状态运行,超级电容处于平波状态,并网变换器工作于整流状态;

运行模式5:光伏单元以最大功率点跟踪状态运行,蓄电池和超级电容均处于待机状态,并网变换器工作于整流状态;

运行模式6:光伏单元以最大功率点跟踪状态运行,蓄电池和超级电容均处于待机状态,并网变换器工作于逆变状态;

3)短路故障穿越

运行模式7:切除了除超级电容单元外的所有功率单元,且并网变换器处于停机状态,超级电容单元处于恒压放电状态。

5.根据权利要求4所述的一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:当直流微电网处于孤岛模式或并网模式运行时,功率单元间的模式切换优先选择在当下所处的孤岛模式或并网模式内进行切换,也可以根据需要选择切换到并网模式或孤岛模式的运行模式。

6.根据权利要求1所述的一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:步骤二中,采集直流微电网中相关信息数值,相关信息数值包括有直流母线电压Vdc、母线电压变化率kVdc及蓄电池的SoC状态。

7.根据权利要求1所述的一种用于含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定协调控制方法,其特征在于:步骤三中,根据采集的相关信息数值判断并选择相应的工作模式,具体步骤如下:当直流微电网系统处于孤岛模式运行:初始条件下直流微电网系统工作于运行模式1,光伏单元以最大功率工作在MPPT状态,蓄电池处于充电状态;当光照强度减弱时,光伏单元的输出最大功率无法满足负载的功率需求,母线电压跌落,因此直流微电网由运行模式1转为运行模式3工作,蓄电池由充电状态转为恒压放电状态,与光伏单元共同出力满足负载的功率需求;当光照强度提升,母线电压上升,并且由于蓄电池的SoC并未达到90%,充电未完成,直流微电网重新回到运行模式1工作,蓄电池由放电状态转为充电状态,当蓄电池的SoC达到90%,充电完成,此时直流微电网的工作模式由运行模式1转为运行模式2,混合储能处于待机状态,光伏单元由MPPT状态转为恒压状态稳定直流母线电压;

当直流微电网系统处于并网模式运行:初始条件下系统工作于运行模式1;当光照强度减弱至一定值时,光伏单元最大输出功率不足,母线电压跌落,直流微电网由孤岛模式转为并网模式工作于运行模式4,并网变换器工作于整流模式,网侧电压、电流同相位,给蓄电池进行充电的同时与光伏单元共同维持负载功率需求,实现母线电压的稳定;当蓄电池的SoC达到90%,充电完成,此时混合储能处于待机状态,并网变换器不需要给蓄电池充电而降功率运行,直流微电网工作于运行模式5;当光照强度增强至一定值时,此时光伏单元出力过剩,母线电压上升,并网变换器由整流状态转为逆变状态,网侧电压、电流反相位,吸收光伏多余的出力,直流微电网工作于运行模式6;当光照强度下降且直流微电网脱离大电网,此时工作于运行模式3,混合储能放电来维持母线电压;

当直流微电网母线侧发生短路故障时:当直流微电网工作于运行模式4,此时,直流微电网内的各功率单元均处于工作状态,此时母线发生短路故障对系统所造成的影响最为严重;当流母线发生短路故障,利用直流母线电压变化率kVdc作为短路故障发生的判断条件,当kVdc大于等于母线电压变化率的阈值时,认为短路故障发生,此时系统工作于运行模式7,快速切除所有功率模块单元,并由超级电容工作于恒压放电状态维持母线电压的稳定,快速地实现当直流母线发生短路故障时的故障穿越。