孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法

白吉欣

本发明专利涉及一种光储直流微电网控制方法，尤其涉及一种孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，包括光伏电池控制、蓄电池控制和负荷控制三部分

本发明专利公开了一种孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，包括光伏电池控制、蓄电池控制和负荷控制三部分。

本发明以功率为基准将控制策略分为不同模式的变功率控制策略以实现微电网内功率的平衡和电压的稳定。蓄电池采用变功率充放电控制，能够实现微电网内部功率的平衡；将直流微电网母线电压差加入到蓄电池充放电的给定值计算公式中，能够消除因计算误差或测量误差导致微电网内功率的不平衡；实现微电网内功率的平衡就能实现直流微电网母线电压的稳定。

背景技术

随着我国经济的发展，能源短缺与环境污染两大难题日益突出，发展清洁能源、保障能源安全是解决这两大难题最有效的途径。然而太阳能、风能等清洁能源无法集中利用，为了更有效地利用这些清洁能源，微电网应运而生。

微电网是将分布式电源、负荷和储能装置、变流器等有机整合在一起的小型发配电系统，依据供给电能的类型，微电网可分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网。由于大电网与绝大多数负载都属于交流系统，所以交流微电网得到了较快的发展。然而直流微电网系统结构简单、能量转换少、供电质量高，相比交流微电网更有优势，因此在如海岛、偏远的山区等地方因无法与大电网并网，直流微电网的运行更有效。

目前直流微电网主要采用电压分层控制策略来控制其直流母线电压。而这些传统控制策略都没有考虑到因母线电压波动而导致控制策略频繁切换的情况。

直流微电网分层控制的主要思路为：电压是判定系统功率是否平衡的重要指标，通过检测电压是否恒定可以判定系统功率是否平衡，以直流母线电压的幅值为判定基准，将微电网的控制策略设置为不同工作模式。

然而分层控制以电压为判定基准就会不可避免地受到母线电压的影响，而直流微电网在正常运行时母线电压并非绝对的直流而是小范围内波动的，而且微电网不同模式切换时也会对母线电压造成一定的冲击，这些母线电压波动可能会导致微电网不同工作模式间的频繁切换，若通过增加蓄电池空闲模式或采取电压滞环控制等策略来解决这种状况，又会造成微电网控制的延时等一些新的问题。

发明要点简述

一种孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，其特征在于：包括光伏电池控制、蓄电池控制和负荷控制三部分。

如权利要求1所述的孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，其特征在于所述光伏电池控制包括MTTP控制和恒压控制，能够根据光伏电池输出功率多少采用不同的控制策略。

如权利要求1所述的孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，其特征在于所述蓄电池控制包括非极性变功率控制和极限变功率控制，能够根据蓄电池状态切换不同的控制策略。

如权利要求1所述的孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，其特征在于所述负荷控制通过断路器逐渐切除负荷，保证微电网功率的平衡。

发明内容

为了克服母线电压波动对分层控制产生影响的难题，本发明提出一种孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法，包括光伏电池控制、蓄电池控制和负荷控制三部分。

所述光伏电池控制包括MTTP控制和恒压控制，能够根据光伏电池输出功率多少采用不同的控制策略。

所述蓄电池控制包括非极性变功率控制和极限变功率控制，能够根据蓄电池状态切换不同的控制策略。

所述负荷控制通过断路器逐渐切除负荷，保证微电网功率的平衡。

本发明的有益效果是：本发明以功率为基准将控制策略分为不同模式的变功率控制策略以实现微电网内功率的平衡和电压的稳定。蓄电池采用变功率充放电控制，能够实现微电网内部功率的平衡；将直流微电网母线电压差加入到蓄电池充放电的给定值计算公式中，能够消除因计算误差或测量误差导致微电网内功率的不平衡；实现微电网内功率的平衡就能实现直流微电网母线电压的稳定。

具体实施方案

图1中，光伏电池输出低压直流电能，Boost变换器将光伏电池输出的电能转换为高压直流电能，并输出到直流母线上；蓄电池用于平抑光伏输出电能的波动，其充、放电状态与直流母线之间的功率流向为双向，通过双向DC/DC变换器与直流母线连接。

微电网中负荷包括直流负荷与交流负荷2种，直流负荷通过DC/DC变换器与直流母线相连，交流负荷通过DC/AC变换器与直流母线相连；控制系统包括光伏电池的控制策略、蓄电池的控制策略和负荷的控制策略。

各分布式单元的控制策略主要包括光伏发电系统的控制策略、储能系统的控制策略、负载逐渐切除策略。直流微电网的工作模式是由上述3种控制策略之间相互配合构成，具体配合方式如下：

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光伏电池分别工作于2种控制策略，即MPPT控制或恒压控制。当光伏电池输出功率较少或蓄电池充电功率没有达到极限时，光伏电池采用MPPT控制输出其最大功率；当光伏电池输出功率过多或蓄电池的充电功率达到极限时，需要减少光伏电池的输出功率，此时光伏电池采用恒压控制。

图2中，在直流微电网中蓄电池的控制是整个微电网协调控制的重心。蓄电池采取变功率控制，其中蓄电池的充放电功率是由光伏发电功率与负荷功率所决定，并由母线电压的额定变化值作为补充，并且根据蓄电池充放电功率的大小决定蓄电池的工作状态。

蓄电池主要采用非极限变功率控制和极限变功率控制2种控制模式。

图3中，为非极限变功率控制。c蓄电池充电时双向DC/DC电路中Buck电路的占空比；d为蓄电池放电时双向DC/DC电路中Boost电路的占空比。

非极限变功率控制的原理为：通过公式计算蓄电池充放电功率的给定值，然后使蓄电池工作在给定值附近以调节微电网功率的平衡。