一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法技术

本发明专利技术控制策略分为上下两层，上层控制为兼顾设备效率的能量管理方法，底层控制为多类型单元接口变换器的本地控制方法。上层能量管理方法通过采集风电机组的输出功率、光伏发电单元的输出功率、直流负载功率、交流负载功率以及锂电池荷电状态等电气信息量来确定直流微电网的运行模式，调用并网接口装置和锂电池储能接口装置的损耗模型，在实际运行过程中通过获取效率曲线以及直流网内差额功率，并利用遗传优化算法求解效率最优条件下储能接口装置的功率参考指令；底层多类型单元接口变换器接收到运行模式和功率参考指令后执行上层能量管理策略。量管理策略。量管理策略。

【技术实现步骤摘要】
一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法


[0001]本专利技术涉及一种直流微电网的控制方法领域，具体为一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法。

技术介绍

[0002]能源危机和环境污染问题是制约世界各国经济快速发展的重要因素。基于环境友好型可持续发展理念，快速开发和利用可再生能源进行并网发电是未来电力能源领域的发展方向，目前，风光并网发电技术成熟，装机容量逐年升高，已经成为了可再生能源并网发电领域重要组成部分。然而风光可再生能源受外界天气条件影响较大，其输出功率呈现随机性和间歇性特征。为了减小风光发电系统输出功率对并网点电压/频率的影响，通常将其与储能系统、本地负载单元以及并网接口变换器构成微电网，以微电网的形式并入大电网。
[0003]随着大规模直流分布式发电单元、储能以及电动汽车集成接入，直流微电网得到了快速的发展，与交流微电网相比，直流微电网具有能量转换次数少、效率高、成本低、控制结构简单、无需考虑频率和相位以及无功补偿设备等优势。直流微电网内通常含有多类型源
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荷
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储单元，如何协调和管理多个单元的接口装置，保证直流微电网在多运行模式下安全稳定运行是关键技术挑战之一。
[0004]目前现有的方法主要包括主从控制和下垂控制，主从控制需要高带宽通信，通过采集多个设备的电气信息量并上传至中央控制单元判定系统运行模式，再根据系统运行模式制定不同接口装置的控制策略，该方法能够保证不同运行模式下直流母线电压处于理想参考点，但是能量管理与协调控制的可靠性均依赖于高带宽通信，一旦通信网络发生故障，将无法保证系统可靠运行。下垂控制通常基于直流母线电压信号划分不同运行模式，该方法无需通信技术，可靠性较高，但是划分层级随着系统复杂程度增加而增加，由于受到允许电压范围限制，因此容易引起误切换。基于上述分析可知现有的控制策略主要关注多运行模式下直流微电网内部多类型接口装置间的协调控制策略，在能量管理策略设计过程中常常忽略系统的运行效率，进而导致系统整体运行效率较低，损耗较大，现有的方法在保证系统稳定同时并没有完全解决如何提升直流微电网运行效率的问题，因此有必要探索一种新型控制策略。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法，已解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法，分为上下两层，上层控制为兼顾设备效率的能量管理方法，底层控制为多类型单元接口变换器的本地控制方法，上层能量管理方法通过采集风电机组的输出功率、光伏发电单元的输出功率、直流负载功率、交流负载功率以及锂电池荷电状态的电气信息量来确定直流微电网的运行模式，调用并网接口装置和锂电池储能接口装置的损耗模型，在实
际运行过程中通过获取效率曲线以及直流网内差额功率，并利用遗传优化算法求解效率最优条件下储能接口装置的功率参考指令，底层多类型单元接口变换器接收到运行模式和功率参考指令后执行上层能量管理策略。
[0007]本专利技术的直流微电网含有风电机组单元、锂电池储能系统单元、光伏发电单元、并网变换器接口单元、直流负载以及交流负载，所有单元通过接口装置并入共同的直流母线。
[0008]本专利技术对直流微电网采用的两层控制方法具体如下：
[0009]本专利技术对上层采用的能量管理方法控制整个直流微电网运行以及效率优化，根据风电机组单元的输出功率、光伏发电单元的输出功率、直流负载功率、交流负载功率以及锂电池荷电状态(简称锂电池SOC)电气信息量划分直流微电网的运行模式，当锂电池荷电状态(简称锂电池SOC)处于安全区间内时，启动效率优化管理策略，利用风光发电系统输出功率和负载功率之和计算直流网内差额功率，调用锂电池储能接口装置和并网接口装置效率曲线，再利用遗传优化算法求解效率最优条件下的储能接口装置的功率参考指令，最终通过低带宽通信方式传递下发多类型接口装置的控制策略与功率指令。
