一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法技术

一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法，包括A)根据光伏微电网直流母线电压值、直流母线额定电压值、储能单元SOC、光伏电源输出功率与交流负载功率、判断光伏微电网当前的运行方式；B)根据光伏微电网当前运行方式，协同控制光伏微电网中光伏电源，储能装置和并网逆变器这三端的工作状态；C)控制光伏微电网在满足相应的运行方式转换条件时由当前的运行方式向临近的运行方式转换；D)将转换后的运行方式更新为光伏微电网当前的运行方式，转至B)；该方法能够使微电网快速无缝切换至相应的运行方式来快速消除运行偏差，平衡微电网内能量流动，减小功率波动对微电网运行的影响，维持微电网直流母线电压的稳定，实现微电网内功率动态平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法所属
本专利技术属于电气
，尤其涉及一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法。
技术介绍
微电网将分布式电源、储能装置、负载及电力电子装置有机结合，形成自愈性强的可控发电、用电系统。相对公共电网，微电网可作为一个高可控性供电单元，对公共电网进行有力补充，当公共电网失电时为电网重要负载提供可靠高质量电能。但是，目前在微电网运行与控制过程中，仍然存在着诸多问题亟待解决。目前微电网运行与控制过程中主要存在的问题有：一是由于大量风能和太阳能等间歇式发电单元的存在，并且微电网的容量和惯量一般比较小，导致微电网中电能的随机性和波动性比较大，引起微电网电压、频率和功率的波动，从而导致微电网不能稳定运行。二是微电网具有复杂网络的特征，各子网中多源和多载实时交互作用，导致微电网中的负载功率分配不均衡，难于精确控制和管理。三是微电网存在并网运行、孤岛运行、黑启动等多种运行场景，当这些运行场景相互切换时，会导致能量双向流动和冲击，从而严重影响微电网的安全可靠运行。四是微电网中的大多数分布式电源经过电力电子装置接入微电网，极易引起谐波问题和环流问题。
技术实现思路
针对现有方法存在的不足，本专利技术提出一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法，内容为：A)首先根据直流母线电压实际值Vdc、直流母线电压额定值Vdc*、光伏电源输出功率值PPV和负载功率值PL实时判断光伏微电网当前的运行方式：若且PPV＜PL，则判断光伏微电网当前的运行方式为第一种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第二种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第三种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第四种运行方式；若且PPV≥PL，则判断光伏微电网当前的运行方式为第五种运行方式；B)进一步地根据光伏微电网当前的运行方式，协同控制光伏微电网中光伏电源，储能装置和并网逆变器这三端的工作状态；若光伏微电网当前的运行方式为第一种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置充电；并网逆变器工作在整流模式，并网逆变器从公共电网吸收功率维持微电网内功率平衡；若光伏微电网当前的运行方式为第二种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置放电；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第三种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置待机；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第四种运行方式，则控制光伏电源工作在恒压模式；储能装置充电；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第五种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置满充，处于待机状态；并网逆变器工作在逆变模式，将微电网内剩余功率输送至公共电网。