【《光储直流微电网协调控制策略》5200字】

光储直流微电网协调控制策略目录TOC\o"1-3"\h\u25998光储直流微电网协调控制策略 180961.1光储直流微电网协调控制结构 196941.2双向DC/AC变换器控制策略 2178491.3光储直流微电网运行方式 478281.3.1系统孤岛运行工作模式分析 4148941.3.2系统并网运行工作模式分析 7在光储直流微电网中，我们按照根据系统中各个微源的特性不一样的特点，在DC微电网正常运行的时候，就应该对每个微源进行实现可靠的管理和限定[]，改进系统电能品质，使得系统的可控性和安全性得到加强，从而达到优化各发电单元的目的。本章分析了储能单元和系统功率平衡的综合利用，设计了基于层级的DC微电网协调控制策略。根据系统不同工作状态，由上层控制器对各局部能源进行合理调度。最开始，对能量协调控制系统的一个总体技术框架结构进行简单的技术介绍，研究了用双向DC/AC变换器作为电网与微电网能量交换端口的一种控制策略；后面又对不同条件下的系统进行详细的分析。最后，详细阐明了各种应用情况下的控制系统的工作运行模式。1.1光储直流微电网协调控制结构考虑到DC微电网中每个微源存在特性的区别，在DC微电网运行期间，需要相应地调整和控制每个微源的工作状况及其功率分配。系统之间的协调控制需要满足以下目标：满足微电网内负荷的功率需求；保证系统内的电能质量；优化储能系统的工作状态；发挥各个发电单元的最佳效果。图1.1为直流微电网协调控制结构。图1.1直流微电网协调控制结构直流微电网协调控制策略分为上层协调控制器与下层各本地控制单元两部分。上层协调控制器主要功能为：各单元数据的采集，发出调度指令调度下层本地各单元控制器，继而分配光伏系统、并网单元的工作状态以及各单元的功率。下层控制单元包含光伏单元的Boost变换器，储能部分包括的两个双向DC/DC变换器以及并网单元的双向DC/AC变换器。每个变换器分别对应三种不同的工作模式：Boost变换器可以在MPPT模式、停机模式、恒压模式工作；与储能单元相对应的两个双向DC/DC变换器可以在停机模式、Boost模式、Buck模式工作；并网单元双向DC/AC变换器可以在停机模式、逆变模式、整流模式三种模式下工作。1.2双向DC/AC变换器控制策略双向DC/AC转换器是用于直流母线与电网侧之间的能量交换的通道。在微电网中，双向DC/AC转换器的控制方法大致包括：PQ控制、V/f控制和下垂控制等。PQ控制主要用于双向DC/AC变换器连接到大电网工作的时候，它的控制目标就是在微电网与大电网之间实现特定有功功率和无功功率的转移。V/f控制通常是交流微电网呈孤岛运行的情况。对于交流微电网孤岛运行时，如果系统中没有支持输出电压、频率的大电网，则需要设定主控单元来维持交流母线上的输出电压和频率不改变，通过双向DC/AC变换器装置的V/f控制，实现AC微电网系统内电压和频率的调整，确保电能质量。下垂控制是一种模拟电力系统同步发电机一次调频曲线控制策略，使用P/f下垂控制和Q/V下垂控制来分别控制微电网中微源输出的有功功率和无功功率，以确保稳定的频率和电压。保证孤岛下微电网的电压和频率的稳定不需要单元之间的通信调整。本文主要研究使用双向DC/AC变换器并网运行时，微电网与配电网之间的能量交换，所以我们采取PQ法来控制双向DC/AC变换器。根据瞬时功率理论，系统的瞬时有功功率P、功功率Q分别为：（1.1）采用电网电压定向矢量控制技术，有=0。式可以简化为：（1.2）从式1.2可以看出，双向DC/AC变换器的输出有功功率P与无功功率Q分别与、成正比关系，也就是控制与的数值就可以限定双向DC/AC变换器输出功率的数值。在本论文中，双向DC/AC变换器设定为以单位功率因数运行工作，仅仅来传输有功功率，无功功率设置给定值为零。整个运行过程中，光储DC微电网是并网运行的，当微电网内电能有剩余时，给定功率的数值为负数，这个时候双向DC/AC变换器是在逆变状态工作，电网则会并入多余的电能；当微电网内电能不足时，给定功率的数值为正数，双向DC/AC变换器是在整流状态工作，它将交流电整流为直流，提供电能给直流微电网内。