一种计及微源工作特性的微电网系统及其功率分频控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种计及微源工作特性的微电网系统及功率分频控制方法，在该系统中，负载需求功率被划分为超低频、低频、中高频共三个频段。其中，蓄电池组工作于低频段，采用电压控制模式以维持直流母线电压的稳定；柴油发电机组、新能源发电系统工作于超低频段，采用电流控制模式以输出负载所需的超低频功率；超级电容工作于中高频段，以平抑负载的中高频功率脉动。为实现各微源功率指令按频分配，提出了一种负载功率按频分解算法及其超低频功率二次分配方法。采用该发明专利技术的系统和控制方法不仅能够实现微电网源端和负载端的功率平衡，还能够有效降低高频功率波动对蓄电池等敏感微源的危害，延长设备使用寿命，并能显著提高系统运行效率。

A microgrid system considering the characteristics of micro source and its power frequency division control method

The invention discloses a microgrid system and a power divider control method considering the characteristics of micro source. In this system, the load demand power is divided into three frequency bands of ultra low frequency, low frequency and middle and high frequency. The battery group works in the low frequency section and uses the voltage control mode to maintain the stability of the DC bus voltage. The diesel generating set and the new energy generation system work in the ultra low frequency section. The current control mode is used to output the ultra low frequency power required by the load. The supercapacitor works in the middle and high frequency section to suppress the middle and high levels of the load. Frequency power pulsation. In order to achieve the frequency distribution of each micro source power command, a load power frequency decomposition algorithm and its ultra low frequency power two distribution method are proposed. The system and control method of the invention can not only realize the power balance of the source end and the load end of the microgrid, but also can effectively reduce the harm of the high frequency power fluctuation to the sensitive micro source such as the battery, prolong the service life of the equipment, and improve the operating efficiency of the system remarkably.

【技术实现步骤摘要】
一种计及微源工作特性的微电网系统及其功率分频控制方法
本专利技术涉及一种分布式电源系统，尤其涉及一种计及微源工作特性的微电网系统及其功率分频控制方法。
技术介绍
