混合微电网系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种混合微电网系统及其控制方法。该混合微电网系统包括：中央控制单元，双向DC/AC变流器、双向DC/DC变流器、电池、直流子网和交流子网，中央控制单元分别与双向DC/AC变流器、双向DC/DC变流器通信连接，其中，双向DC/AC变流器的直流侧连接第一直流母线，电池通过双向DC/DC变流器连接第一直流母线；直流子网连接第二直流母线，第二直流母线与第一直流母线连接，直流子网至少包括直流发电装置和直流可控负载；双向DC/AC变流器的交流侧连接外网和交流母线，交流子网与交流母线连接；交流子网至少包括交流发电装置和交流可控负载。该混合微电网系统具有效率高，控制灵活，抗风险能力强的优点。

Hybrid microgrid system and its control method

【技术实现步骤摘要】
混合微电网系统及其控制方法
本专利技术实施例涉及微电网运行控制
，尤其涉及一种混合微电网系统及其控制方法。
技术介绍
近年来，以光伏、风电为代表的分布式可再生能源应用广泛，微电网作为一种整合分布式电源、储能、负荷及控制网络的小型电力系统，是克服可再生能源发电间歇性及随机性，提高供电质量及系统运行稳定性的有效途径。在现代楼宇中，以微电网形式构建楼宇配电网络，可达到高密度的可再生能源发电，实现高质量的节能减排效果。然而，微电网在楼宇中应用尚存在不足之处。首先在系统架构方面，传统微电网往往是属于交流微电网，但随着楼宇中直流分布式电源(如光伏)以及直流负载(如电动汽车)的普及，直流电源及负荷必须经过直/交变换单元才能与交流系统兼容的方式已难以满足能源高效率利用的现实需求。而且，过多的变换单元也增加了系统的复杂性。此外，传统微电网架构尚未充分考虑系统多种运行场景，在并网或者离网情况下，传统架构无法实现多元控制目标；面对故障情况，传统架构不具备一定的抗风险能力，从而保证一定程度的持续供电。其次，在系统控制方法方面，目前微电网系统控制方法往往是针对传统架构，控制目标主要包括实现各分布式电源间负荷均分、指定功率大小输出以参与需求相应、保障系统稳定运行等。架构的单一性及控制方法的不完善导致系统运行灵活性降低，难以面对复杂工况，无法实现高比例本地消纳分布式能源。
技术实现思路
本专利技术实施例提供混合微电网系统及其控制方法，提供一种既包含交流子网又兼容直流子网的微电网系统，以高效地整合直流负载及直流分布式电源，提高了系统效率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种混合微电网系统，包括：中央控制单元，双向DC/AC变流器、双向DC/DC变流器、电池、直流子网和交流子网，所述中央控制单元分别与所述双向DC/AC变流器、所述双向DC/DC变流器通信连接，其中，所述双向DC/AC变流器的直流侧连接第一直流母线，所述电池通过所述双向DC/DC变流器连接所述第一直流母线；所述直流子网连接第二直流母线，所述第二直流母线与所述第一直流母线连接，所述直流子网至少包括直流发电装置和直流可控负载；所述双向DC/AC变流器的交流侧连接外网和交流母线，所述交流子网与所述交流母线连接；所述交流子网至少包括交流发电装置和交流可控负载。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种混合微电网系统的控制方法，应用于本专利技术任意实施例所述的混合微电网系统，该控制方法包括：获取电池的荷电状态；根据所述电池的荷电状态和所述微电网的工作模式，调整所述双向DC/AC变流器和所述双向DC/DC变流器的工作模式。本专利技术实施例所提供的一中混合微电网系统，既含有交流子网，便于交流负载及交流分布式电源接入，又兼容直流子网，高效地整合直流负载及直流分布式电源，相对于单独的交流或直流微电网而言，减少了变换器数目，提高了系统的效率；通过将中央控制单元分别与双向DC/AC变流器和双向DC/DC变流器相连，使得中央控制器能够改变变流器的运行模式，可以调整电池、直流子网和交流子网的能量流通通道，进而可以对微电网的能量进行管理，为交流子网和直流子网提供有效的功率支撑，提升分布式可再生能源利用效率及本地消纳效率，保证系统稳定运行。本实施例所提供的混合微电网系统，尤其适用于交直流混用的现代楼宇，该微电网架构，具有效率高，控制灵活，抗风险能力强的优点。