图1.2为双向DC/AC变换器PQ控制结构图，双向DC/AC变换器采用PQ控制，实现DC微电网向配电网注入或吸收规定的有功功率或无功功率。图1.2双向DC/AC变换器PQ控制结构图使用锁相环（PLL）得到电网电压的相位和频率，并且设置成并网电流相位和频率的基准值；根据式（4-2），当有功功率参考值和无功功率参考值设置成确切数值时，d轴电流和q轴的电流参考值与则可以直接得到，与通过abc/dq坐标变换得到的d轴电流、q轴电流进行就比较，然后发送到PI控制器，在PI控制与坐标变换之后，获取到电压分量值，最终，利用空间矢量脉宽调制算法（SVPWM）得到驱动信号，来达到并入大电网工作的目的。1.3光储直流微电网运行方式1.3.1系统孤岛运行工作模式分析当在直流微电网在孤岛状态下工作运行的时候，双向DC/AC变换器处在停机模式下，直流微电网与配电网无法交换能量。直流微电网内的每个单元之间功率关系与第四章节中的功率分配方法分析是一样的。孤岛状态下具体工作模式有：工作模式1：此状态通常会在晴空或低云以及其他等天气条件下显示。此时，光线比较好，系统内光伏输出功率超过了负荷功率，也就是；而且蓄电池荷电状态小于其最大充电限制值，即。在这种模式下，光伏直流微电网内有剩余的电能，这个时候光伏单元接口Boost变换器在MPPT模式下工作，尽可能地使用大量太阳能，蓄电池接收来自直流微电网中剩余的能量，用来给自己充电；系统内的暂态功率波动就由超级电容来补偿。图1.3为工作模式1下的能量流向图。图1.3工作模式1能量流向图工作模式2：这个模式是系统在工作模式1相同条件下，蓄电池充电到荷电状态大到最高数值时，为了避免蓄电池进行过度充电，这个时候有必要对蓄电池进行约束充电。为了维持直流母线电压稳定，对光伏单元Boost变换器进行切换，使它调整到恒压模式。图1.4为工作模式2下的能量流向图。图1.4工作模式2能量流向图工作模式3：这种状态通常在阴天、雨天或夜间等恶劣天气下发生。在光伏发电功率不足或者没有功率输出的情况下，系统内光伏输出功率是会低于负荷功率，也就是；与此同时，蓄电池荷电状态大于它的限放最低值，也就是。光伏输出功率不足以给负载提供功率。这个时候，负载功率是由光伏发电系统与混合储能系统一起负责，使得直流微电网内的能量处于平衡的状态。图1.5为工作模式3下的能量流向图。图1.5工作模式3能量流向图工作模式4：这个模式是系统处在工作模式3的相同条件下，如果蓄电池放电到它荷电状态小于限放最低值时，持续放电的话蓄电池有损伤的可能性，所以蓄电池被限制继续放电。这个时候就应当及时切除一部分负荷或者系统暂时停机，来保证系统的功率平衡。图1.6为工作模式4下的能量流向图，此时系统处于停机状态，没有能量流动。图1.6工作模式4能量流向图上述4种工作模式为孤岛运行下的工作状况，其流程图如图1.7所示。图1.7孤岛运行下协调控制策略在孤岛运行状态下，双向DC/AC变换器处于停机状态，直流微电网与配电网之间不进行能量交换。当时，且。这个时候，光伏单元接口Boost变换器在MPPT模式下工作，即工作模式1下工作；当时，并且蓄电池充电到其荷电状态大到最高值。这个时候，光伏单元Boost变换器自动切换，调整到恒压模式下工作，即工作模式2下工作；当时，且。这个时候，由于为了稳定直流微电网内的能量的平衡，负载功率需要由光伏发电系统与混合储能系统一起负责，也就是工作模式3下工作；当时，与此同时，蓄电池放电到它的荷电状态小于限放最低值。这个时候，是不允许蓄电池继续放电的。此时需要切除部分负荷或系统停机，来保证系统内的功率平衡，也就是工作模式4下工作。1.3.2系统并网运行工作模式分析当直流微电网连接到大电网工作的时候，最开始就应该确定光伏发电系统提供的功率能不能满足负荷的所需要的数值。如果微电网内能量不足，双向DC/AC在整流模式下工作，微电网接收由大电网输送过来的电能，蓄电池这个时候是在空闲状态下；然而一旦光伏发电功率超过了负载功率，系统就首先给蓄电池进行充电，如果蓄电池全部充满电之后，配电网就会接收微电网内的剩余电能，这个时候，双向DC/AC变换器在逆变状态下工作。