專利名稱:一種分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電網(wǎng)輸電領(lǐng)域,尤其涉及的是ー種分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng)。
背景技術(shù):
微電網(wǎng)通常有兩種運(yùn)行模式,一種運(yùn)行模式是與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行,微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)的一個(gè)可控調(diào)度單元接受大電網(wǎng)的調(diào)度。另ー種是基于可再生能源發(fā)電構(gòu)成孤島運(yùn)行的微電網(wǎng),該微電網(wǎng)自成體系,具有自平衡能力,自主運(yùn)行。從理論研究以及運(yùn)行實(shí)踐來(lái)看,孤島型光伏微電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中,存在著如下幾個(gè)特點(diǎn)。I)光伏微電網(wǎng)中發(fā)電單元與用電單元的額定容量及數(shù)量均較小,可再生能源發(fā)電時(shí)變,負(fù)荷用電時(shí)變,微電網(wǎng)能量流動(dòng)波動(dòng)較大。2)負(fù)載經(jīng)常呈現(xiàn)三相不平衡以及非線性特性。3)蓄電池經(jīng)受頻繁的大電流充放電,蓄電池直流電壓波動(dòng)范國(guó)大。由于上述特性,微電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題尤為突出。變流器是光 伏微電網(wǎng)組網(wǎng)和運(yùn)行調(diào)控中的核心裝置,是微電網(wǎng)的“骨架”,同時(shí)也是微電網(wǎng)中主要的可控調(diào)度単元。因此研究適于微電網(wǎng)用的變流器,對(duì)于提高微電網(wǎng)質(zhì)量,增強(qiáng)微電網(wǎng)組網(wǎng)靈活性,促進(jìn)微電網(wǎng)的推廣應(yīng)用具有重要的意義。因此,現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),g在解決現(xiàn)有的微電網(wǎng)電能質(zhì)量差的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下ー種分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其中,整個(gè)電網(wǎng)包括多個(gè)微電網(wǎng)子模塊組成,每個(gè)微電網(wǎng)子模塊包括蓄電池組、負(fù)載、變流器和光伏發(fā)電單元,所述蓄電池組、負(fù)載和光伏發(fā)電単元均連接至變流器,變流器與微電網(wǎng)交流母線連接,其中的變流器即為三電平四橋臂變流器,所述變流器還與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)相連,所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)向變流器發(fā)出調(diào)度指令,變流器根據(jù)調(diào)度設(shè)置為電壓參考節(jié)點(diǎn)或設(shè)定為PQ節(jié)點(diǎn),輸出給定的有功功率和無(wú)功功率。所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其中,當(dāng)微電網(wǎng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí),子模塊脫離微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行。所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其中,還包括具有統(tǒng)ー控制結(jié)構(gòu)的控制器,所述控制器包括有功功率調(diào)節(jié)模塊、無(wú)功功率調(diào)節(jié)模塊、磁鏈相角調(diào)節(jié)模塊、磁鏈幅值調(diào)節(jié)模塊、參考磁鏈生成模塊和單機(jī)控制策略輸出模塊,所述磁鏈相角調(diào)節(jié)模塊和磁鏈幅值調(diào)節(jié)模塊連接參考磁鏈生成模塊,所述有功功率調(diào)節(jié)模塊連接磁鏈相角調(diào)節(jié)模塊;所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)模塊連接磁鏈幅值調(diào)節(jié)模塊;所述參考磁鏈生成模塊連接單機(jī)控制策略輸出模塊。所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其中,多機(jī)并聯(lián)時(shí)的運(yùn)行控制方法為采用公共同步脈沖實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)的變流器單機(jī)虛擬磁鏈的旋轉(zhuǎn)同步,采用軟件鎖相的方式實(shí)現(xiàn)同步,采用基波有功功率與無(wú)功功率均流實(shí)現(xiàn)均流。
所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其中,采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器對(duì)旋轉(zhuǎn)同步的擾動(dòng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)補(bǔ)償,將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性系統(tǒng)。所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其中,單機(jī)電壓控制策略作為內(nèi)環(huán),電壓源模式時(shí),僅有內(nèi)環(huán)工作,PQ模式,増加有功功率調(diào)節(jié)外環(huán)與無(wú)功功率調(diào)節(jié)外環(huán)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)將三電平變流技術(shù)與四橋臂結(jié)構(gòu)結(jié)合,進(jìn)行可調(diào)度三電平四橋臂變流器的研究,基于所研制的三電平四橋臂變流器構(gòu)建具有模塊化結(jié)構(gòu)的分散式光伏微電網(wǎng),將變流器的控制分解為兩個(gè)子系統(tǒng)的控制,對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行分別設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)變流器在平衡負(fù)載,不平衡負(fù)載以及非線性負(fù)載情況下三相電壓對(duì)稱輸出。提出具有統(tǒng)一控制結(jié)構(gòu)的控制器,實(shí)現(xiàn)變流器在平衡節(jié)點(diǎn)與功率節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)縫切換。提出具有統(tǒng)ー控制結(jié)構(gòu)的變流器多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行均流控制策略,實(shí)現(xiàn)變流器的多模式多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。從而提高微電網(wǎng)的電能質(zhì)量以及組網(wǎng)靈活性。
