基于背靠背交直流变换器的微电网结构及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于背靠背交直流变换器的微电网结构及控制方法，采用并网保护终端实现并网点异常保护，控制并网点开关，提供并离网切换指令，采用源荷平衡控制终端实现微电网在并离网运行时分布式发电单元的出力、储能系统功率、备用电源的出力与负荷的有功功率的总体平衡，本发明专利技术还采用背靠背交直流变换器，当微电网外部发生异常时，能够实现不断电进行并离网平滑切换、在失去配电网供电的情形下，微电网可平滑过渡到离网运行，有效保障针对微电网内负荷的供电可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于背靠背交直流变换器的微电网结构及控制方法
本专利技术涉及分布式发电领域，特别是一种基于背靠背交直流变换器的微电网结构及控制方法。
技术介绍
典型的微电网由多种分布式发电单元、储能系统以及负荷组成，微电网是一种新型供配电技术，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。在2001年，美国R.H.Lasseter等学者提出了微电网的概念，目前微电网技术正朝着实用化阶段发展。微电网可综合管理出力具有波动性、间歇性的分布式发电单元，诸如风电、太阳能光伏发电等类型的分布式发电，提供一种友好接入方式，抑制分布式发电对电网的冲击和负面影响，充分发挥分布式发电的效益和价值。采用逆变器直接并网的微电网结构，微电网的主电源需进行并离网运行模式切换，微电网的控制策略相应较为复杂。采用基于背靠背交直流变换器并网的微电网结构，当微电网外部发生电气量异常时，可不断电平滑过渡到离网运行，相对于采用逆变器直接并网的微电网结构，此结构需增加一个交变直整流环节，但微电网控制策略明显简化，并网开关采用一般断路器即可，有效保障针对微电网内负荷的供电可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于背靠背交直流变换器的微电网结构及控制方法，能够实现微电网并离网运行时源荷功率的平衡以及微电网并离网运行模式的不断电平滑切换问题。本专利技术的结构采用以下方案实现：一种基于背靠背交直流变换器的微电网结构，包括微电网管理终端、配电网管理系统以及与其相连的配电网一次系统，还包括一光伏阵列、一风力机组、一储能系统以及一备用电源，所述的光伏阵列、风力机组、储能系统以及备用电源分别经第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器连接至微电网直流汇流母线，所述的微电网直流汇流母线连接至一背靠背交直流变换器；所述背靠背交直流变换器的逆变环节连接至微电网交流母线，所述的微电网交流母线还连接有微电网负荷；所述背靠背交直流变换器的双向变流环节经第二并网点母线与并网开关的一端相连，所述的并网开关的另一端经第一并网点母线与所述的配电网一次系统相连；所述的微电网管理终端连接有一并网点保护终端、一源荷平衡控制终端以及所述的配电网管理系统，所述的并网点保护终端与所述的第一并网点母线、所述的第二并网点母线、所述的并网开关、所述的背靠背交直流变换器相连，所述的源荷平衡控制终端与所述的背靠背交直流变换器、所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器、第二整流变换器、所述的储能系统以及所述的备用电源相连接。进一步地，所述的并网点保护终端包括一DSP以及与其相连的MCU、并离网控制单元、电压异常保护单元、电流异常保护单元、频率异常保护单元、电气量检测单元、开关状态检测单元以及开关动作控制单元；所述的并离网控制单元连接至所述的背靠背交直流变换器，所述的MCU与所述的微电网管理终端相连，所述的电气量测量单元连接至所述第一并网点母线与所述第二并网点母线，所述的开关状态检测单元以及开关动作控制单元均与所述的并网开关相连。进一步地，所述的源荷平衡控制终端包括DSP以及与其相连的MCU、发电出力预测单元、微电网负荷预测单元、并离网状态检测单元、运行模式控制单元、启停及功率给定单元、荷电状态检测单元以及电气量检测单元；所述的MCU连接至所述的微电网管理终端，所述的并离网状态检测单元与所述背靠背交直流变换器相连，所述的启停及功率给定单元连接至所述的备用电源，所述的荷电状态检测单元连接至所述的储能系统，所述的电气量检测单元分别与所述背靠背交直流变换器、第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器相连，所述的运行模式控制单元分别与所述的第一直流变换器、第一整流变换器以及第二直流变换器相连。