一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法技术

本发明专利技术公开了一种模块化多端柔性直流微电网组网，包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；本发明专利技术将控制目标简化为直流微电网的母线电压控制，便于控制方式的选取；同时将微电网模块化处理，由以往的“设计微电网”转变为“组装微电网”，将直流微电网划分为多个可控模块与不可控模块，便于节约微电网的建设成本，减少占地面积，方便后续微电网扩展建设。

A modular multi terminal flexible DC microgrid network and its hierarchical control method

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法
本专利技术属于微电网模块化设计及运行控制领域，尤其是涉及一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法。
技术介绍
微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。微电网由于本身具备很好的能量管理功能，可以有效地维持能量在微电网内的优化分配与平衡，保证微电网的运行经济性；微电网还可以通过网内分布式电源输出功率的协调控制，对电网发挥负荷移峰填谷的作用，实现微电网和外部配电网间功率交换量的定值或定范围控制，减少由于分布式可再生能源发电功率的波动对外部配电网及周边用户的影响，有效降低系统运行人员的运行调度难度。微电网一般具有能源利用效率高、供能可靠性高、污染物排放少、运行经济性好等优点。但是，文献《一种新型模块化微电网的设计与研究》指出：微电网的发展，从政策层面得到支持，但除少量示范工程外，微电网项目的建设并未全面铺开，其主要原因是我国公共电网经过几十年的发展，供电可靠性和经济性较好；而现有的微电网结构复杂、控制方式切换不方便、不便于后续扩展建设，而且项目的一次性投资大，产出缓慢，技术相对复杂，故其建设的内在需求和经济层面的推动力均不足。因此，需要研究一种新的直流微电网组网结构。公开号为CN103219726A的专利技术申请公开了一种基于储能的微电网拓扑结构，包括与主电网连接的交流母线；交流母线上接有多个发电单元和多个负载单元；发电单元包括分布式电源、微网变流器、能量存储器、并网变流器和单元控制器。该专利技术微电网拓扑结构将储能装置作为微电网能量转换的枢纽，将不同分布式电源所发电能先存入储能装置中，再通过储能装置集中向交流母线输出，减少了并入主电网的分布式电源的数量，并有效地消除了现有微网结构中分布式电源输出电压波动对主电网造成的冲击，提高了微电网系统的稳定性；同时该专利技术可以根据不同的负载功率要求智能调节各个微网发电单元的工作状态，控制电能的存储和输出，便于智能化管理，提高了微电网系统地可控性。然而，该专利技术申请未按照是否可控对分布式电源进行模块分类，不利于降低建设成本、减少占地面积和后续的扩展建设。公开号为CN103236713A的专利技术申请公开了一种微电网组网及其控制方法及微电网用双向变流器,其微电网用双向变流器包括蓄电池组、逆变模块、DSP控制系统、第一电感、电容、第二电感、第一联络开关和第二联络开关，所述微电网用双向变流器的直流输入端接储能蓄电池组，逆变模块的交流输出经过第一电感和电容滤波，一方面通过第一联络开关接本地负载，另一方面通过第二电感和第二联络开关连接到微电网上。采用该专利技术一方面实现微电网内有功功率和无功功率的可控流动，优化储能系统配置、提高储能蓄电池组寿命，以及微电网各区域内能量合理分配；另一方面充分利用已有的电力变流器装置和技术，实现模块化组网、分布式接入，扩容简单，利于微电网技术的推广应用。然而，该专利技术依然未按照是否可控对分布式电源进行模块分类，不利于降低建设成本、减少占地面积和后续的扩展建设。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法，一方面，将控制目标简化为直流微电网的母线电压控制，便于控制方式的选取；另一方面，将微电网模块化处理，由以往的“设计微电网”转变为“组装微电网”，以就近划分模块的原则，将直流微电网划分为多个可控模块与不可控模块，便于节约微电网的建设成本，减少占地面积，方便后续微电网扩展建设。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种模块化多端柔性直流微电网组网，包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；所述可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；所述不可控模块包括一个或多个不可控分布式电源、直流负荷和交流负荷，其中，每个不可控分布式电源通过一个不可控分布式电源并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；多端柔性直流微电网的双向变流器经交流母线与大电网的隔离变压器相连。进一步地，所述可控分布式电源为柴油发电机、单轴微型燃气轮机、配备储能的风电厂或配备储能的光伏电站，能够持续为自身的负荷以及直流微电网供电，并对其输出的有功功率、无功功率进行调节。进一步地，所述不可控分布式电源为MPPT控制的风电厂或MPPT控制的光伏电站；所述双向变流器内部接收多端柔性直流微电网的中央控制器发出的指令，判断直流微电网的运行方式与控制方式，控制直流微电网与大电网的交互。进一步地，所述储能并网装置采用的控制方式为下垂控制；所述不可控分布式电源并网装置采用MPPT控制或恒频/恒速控制方式。