一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，該方法包括：添加飛輪儲(chǔ)能單元以平抑電壓輸出波動(dòng)；所述微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能單元和飛輪儲(chǔ)能單元平抑分布式發(fā)電單元輸出波動(dòng)；所述微網(wǎng)系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源；所述微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行并離網(wǎng)切換時(shí)，飛輪儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)提供功率支持。通過本發(fā)明提供的方法，提高可再生能源利用率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行；平抑光伏輸出的瞬時(shí)大功率波動(dòng)和長時(shí)間尺度波動(dòng)；協(xié)調(diào)控制各分布式發(fā)電設(shè)備，保證各設(shè)備能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、快速的協(xié)同動(dòng)作。
【專利說明】—種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微網(wǎng)系統(tǒng)控制方法，具體講涉及一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化不斷深入，能源越來越受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注，能源安全、環(huán)境保護(hù)和應(yīng)對(duì)氣候變化的要求日益嚴(yán)峻和突出，。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)行能源多元化、清潔化發(fā)展，大力改善和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，有效保證能源供給，已是刻不容緩、迫在眉睫。積極尋求和大力發(fā)展可再生能源發(fā)電和新能源發(fā)電，具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義。在此背景下，以太陽能為主的微網(wǎng)技術(shù)近年來得到了較快發(fā)展，而且在未來很長時(shí)間內(nèi)都將處于快速發(fā)展期。以分布式發(fā)電為基礎(chǔ)組建的微電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制上更為靈活多樣，而且靠近負(fù)荷側(cè)，也成為重要的可再生能源利用形式。然而，太陽能等可再生能源受自然條件的影響很大，發(fā)電功率具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的火電或水電相比，電源在發(fā)電出力平穩(wěn)性、容量可信度方面存在較多問題。并且，相關(guān)的研究表明，微網(wǎng)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理上與傳統(tǒng)電網(wǎng)有較大不同，傳統(tǒng)電網(wǎng)具有較大的機(jī)械慣性和擾動(dòng)抵抗能力，小擾動(dòng)下具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性。而微網(wǎng)的微源大多以逆變器、小容量同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)作為并網(wǎng)接口，系統(tǒng)慣性很小，對(duì)擾動(dòng)作用的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性差。風(fēng)電和光伏輸出功率的間歇性和隨機(jī)性變化，負(fù)荷的隨機(jī)投切與三相不平衡、離網(wǎng)和并網(wǎng)過程等會(huì)導(dǎo)致微網(wǎng)電壓和頻率發(fā)生閃變和波動(dòng)，運(yùn)行穩(wěn)定性降低，甚至失穩(wěn)。
[0003]在微網(wǎng)中配置儲(chǔ)能，通過特定的控制策略，可以提高系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)性能和應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)沖擊的能力，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)能量平衡，進(jìn)而提高運(yùn)行穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，其效果相當(dāng)于增加系統(tǒng)的慣性。近年來，已開始探索將儲(chǔ)能應(yīng)用于風(fēng)電和光伏等可再生發(fā)電系統(tǒng)，通過對(duì)蓄電池和飛輪儲(chǔ)能的控制，以提高分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定性，減少電壓波動(dòng)。分布式的可再生能源發(fā)電很難作為獨(dú)立電源，需要配置柴油機(jī)和蓄電池等作為備用或補(bǔ)償，或者直接接入電網(wǎng)，以電網(wǎng)作為能量支撐。隨著分布式可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展及其并網(wǎng)滲透率提高，給電網(wǎng)帶來了越來越多的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量問題，制約了可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展，因此，儲(chǔ)能技術(shù)在微網(wǎng)中的應(yīng)用就顯得更為重要。
