無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制方法和裝置與流程
2023-04-28 20:12:19
本發明涉及無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制方法和裝置，屬於分布式發電直流微電網領域。
背景技術：
：直流微電網比交流微電網省去了大量的變換裝置，系統成本大大降低，如果將直流微電網應用到配電系統中，可使輸出為直流電的分布式電源直接參與到家庭及企業使用的電子設備，增大了分布式能源的利用效率，有較好的應用前景。如圖1所示，其為一種典型的直流微電網的拓撲結構，包括直流母線，直流母線上連接有DC/DC變流器，該變流器與儲能裝置連接，比如：儲能電池，由於該DC/DC變流器用於與儲能裝置連接，所以，將該變流器稱為儲能DC/DC變流器；而且，該直流微電網還包括分布式電源，通過對應的分布式電源變流器，比如DC/DC變流器或者分布式電源DC/AC變流器，與直流母線進行連接。直流微電網不存在頻率、相位和無功功率等複雜控制，可以方便接入直流性質的微電源和直流負荷。直流微電網中各分布式電源分布分散，距離遠近不同，因此直流微電網系統能量平衡管理難度比較大。在直流微電網的協調控制方案中，採用集中控制時，需要各控制器之間的通信聯繫，整個系統對控制部分及通信線路有很強的依賴性，當出現通信故障時，即微電網在離網運行下，直流微電網中的各個部分之間無法進行通訊，比如儲能裝置與其他直流負荷以及光伏組件等電源之間均無法實現通訊，那麼，微電網中的直流母線上的電壓就無法保持平衡，並且自恢復性難度大，可靠性大大降低。技術實現要素：本發明的目的是提供一種無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制方法，用以解決在無法相互通訊時微電網中直流母線無法有效保持平衡的問題。本發明同時提供一種無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制裝置。為實現上述目的，本發明的方案包括一種無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制方法，首先，檢測儲能裝置的SOC或者端電壓以及儲能DC/DC變流器的有功功率輸出；然後，根據以下公式來調整儲能DC/DC變流器的用於連接直流母線的一端輸出的電壓，使直流母線電壓U穩定在一個設定的正常區間內：U＝Un+k*P+C，其中，Un為直流母線電壓額定值；k為儲能DC/DC變流器輸出電壓調節係數，與儲能裝置的SOC或者端電壓相關；P為儲能DC/DC變流器有功功率輸出；C為儲能DC/DC變流器附加電壓調節常數，與儲能裝置的SOC或者端電壓相關；同時，微電網中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整自身出力。當儲能裝置的SOC或者端電壓位於一個由設定的上正常閾值和下正常閾值構成的區間內時，所述設定的正常區間為[UmL，UmH]，UmL為設定的直流母線正常運行時的低閾值，UmH為設定的直流母線正常運行時的高閾值，Pmax為儲能DC/DC變流器的最大有功功率輸出。當儲能裝置的SOC或者端電壓大於設定的上正常閾值時，所述設定的正常區間為[UmL，UmH]，UmL為設定的直流母線正常運行時的低閾值，UmH為設定的直流母線正常運行時的高閾值，Umax為所述直流母線電壓的上限值，Umax＞UmH，Pmax為儲能DC/DC變流器的最大有功功率輸出。當儲能裝置的SOC或者端電壓小於設定的下正常閾值時，所述設定的正常區間為[UmL，UmH]，UmL為設定的直流母線正常運行時的低閾值，UmH為設定的直流母線正常運行時的高閾值，Umin為直流母線電壓的下限值，UmL＞Umin，Pmax為儲能DC/DC變流器的最大有功功率輸出。設定一個小功率充放電區間[-Pm，Pm]，當P位於[-Pm，Pm]時，在計算直流母線電壓時，P取值為Pm。當儲能裝置的荷電狀態小於設定的下正常閾值、且分布式電源變流器在最大出力下仍然無法滿足全部負荷的功率需求時，根據預先設定的負荷優先等級切除一部分不重要負荷，保障重要負荷繼續供電。實現所述微電網中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整自身出力的手段為：當直流母線電壓位於[Umin，UmH]時，分布式電源變流器的運行模式為最大功率跟蹤模式；其中，UmH為設定的直流母線正常運行時的高閾值，Umin為直流母線電壓的下限值。當直流母線電壓U位於[UmH，Umax]時，分布式電源變流器限制功率運行，運行功率Pset的計算公式為：Pset=P+kpΔUΔU=U-Un;]]>其中，Umax為直流母線電壓的上限值，Pmax為儲能DC/DC變流器的最大有功功率輸出。