圖I是本發(fā)明中的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng)的模塊框圖。圖2是本發(fā)明中的三電平四橋臂變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖3為發(fā)明中的統(tǒng)ー的控制結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確,以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一歩詳細(xì)說(shuō)明。參見圖1,本發(fā)明構(gòu)建的光伏微電網(wǎng)組網(wǎng)具有模塊化結(jié)構(gòu),整個(gè)電網(wǎng)由多個(gè)微電網(wǎng)子模塊組成,每個(gè)微電網(wǎng)子模塊包括蓄電池組、負(fù)載、變流器和光伏發(fā)電單元,其中的變流器即為三電平四橋臂變流器,所述變流器還與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)相連。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)向變流器發(fā)出調(diào)度指令,變流器根據(jù)調(diào)度可設(shè)置為電壓參考節(jié)點(diǎn),也可設(shè)定為PQ節(jié)點(diǎn),輸出給定的有功功率和無(wú)功功率。根據(jù)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的需要可增減子模塊,當(dāng)微電網(wǎng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí),子模塊可脫離微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行,變流器構(gòu)成微電網(wǎng)中主要的可控調(diào)度單元。基于變流器構(gòu)建具有模塊化結(jié)構(gòu)的分散式光伏微電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的可控運(yùn)行。蓄電池組通過(guò)變流器與微電網(wǎng)交流母線連接,一方面可作為微電網(wǎng)的平衡節(jié)點(diǎn),建立電壓參考,另一方面也可作為微電網(wǎng)的功率節(jié)點(diǎn),根據(jù)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的調(diào)度指令輸出的指定的有功功率和無(wú)功功率,實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)能量的可控流動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)行及管理等多目標(biāo)優(yōu)化。電壓源三電平四橋臂變流器在微電網(wǎng)中作為平衡節(jié)點(diǎn),要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)有1)三相對(duì)稱電壓輸出;2)中點(diǎn)電壓平衡控制。三電平四橋臂變流器在微電網(wǎng)組網(wǎng)與運(yùn)行中需要具有兩種工作模式ー種為電壓源平衡節(jié)點(diǎn);ー種為PQ節(jié)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)兩種工作模式的自由無(wú)縫切換,需要設(shè)計(jì)具有統(tǒng)ー控制結(jié)構(gòu)的控制器。以電壓源型三電平四橋臂變流器作為控制內(nèi)核,研究PQ模式時(shí)變流器的輸出有功功率與無(wú)功功率的解耦控制,實(shí)現(xiàn)變流器在兩種工作模式下的可控自由切換,輸出功率的可控調(diào)度。單機(jī)電壓控制策略作為內(nèi)環(huán),電壓源模式時(shí),僅有內(nèi)環(huán)工作。PQ模式,増加有功功率調(diào)節(jié)外環(huán)與無(wú)功功率調(diào)節(jié)外環(huán)。
多機(jī)并聯(lián)控制,采用同步控制與均流控制解耦控制的策略。采用公共同步脈沖實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)的變流器單機(jī)虛擬磁鏈的旋轉(zhuǎn)同步,采用軟件鎖相的方式實(shí)現(xiàn)同歩。均流控制采用基波有功功率與無(wú)功功率均流實(shí)現(xiàn)。所述電壓源三電平四橋臂變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示,由圖2可得到四橋臂的主電路方程如下
U. = Ldi^f at +ωΑ& -\-uG
「 ub = Ldi^f / di.-\-uG<け η⑴
uc = Ldic I di H-^cg
= - LxClijt /dtix = ia+ib+ic = 3i0 = 3iload0+3ic0 (2)其中,‘為三相電感的零序電流和i。。分別表示三相負(fù)載的零序電流和三相輸出電容的零序電流。分析以上電路方程,可以得到如下結(jié)論1)以A相為例,Ua輸入一定時(shí),輸出電壓uAe受(Ldiノdt+Ue)影響。2)第四橋臂可對(duì)零序電流進(jìn)行控制。三相對(duì)稱電壓輸出情況下,輸出電容電流的零序分量為零,因此要控制第四橋臂的電流跟隨負(fù)載零序電流。3)當(dāng)?shù)谒臉虮垭娏鞲欂?fù)載零序電流時(shí),Uf的控制值影響到ue,從而影響到其余的三橋臂電路的輸出電壓。通過(guò)以上分析,以A相為例,可以將輸出電壓uAe的影響項(xiàng)(Ldiノdt+ue)分解為兩部分作用引起的,一部分為負(fù)載電流零序分量io引起的,另一部分為負(fù)載電流非零序分量(包括基波和諧波的正序分量和負(fù)序分量)引起的。則三橋臂電路方程可描述如下
/" _