近年来，随着新能源发电技术和电力电子技术的快速发展，“微电网”作为一种灵活的电力生产、输配方案得到了业界的持续广泛关注。一般地，微电网系统主要由微源(分布式电源系统)、储能装置、变流装置、控制系统和本地负荷等构成。目前，微电网技术主要在以下几个方面得到重点应用：一是作为大规模可再生能源(如风能、太阳能)并网的有效手段，二是作为高、海、边、无地区电力保障的解决方案，三是作为舰船、航空器和地面车辆的电力供配技术。微电网的功率平衡控制，关系到源端和负荷端的能量供需平衡以及系统的电压稳定，是学术界研究的重点内容之一。以下垂控制(Droopcontrol)技术为例，它根据微电网的控制目标，采用与传统发电机相似的下垂曲线来达到对微源的控制，将系统不平衡的功率动态分配给各个机组承担，从而保证微网系统中频率电压的统一。下垂控制策略由于无需机组间的通信协调，可实现微源即插即用和对等控制的目标，在微网功率控制中得到广泛应用。此外，微电网的功率控制方式还有主从控制(Master-slavecontrol)、分散控制(Decentralizedcontrol)，等等。其中，主从控制指的是微电网控制系统中的一个控制器作为主控制器，其他作为从控制器的控制方式，特别适用于孤岛微电网运行模式。然而，无论上述哪种功率控制方式，通常会将负载等效为需求功率缓慢变化的线性负载，致使在微源功率分配时往往只考其输出功率的大小，而忽视微源自身的工作特性。这样的功率控制方法，尽管能够实现源端、负荷端的功率平衡，但却不利于发挥微源自身的工作特性优势，甚至会危及微源的使用寿命。例如，蓄电池尽管能够平抑负荷的低频功率波动，但却对功率中的高频分量较为敏感。长时间的高频电流充放电会导致电池温度上升，若温度上升过大，会进一步导致更为严重的扩散情况和不可控的离子浓度，在极端情况下，电池中可能会发生气化或液化。再如，在离网运行的微电网系统中，通常采用柴油发电机组作为主电源，此时如根据负荷瞬时功率需求实时调整发动机运行工作点，可能会导致燃油效率低下等问题。因此，微电网功率控制不仅要实现功率的供需平衡，还应根据微源工作特性的差异，实现各微源功率的优化配置和安排，以最大程度地提高效率、延长设备使用寿命。这正是本专利技术要解决的关键技术问题之所在。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种计及微源工作特性的微电网功率分频控制方法，以最大程度地提高微源工作效率，延长设备使用寿命。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种计及微源工作特性的微电网系统，其特征在于，所述的微源包括柴油发电机组、新能源发电系统、蓄电池组和超级电容，所述的微电网系统包括柴油发电机组及其可控整流器、新能源发电系统及其并网变流器、蓄电池组及其DC/DC变换器、超级电容和直流母线；其中，所述的柴油发电机组通过其可控整流器挂接在所述的直流母线上，所述的新能源发电系统通过其并网变流器挂接在所述的直流母线上，所述的蓄电池组通过其DC/DC变换器挂接在所述的直流母线上，所述的超级电容直接挂接在所述的直流母线上。进一步地，当所述的新能源发电系统为光伏时，所述的并网变流器为DC/DC变换器；当所述的新能源发电系统为风电时，所述的并网变流器为AC/DC整流器。一种如上所述的计及微源工作特性的微电网系统的功率分频控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：根据负载需求功率，确定各微源工作频段及其工作模式；将负载需求功率划分为超低频、低频、中高频共3个频段，各频率设定范围分别对应为<0.5Hz、0.5-2Hz、>2Hz；其中，蓄电池组工作于低频端，采用电压控制模式，用以维持直流母线电压的稳定；柴油发电机组、新能源发电系统工作于超低频段，采用电流或功率控制模式，输出负载所需的超低频功率；超级电容工作于中高频段，用以平抑负载的中高频功率脉动；步骤二：将负载需求功率Pload按各微源的工作频段进行分解，得到各微源的分配功率指令；所述的功率按频分解算法是通过两个级联的低通滤波器滤波实现的，具体为：负载功率Pload经过前级低通滤波器、后级低通滤波器滤波之后，直接得到柴油发电机组和新能源发电系统总的功率输出指令，亦即超低频功率指令Pload_VL；低频功率指令Pload_L由前级低通滤波器、后级低通滤波器的输出信号作减法运算得到；中高频功率指令Pload_MH，则由前级低通滤波器的输入、输出信号作减法运算得到；步骤三：将步骤二得到的超低频功率指令Pload_VL二次分配，具体的分配方法为：当新能源发电系统可输出的功率Pg小于负载所需的超低频功率指令值Pload_VL时，新能源发电系统按最大功率追踪曲线输出功率Pgmax，柴油发电机组输出负载所需的功率差额△Pload_VL，即△Pload_VL＝Pload_VL-Pgmax；反之，由新能源发电系统完全输出负载所需的功率，柴油发电机组的输出功率设置为零；步骤四：控制各微源按分配的功率指令输出相应功率，其中，柴油发电机组的可控整流器和新能源发电系统的并网变流器采用电流或功率闭环控制，蓄电池组DC/DC变换器的控制则按下述方法进行：直流母线电压指令Vdc_ref与经过电压环低通滤波器滤波后的实测母线电压Vdc作差后，其误差值△Vdc送入PI调节器进行调节，得到调制电压Vm，Vm与三角波发生器产生的载波进行比较，即可获得DC/DC变换器中开关器件驱动所需的开关信号。