C)更进一步地控制光伏微电网在满足相应的运行方式转换条件时由当前的运行方式向临近的运行方式转换，并假设运行方式之间有足够长的间隔时间，储能单元可以充分充电或者放电；具体运行方式转换方法为：1)若光伏微电网的当前运行方式为第一种运行方式时，当时，则控制并网逆变器与公共电网断开连接，使得光伏微电网切换至第二种运行方式；当且PPV≥PL时，控制光伏微电网切换至第五种运行方式；2)若光伏微电网的当前运行方式为第二种运行方式时，当时，则控制光伏微电网切换至第三种运行方式；当且PPV＜PL时，控制并网逆变器与公共电网相连，使得光伏微电网切换至第一种运行方式；3)若光伏微电网的当前运行方式为第三种运行方式时，当时，控制光伏微电网切换至第四种运行方式；当时，控制光伏微电网切换至第二种运行方式；4)若光伏微电网的当前运行方式为第四种运行方式时，当且PPV≥PL时，时，控制并网逆变器与公共电网相连，使得光伏微电网切换至第五种运行方式；当时，控制光伏电源由恒压模式切换至MPPT模式，使得光伏微电网切换至第三种运行方式；5)若光伏微电网的当前运行方式为第五种运行方式时，当且PPV＜PL时，控制光伏微电网切换至第一种运行方式；当时，控制光伏电源由MPPT模式切换至恒压模式，并网逆变器与公共电网断开连接，使得光伏微电网切换至第四种运行方式；D)又进一步地将转换后的运行方式更新为光伏微电网当前的运行方式，转至B)；本专利技术的优点是：针对微电网中分布式电源输出不稳定造成微电网内功率失衡及直流母线电压产生大范围波动问题，本专利技术通过分析直流母线电压与并网逆变器直流侧功率的关系，以带储能装置的光伏微电网为例，提出了一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法。该控制方法通过检测光伏微电网直流母线电压，与直流母线额定电压进行比较，结合储能单元荷电状态(StateofCharge，SOC)以及光伏电源输出功率与交流负载功率的大小关系，控制光伏微电网系统运行在合理的运行方式：1)在光伏微电网并网运行情况下，当光照条件较好时，控制光伏电源工作在最大功率跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)模式，向负载或者公共电网输送剩余功率；当光照条件较差时，从公共电网吸收能量；2)在光伏微电网孤岛运行情况下，当光照强度变化不大时，控制光伏电源工作在MPPT模式，维持微电网内功率平衡；当光照强度有较大波动时，储能装置充电或者放电来调节微电网内功率平衡。该方法能够使微电网通过并网或者快速无缝切换至相应的运行方式来快速消除运行偏差，平衡微电网内能量流动，减小功率波动对微电网运行的影响，维持微电网直流母线电压的稳定，以实现微电网内功率动态平衡，保证微电网稳定运行。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的光伏微电网主电路图；图2为本专利技术一种实施方式的Boost升压变换器原理图；图3为本专利技术一种实施方式的Boost升压变换器控制框图；图4为本专利技术一种实施方式的Boost升压变换器工作模式选择流程图；图5为本专利技术一种实施方式的并网逆变器的拓扑结构图；图6为本专利技术一种实施方式的并网逆变器dq旋转坐标系下的数学模型图；图7为本专利技术一种实施方式的并网逆变器的PQ控制方法的控制框图；图8为本专利技术一种实施方式的半桥式Buck/Boost变换器原理图；图9为本专利技术一种实施方式的储能单元放电的恒压控制方法的控制框图；图10为本专利技术一种实施方式的储能单元的恒流充电和恒压充电控制框图；图11为本专利技术一种实施方式的光伏微电网内能量流动示意图；图12为本专利技术一种实施方式的基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制的光伏微电网的运行方式转换示意图；图13为本专利技术一种实施方式的基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制装置结构示意图；图14为本专利技术一种实施方式的交流电压采样调理电路图；图15为本专利技术一种实施方式的交流电流采样调理电路图；图16为本专利技术一种实施方式的直流电压采样调理电路图；图17为本专利技术一种实施方式的DSP最小系统电路图；图18为本专利技术一种实施方式的FPGA最小系统电路图；图19为本专利技术一种实施方式的PWM驱动电路图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本实施方式光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法，所述的光伏微电网的主电路由光伏电源、并网逆变器和储能装置构成；所述的光伏电源由光伏电池、光伏电池并联电容和Boost变换器依次连接构成；所述的并网逆变器由直流母线电容、三相电压型逆变器主电路和LC滤波电路依次连接构成；所述的储能装置由储能单元、半桥式Buck/Boost变换器和缓冲电容依次连接构成；其特征在于：包括如下步骤：A)根据直流母线电压实际值Vdc、直流母线电压额定值Vdc*、光伏电源输出功率值PPV和负载功率值PL实时判断光伏微电网当前的运行方式：若且PPV＜PL，则判断光伏微电网当前的运行方式为第一种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第二种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第三种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第四种运行方式；若且PPV≥PL，则判断光伏微电网当前的运行方式为第五种运行方式；B)根据光伏微电网当前的运行方式协同控制光伏微电网中光伏电源，储能装置和并网逆变器这三端的工作状态；具体内容如下：若光伏微电网当前的运行方式为第一种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