直流微电网的分层协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流微电网的分层协调控制方法。主要分为3个步骤：1)根据控制目标、协调机制以及响应时间的不同，新能源直流微网系统可划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层3个层次；2)根据系统中进行母线电压控制的变流器单元的不同，划分为3种运行模式，微源主导运行模式、储能主导运行模式以及电网主导运行模式；3)由智能电表获取实时电价信息，与储能单元充放电成本进行比较，通过调节并网变流器的功率，进而改变储能单元的功率输出，低价充电高价放电。本发明专利技术在保证直流微电网母线电压稳定的基础上，实现了多源高可靠性和经济性的协调稳定控制。

Hierarchical coordinated control method for DC microgrid

【技术实现步骤摘要】
直流微电网的分层协调控制方法
本专利技术属于智能电网领域，特别涉及一种直流微电网的分层协调控制方法。
技术介绍
随着世界经济的发展，石油、煤炭等传统化石能源消耗日益加剧的同时造成了环境的污染，近些年来，以光伏和风力发电为代表的分布式发电技术得到了快速发展，由于分布式能源发电受到环境因素的影响很大，具有间歇性、波动性的特点，为了更好地组织和管理分布式能源，提出了微电网的概念。微电网是将微型电源负荷以及储能装置结合在一起的一种电网形式，既可以并入大电网中运行，也可以工作在孤岛模式下。直流微电网是以直流配电的形式，通过一条公共的直流母线将所有微电源连接起来的独立可控系统，可为当地提供电能和热能，它可解决交流配电网的一些技术困难，起到了很好的补充作用，对交流配电网的变革起到促进的作用。直流微电网系统为了保持正常稳定运行，需要实时协调各组成单元的输出功率，因此完善的控制方法必不可少，其主要可以分为2类：集中式控制和分布式控制，当前对于无通信条件下直流微电网分布式控制方法的研究中，系统中的各组成单元需要根据电压区间在电压和功率2种控制结构间来回切换，容易引起母线电压波动，此外，该类控制方法未考虑电网电价对运行状态的影响，储能单元在正常运行时存在部分被闲置的充放电功率。如果直流微电网系统能够利用这部分剩余功率，并结合电网分时电价，通过对比储能的充放电成本与电价的关系，对储能进行充放电控制，就能在原来的基础上提高系统的运行效率和经济性。因此，本专利技术提出了一种直流微电网的分层协调控制方法。专利技术内容本专利技术的目的是提出一种直流微电网的分层协调控制方法，保证直流微电网母线电压稳定的基础上，实现多源高可靠性和经济性的协调稳定控制，并且结合电网分时电价，通过对比储能的充放电成本与电价的关系，对储能进行充放电控制，在原来的基础上提高系统的运行效率和经济性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种直流微电网的分层协调控制方法，包括以下步骤：直流微电网系统包括分布式发电DG单元、储能单元、交直流负荷以及并网变流器GCC；步骤一、根据控制目标、协调机制以及响应时间的不同，新能源直流微网系统可划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层3个层次。步骤二、根据系统中进行母线电压控制的变流器单元的不同，划分为3种运行模式，微源主导运行模式、储能主导运行模式以及电网主导运行模式。步骤三、由智能电表获取实时电价信息，与储能单元充放电成本进行比较，通过调节并网变流器的功率，进而改变储能单元的功率输出，低价充电高价放电，实现直流微电网系统的经济运行。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)根据直流微电网的物理特性，底层复杂，上层简化以及电力电子化，采用一种新型的层次控制架构，分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层3个层次，为提高系统可靠性和智能性打好基础；(2)直流微电网中的各组成单元采用分布式控制结构，不仅能够主动参与直流母线电压调节，还能保证多个单元之间的功率合理分配，实现变流器“即插即用”的功能；(3)在底层变流器控制层和中层母线电压控制层，直流微电网能够在不依靠任何通信的条件下，实现分散自治运行，提高了系统运行的可靠性；(4)本专利技术采用的分层协调控制方法优先使用分布式电源产生的清洁能源，提高了能源的利用效率；(5)根据电网电价的分时变化，并网变流器能够通过就地控制，最大限度利用储能单元的剩余功率，降低直流微电网系统的用电成本。附图说明图1是本专利技术的流程图，其中，1为系统运行模式划分，2为分布式发电单元、储能单元控制方法设计，3为根据电网的分时电价信息，设计并网并流器具体控制方法。图2是本专利技术的低压直流微电网体系结构图。图3是本专利技术的直流微电网系统运行模式切换关系图。图4是本专利技术的母线电压等级与运行模式图。图5是本专利技术的并网变流器控制方法流程图。具体实施方式本专利技术提出一种直流微电网的分层协调控制方法，直流微电网系统包括分布式发电DG单元、储能单元、交直流负荷以及并网变流器GCC；为了保持正常稳定运行，直流微电网系统需要实时协调各组成单元的输出功率，包括以下步骤：步骤一、根据控制目标、协调机制以及响应时间的不同，新能源直流微网系统可划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层3个层次。