[0004]電池類儲(chǔ)能自損耗小，儲(chǔ)能時(shí)間長，但循環(huán)壽命小，響應(yīng)速度慢，只能作為負(fù)荷調(diào)節(jié)或緊急備用電源。飛輪、超級(jí)電容器、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能響應(yīng)速度快，輸出功率大，但儲(chǔ)能過程中自損耗較大，不適用于長時(shí)間儲(chǔ)能。按當(dāng)前的技術(shù)水平，飛輪、超級(jí)電容器、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的成本均較高，要實(shí)現(xiàn)大容量在技術(shù)上也有一定的困難，一般僅適用于微網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)功率補(bǔ)償以平滑功率、穩(wěn)定電壓或作為短時(shí)間的緊急備用電源。為滿足微網(wǎng)的技術(shù)需求，微網(wǎng)中的多元復(fù)合儲(chǔ)能應(yīng)以能實(shí)現(xiàn)大容量的電池類儲(chǔ)能為基礎(chǔ)，并配合具有快速響應(yīng)特性的飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能或超級(jí)電容器。
[0005]多元復(fù)合儲(chǔ)能尚未能在微網(wǎng)中得到普遍應(yīng)用，而是否采用多元復(fù)合儲(chǔ)能與微網(wǎng)中的負(fù)荷特性和電源特性有關(guān)。如果微網(wǎng)中同時(shí)含有對(duì)供電可靠性要求很高的敏感負(fù)荷和輸出功率波動(dòng)性很大的新能源，多元復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)就會(huì)成為必要。在微網(wǎng)中同時(shí)應(yīng)用具有大容量儲(chǔ)能特性和具有快速功率響應(yīng)特性的多種儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)，由于不同儲(chǔ)能形式對(duì)應(yīng)不同需求，其可獨(dú)立控制。但是，如果多種儲(chǔ)能方式能實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，將可使微網(wǎng)獲得更好的技術(shù)性能和更高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。這是因?yàn)殡m然電池類儲(chǔ)能對(duì)于響應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性幾乎是無能為力，但飛輪、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)，充當(dāng)緊急電源。多種儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)控制可優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低設(shè)備冗余度，提高反應(yīng)能力。
[0006]從以上技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀看，基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)將會(huì)成為微網(wǎng)的未來一個(gè)主要存在形式之一。由于微網(wǎng)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上靈活多變，多元復(fù)合儲(chǔ)能應(yīng)用于微網(wǎng)還存在著一系列的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)問題，包括儲(chǔ)能的作用機(jī)理、規(guī)劃和控制方法等，亟需系統(tǒng)的研究、開發(fā)、示范和評(píng)估。微網(wǎng)具有并網(wǎng)和孤島兩種典型運(yùn)行模式，本發(fā)明提供了一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，以充分發(fā)揮多元復(fù)合儲(chǔ)能的控制柔性，在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行、孤島運(yùn)行，以及兩種運(yùn)行模式的切換過程中發(fā)揮重要的作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，所述微網(wǎng)系統(tǒng)包括:電池儲(chǔ)能單元、分布式發(fā)電單元、柴油發(fā)電機(jī)、雙向DC/DC變換器、濾波器、負(fù)載、隔離變壓器和電網(wǎng)電路；其特征在于，所述方法包括:
[0010]添加飛輪儲(chǔ)能單元平抑電壓輸出波動(dòng)；
[0011]所述微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能單元和飛輪儲(chǔ)能單元平抑分布式發(fā)電單元輸出波動(dòng)；
[0012]所述微網(wǎng)系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源；
[0013]所述微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行并離網(wǎng)切換時(shí)，飛輪儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)提供功率支持。
[0014]優(yōu)選地，電池儲(chǔ)能單元和飛輪儲(chǔ)能單元平抑分布式發(fā)電單元輸出波動(dòng)包括:當(dāng)檢測到分布式發(fā)電單元出力存在大波動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)飛輪儲(chǔ)能單元進(jìn)行平抑；當(dāng)檢測到分布式發(fā)電單元出力存在小波動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電池儲(chǔ)能單元進(jìn)行平抑；所述大波動(dòng)是分布式發(fā)電單元需補(bǔ)充的能量大于電池儲(chǔ)能單元當(dāng)前能夠釋放的能量時(shí)的波動(dòng)；所述小波動(dòng)是分布式發(fā)電單元需補(bǔ)充的能量小于電池儲(chǔ)能單元當(dāng)前能夠釋放的能量時(shí)的波動(dòng)；所述分布式發(fā)電單元需補(bǔ)充的能量是為保證分布式發(fā)電單元的平滑輸出而補(bǔ)充的。
