一种基于电力海绵技术的微电网功率控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其包括：电力海绵，串接于微电网的交流母线和一般负荷之间；直流电压检测装置，交流电流检测装置，交流电压检测装置；控制单元，其通过所述各检测装置测量输入微电网的交流母线的交流电压us、交流电流is；计算得到与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号，该信号控制所述电力海绵对所述一般负荷输出的无功电流，使得微电网的交流母线的电压为Uref，从而保持微电网的交流母线的电压稳定；以及控制电力海绵加在一般负荷上的输出电压Ul，以平抑微电网中的功率波动，使得重要负荷功率为Plref，从而保持重要负荷功率稳定。相应地，本发明专利技术还公开了一种微电网功率控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电力海绵技术的微电网功率控制系统及方法
本专利技术涉及一种微电网功率控制系统及方法，尤其涉及一种基于电力海绵技术的微电网功率控制系统及方法。
技术介绍
进入21世纪以来，随着世界经济的快速发展，对能源的需求不断增长，世界范围内煤、石油、天然气等不可再生能源供应持续紧张，人类正面临着严峻的能源危机。同时，大量化石能源的使用导致日益严重的环境污染问题，极端的天气情况及其引发的自然灾害不断发生，人类的生存环境受到严重威胁。此外，当前电力系统已发展成为集中发电、远距离高压输电大型互联网络系统，随着电网规模的不断扩大，这种“大机组、大电厂、大系统、高电压”的超大规模电力系统的弊端也日益显现出来，如运行和调控难度大、经济成本高、无法灵活地实时跟踪负荷变化、难以满足用户对电网可靠性和多样化供电的高要求等。大型互联电力系统中，如果发生局部事故，则极易扩散，导致大面积的停电，近年来世界范围内的各种大面积停电事故，暴露了传统大电网的脆弱性。鉴于上述问题，世界各国开始另辟蹊径，以高效、经济、环保的新能源和可再生能源为主的新型发电技术——分布式发电(DistributedGeneration,DG)，已成为解决未来能源问题的主要出路。分布式发电系统可大量接纳清洁的可再生能源入网，不仅能缓解能源短缺，减少环境污染，还能提高现有电力系统的效率、可靠性和电能质量。大电网与分布式发电相结合，被国内外许多专家学者认为是未来电力系统发展的重要方向之一。但是其本身仍存在许多缺点，如单机接入成本高、运行控制困难、发电功率小等。而且随着大量分布式电源接入大电网，其对大电网电能质量和可靠性产生的诸多不利影响逐渐显现出来。为了解决分布式电源大规模应用的问题，充分挖掘出分布式发电的价值和效益，微电网是一种很好地方案。微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量，微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制。微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等要求。然而，以风电、太阳能光伏发电等可再生电源为主的分布式电源的波动性，会对微电网的安全稳定造成影响，以及对微电网内部重要负荷的稳定运行造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微电网功率控制系统，该系统能使得微电网的交流母线电压保持稳定，同时使得与微电网连接的重要负荷功率保持稳定。本专利技术的另一目的在于提供一种微电网功率控制方法，该方法可基于上述系统达到上述功能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种微电网功率控制系统，其与微电源连接，所述微电源与微电网的交流母线连接，将电能输给微电网，所述微电网的交流母线连接有一般负荷与重要负荷，所述控制系统包括控制单元，电力海绵，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：所述电力海绵串接于微电网的交流母线和一般负荷之间，所述电力海绵的控制端与所述控制单元的控制信号输出端连接；所述直流电压检测装置，其与电力海绵的直流母线连接，以检测电力海绵的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；所述交流电流检测装置串接于所述微电源和微电网的交流母线之间，以检测输入微电网的交流母线的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；所述交流电压检测装置与微电网的交流母线连接，以检测输入微电网的交流母线的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得电力海绵无功环控制量iq和电力海绵有功环控制量Uinv：iq＝kp1*(Uref-US)+ki1*∫(Uref-US)dtUinv＝kp2*(Plref-PW)+ki2*∫(Plref-PW)dt式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Uref为设定的微电网的交流母线电压初始值；Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；Plref为设定的重要负荷功率参考值；PW表示微电网有功功率，其中Us是所述交流电压幅值，Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的功角；所述控制单元根据下述模型获得与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc：式中，Uinv为所述电力海绵有功环控制量，iq为所述电力海绵无功环控制量，UDC为接收的电力海绵的直流电压，ω为根据接收的交流电压us和交流电流is得到的电压角频率；所述控制单元通过其控制信号输出端将所述与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc传输给所述电力海绵的控制端，以控制电力海绵对所述一般负荷输出的无功电流，使得微电网的交流母线的电压为Uref；以及控制所述电力海绵加在所述一般负荷上的输出电压Ul，使得所述重要负荷功率为Plref。本专利技术所述的微电网功率控制系统能使得微电网的交流母线的电压保持稳定，同时使得与微电网连接的重要负荷功率保持稳定。具体来说，该方法通过在微电网的交流母线与一般负荷之间串联接入电力海绵，以无功环控制和有功环控制为控制手段，控制所述电力海绵基于设定的微电网的交流母线电压初始值Uref和设定的重要负荷功率参考值Plref输出与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc，以控制电力海绵对一般负荷输出的无功电流，使得微电网的交流母线的电压为Uref，从而保持微电网的交流母线的电压稳定；以及控制电力海绵加在一般负荷上的输出电压Ul，以平抑微电网中的功率波动，使得重要负荷功率为Plref，从而保持重要负荷功率稳定。进一步地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述控制器为数字信号处理器。进一步地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。进一步地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。进一步地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述交流电流检测装置包括交流电流传感器。优选地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述第一比例积分控制的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。优选地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述第二比例积分控制的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。