本专利技术的控制方法采用以下方案实现：一种如上文所述的基于背靠背交直流变换器的微电网结构的控制方法，主要包括以下三种情况：(a)当非计划性并网切换至离网时，具体步骤如下：步骤S11：所述并网点保护终端检测所述第一并网点母线与所述第二并网点母线的电压幅值、频率和电流，判断是否有异常现象，如果异常，所述并网点保护终端发出指令控制所述的并网开关断开，同时控制所述的背靠背交直流变换器切换至离网运行模式；步骤S12：所述背靠背交直流变换器换至离网运行模式，所述的背靠背交直流变换器通知所述的源荷平衡控制终端进入离网运行模式，所述源荷平衡控制终端将所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器调整至离网运行模式，同时控制所述背靠背交直流变换器的双向变流环节退出并网运行；(b)当计划性并网切换至离网时，具体步骤如下：步骤S21：当所述的微电网管理终端接收到计划性并网切换至离网的指令，所述的微电网管理终端将所述计划性并网切换至离网的指令发送至所述的并网点保护终端；步骤S22：所述的并网点保护终端发出指令控制所述的并网开关断开，同时控制所述的背靠背交直流变换器切换至离网运行模式；步骤S23：所述的背靠背交直流变换器切换至离网运行模式，所述的背靠背交直流变换器通知源荷平衡控制终端进入离网运行模式，所述源荷平衡控制终端将所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器调整至离网运行模式，同时控制所述背靠背交直流变换器的双向变流环节退出并网运行；(c)当离网切换至并网时，具体步骤如下：步骤S31：当所述的微电网管理终端接收到离网切换至并网的指令，所述的微电网管理终端将所述离网切换至并网的指令发送至所述的并网点保护终端；步骤S32：：所述并网点保护终端检测所述第一并网点母线与所述第二并网点母线的电压幅值、频率和电流，判断是否有异常现象，如果正常，所述并网点保护终端发出指令控制所述的并网开关闭合，在所述并网开关闭合后，所述并网点保护终端通知所述背靠背交直流变换器的双向变流环节启动并网；步骤S33：所述背靠背交变流变换器的双向变流环节启动后，所述的双向变流环节跟踪所述第一并网点母线与所述第二并网点母线的电压的频率和相角，进入稳定微电网直流汇流母线电压的控制模式，同时所述的双向变流环节通知源荷平衡控制终端进入微电网并网运行模式；步骤S34：在所述的源荷平衡控制终端接到所述背靠背变流器的双向变流环节通知后，所述的源荷平衡控制终端将所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器调整至并网运行模式。进一步地，所述的源荷平衡控制终端进入并网运行模式的具体包括以下步骤：步骤S41：在微电网并网运行时，所述源荷平衡控制终端将第一直流变换器与第一整流变换器的运行模式设置为最大功率点跟踪模式，所述背靠背交直流变换器的逆变环节维持微电网交流母线电压在设定值；步骤S42：所述背靠背交直流变换器的双向变流环节维持微电网直流汇流母线电压在设定值，以此维持所述光伏阵列的出力、所述风力机组的出力、所述备用电源的出力、所述第一并网点母线的有功功率、所述第二并网点母线的有功功率、所述储能系统的有功功率以及微电网负荷消耗的有功功率之间的平衡，实现并网源荷平衡。进一步地，所述的源荷平衡控制终端进入离网运行模式的具体包括以下步骤：步骤S51:在微电网离网运行时，所述背靠背交直流变换器的双向变流环节退出运行，所述的源荷平衡控制终本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于背靠背交直流变换器的微电网结构，包括微电网管理终端、配电网管理系统以及与其相连的配电网一次系统，其特征在于：还包括一光伏阵列、一风力机组、一储能系统以及一备用电源，所述的光伏阵列、风力机组、储能系统以及备用电源分别经第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器连接至微电网直流汇流母线，所述的微电网直流汇流母线连接至一背靠背交直流变换器；所述背靠背交直流变换器的逆变环节连接至微电网交流母线，所述的微电网交流母线还连接有微电网负荷；所述背靠背交直流变换器的双向变流环节经第二并网点母线与并网开关的一端相连，所述的并网开关的另一端经第一并网点母线与所述的配电网一次系统相连；所述的微电网管理终端连接有一并网点保护终端、一源荷平衡控制终端以及所述的配电网管理系统，所述的并网点保护终端与所述的第一并