[0015]優(yōu)選地,所述啟動(dòng)電池儲(chǔ)能單元進(jìn)行平抑包括:若電池儲(chǔ)能單元的SOC值大于或等于0.8，則禁止儲(chǔ)能電池充電，強(qiáng)制儲(chǔ)能電池向電網(wǎng)放電，電池儲(chǔ)能單元系統(tǒng)的SOC值小于或等于0.5時(shí)，恢復(fù)正?？刂疲蝗綦姵貎?chǔ)能單元的SOC值小于或等于0.2，則禁止儲(chǔ)能電池放電，強(qiáng)制電網(wǎng)向儲(chǔ)能電池充電，儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC值大于或等于0.5時(shí)，恢復(fù)正?？刂?。
[0016]優(yōu)選地，所述交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源包括:當(dāng)蓄電池組充電達(dá)到上限時(shí)，則轉(zhuǎn)為電池儲(chǔ)能單元做主電源模式；當(dāng)蓄電池組荷電狀態(tài)值低于臨界轉(zhuǎn)換值時(shí)，則開啟柴油發(fā)電機(jī)作為主電源供電，同時(shí)對(duì)電池儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電。[0017]優(yōu)選地，所述交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源包括:電池儲(chǔ)能單元做主電源模式中，蓄電池組荷電狀態(tài)值升至上限值時(shí)，通過控制分布式發(fā)電出力使電池儲(chǔ)能單元僅工作于放電狀態(tài)且放電功率在設(shè)定范圍內(nèi)；蓄電池組荷電狀態(tài)值降至下限值時(shí)，通過控制分布式發(fā)電出力使電池儲(chǔ)能單元僅工作于充電狀態(tài)且充電功率在設(shè)定范圍內(nèi)。
[0018]優(yōu)選地，所述飛輪儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)提供功率支持包括:網(wǎng)側(cè)失電，則將微網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)斷開連接，微網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，由飛輪儲(chǔ)能單元提供功率支撐；若在1.5秒內(nèi)，電網(wǎng)重合閘成功，則延時(shí)2秒，微網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)電壓同步后重新連接微網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)；若超過1.5秒網(wǎng)側(cè)未恢復(fù)供電，則啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合平抑光伏輸出波動(dòng)，提高可再生能源利用率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行。利用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力和功率密度高特點(diǎn)，來平抑光伏輸出的瞬時(shí)大功率波動(dòng)；利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的高能量密度特點(diǎn)來平抑光伏輸出的長時(shí)間尺度波動(dòng)。微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)主電源形式的不同，離網(wǎng)運(yùn)行分為兩種模式:柴油發(fā)電機(jī)做主電源模式和儲(chǔ)能系統(tǒng)做主電源模式。微電網(wǎng)在并離網(wǎng)切換時(shí)，充分利用飛輪儲(chǔ)能響應(yīng)速度快和功率密度高的特點(diǎn)，為微電網(wǎng)提供短時(shí)支撐，保證并聯(lián)網(wǎng)過程的順利進(jìn)行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1本實(shí)施例中基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)分層監(jiān)控管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2本實(shí)施例中基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖3本實(shí)施例中儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑控制策略流程圖；
[0024]圖4本實(shí)施例中基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行控制流程圖；
[0025]圖5本實(shí)施例中基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行控制流程圖；
[0026]圖6本實(shí)施例中并離網(wǎng)切換時(shí)飛輪及柴油發(fā)電機(jī)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]本發(fā)明的目的是在考慮微網(wǎng)中存在的多分布式電源的基礎(chǔ)上，提出一種可以維持微網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的協(xié)調(diào)控制策略。在含有多分布式發(fā)電設(shè)備的微型電網(wǎng)中，協(xié)調(diào)控制各分布式發(fā)電設(shè)備，保證各設(shè)備能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、快速的協(xié)調(diào)動(dòng)作。