进一步地，所述的步骤二中的低通滤波器的传递函数为：式中，为阻尼率，取0.3-0.7；ωn为截止频率，在前级低通滤波器、后级低通滤波器中其值分别为4π和π。进一步地，所述的步骤四中的电压环低通滤波器的设置与所述的步骤二中的前级低通滤波器的设置相同。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：各微源的输出功率按其工作特性的不同，划分为3个频段：超低频、低频和中高频，其中电流源型微源负责输出超低频负载功率，蓄电池组主要用以抑制低频功率波动，而超级电容则主要平抑负载中的中高频功率脉动，三类微源各司其职。蓄电池组通过电压环低通滤波环的设计，等效实现了低频功率闭环调控的效果，同时发挥了电压监视器的作用，便于工程化应用。采用本专利技术的功率分频控制策略之后，不仅可以实现微电网源端和负载端的功率平衡，还能够对蓄电池组等敏感微源起到一定的保护效果，并提升系统的整体效率(避免柴油发电机组运行工作点的频繁切换)。附图说明图1为本专利技术的微电网系统的拓扑结构及微源功率分配示意图；图2为本专利技术的负载功率按频分解算法结构示意图；图3为本专利技术的蓄电池组DC/DC变换器控制结构示意图；图4为利用本专利技术控制方法得到的微电网系统的各微源功率输出波形。具体实施方式下面结合附图和实施案例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术的微电网系统为运行于离网(孤岛)状态的直流微电网，其包括柴油发电机组及其可控整流器(AC/DC整流器)、新能源发电系统及其并网变流器(当新能源发电系统为光伏时，并网变流器为DC/DC变换器；当新能源发电系统为风电时并网变流器为AC/DC整流器)、蓄电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及微源工作特性的微电网系统，其特征在于，所述的微源包括柴油发电机组、新能源发电系统、蓄电池组和超级电容，所述的微电网系统包括柴油发电机组及其可控整流器、新能源发电系统及其并网变流器、蓄电池组及其DC/DC变换器、超级电容和直流母线；其中，所述的柴油发电机组通过其可控整流器挂接在所述的直流母线上，所述的新能源发电系统通过其并网变流器挂接在所述的直流母线上，所述的蓄电池组通过其DC/DC变换器挂接在所述的直流母线上，所述的超级电容直接挂接在所述的直流母线上。

【技术特征摘要】
1.一种计及微源工作特性的微电网系统，其特征在于，所述的微源包括柴油发电机组、新能源发电系统、蓄电池组和超级电容，所述的微电网系统包括柴油发电机组及其可控整流器、新能源发电系统及其并网变流器、蓄电池组及其DC/DC变换器、超级电容和直流母线；其中，所述的柴油发电机组通过其可控整流器挂接在所述的直流母线上，所述的新能源发电系统通过其并网变流器挂接在所述的直流母线上，所述的蓄电池组通过其DC/DC变换器挂接在所述的直流母线上，所述的超级电容直接挂接在所述的直流母线上。2.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于，当所述的新能源发电系统为光伏时，所述的并网变流器为DC/DC变换器；当所述的新能源发电系统为风电时，所述的并网变流器为AC/DC整流器。3.一种如权利要求1或2所述的计及微源工作特性的微电网系统的功率分频控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：根据负载需求功率，确定各微源工作频段及其工作模式。将负载需求功率划分为超低频、低频、中高频共3个频段，各频率设定范围分别对应为<0.5Hz、0.5-2Hz、>2Hz；其中，蓄电池组工作于低频端，采用电压控制模式，用以维持直流母线电压的稳定；柴油发电机组、新能源发电系统工作于超低频段，采用电流或功率控制模式，输出负载所需的超低频功率；超级电容工作于中高频段，用以平抑负载的中高频功率脉动；步骤二：将负载需求功率Pload按各微源的工作频段进行分解，得到各微源的分配功率指令。所述的功率按频分解算法是通过两个级联的低通滤波器滤波实现的，具体为：负载功率Pload经过前级低通滤波器、后级低通滤波器滤波之后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海亮，赵仁德，马文忠，马晓军，廖自力，魏曙光，高强，陈路明，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：山东,37