[0010]底层控制方法是指直流微电网中多类型接口单元接口装置的本地控制策略，当各单元接收到能量管理发出指令后，各单元接口变换器按照指令执行：当上层能量管理下发的控制指令与当前变换器控制策略一致时，该变换器无需动作，保持当前控制策略；当能量管理下发控制指令与当前变换器控制策略不一致时，该变换器切换控制策略或修正功率指令，按照能量管理下发的指令执行。
[0011]本专利技术的底层控制方法指令模式如下：
[0012]模式1：当直流网内差额功率大于零，且小于并网接口装置与储能设备容量之和时，并网接口装置采用恒压控制维持直流母线电压恒定，风光发电单元采用最大功率跟踪控制策略，储能系统工作在恒功率充电模式，直流负载单元均采用输出稳压控制，交流负载单元采用输出恒压或恒频控制；
[0013]模式2：当直流网内差额功率小于零，且小于并网接口装置与储能设备容量之和时，并网接口装置采用恒压控制维持直流母线电压恒定，风光发电单元采用最大功率跟踪控制策略，储能系统工作在恒功率放电模式，直流负载单元均采用输出稳压控制，交流负载单元采用输出恒压或恒频控制；
[0014]模式3：在模式1长期工作时，若锂电池SOC等于最大允许荷电状态时，锂电池储能接口装置停机，光伏接口变换器由最大功率跟踪控制切换至恒压控制，维持直流母线电压稳定；
[0015]模式4：在模式2长期工作时，若锂电池SOC等于最小允许荷电状态时，锂电池储能接口装置停机，并按照负载重要优先级启动卸载程序。
[0016]与现有技术比，本专利技术达到的有益效果在于：
[0017]1、在保证直流微电网安全稳定运行前提下，兼顾了设备的运行效率，通过优化算法在线实时调整锂电池储能和并网接口装置的稳态运行点，提升了系统的整体运行效率。
[0018]2、传统方法中一旦并网接口装置功率达到额定状态，其无法控制直流母线电压，此时需要切换锂电池储能系统和并网接口装置的控制模式才能保证系统稳定，而本文的方法实时分配两者功率，避免了锂电池储能和并网接口装置控制模式频繁切换，减小了协调控制复杂度，提升了电能质量。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的直流微电网控制方法示意图；
[0020]图2是本专利技术的上层能量管理策略中损耗模型和效率曲线获取流程图；
[0021]图3是本专利技术的基于设备运行效率的功率分配方法。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]根据图1至3所示，本专利技术提供如下技术方案：
[0024]本专利技术的直流微电网含有风电机组单元、锂电池储能系统单元、光伏发电单元、并网变换器接口单元、直流负载以及交流负载，所有单元通过接口装置并入共同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法，其特征在于：所述控制方法分为上下两层，上层控制方法为兼顾设备效率的能量管理方法，底层控制方法为多类型单元接口变换器的本地控制方法；所述上层控制方法如下：S1、首先根据直流微电网各个单元电气信息量划分直流微电网的运行模式；S2、单元荷电状态处于安全区间内时，启动效率优化管理方法，计算直流网内差额功率，调用效率曲线，再利用遗传优化算法求解效率最优条件下的储能接口装置的功率参考指令；S3、最终通过低带宽通信方式传递下发多类型接口装置的控制策略与功率指令。2.根据权利要求1所述的一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法，其特征在于，所述直流微电网单元包括：风电机组单元、锂电池储能系统单元、光伏发电单元、并网变换器接口单元、直流负载单元以及交流负载单元，其中所述所有单元通过接口装置并入共同的直流母线。3.根据权利要求1所述的一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法，其特征在于，所述S1步骤中，单元电气信息量为：采集风电机单元组的输出功率、光伏发电单元的输出功率、直流负载功率、交流负载功率以及锂电池荷电状态；所述S2步骤中，当锂电池荷电状态处于安全区间内时，启动效率优化管理策略，所述直流网内差额功率为：利用风光发电系统输出功率和负载功率之和计算，所述效率曲线为：锂电池储能接口装置和并网接口装置。4.根据权利要求1所述的一种兼顾设备效率的直流微电网运行控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东升，刘巍，楼志强，裴玮，邓卫，
申请(专利权)人：北京双登慧峰聚能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：