含有混合储能的微电网及其控制方法技术

本发明专利技术主要是涉及一种含有混合储能的微电网及其控制方法，将基于超级电容器与蓄电池的混合储能系统并联在微电网上，采用模糊滑模的控制方式对混合储能装置进行控制。该控制方法不仅可以实现平抑微网并网波动功率，微网离网投切负荷时的波动功率，而且能够实现系统由并网/离网的平滑切换，从而使系统的稳定性得到提高，进一步验证该控制方法的优越性。

【技术实现步骤摘要】
含有混合储能的微电网及其控制方法
本专利技术主要涉及一种含有混合储能的微电网及其控制方法，属于微电网利用

技术介绍
为满足能源利用可持续发展战略的需求，近些年来可再生能源发电技术得到极大的关注并取得了一定的进展。将可再生能源应用到微电网中是一项重大举措，然而微电网的系统惯性较小，可再生能源受自然条件的影响，功率输出具有间歇性和随机性，因此这类电源的接入会给系统运行的稳定性及供电可靠性带来一定的负面影响。在微电网运行时，常将柴油发电机、微型燃气轮机、燃料电池等输出功率稳定且容量较大可控型微电源对系统进行调节，用来维持系统电压与频率稳定。出于经济成本考虑，采用控制灵活、便捷的储能装置来平抑微电网系统功率波动目前是一项最佳选择。通过调节储能装置功率输入输出，可以在一定程度上抑制系统功率的波动性和非预测性，实现微网运行稳定与可靠。然而多种间歇性非可控微电源和可控型微电源的接入，对微电网的运行与控制提出巨大的挑战。如何提高微电网的供电质量和并网运行的可调度性已成为当今一项重要课题。微电网在运行时网络结构发生变化或者出现故障时，通过对各分布式微电源以及储能装置进行协调控制，以保证在任何情况下都可以对大电网以及负荷提供优质电能，因此控制方式的好坏直接影响微电网的经济性能和技术性能。近些年国内外一些文献对微网的运行与控制采用下垂控制方式，但是在孤岛运行时各分布式电源功率不能得到合理分配，动态过程中容易产生较大的功率振荡、系统控制环控制参数复杂、可控微源切换过程中的功率缺额、以及并网离网运行模式下平稳过渡系统稳定性问题都是有待于解决的。
技术实现思路
专利技术目的针对微电网在运行时网络结构发生变化或者出现故障时，如何协调各微电源之间关系，以保证在任何情况下都可以对大电网以及负荷提供优质电能，本专利技术提出了一种含有混合储能的微电网及其控制方法。技术方案一种含有混合储能的微电网，其特征在于：光伏电池连接DC/AC变流器与负荷并联，风机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，光伏电池与风机并联经过断路器连接到交流母线上；燃料电池连接DC/AC变流器与负荷并联，并经过断路器连接到交流母线上；燃气轮机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；柴油机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；超级电容器与蓄电池分别通过DC/DC变流器与DC/AC逆变器连接，并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；交流母线通过断路器与电网连接。一种如上所述含有混合储能的微电网控制方法，其特征在于：微电网在并网、离网以及平滑切换过程中，通过控制混合储能装置充放电，对微电网运行状态进行功率补偿，步骤如下：（1）、微电网在并网运行时，将非可控型微源作为主电源为电网和负荷供电，可控型微源与微网断开，此时非可控型微源采用PQ控制，蓄电池和超级电容器同时对微电网进行充放电，并根据系统波动功率的合理分配对混合储能装置变流器进行协调控制；（2）、微电网在并网离网运行平滑切换以及负荷投切时，采用超级电容器来平抑可控微源投切过程中的功率波动，蓄电池通过充放电用来维护系统整体性能的稳定；此时储能装置外环采用下垂控制方式，内环采用模糊滑模控制方式；（3）、微电网在离网运行时，将可控型微源作为微网主电源，采用VF控制维持微电网电压和频率稳定，此时非可控型微源与微网断开。混合储能装置逆变器采用模糊滑模控制方式，采用比例切换控制方法对母线电流误差和电流误差变化率进行切换，同时对切换函数和切换函数微分进行模糊化，经过模糊推理和解模糊化后，最后经过模糊控制器得到输出控制量，并对控制对象进行控制。混合储能装置DC双向变流器采用电压内环和电流外环的双闭环控制模式，电流外环通过快速动态响应，电压内环主要维持输出电压稳定，并产生适当的补偿电压增强输出电压稳定性。优点及效果本专利技术提出了一种含有混合储能的微电网及其控制方法，具有如下优点：1、将基于超级电容器和蓄电池组合成混合储能系统应用到微电网中，克服了单一储能的缺陷，提高储能装置的使用寿命，降低了投资成本。2、对混合储能装置逆变器采用模糊滑模的控制方式，对平抑微电网并网波动功率较传统控制方式具有较好的平抑效果。3、采用模糊滑模的控制方式，使微网离网投切负荷以及并网/离网的平滑切换的时间间隔缩短，较传统控制方式具有较强的抗干扰能力和恢复能力，从而使系统动态稳定性得到提高，进一步验证该控制方法的优越性。附图说明图1为含有混合储能的微电网结构图；图2为PQ控制结构框图；图3为VF控制结构框图；图4为下垂控制结构图；图5为混合储能装置逆变器控制结构图；图6为模糊滑模控制器控制结构图；图7为混合储能装置控制框图；图8为含有混合储能系统微电网仿真模型；图9为双馈风机全天输出波动功率图；图10为光伏电池全天输出功率图；图11为混合储能装置采用常规和模糊滑模控制风光并网功率对比曲线图；图12为超级电容器与蓄电池并网波动功率曲线图；图13为某地全天负荷曲线图；图14为可控微源全天有功功率示意图；图15为超级电容器与蓄电池离网波动功率曲线图；图16为含有混合储能可控微源离网全天有功功率示意图；图17为离网系统母线频率示意图；图18为离网系统母线电压示意图；图19为并网转孤岛母线三相电压示意图；图20为孤岛转并网母线三相电压示意图；图21为并网转孤岛母线频率示意图；图22为孤岛转并网母线频率示意图；图23为微电网系统平滑切换母线频率示意图；图24为超级电容器与蓄电池在系统平滑切换过程功率波动曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：本专利技术涉及一种含有混合储能的微电网及其控制方法，将基于超级电容器与蓄电池的混合储能系统并联在微电网上，采用模糊滑模控制方式对混合储能装置进行控制，在Matlab/simulink平台搭建含有混合储能及多微源的微电网仿真模型，通过具体算例验证了该算法具有较好的稳态性能和动态性能，从而使微网得到更为精确的控制。本专利技术是一种含有混合储能的微电网，其特征在于：光伏电池PV连接DC/AC变流器与负荷Load1并联，风机wind与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷Load2并联，光伏电池与风机并联经过断路器QF1连接到交流母线上；燃料电池FC连接DC/AC变流器与负荷Load4并联，并经过断路器QF3连接到交流母线上；燃气轮机MT与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷Load5并联，经过断路器QF4连接到交流母线上；柴油机DE与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷Load6并联，经过断路器QF5连接到交流母线上；超级电容器Supercapacitor与蓄电池Battery分别通过DC/DC变流器与DC/AC逆变器连接，并与负荷Load3并联，经过断路器QF2连接到交流母线上；交流母线通过断路器QF与电网Grid连接。本专利技术这种含有混合储能的微电网控制方法，微电网在并网、离网以及平滑切换过程中，通过控制混合储能装置充放电，对微电网运行状态进行功率补偿，步骤如下：（1）、微电网在并网运行时，将非可控型微源（风力发电机、光伏电池）作为主电源为电网和负荷供电，可控型微源（柴油发电机、微型燃气轮机、燃料电池）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有混合储能的微电网，其特征在于：光伏电池连接DC/AC变流器与负荷并联，风机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，光伏电池与风机并联经过断路器连接到交流母线上；燃料电池连接DC/AC变流器与负荷并联，并经过断路器连接到交流母线上；燃气轮机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；柴油机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；超级电容器与蓄电池分别通过DC/DC变流器与DC/AC逆变器连接，并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；交流母线通过断路器与电网连接。