一種無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制裝置，包括：採集模塊，用於檢測儲能裝置的SOC或者端電壓以及儲能DC/DC變流器的有功功率輸出；控制模塊，用於根據以下公式來調整儲能DC/DC變流器的用於連接直流母線的一端輸出的電壓，使直流母線電壓U穩定在一個設定的正常區間內：U＝Un+k*P+C，其中，Un為直流母線電壓額定值；k為儲能DC/DC變流器輸出電壓調節係數，與儲能裝置的SOC或者端電壓相關；P為儲能DC/DC變流器有功功率輸出；C為儲能DC/DC變流器附加電壓調節常數，與儲能裝置的SOC或者端電壓相關；同時，微電網中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整自身出力。實現所述微電網中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整自身出力的手段為：當直流母線電壓位於[Umin，UmH]時，分布式電源變流器的運行模式為最大功率跟蹤模式；當直流母線電壓U位於[UmH，Umax]時，分布式電源變流器限制功率運行，運行功率Pset的計算公式為：Pset=P+kpΔUΔU=U-Un;]]>其中，UmH為設定的直流母線正常運行時的高閾值，Umin為直流母線電壓的下限值，Umax為直流母線電壓的上限值，Pmax為儲能DC/DC變流器的最大有功功率輸出。在直流微電網內部無法相互通訊時，獲取儲能裝置自身的荷電狀態，以及儲能DC/DC變流器的有功功率輸出，然後根據儲能裝置的不同的荷電狀態對直流母線電壓進行相應地調整，使直流母線電壓穩定輸出，同時，微電網中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整自身出力。本發明提供的控制方法能夠平抑直流微電網系統離網運行中有功功率波動，實現整個直流微電網離網狀態下的能量平衡，尤其適用於各個變流器之間無通訊互聯，更沒有後臺控制器集中控制的情況。在上述無通訊互聯的情況下仍舊能夠實現直流微電網離網運行的能量平衡，所以，本發明提供的控制方法不依賴於通訊，相應的，故障率較低。不但應用場合十分廣泛，能夠同時適用於有通訊互聯的情況和無通訊互聯的情況，並且能夠提高直流微電網系統離網運行的可靠性，降低了直流微電網投資成本以及縮減了程序實現周期。而且，本發明中，通過對電壓的調整控制實現最大利用分布式能源，達到離網能量自主平衡的目標，目的在於分布式能源的充分利用。附圖說明圖1是直流微電網拓撲圖；圖2是儲能DC/DC變流器的控制策略示意圖；圖3是儲能裝置SOC充放電控制區域示意圖；圖4是儲能DC/DC變流器的輸出控制示意圖。具體實施方式方法實施例直流微電網系統如圖1所示，包含分布式電源、電力電子變流器DC/DC和儲能裝置等等。在直流微電網自主運行過程中，蓄電池儲能作為直流微電網的主控能量源，維持直流微電網電壓穩定，平抑分布式電源和負荷的波動。在本實施例中，儲能裝置以蓄電池為例，當然，其也可以是其他類型的儲能設備。微電網在無法實現通訊互聯時，即運行在離網模式下，儲能DC/DC變流器根據其直流側蓄電池的SOC(或端電壓)和輸出功率的大小，按照公式U＝Un+kiP+Ci改變輸出電壓值，從而實現在不同儲能SOC即端電池電壓情況下，對直流母線電壓的自動調整。其中，Un為直流母線電壓額定值，ki為儲能DC/DC變流器輸出電壓調節係數，P為儲能DC/DC變流器有功功率輸出；Ci為儲能DC/DC變流器附加電壓調節常數。而且，為了更加有效地控制，直流微電網離網運行中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整在不同直流母線電壓下自身變流器出力，平抑直流微電網系統離網運行中有功功率波動，從而實現整個直流微電網的能量平衡。比如在在滿足一定條件時，按照功率輸出調節公式：Pset＝P+kpΔU，同時結合最大功率點跟蹤(MPPT)控制，自動調整在不同直流母線電壓下自身變流器出力。由於MPPT控制屬於常規技術，這裡就不再對MPPT控制策略本身進行具體說明。以下針對三種情況對上述控制方法進行說明。由於蓄電池的SOC與端電壓存在著正比關係，蓄電池的SOC增大對應著其端電壓增大，反之亦然。所以，本實施例以SOC為例對控制過程進行說明。如圖2所示，在直流母線電壓額定值Un高低兩側設定有一個區間[UmL，UmH]，該區間為設定的直流母線電壓的正常區間，UmL為設定的直流母線正常運行時的低閾值，即母線正常運行時的低值，UmH為設定的直流母線正常運行時的高閾值，即母線正常運行時的高值；Pmax為儲能DC/DC變流器的最大有功功率輸出；Umax為直流母線電壓的上限值，可以理解為最大允許值；Umin為直流母線電壓的下限值，可以理解為最小允許值；UmL＞Umin，Umax＞UmH。設定一個SOC的正常範圍，為[SOCL，SOCH]，其中，SOCL為設定的下正常閾值，SOCH為設定的上正常閾值。