[0029]以光伏微網(wǎng)系統(tǒng)為例，圖1為基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)分層監(jiān)控管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。微電網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)從配電網(wǎng)調(diào)度層、微電網(wǎng)集中控制層、分布式電源和負(fù)荷就地控制層三個(gè)層面進(jìn)行綜合管理和控制。其中上層配電網(wǎng)調(diào)度層主要從配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度協(xié)調(diào)調(diào)度微電網(wǎng)，使微電網(wǎng)相對(duì)于大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，微電網(wǎng)接受上級(jí)配電網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制命令。中間微電網(wǎng)集中控制層集中管理分布式電源和各類負(fù)荷，在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)價(jià)值的最大化并優(yōu)化微電網(wǎng)運(yùn)行，在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)分布式電源出力和各類負(fù)荷的用電情況實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行。下層分布式電源控制器和負(fù)荷控制器，負(fù)責(zé)微電網(wǎng)的暫態(tài)功率平衡和低頻減載，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)暫態(tài)時(shí)的安全運(yùn)行。圖2為基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；如圖所示，本實(shí)施例涉及的微電網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、雙向DC/DC變換器、LC濾波器以及負(fù)載和電網(wǎng)電路。
[0030]本實(shí)施例所述的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍覆蓋溫度、電流、電池容量等各方面。對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的各主要運(yùn)行部位的溫度，采用高精度溫度傳感器實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)溫度，以保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)高效。放電電流以及充電電流的測量也是實(shí)時(shí)的，系統(tǒng)同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓量值，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，延長系統(tǒng)使用時(shí)間。所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均由子系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合之后通過通訊總線系統(tǒng)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給微電網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)。最長每隔5分鐘存儲(chǔ)一次光伏重要運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)。為了保證蓄電池的最大使用壽命，需要在運(yùn)行一段時(shí)間內(nèi)對(duì)蓄電池進(jìn)行人工維護(hù)，在控制策略中設(shè)置全充全放模式，人工操作先開啟柴發(fā)對(duì)蓄電池組進(jìn)行“預(yù)充-快充-均充-浮充”四段式標(biāo)準(zhǔn)充電直至全充完成，再控制蓄電池組始終處于放電狀態(tài)直到全放完成，以此來盡量提高蓄電池的循環(huán)使用壽命。
[0031]本實(shí)施例所述的微網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用分層管理的控制策略。微電網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)從配電網(wǎng)調(diào)度層、微電網(wǎng)集中控制層、分布式電源和負(fù)荷就地控制層三個(gè)層面進(jìn)行綜合管理和控制。其中上層配電網(wǎng)調(diào)度層主要從配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度協(xié)調(diào)調(diào)度微電網(wǎng)，使微電網(wǎng)相對(duì)于大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，微電網(wǎng)接受上級(jí)配電網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制命令。中間微電網(wǎng)集中控制層集中管理分布式電源和各類負(fù)荷，在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)價(jià)值的最大化并優(yōu)化微電網(wǎng)運(yùn)行，在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)分布式電源出力和各類負(fù)荷的用電情況實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行。下層分布式電源控制器和負(fù)荷控制器，負(fù)責(zé)微電網(wǎng)的暫態(tài)功率平衡和低頻減載，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)暫態(tài)時(shí)的安全運(yùn)行。