【技术特征摘要】
1.一种含有混合储能的微电网，其特征在于：光伏电池连接DC/AC变流器与负荷并联，风机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，光伏电池与风机并联经过断路器连接到交流母线上；燃料电池连接DC/AC变流器与负荷并联，并经过断路器连接到交流母线上；燃气轮机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；柴油机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；超级电容器与蓄电池分别通过DC/DC变流器与DC/AC逆变器连接，并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；交流母线通过断路器与电网连接；所述含有混合储能的微电网控制方法，微电网在并网、离网以及平滑切换过程中，通过控制混合储能装置充放电，对微电网运行状态进行功率补偿，步骤如下：(1)、微电网在并网运行时，将非可控型微源作为主电源为电网和负荷供电，可控型微源与微网断开，此时非可控型微源采用PQ控制，蓄电池和超级电容器同时对微电网进行充放电，并根据系统波动功率的合理分配对混合储能装置变流器进行协调控制；(2)、微电网在并网离网运行平滑切换以及负荷投切时，采用超级电容器来平抑可控微源投切过程中的功率波动，蓄电池通过充放电用来维护系统整体性能的稳定；此时储能装置外环采用下垂控制方式，内环采用模糊滑模控制方式；(3)、微电网在离网运行时，将可控型微源作为微网主电源，采用VF控制维持微电网电压和频率稳定，此时非可控型微源与微网断开；混合储能装置逆变器采用模糊滑模控制方式，采用比例切换控制方法对母线电流误差和电流误差变化率进行切换，同时对切换函数和切换函数微分进行模糊化，经过模糊推理和解模糊化后，最后经过模糊控制器得到输出控制量，并对控制对象进行控制；模糊滑模控制器输入电流参考值i*d,i*q计算式如式(1)所示；其中ud、uq分别为母线有功电压和无功电压，P、Q分别为三相母线有功功率和无功功检测值；

【专利技术属性】
技术研发人员：卢芸，赵永来，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21