进一步地，所述模块化多端柔性直流微电网组网的运行模式包括以下三种：并网状态下的大电网与可控模块协调控制模式、可控模块独立控制模式和孤岛状态下的孤岛模式。进一步地，所述大电网与可控模块协调控制模式应用于并网状态，大电网与直流微电网的可控部分共同控制直流微电网的母线电压平衡；双向变流器接收顶层中央控制器发出的信号，当大电网一切运行正常时，双向变流器接收信号，选择下垂控制，微电网可以在发出功率大于需求功率时，将功率输送给大电网；在发出功率小于需求功率时，向大电网购电，即实现功率的双向传输，大电网参与母线的电压调节；当母线电压上升时，蓄电池储能吸收功率，单轴微型燃气轮机动作，减少出力，若此时蓄电池储能SOC达到上限，单轴微型燃气轮机发出功率为零，母线电压仍然升高时，双向变流器下垂控制吸收多余的功率；当母线电压下降时，蓄电池储能放电，单轴微型燃气轮机发出的功率增大，双向变流器下垂控制使母线电压稳定后，不再向直流微电网供电，保证直流微电网内资源利用最大化，减少对大电网的依赖，降低直流微电网运行成本。进一步地，所述可控模块独立控制模式应用于并网状态下，大电网对直流微电网存在要求，不参与直流微电网母线电压调节；双向变流器接收顶层中央控制器发出的信号，根据要求输入PQ控制的参考值Pref和Qref，此时的大电网相当于不可控模块；当母线电压升高时，蓄电池储能吸收功率，单轴微型燃气轮机减少出力，若此时单轴微型燃气轮机输出功率为零且蓄电池储能SOC达到上限，不可控模块中的分布式电机将弃风或弃光；当母线电压下降时，蓄电池储能发出功率，单轴微型燃气轮机增加出力，若此时蓄电池储能SOC达到下限且单轴微型燃气轮机达到出力上限，不可控模块中的三级负荷将切除。并网状态下，大电网与可控模块协调控制模式和可控模块独立控制模式的切换是靠中央控制器发给双向变流器控制方式的指令。当双向变流器控制方式为下垂控制时，控制模式为大电网与可控模块协调控制模式，当双向变流器控制方式为PQ控制时，控制模式为可控模块独立控制模式。进一步地，所述孤岛模式是在连网状态运行正常下，若大电网出现了故障或电能质量不满足要求时，直流微电网接收到中央控制器MGCC指令，大电网与直流微电网断开，双向变流器起到隔离作用。直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；所述可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；所述不可控模块包括一个或多个不可控分布式电源、直流负荷和交流负荷，其中，每个不可控分布式电源通过一个不可控分布式电源并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；多端柔性直流微电网的双向变流器经交流母线与大电网的隔离变压器相连。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；所述可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；所述不可控模块包括一个或多个不可控分布式电源、直流负荷和交流负荷，其中，每个不可控分布式电源通过一个不可控分布式电源并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；多端柔性直流微电网的双向变流器经交流母线与大电网的隔离变压器相连。2.根据权利要求1所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述可控分布式电源为柴油发电机、单轴微型燃气轮机、配备储能的风电厂或配备储能的光伏电站，能够持续为自身的负荷以及直流微电网供电，并对其输出的有功功率、无功功率进行调节。3.根据权利要求2所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述不可控分布式电源为MPPT控制的风电厂或MPPT控制的光伏电站；所述双向变流器内部接收多端柔性直流微电网的中央控制器发出的指令，判断直流微电网的运行方式与控制方式，控制直流微电网与大电网的交互。4.根据权利要求3所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述储能并网装置采用的控制方式为下垂控制；所述不可控分布式电源并网装置采用MPPT控制或恒频/恒速控制方式。5.根据权利要求3所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述模块化多端柔性直流微电网组网的运行模式包括以下三种：并网状态下的大电网与可控模块协调控制模式、可控模块独立控制模式和孤岛状态下的孤岛模式。6.根据权利要求5所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述大电网与可控模块协调控制模式应用于并网状态，大电网与直流微电网的可控部分共同控制直流微电网的母线电压平衡；双向变流器接收顶层中央控制器发出的信号，当大电网一切运行正常时，双向变流器接收信号，选择下垂控制，微电网可以在发出功率大于需求功率时，将功率输送给大电网；在发出功率小于需求功率时，向大电网购电，即实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文卓，刘湘莅，郭夫然，吴煊伟，樊庆玲，陈晨，董平先，孙辉，于晓颖，吴昊，王治，孙长海，陈百通，杭慧芳，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司经济技术研究院，大连理工大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41