网点母线、所述的第二并网点母线、所述的并网开关、所述的背靠背交直流变换器相连，所述的源荷平衡控制终端与所述的背靠背交直流变换器、所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器、第二整流变换器、所述的储能系统以及所述的备用电源相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于背靠背交直流变换器的微电网结构，包括微电网管理终端、配电网管理系统以及与其相连的配电网一次系统，其特征在于：还包括一光伏阵列、一风力机组、一储能系统以及一备用电源，所述的光伏阵列、风力机组、储能系统以及备用电源分别经第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器连接至微电网直流汇流母线，所述的微电网直流汇流母线连接至一背靠背交直流变换器；所述背靠背交直流变换器的逆变环节连接至微电网交流母线，所述的微电网交流母线还连接有微电网负荷；所述背靠背交直流变换器的双向变流环节经第二并网点母线与并网开关的一端相连，所述的并网开关的另一端经第一并网点母线与所述的配电网一次系统相连；所述的微电网管理终端连接有一并网点保护终端、一源荷平衡控制终端以及所述的配电网管理系统，所述的并网点保护终端与所述的第一并网点母线、所述的第二并网点母线、所述的并网开关、所述的背靠背交直流变换器相连，所述的源荷平衡控制终端与所述的背靠背交直流变换器、所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器、第二整流变换器、所述的储能系统以及所述的备用电源相连接；所述的并网点保护终端包括一DSP以及与其相连的MCU、并离网控制单元、电压异常保护单元、电流异常保护单元、频率异常保护单元、电气量检测单元、开关状态检测单元以及开关动作控制单元；所述的并离网控制单元连接至所述的背靠背交直流变换器，所述的MCU与所述的微电网管理终端相连，所述的电气量测量单元连接至所述第一并网点母线与所述第二并网点母线，所述的开关状态检测单元以及开关动作控制单元均与所述的并网开关相连；所述的源荷平衡控制终端包括DSP以及与其相连的MCU、发电出力预测单元、微电网负荷预测单元、并离网状态检测单元、运行模式控制单元、启停及功率给定单元、荷电状态检测单元以及电气量检测单元；所述的MCU连接至所述的微电网管理终端，所述的并离网状态检测单元与所述背靠背交直流变换器相连，所述的启停及功率给定单元连接至所述的备用电源，所述的荷电状态检测单元连接至所述的储能系统，所述的电气量检测单元分别与所述背靠背交直流变换器、第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器相连，所述的运行模式控制单元分别与所述的第一直流变换器、第一整流变换器以及第二直流变换器相连；所述的并网开关为低压断路器。2.一种如权利要求1所述的基于背靠背交直流变换器的微电网结构的控制方法，其特征在于包括以下三种情况：当非计划性并网切换至离网时，具体步骤如下：步骤S11：所述并网点保护终端检测所述第一并网点母线与所述第二并网点母线的电压幅值、频率和电流，判断是否有异常现象，如果异常，所述并网点保护终端发出指令控制所述的并网开关断开，同时控制所述的背靠背交直流变换器切换至离网运行模式；步骤S12：所述背靠背交直流变换器换至离网运行模式，所述的背靠背交直流变换器通知所述的源荷平衡控制终端进入离网运行模式，所述源荷平衡控制终端将所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器调整至离网运行模式，同时控制所述背靠背交直流变换器的双向变流环节退出并网运行；当计划性并网切换至离网时，具体步骤如下：步骤S21：当所述的微电网管理终端接收到计划性并网切换至离网的指令，所述的微电网管理终端将所述计划性并网切换至离网的指令发送至所述的并网点保护终端；步骤S22：所述的并网点保护终端发出指令控制所述的并网开关断开，同时控制所述的背靠背交直流变换器切换至离网运行模式；步骤S23：所述的背靠背交直流变换器切换至离网运行模式，所述的背靠背交直流变换器通知源荷平衡控制终端进入离网运行模式，所述源荷平衡控制终端将所述的第一直流变换器、第一整流变换器、第二直流变换器以及第二整流变换器调整至离网运行模式，同时控制所述背靠背交直流变换器的双向变...

【专利技术属性】
技术研发人员：范元亮，陈彬，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11