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种混合微电网系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的混合微电网系统的控制方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的微电网系统处于并网模式且电池SoC处于正常阈值范围时，对微电网系统的控制方法流程图；图4是本专利技术实施例提供的微电网系统处于并网模式且电池SoC超出上限阈值时，对微电网系统的控制方法流程图；图5是本专利技术实施例提供的微电网系统处于并网模式且电池SoC低于下限阈值时，对微电网系统的控制方法流程图；图6是本专利技术实施例提供的微电网系统处于离网模式，对微电网系统的控制方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。图1为本专利技术实施例提供的一种混合微电网系统的结构示意图，本实施例可适用于连接直流子网和交流子网的情况，如图1所示，该混合微电网包括：中央控制单元1，双向DC/AC变流器3、双向DC/DC变流器41、电池43、直流子网和交流子网，中央控制单元1分别与双向DC/AC变流器3、双向DC/DC变流器41通信连接，其中，双向DC/AC变流器3的直流侧连接第一直流母线5，电池43通过双向DC/DC变流器41连接第一直流母线5；直流子网连接第二直流母线4，第二直流母线4与第一直流母线5连接，直流子网至少包括直流发电装置和直流可控负载；双向DC/AC变流器3的交流侧连接外网和交流母线6，交流子网与交流母线6连接；交流子网至少包括交流发电装置和交流可控负载。其中，中央控制单元1用于对整个微电网进行监控和功率控制，以保证微电网能够正常工作。通过设置双向DC/AC变流器3，使得本实施例提供的微电网具备了连接直流子网和交流子网的能力，以及与外网进行连接的能力，从而提供了一种新型的微电网架构。同时，将双向DC/AC变流器3、双向DC/DC变流器41与中央控制单元1通信连接，可以由中央控制单元1根据微电网的当前运行状态直接控制双向DC/AC变流器3和双向DC/DC变流器41的运行模式。所设置的第二直流母线4，可用于分布式直流电源和直流负载接入；所设置的交流母线6，可用于分布式交流电源和交流负载接入。电池43通过双向DC/DC变流器41连接第一直流母线5，直流子网中各电源及负载连接第二直流母线4，第二直流母线4与第一直流母线5连接，从而在电池43与直流子网之间建立了连接通道。同时，通过双向DC/AC变流器3连接直流子网和交流子网，从而电池43与交流子网间也建立了连接通道。通过将双向DC/AC变流器3的交流侧连接外网，建立了微电网与外网的连接通道，使得本实施例提供的微电网能够与外网进行能量交互。在一个实施例中，双向DC/AC变流器3包括背靠背设置的第一变流器31和第二变流器32，具体地，第一变流器31的直流侧以及第二变流器32的直流侧连接第一直流母线5；第一变流器31的控制端口和第二变流器32的控制端口分别与中央控制单元1相连；第二变流器32的交流侧连接交流母线6，第一变流器的交流馈线9通过第一可控开关k1与第一交流电源21连接，第二变流器的交流馈线7通过第二可控开关k2与第二交流电源22连接。第一变流器的交流馈线9和第二变流器的交流馈线7之间通过联络线8相连，且联络线8上设置有第三可控开关k3，每个可控开关的控制端均连接至中央控制单元1。其中，背靠背设置的双向DC/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合微电网系统，其特征在于，包括：中央控制单元，双向DC/AC变流器、双向DC/DC变流器、电池、直流子网和交流子网，所述中央控制单元分别与所述双向DC/AC变流器、所述双向DC/DC变流器通信连接，其中，/n所述双向DC/AC变流器的直流侧连接第一直流母线，所述电池通过所述双向DC/DC变流器连接所述第一直流母线；所述直流子网连接第二直流母线，所述第二直流母线与所述第一直流母线连接，所述直流子网至少包括直流发电装置和直流可控负载；/n所述双向DC/AC变流器的交流侧连接外网和交流母线，所述交流子网与所述交流母线连接；所述交流子网至少包括交流发电装置和交流可控负载。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合微电网系统，其特征在于，包括：中央控制单元，双向DC/AC变流器、双向DC/DC变流器、电池、直流子网和交流子网，所述中央控制单元分别与所述双向DC/AC变流器、所述双向DC/DC变流器通信连接，其中，
所述双向DC/AC变流器的直流侧连接第一直流母线，所述电池通过所述双向DC/DC变流器连接所述第一直流母线；所述直流子网连接第二直流母线，所述第二直流母线与所述第一直流母线连接，所述直流子网至少包括直流发电装置和直流可控负载；
所述双向DC/AC变流器的交流侧连接外网和交流母线，所述交流子网与所述交流母线连接；所述交流子网至少包括交流发电装置和交流可控负载。