在并网运行时系统内功率关系如下：Pdc=Ppv式中，Pg为双向DC/AC变换器并网有功功率，本文规定从配电网送入微电网为正方向；其他变量与式(1.1)、(1.2为了有效、合理地最大限度地利用电能，避免电能的严重浪费。在系统连接到大电网的运行过程中，一旦整个系统内有剩余电能时，为了保证系统稳态的平衡，则对蓄电池首先进行充电；如果蓄电池全部充满后，剩余的电能再次整合到配电网中，此时系统的稳态平衡是由双向DC/AC变换器老保证的；如果系统内电能不足时，为了防止蓄电池的屡次反复工作，这时候就应该由配电网向微电网内输送电能。根据上述要求，当这个系统连接到大电网，电网所承担功率与蓄电池所承担功率分配如下：Pbat_ref=(1−λ)11+TsPg_ref=λ11+TsP式中，Phess为光伏输出功率与负载功率的差值；λ表4-1功率分配系数λ取值SOCλ1−P任意值11PSOC11SOC00当光伏输出功率比较低，不能够满足负载功率的时候，也就是Ppv<Pload的时候，Pbat_ref=0，Pg_ref=11+TsPhess，蓄电池会中断工作，光伏系统和电网一起负责负载功率。一旦光伏输出功率超出负载功率的时候，也就是Ppv>Pload的时候，立即判断蓄电池有没有全部充满，如果蓄电池没有全部充满的话，此时，Pbat_ref=11+TsPhess，P在系统正常工作的时候，系统内暂态波动功率是由超级电容来补偿的，同时利用超级电容SOC分区限值管理策略，防止超级电容过度充电和过度放电。直流微电网并网运行时具体工作模式如下：工作模式5：在这种模式下，光伏直流微电网系统处在与大电网连接的工作状态下，系统内光伏输出功率远远高出负荷功率，也就是Ppv>Pload的时候；与此同时，蓄电池荷电状态小于它的限充最高值，也就是SOCbat<SOCbat_max。这个时候，微电网内剩余能量最先给蓄电池进行充电，双向DC/AC变换器在停机模式状态下工作。光伏单元接口Boost变换器在MPPT工作模式下工作，系统内波动的功率图1.8工作模式5能量流向图工作模式6：这个模式是系统设置在与工作模式5相同条件下，如果蓄电池充电达到其荷电状态充电限值时，为避免它过度充电，蓄电池自动切换调整空闲状态，双向DC/AC变换器此时在逆变状态工作，由电网来接收系统内剩余的能量部分，这个时候直流微电网系统中稳态功率的平衡由双向DC/AC变换器负责，超级电容负责补偿直流微电网内的功率波动。图1.9为工作模式6下的能量流向图。图1.9工作模式6能量流向图工作模式7：在这个模式下，系统是与大电网连接的工作状态下，系统内光伏输出功率远远低于负荷功率，也就是的时候，负载功率光与伏发电功率之间的功率差额此时是由大电网来负责的，这样可以保证系统的稳态平衡，蓄电池此时正则处于空闲状态，最大限度的降低了蓄电池的利用次数以及延长了其使用寿命，双向DC/AC变换器在整流模式下工作，光伏单元Boost变换器在MPPT工作模式下工作，系统内功率的波动由超级电容负责补偿。图1.10为工作模式7下的能量流向图。图1.10工作模式7能量流向图上述3种工作模式为并网运行下的工作状况，其流程图如图1.11所示。图1.11并网情况下协调控制策略在系统连接到大电网的运行状态下，当时，与此同时，。这个时候，微电网内剩余能量最开始给蓄电池进行充电，双向DC/AC变换器在停机模式下工作。光伏单元接口Boost变换器在MPPT工作模式下工作，此时系统内波动的功率由超级电容负责补偿，也就是工作模式5；当的时候，与此同时，蓄电池充电达到其荷电状态充电限值时。这个时候，蓄电池切换调整到空闲状态，双向DC/AC变换器切换在逆变状态下工作，由大电网来接收系统内剩余的能量，也就是工作模式6；当时，双向DC/AC变换器在整流模式下工作，光伏单元Boost变换器在MPPT工作模式下工作，也就是工作模式7。系统设置在不同的工作模式状态下，各个单元控制模式如表4-2所示。在这里面，超级电容单元控制按照第三章中混合储能能量管