置充电；并网逆变器工作在整流模式，并网逆变器从公共电网吸收功率维持微电网内功率平衡；若光伏微电网当前的运行方式为第二种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置放电；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第三种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置待机；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第四种运行方式，则控制光伏电源工作在恒压模式；储能装置充电；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第五种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置满充，处于待机状态；并网逆变器工作在逆变模式，将微电网内剩余功率输送至公共电网；C)控制光伏微电网在满足相应的运行方式转换条件时由当前的运行方式向临近的运行方式转换，并假设运行方式之间有足够长的间隔时间，储能单元可以充分充电或者放电；具体运行方式转换方法为：1)若光伏微电网的当前运行方式为第一种运行方式：当时，则控制并网逆变器与公共电网断开连接，使得光伏微电网转换至第二种运行方式；当且PPV≥PL时，控制光伏微电网转换至第五种运行方式；2)若光伏微电网的当前运行方式为第二种运行方式：当时，则控制光伏微电网转换至第三种运行方式；当且PPV＜PL时，控制并网逆变器与公共电网相连，使得光伏微电网转换至第一种运行方式；3)若光伏微电网的当前运行方式为第三种运行方式：当时，控制光伏微电网转换至第四种运行方式；当时，控制光伏微电网转换至第二种运行方式；4)若光伏微电网的当前运行方式为第四种运行方式：当且PPV≥PL时，时，控制并网逆变器与公共电网相连，使得光伏微电网转换至第五种运行方式；当时，控制光伏电源由恒压模式转换至MPPT模式，使得光伏微电网转换至第三种运行方式；5)若光伏微电网的当前运行方式为第五种运行方式：当且PPV＜PL时，控制光伏微电网转换至第一种运行方式；当时，控制光伏电源由MPPT模式转换至恒压模式，并网逆变器与公共电网断开连接，使得光伏微电网转换至第四种运行方式；D)将转换后的运行方式更新为光伏微电网当前的运行方式，转至B)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三端协同控制的光伏微电网功率均衡控制方法，所述的光伏微电网的主电路由光伏电源、并网逆变器和储能装置构成；所述的光伏电源由光伏电池、光伏电池并联电容和Boost变换器依次连接构成；所述的并网逆变器由直流母线电容、三相电压型逆变器主电路和LC滤波电路依次连接构成；所述的储能装置由储能单元、半桥式Buck/Boost变换器和缓冲电容依次连接构成；其特征在于：包括如下步骤：A)根据直流母线电压实际值Vdc、直流母线电压额定值Vdc*、光伏电源输出功率值PPV和负载功率值PL实时判断光伏微电网当前的运行方式：若且PPV＜PL，则判断光伏微电网当前的运行方式为第一种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第二种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第三种运行方式；若则判断光伏微电网当前的运行方式为第四种运行方式；若且PPV≥PL，则判断光伏微电网当前的运行方式为第五种运行方式；B)根据光伏微电网当前的运行方式协同控制光伏微电网中光伏电源，储能装置和并网逆变器这三端的工作状态；具体内容如下：若光伏微电网当前的运行方式为第一种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置充电；并网逆变器工作在整流模式，并网逆变器从公共电网吸收功率维持微电网内功率平衡；若光伏微电网当前的运行方式为第二种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置放电；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第三种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置待机；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第四种运行方式，则控制光伏电源工作在恒压模式；储能装置充电；并网逆变器与公共电网断开，且工作在逆变状态，为交流负载供电；若光伏微电网当前的运行方式为第五种运行方式，则控制光伏电源工作在MPPT模式；储能装置满充，处于待机状态；并网逆变器工作在逆变模式，将微电网内剩余功率输送至公共电网；C)控制光伏微电网在满足相应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫士杰，高文忠，张化光，黄辉，闫伟航，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21