进一步地，本专利技术所述的微电网功率控制系统中，所述电力海绵包括与交流三相分别对应的三个半桥结构，其中每一个半桥结构均包括：第一IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、第二IGBT以及直流电容，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述直流电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为电力海绵的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相电力海绵脉宽调制信号对应的控制单元的控制信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极和发射极串接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其与微电源连接，所述微电源与微电网的交流母线连接，将电能输给微电网，所述微电网的交流母线连接有一般负荷与重要负荷，其特征在于，所述控制系统包括控制单元，电力海绵，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：所述电力海绵串接于微电网的交流母线和一般负荷之间，所述电力海绵的控制端与所述控制单元的控制信号输出端连接；所述直流电压检测装置，其与电力海绵的直流母线连接，以检测电力海绵的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；所述交流电流检测装置串接于所述微电源和微电网的交流母线之间，以检测输入微电网的交流母线的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；所述交流电压检测装置与微电网的交流母线连接，以检测输入微电网的交流母线的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得电力海绵无功环控制量iq和电力海绵有功环控制量Uinv：ia＝kv1*(Uref‑US)+ki1*∫(Uref‑US)dtUinv＝kp2*(Plref‑PW)+ki2*∫(Plref‑PW)dt式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Uref为设定的微电网的交流母线电压初始值；Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；Plref为设定的重要负荷功率参考值；PW表示微电网有功功率，其中Us是所述交流电压幅值，Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的功角；所述控制单元根据下述模型获得与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc：PWMa=UinvUDC*sin(ωt+iqUDC*2π)]]>式中，Uinv为所述电力海绵有功环控制量，iq为所述电力海绵无功环控制量，UDC为接收的电力海绵的直流电压，ω为根据接收的交流电压us和交流电流is得到的电压频率；所述控制单元通过其控制信号输出端将所述与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc传输给所述电力海绵的控制端，以控制电力海绵对所述一般负荷输出的无功电流，使得微电网的交流母线的电压为Uref；以及控制所述电力海绵加在所述一般负荷上的输出电压Ul，使得所述重要负荷功率为Plref。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其与微电源连接，所述微电源与微电网的交流母线连接，将电能输给微电网，所述微电网的交流母线连接有一般负荷与重要负荷，其特征在于，所述控制系统包括控制单元，电力海绵，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电压检测装置，其中：所述电力海绵串接于微电网的交流母线和一般负荷之间，所述电力海绵的控制端与所述控制单元的控制信号输出端连接；所述直流电压检测装置，其与电力海绵的直流母线连接，以检测电力海绵的直流电压UDC，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；所述交流电流检测装置串接于所述微电源和微电网的交流母线之间，以检测输入微电网的交流母线的交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；所述交流电压检测装置与微电网的交流母线连接，以检测输入微电网的交流母线的交流电压us，所述交流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型获得电力海绵无功环控制量iq和电力海绵有功环控制量Uinv：iq＝kp1*(Uref-US)+ki1*∫(Uref-US)dtUinv＝kp2*(Plref-PW)+ki2*∫(Plref-PW)dt式中，kp1为第一比例积分控制器的比例系数；ki1为第一比例积分控制器的积分系数；Uref为设定的微电网的交流母线电压初始值；Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电压幅值；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；Plref为设定的重要负荷功率参考值；PW表示微电网有功功率，其中Us是所述交流电压幅值，Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，表示交流电压与交流电流的功角；所述控制单元根据下述模型获得与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc：式中，Uinv为所述电力海绵有功环控制量，iq为所述电力海绵无功环控制量，UDC为接收的电力海绵的直流电压，ω为根据接收的交流电压us和交流电流is得到的电压角频率；所述控制单元通过其控制信号输出端将所述与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号PWMa、PWMb、PWMc传输给所述电力海绵的控制端，以控制电力海绵对所述一般负荷输出的无功电流，使得微电网的交流母线的电压为Uref；以及控制所述电力海绵加在所述一般负荷上的输出电压Ul，使得所述重要负荷功率为Plref。2.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述控制单元为数字信号处理器。3.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。4.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。5.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述交流电流检测装置包括交流电流传感器。6.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述第一比例积分控制的比例系数kp1的范围取0＜kp1＜100，第一比例积分控制的积分系数ki1的范围取0＜ki1＜10。7.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述第二比例积分控制的比例系数kp2的范围取0＜kp2＜100，第二比例积分控制的积分系数ki2的范围取0＜ki2＜10。8.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述电力海绵包括与交流三相分别对应的三个半桥结构，其中每一个半桥结构均包括：第一IGBT、第二IGBT以及直流电容，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述直流电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为电力海绵的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相电力海绵脉宽调制信号对应的控制单元的控制信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极和发射极串接在对应相的微电网的交流母线与一般负荷之间，所述直流电容两端的电压为电力海绵的直流电压UDC。9.如权利要求1所述的基于电力海绵技术的微电网功率控制系统，其特征在于，所述电力海绵包括与交流三相分别对应的三个全桥结构，其中每一个全桥结构均包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT以及直流电容，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第三IGBT的集电极，所述第二IGBT的发射极连接所述第四IGBT的集电极，所述第一IGBT和第二IGBT的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁慕檩，
申请(专利权)人：上海载物能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31