[0032]本實(shí)施例涉及的微網(wǎng)系統(tǒng)中的各分布式電源，采用合理的協(xié)調(diào)控制策略，保證各分布式電源能夠正確、及時(shí)、合理的動(dòng)作，從而保證微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體如下:
[0033](I)光伏、柴發(fā)、儲(chǔ)能協(xié)調(diào)能量管理研究
[0034]制定光伏系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能、柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)合分層協(xié)調(diào)管理策略，保證光伏/儲(chǔ)能微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能平抑光伏輸出波動(dòng)，保證光伏系統(tǒng)的友好接入；離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由儲(chǔ)能系統(tǒng)做主電源，儲(chǔ)能變流器采用V/f控制提供電壓和頻率支撐；當(dāng)蓄電池組SOC值越限時(shí)開啟柴油發(fā)電機(jī)作為主電源，聯(lián)合光伏系統(tǒng)為負(fù)載供電，多余的電能對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。
[0035](2)飛輪、電池儲(chǔ)能間協(xié)調(diào)控制策略研究
[0036]并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合平抑光伏輸出波動(dòng)，提高可再生能源利用率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行。光伏系統(tǒng)采用MTTP控制，保證光伏系統(tǒng)的最大出力。但光伏系統(tǒng)的出力受各種自然因素影響，因此光伏系統(tǒng)的出力具有波動(dòng)性，需要利用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行平抑波動(dòng)。利用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力和功率密度高特點(diǎn)，來平抑光伏輸出的瞬時(shí)大功率波動(dòng)，即在監(jiān)測系統(tǒng)檢測到分布式發(fā)電系統(tǒng)出力存在大波動(dòng)(為保證分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出平滑所需補(bǔ)充的能量大于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)前所能釋放的能量時(shí)的波動(dòng))時(shí)，啟動(dòng)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)大波動(dòng)進(jìn)行平抑，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的高能量密度特點(diǎn)來平抑光伏輸出的長時(shí)間尺度波動(dòng)，即監(jiān)測系統(tǒng)將小波動(dòng)(為保證分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出平滑所需補(bǔ)充的能量小于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)前所能釋放的能量時(shí)的波動(dòng))信號(hào)傳輸給儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)收到波動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)出力給予平抑，在此種運(yùn)行模式下，若電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC大于等于0.8，那么控制系統(tǒng)將禁止儲(chǔ)能電池繼續(xù)充電，強(qiáng)制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)向電網(wǎng)放電，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC小于等于0.5時(shí)，恢復(fù)正常控制；若電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC小于等于0.2，那么控制系統(tǒng)將禁止儲(chǔ)能電池繼續(xù)放電，強(qiáng)制電網(wǎng)向儲(chǔ)能電池沖電，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC大于等于0.5時(shí),恢復(fù)正常控制。
[0037]圖3為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑控制策略流程圖。主要步驟包括:
[0038]步驟一:光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功P經(jīng)濾波器濾波生成信號(hào)P+ ;
[0039]步驟二:新生成的信號(hào)P+與信號(hào)P-(P-= P)做差，生成的信號(hào)作為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的給定信號(hào)。
[0040]這樣實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)對(duì)外的出力為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所發(fā)出的功率P*與光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力P (P- = P)之和，即整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外的出力為濾波器的平滑輸出。
[0041]圖4為基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行控制流程圖。主要步驟包括:
[0042]步驟一:首先，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏系統(tǒng)工作在MTTP工作點(diǎn)，保證對(duì)光伏出力的充分利用；
[0043]步驟二:與此同時(shí)，投入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用以平抑光伏輸出的小波動(dòng)，保證光伏系統(tǒng)的友好接入；
[0044]步驟三:運(yùn)行中通過對(duì)負(fù)載功率進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)負(fù)載側(cè)存在大功率波動(dòng)時(shí)，利用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)速度快和功率密度大的特點(diǎn)，平滑系統(tǒng)出力。
[0045]并網(wǎng)工作過程中同時(shí)要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的端電壓/SOC進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的端電壓/SOC達(dá)到臨界值時(shí)，通過相應(yīng)的控制策略保證儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0046](3)本實(shí)施例所涉及的基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)，在主網(wǎng)故障或失電時(shí)，其工作在離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，儲(chǔ)能系統(tǒng)與柴油發(fā)電機(jī)輪流作為主電源進(jìn)行工作。
[0047]圖5為基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的光伏微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行控制流程圖。離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)主電源的不同，分為兩種離網(wǎng)工作模式。具體如下:
[0048]模式一:柴發(fā)做主電源模式。
[0049]在此模式下，柴油發(fā)電機(jī)作為系統(tǒng)主電源，產(chǎn)生恒定的電壓和頻率支撐系統(tǒng)運(yùn)行；儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行充/放電，直到蓄電池組荷電狀態(tài)(State of Charge, S0C)值/端電壓達(dá)到限值。考慮柴發(fā)最小運(yùn)行功率和額定功率等限制，可通過控制光伏出力來保證柴發(fā)運(yùn)行在設(shè)定的合理范圍內(nèi)。當(dāng)蓄電池組充電達(dá)到上限時(shí)，則轉(zhuǎn)為儲(chǔ)能系統(tǒng)做主電源模式運(yùn)行。單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)最佳負(fù)荷率大約為75%，既包含一定功率裕量，經(jīng)濟(jì)性也相對(duì)較高。最低負(fù)載要求通常在30%左右，低于此值，柴油發(fā)電機(jī)單位功率耗油量會(huì)較大，同時(shí)影響柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行壽命。通過測量、監(jiān)控和控制，合理調(diào)整接入的柴油發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)，保證微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定和安全運(yùn)行。
[0050]模式二:儲(chǔ)能系統(tǒng)做主電源模式。
[0051]當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)做主電源時(shí)，柴發(fā)關(guān)閉以避免非同期并列運(yùn)行，儲(chǔ)能雙向變流器采用V/f控制為交流母線提供電壓和頻率支撐，其功率輸出自動(dòng)補(bǔ)償光伏出力與負(fù)荷之間的差額?；谛铍姵亟MSOC值/端電壓的儲(chǔ)能優(yōu)化控制，要求在光伏出力充足而使蓄電池組SOC值/端電壓升至上限值時(shí)，通過控制光伏出力來保證儲(chǔ)能系統(tǒng)僅工作于放電狀態(tài)且放電功率在設(shè)定范圍內(nèi)。在蓄電池組SOC值/端電壓降至下限值時(shí)，通過控制光伏出力來保證儲(chǔ)能系統(tǒng)僅工作于充電狀態(tài)且充電功率在設(shè)定范圍內(nèi)。正常運(yùn)行時(shí)，優(yōu)化控制策略盡量使儲(chǔ)能系統(tǒng)處于固定的工作狀態(tài)，避免充電狀態(tài)和放電狀態(tài)的頻繁切換。當(dāng)蓄電池組SOC值/端電壓低于臨界轉(zhuǎn)換值時(shí)，開啟柴油發(fā)電機(jī)作為主電源供電，改變PCS控制策略對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，即轉(zhuǎn)換為柴油發(fā)電機(jī)做主電源模式。
[0052](4)并離網(wǎng)切換時(shí)，飛輪及柴油發(fā)電機(jī)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略:
[0053]圖6為并離網(wǎng)切換時(shí)飛輪及柴油發(fā)電機(jī)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制流程圖。如圖所示，微網(wǎng)在連接主網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，飛輪做為能量緩沖器。網(wǎng)側(cè)失電，則將微網(wǎng)與主網(wǎng)斷開連接，微網(wǎng)轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，暫時(shí)由飛輪提供功率支撐。若在1.5s(重合閘典型時(shí)間)內(nèi)，電網(wǎng)重合閘成功，則延時(shí)2s，微網(wǎng)與電網(wǎng)電壓同步后重新連接微網(wǎng)與主網(wǎng)。若超過重合閘時(shí)間網(wǎng)側(cè)仍未恢復(fù)供電，則由控制器啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)并穩(wěn)定輸出電壓的典型時(shí)間約16s，在這段時(shí)間內(nèi)，由飛輪儲(chǔ)能提供功率支撐。柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)成功后，延時(shí)2s，待并網(wǎng)逆變器與柴油發(fā)電機(jī)電壓同步后合閘。