2.根据权利要求1所述的混合微电网系统，其特征在于，所述双向DC/AC变流器包括串联设置的第一变流器和第二变流器，所述第一变流器的直流侧以及所述第二变流器的直流侧连接所述第一直流母线；所述第一变流器的控制端口和所述第二变流器的控制端口分别与所述中央控制单元相连；所述第二变流器的交流侧连接所述交流母线，所述第一变流器的交流馈线通过第一可控开关与第一交流电源连接，所述第二变流器的交流馈线通过第二可控开关与第二交流电源连接；
所述第一变流器的交流馈线和所述第二变流器的交流馈线之间通过联络线相连，且所述联络线上设置有第三可控开关，每个所述可控开关的控制端均连接至所述中央控制单元。


3.根据权利要求1所述的混合微电网系统，其特征在于，所述交流发电装置，所述交流可控负载，所述直流发电装置和所述直流可控负载均设置有本地控制器，每个所述本地控制器均与所述中央控制单元通信连接；
所述电池设置有电池控制器，所述电池通过所述电池控制器与所述中央控制单元通信连接；
所述第二直流母线的馈线端口和所述交流母线的馈线端口分别与所述中央控制单元通信连接。


4.根据权利要求1所述的混合微电网系统，其特征在于，所述直流发电装置包括光伏系统以及第一DC/DC变流器，所述光伏系统通过第一DC/DC变流器连接所述第二直流母线；所述直流可控负载通过第二DC/DC变流器连接所述第二直流母线；
所述交流发电装置包括风电系统和AC/DC/AC变流器，所述风电系统通过所述AC/DC/AC变流器连接所述交流母线。


5.一种混合微电网系统的控制方法，应用于权利要求1所述的混合微电网系统，其特征在于，包括：
获取电池的荷电状态；
根据所述电池的荷电状态和所述微电网的工作模式，调整所述双向DC/AC变流器和所述双向DC/DC变流器的工作模式。


6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述双向DC/AC变流器包括串联设置的第一变流器和第二变流器，所述第一变流器的直流侧以及所述第二变流器的直流侧连接所述第一直流母线；所述第一变流器的控制端口和所述第二变流器的控制端口分别与所述中央控制单元相连；所述第二变流器的交流侧连接所述交流母线，所述第一变流器的交流馈线通过第一可控开关与第一交流电源连接，所述第二变流器的交流馈线通过第二可控开关与第二交流电源连接；
所述第一变流器的交流馈线和所述第二变流器的交流馈线之间通过联络线相连，且所述联络线上设置有第三可控开关，每个所述可控开关的控制端均连接至所述中央控制单元；
在根据所述电池的荷电状态和所述微电网的工作模式，调整所述双向DC/AC变流器和所述双向DC/DC变流器的工作模式之前，还包括：
若检测到外网存在故障，则控制第一可控开关和第二可控开关断开，并控制所述第三可控开关导通，使得所述微电网处于离网模式；
若所述外网不存在故障，则控制所述第一可控开关和第二可控开关导通，并控制所述第三可控开关断开，使得所述微电网处于并网模式。


7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，若所述微电网处于并网模式，所述根据所述电池的荷电状态和所述微电网的工作模式，调整所述双向DC/AC变流器和所述双向DC/DC变流器的工作模式，包括：
若所述电池的荷电状态处于正常阈值范围，则控制所述第一变流器和所述第二变流器处于功率控制模式，并控制所述双向DC/DC变流器处于稳压模式；
若所述电池的荷电状态低于下限阈值或超出上限阈值，则控制所述第一变流器处于稳压模式，并控制所述第二变流器和所述双向DC/DC变流器处于功率控制模式。


8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述调整所述双向DC/AC变流器和所述双向DC/DC变流器的工作模式之后，所述方法还包括：
获取所述直流子网的净功率和所述交流子网的净功率其中，所述直流子网的净功率通过对所述直流子网的当前功率进行低通滤波得到，所述交流子网的净功率通过对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蹇林旎，喻航，尚一通，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44