當蓄電池的SOC在上述正常範圍內時，即端電壓在對應的正常範圍內時，儲能DC/DC變流器按照功率曲線運行於U＝Un+k1P+C1，如圖2中的曲線1所示，其中，通過曲線1的控制，能夠使直流母線電壓在區間[Umin，Umax]內，並且進一步使直流母線電壓穩定在區間[UmL，UmH]之間。另外，為了避免儲能DC/DC變流器在小功率充放電區間[-Pm，Pm]內來回進行充放電引起的電壓波動，因此在小功率區間[-Pm，Pm]保持直流母線電壓在U1值，其中，U1＝Un+k1Pm+C1。一般情況下，Pm的取值較小，所以，在本實施例中，Pm＝5％Pmax，當然，本發明並不局限於該實施方式。而且，分布式電源變流器結合自身的MPPT控制，調整自身的功率輸出，保證蓄電池工作在補充不放或小功率充電模式，維持直流微電網系統穩定運行。當蓄電池的SOC或端電壓過高時，即SOC大於上述SOCH時，儲能DC/DC變流器按照功率曲線運行於U＝Un+k2P+C2，如圖2中的曲線2所示，其中，通過曲線2的控制，能夠使直流母線電壓在區間[Umin，Umax]內，並且進一步使直流母線電壓穩定在區間[UmL，UmH]之間。另外，為了避免儲能DC/DC變流器在小功率充放電區間[-Pm，Pm]來回進行充放電引起的電壓波動，因此在小功率區間[-Pm，Pm]保持直流母線電壓在U2值，U2＝Un+k2Pm+C2。並且，限制分布式電源發電出力，使蓄電池工作在一直放電模式。當蓄電池的SOC或端電壓偏低時，即SOC小於上述SOCL時，儲能DC/DC變流器按照功率曲線運行於U＝Un+k3P+C3，如圖2中的曲線3所示，其中，通過曲線3的控制，能夠使直流母線電壓在區間[Umin，Umax]內，並且進一步使直流母線電壓穩定在區間[UmL，UmH]之間。另外，為了避免儲能DC/DC變流器在小功率充放電區間[-Pm，Pm]來回進行充放電引起的電壓波動，因此在小功率區間[-Pm，Pm]保持直流母線電壓在U3值，U3＝Un+k3Pm+C3。而且，放開分布式電源變流器出力限制，分布式電源變流器根據自身MPPT輸出，最大化利用分布式電源發電。如圖3所示，為蓄電池充放電控制與SOC之間的關係示意圖。另外，當蓄電池的SOC或端電壓較低時，即SOC小於上述SOCL時，且分布式電源變流器在最大出力下依然無法滿足全部負載的功率需求時，儲能DC/DC變流器根據事先劃定的負荷等級(即負荷的優先投入等級)通過出口繼電器切除一部分不重要負荷，保障重要負荷繼續供電。上述提到，分布式電源變流器根據儲能DC/DC變流器調整的母線電壓大小，自動調整自身出力，以下對其具體的調節過程進行說明：如圖4中的曲線(1)所示，當母線電壓最低值Umin≤直流母線電壓Udc≤母線電壓正常運行高值UmH時，分布式電源變流器與MPPT控制方式配合，分布式電源變流器保持最大功率跟蹤MPPT控制。如圖4中的曲線(2)所示，當母線電壓正常運行高值UmH≤直流母線電壓Udc≤母線電壓最高值Umax時，分布式電源變流器進行功率電壓下垂控制，根據不同的母線電壓調整自身功率輸出，具體為：分布式電源變流器按照公式計算得到的運行功率Pset進行限制功率運行，即低功率運行。其中，Pset是分布式電源變流器功率輸出設定值；kp為分布式電源功率調節係數，U為直流母線電壓。另外，在分布式電源進行限功率運行過程中，本實施例採用了單斜率曲線，也可以根據實際需要採用多折線曲線控制調整自身輸出。所以，本發明目的不僅僅是將直流母線電壓穩定在[UmL，UmH]區間內，而是在[Umin，Umax]區間最大限度的進行新能源的利用：當電壓較低時，進行最大功率跟蹤；當電壓較高時，進行限功率運行。裝置實施例本實施例提供了一種無通訊互聯直流微電網離網能量平衡自主控制裝置，包括：採集模塊，用於檢測儲能裝置的SOC或者端電壓以及儲能DC/DC變流器的有功功率輸出；控制模塊，用於根據以下公式來調整儲能DC/DC變流器的用於連接直流母線的一端輸出的電壓，使直流母線電壓U穩定在一個設定的正常區間內：U＝Un+k*P+C，其中，Un為直流母線電壓額定值；k為儲能DC/DC變流器輸出電壓調節係數，與儲能裝置的SOC或者端電壓相關；P為儲能DC/DC變流器有功功率輸出；C為儲能DC/DC變流器附加電壓調節常數，與儲能裝置的SOC或者端電壓相關；同時，微電網中的各分布式電源變流器根據直流母線電壓的變化情況，自動調整自身出力。所以，該控制裝置本質上仍舊是控制方法，並且具有與控制方法相同的保護範圍，由於該控制方法在上述方法實施例中已做出了詳細的描述，這裡不再贅述。以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限於所描述的實施方式。本發明的基本思路在於上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數並不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護範圍內。當前第1頁1 2 3