步骤二、根据系统中进行母线电压控制的变流器单元的不同，划分为3种运行模式，微源主导运行模式、储能主导运行模式以及电网主导运行模式。步骤三、由智能电表获取实时电价信息，与储能单元充放电成本进行比较，通过调节并网变流器的功率，进而改变储能单元的功率输出，低价充电高价放电，实现直流微电网系统的经济运行。进一步，步骤一中，变流器控制层的控制由各变流器自身的控制器独立完成，系统只需向变流器发送指令值，各变流器即可按照指令调节自身的输入输出特性，而系统无需关注各变流器内部运行细节。进一步，步骤一中，直流微电网系统通过公共直流母线，将分散的各个变流器连接成为一个整体，母线控制层的目标就是设计行之有效的协调控制机制，有序调整各变流器向母线注入或从母线抽取的电流，以确保母线电压处在一定的范围之内，可将传统下垂控制的思想扩展延伸到直流微网中，通过直流母线电压作为控制信号来协调各子单元的功率分配。进一步，步骤一中，在一般情况下，仅依靠变流器控制层和母线控制层就已经能基本维持直流微网系统的运行，在此基础上，调度管理层主要负责处理一些时间尺度大，但又是系统优化所必不可少的任务。进一步，步骤二中，分布式发电单元、储能单元、并网变换器在各模式中以预定电压值分别稳定直流母线电压，当参与稳压的单元进入电流型状态或发生故障停机时，母线电压将发生下降或上升，进入另一个电压等级，此时母线电压由下一个单元稳定。进一步，步骤二中，为优先使用可再生能源产生的清洁电能，直流微电网内的分布式发电单元通常工作在最大功率跟踪(MPPT)状态，微源主导运行模式是指当微源单元输出的功率过大，超过了本地负荷和并网单元的用电需求，而储能单元已经充满，此时微源应脱离MPPT状态，转而限制发电功率，以稳定母线电压，或者当直流母线电压进入由分布式电源控制的范围时，分布式发电单元会自动进入限功率运行状态。进一步，步骤二中，在储能主导运行模式下，储能单元具有充足的能量裕度，有足够的能力吸收和释放能量，此时由储能单元稳定母线电压，微源单元运行在MPPT模式，而并网单元则根据上层调度进行并网发电。进一步，步骤二中，当微网与公共电网相连接，且本地资源不足以支撑本地负荷时，功率缺额可由公共电网提供，此时由并网变流器负责维护微网内的功率平衡和电压稳定，系统工作在电网主导模式。进一步，步骤三中，假设任一时刻，电网的购电电价与售电电价分别Cgrid_buy(t)、Cgrid_sell(t)。储能单元的充放电折旧成本可以用Cbw表示，需要满足Cgrid_sell(ta)>Cgrid_buy(tb)+Cbw，才能降低系统的用电成本。进一步，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于：根据控制目标、协调机制以及响应时间的不同，将新能源直流微电网系统划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层3个层次；母线控制层根据母线电压等级划分3种运行模式，微源主导运行模式、储能主导运行模式以及电网主导运行模式；调度管理层实现直流微电网系统的经济运行，由智能电表获取实时电价信息，与储能单元充放电成本进行比较，通过调节并网变流器的功率，进而改变储能单元的功率输出，低价充电高价放电。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于：根据控制目标、协调机制以及响应时间的不同，将新能源直流微电网系统划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层3个层次；母线控制层根据母线电压等级划分3种运行模式，微源主导运行模式、储能主导运行模式以及电网主导运行模式；调度管理层实现直流微电网系统的经济运行，由智能电表获取实时电价信息，与储能单元充放电成本进行比较，通过调节并网变流器的功率，进而改变储能单元的功率输出，低价充电高价放电。


2.如权利要求1所述的分层协调控制方法，其特征在于：所述变流器控制层为各单元自身工作状态，分为：
分布式发电单元，工作在恒压下垂CVD模式以及最大功率跟踪MPPT模式；
储能单元，工作在充放电及限流充放电模式，在超出蓄电池荷电状态SOC设置范围时则停机；
并网变换器，工作在并网整流模式、并网逆变模式以及限流模式。


3.如权利要求1所述的分层协调控制方法，其特征在于：所述母线控制层根据母线电压等级划分3种运行模式，微源主导运行模式、储能主导运行模式以及电网主导运行模式，具体为：
(1)在微源主导运行模式下，微源运行在CVD模式稳定母线电压，储能单元运行在限流充放电模式，并网变换器工作在限流模式；
(2)在储能主导运行模式下，储能单元运行在充放电模式稳定母线电压，微源单元运行在MPPT模式，并网变换器工作在限流模式；
(3)在电网主导运行模式下，并网变换器运行在并网整流/逆变模式稳定母线电压，微源单元运行在MPPT模式，储能单元运行在限流充放电模式。


4.如权利要求1或3所述的分层...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁健，杨烨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32