= (Ldill0 dt + U AG)+(uG+Ldi0/dt) ' Ld^ ub = (Ldim !dt +^BG)Ldi0 !di) = ^ b —BG ¢3)
uc = (Ldia0 di +^c&) +(uG +Ldi0 !dt) Uc 乙ゴ‘ / di-\-uc^
^+ Ldi u di = Q相應(yīng)的將系統(tǒng)控制分解為兩個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制
r
U1 ニlCtt< uh = Ldiif0Idt +^eg (A )Γ ug + Ldi0Idt = O
■—^(B)
uc = 1Uj, =uG -Lxdix I dt(A)子系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使得在基波電流及諧波電流正序或負(fù)序電流的擾動(dòng)下,實(shí)現(xiàn)三相電壓對(duì)稱輸出,并且使得電容電壓均分。(B)子系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使得第四橋臂的零序電流快速跟蹤負(fù)載零序電流。控制輸入ua,ub, Uc只對(duì)非零序電流的擾動(dòng)起控制作用,因此很自然的采用空間矢量控制策略,忽略零序電流的影響。建立基波正序旋轉(zhuǎn)的空間同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)?;谔摂M磁鏈的概念,建立狀態(tài)變量
工 =ぬ=! s這也 X2 = = I sqdt
其中eq,ed為輸出電壓在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。三相電壓的對(duì)稱輸出控制就轉(zhuǎn)化為圓形磁鏈的跟蹤控制。則式A在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中可表示為狀態(tài)方程的表示形式
權(quán)利要求
1.一種分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其特征在于,整個(gè)電網(wǎng)包括多個(gè)微電網(wǎng)子模塊組成,每個(gè)微電網(wǎng)子模塊包括蓄電池組、負(fù)載、變流器和光伏發(fā)電單元,所述蓄電池組、負(fù)載和光伏發(fā)電單元均連接至變流器,變流器與微電網(wǎng)交流母線連接,其中的變流器即為三電平四橋臂變流器,所述變流器還與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)相連,所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)向變流器發(fā)出調(diào)度指令,變流器根據(jù)調(diào)度設(shè)置為電壓參考節(jié)點(diǎn)或設(shè)定為PQ節(jié)點(diǎn),輸出給定的有功功率和無(wú)功功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其特征在于,當(dāng)微電網(wǎng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí),子模塊脫離微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其特征在于,還包括具有統(tǒng)一控制結(jié)構(gòu)的控制器,所述控制器包括有功功率調(diào)節(jié)模塊、無(wú)功功率調(diào)節(jié)模塊、磁鏈相角調(diào)節(jié)模塊、磁鏈幅值調(diào)節(jié)模塊、參考磁鏈生成模塊和單機(jī)控制策略輸出模塊,所述磁鏈相角調(diào)節(jié)模塊和磁鏈幅值調(diào)節(jié)模塊連接參考磁鏈生成模塊,所述有功功率調(diào)節(jié)模塊連接磁鏈相角調(diào)節(jié) 模塊;所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)模塊連接磁鏈幅值調(diào)節(jié)模塊;所述參考磁鏈生成模塊連接單機(jī)控制策略輸出模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其特征在于,多機(jī)并聯(lián)時(shí)的運(yùn)行控制方法為采用公共同步脈沖實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)的變流器單機(jī)虛擬磁鏈的旋轉(zhuǎn)同步,采用軟件鎖相的方式實(shí)現(xiàn)同步,采用基波有功功率與無(wú)功功率均流實(shí)現(xiàn)均流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其特征在于,采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器對(duì)旋轉(zhuǎn)同步的擾動(dòng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)補(bǔ)償,將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng),其特征在于,單機(jī)電壓控制策略作為內(nèi)環(huán),電壓源模式時(shí),僅有內(nèi)環(huán)工作,PQ模式,增加有功功率調(diào)節(jié)外環(huán)與無(wú)功功率調(diào)節(jié)外環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分散式光伏微電網(wǎng)組網(wǎng)及其運(yùn)行控制方法,整個(gè)電網(wǎng)包括多個(gè)微電網(wǎng)子模塊組成,每個(gè)微電網(wǎng)子模塊包括蓄電池組、負(fù)載、變流器和光伏發(fā)電單元,所述蓄電池組、負(fù)載和光伏發(fā)電單元均連接至變流器,變流器與微電網(wǎng)交流母線連接,其中的變流器即為三電平四橋臂變流器,所述變流器還與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)相連,所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)向變流器發(fā)出調(diào)度指令,變流器根據(jù)調(diào)度設(shè)置為電壓參考節(jié)點(diǎn)或設(shè)定為PQ節(jié)點(diǎn),輸出給定的有功功率和無(wú)功功率。采用本發(fā)明可提高微電網(wǎng)的電能質(zhì)量以及組網(wǎng)靈活性。
文檔編號(hào)H02J3/26GK102709935SQ201210134058
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者宋香榮, 張先勇, 舒杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所