[0054]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多元復(fù)合儲(chǔ)能的微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法，所述微網(wǎng)系統(tǒng)包括:電池儲(chǔ)能單元、分布式發(fā)電單元、柴油發(fā)電機(jī)、雙向DC/DC變換器、濾波器、負(fù)載、隔離變壓器和電網(wǎng)電路；其特征在于，所述方法包括: 添加飛輪儲(chǔ)能單元平抑電壓輸出波動(dòng)； 所述微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能單元和飛輪儲(chǔ)能單元平抑分布式發(fā)電單元輸出波動(dòng)； 所述微網(wǎng)系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電池儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源； 所述微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行并離網(wǎng)切換時(shí)，飛輪儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)提供功率支持 。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，電池儲(chǔ)能單元和飛輪儲(chǔ)能單元平抑分布式發(fā)電單元輸出波動(dòng)包括:當(dāng)檢測到分布式發(fā)電單元出力存在大波動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)飛輪儲(chǔ)能單元進(jìn)行平抑；當(dāng)檢測到分布式發(fā)電單元出力存在小波動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電池儲(chǔ)能單元進(jìn)行平抑；所述大波動(dòng)是分布式發(fā)電單元需補(bǔ)充的能量大于電池儲(chǔ)能單元當(dāng)前能夠釋放的能量時(shí)的波動(dòng)；所述小波動(dòng)是分布式發(fā)電單元需補(bǔ)充的能量小于電池儲(chǔ)能單元當(dāng)前能夠釋放的能量時(shí)的波動(dòng)；所述分布式發(fā)電單元需補(bǔ)充的能量是為保證分布式發(fā)電單元的平滑輸出而補(bǔ)充的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述啟動(dòng)電池儲(chǔ)能單元進(jìn)行平抑包括:若電池儲(chǔ)能單元的SOC值大于或等于0.8，則禁止儲(chǔ)能電池充電，強(qiáng)制儲(chǔ)能電池向電網(wǎng)放電，電池儲(chǔ)能單元系統(tǒng)的SOC值小于或等于0.5時(shí)，恢復(fù)正常控制；若電池儲(chǔ)能單元的SOC值小于或等于0.2，則禁止儲(chǔ)能電池放電，強(qiáng)制電網(wǎng)向儲(chǔ)能電池充電，儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC值大于或等于0.5時(shí),恢復(fù)正?？刂啤?br>
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源包括:當(dāng)蓄電池組充電達(dá)到上限時(shí)，則轉(zhuǎn)為電池儲(chǔ)能單元做主電源模式；當(dāng)蓄電池組荷電狀態(tài)值低于臨界轉(zhuǎn)換值時(shí)，則開啟柴油發(fā)電機(jī)作為主電源供電，同時(shí)對(duì)電池儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述交替充當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)的主電源包括:電池儲(chǔ)能單元做主電源模式中，蓄電池組荷電狀態(tài)值升至上限值時(shí)，通過控制分布式發(fā)電出力使電池儲(chǔ)能單元僅工作于放電狀態(tài)且放電功率在設(shè)定范圍內(nèi)；蓄電池組荷電狀態(tài)值降至下限值時(shí)，通過控制分布式發(fā)電出力使電池儲(chǔ)能單元僅工作于充電狀態(tài)且充電功率在設(shè)定范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述飛輪儲(chǔ)能單元和柴油發(fā)電機(jī)提供功率支持包括:網(wǎng)側(cè)失電，則將微網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)斷開連接，微網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，由飛輪儲(chǔ)能單元提供功率支撐；若在1.5秒內(nèi)，電網(wǎng)重合閘成功，則延時(shí)2秒，微網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)電壓同步后重新連接微網(wǎng)系統(tǒng)與主網(wǎng)；若超過1.5秒網(wǎng)側(cè)未恢復(fù)供電，則啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104022528SQ201410262204
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】李建林, 房凱, 徐少華, 惠東 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院