本發(fā)明涉及串聯(lián)型微電網(wǎng)中不同微源之間的功率協(xié)調(diào)方法，特別是串聯(lián)型微電網(wǎng)孤島運行狀態(tài)下微源最大功率跟蹤輸出時的協(xié)調(diào)方法。

背景技術(shù)：

目前，微電網(wǎng)技術(shù)已成為解決環(huán)境污染、能源短缺以及大量分布式發(fā)電單元集中并網(wǎng)等問題的重要手段，它由分布式電源、儲能系統(tǒng)與相應(yīng)負(fù)荷組成。其中，分布式電源多采用風(fēng)力和光伏這種互補(bǔ)型的清潔能源，為最大限度地利用風(fēng)能和太陽能，提高系統(tǒng)效率，通常需要風(fēng)力和光伏微源工作于最大功率跟蹤狀態(tài)，始終輸出最大功率，在這種情況下，如何實現(xiàn)負(fù)載功率的合理分配及系統(tǒng)功率的平衡控制是微電網(wǎng)需要解決的重要問題。

串聯(lián)型微電網(wǎng)是一種新型的組網(wǎng)方式，孤島運行能提高本地負(fù)載供電可靠性，當(dāng)串聯(lián)型微電網(wǎng)運行于孤島模式時，功率的協(xié)調(diào)控制是保證系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件，也是實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運行的重要手段。由于串聯(lián)型微電網(wǎng)中微源逆變器之間串聯(lián)連接的特殊方式，使得微源之間的功率協(xié)調(diào)成為本系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是實現(xiàn)串聯(lián)型微電網(wǎng)孤島模式下的優(yōu)化運行。

本發(fā)明是基于微源最大輸出功率的串聯(lián)型微電網(wǎng)功率協(xié)調(diào)方法，其特征在于構(gòu)造了與各微源最大輸出功率成正比的功率分配系數(shù)，實現(xiàn)了各微源按“能者多勞”原則輸出功率，其步驟為：

步驟1：串聯(lián)型微電網(wǎng)中各微源工作于最大功率跟蹤狀態(tài)。系統(tǒng)正常運行時，實時檢測系統(tǒng)的負(fù)載總功率pl；各微源參考功率的基準(zhǔn)值設(shè)定為：pav＝pl/n，其中n為微源個數(shù)；

步驟2：構(gòu)造微源功率分配系數(shù)βi的表達(dá)式，使各微源按出力能力分配負(fù)載總功率pl；

功率分配系數(shù)βi與隨機(jī)微源最大輸出功率pimpp成正比關(guān)系，且為了保證系統(tǒng)功率供需平衡，滿足公式(1)所示的約束條件：

在這一約束條件下構(gòu)造與pimpp成正比的功率分配系數(shù)βi為：

同時，為防止出力偏大的微源出現(xiàn)過調(diào)制狀況，對公式(2)中微源的最大輸出功率做如下修正：

公式(3)中，pimax為微源逆變器調(diào)制比mi為1時的輸出功率；udc為直流鏈電壓參考值；i為串聯(lián)逆變器輸出電流基波分量有效值；為串聯(lián)逆變器輸出基波電壓與其輸出電流基波分量的相位差；

步驟3：結(jié)合載波變幅移相的調(diào)制方法，通過βi控制各微源逆變器的三角載波幅值vtri，進(jìn)而控制各微源逆變器的輸出功率，達(dá)到功率協(xié)調(diào)的目的；βi與vtri之間的關(guān)系為：

公式(4)中，vm為正弦調(diào)制信號幅值。

在公式(1)的約束下，能夠保證這種調(diào)節(jié)方式對系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性不產(chǎn)生影響。

本發(fā)明的有益之處是：實現(xiàn)了串聯(lián)型微電網(wǎng)的優(yōu)化運行，提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1是三微源串聯(lián)型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，圖2是基于微源最大輸出功率的三微源串聯(lián)型微電網(wǎng)功率協(xié)調(diào)方法框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例選用一個三微源串聯(lián)型微電網(wǎng)。其中，風(fēng)力微源1經(jīng)過ac/dc電能變換環(huán)節(jié)連接至微源直流鏈電容c兩端。光伏微源2、3經(jīng)過dc/dc直流變換環(huán)節(jié)接入微源直流鏈電容c兩端。微源直流鏈電容c與h橋微源逆變器7、8、9直流輸入側(cè)并聯(lián)連接，h橋微源逆變器7、8、9的輸出端依次串聯(lián)連接，在相應(yīng)的調(diào)制方法下an兩端形成多電平波形的輸出電壓。經(jīng)過濾波器10后即可獲得高質(zhì)量的電能輸出供負(fù)載zl消耗。儲能系統(tǒng)4、5、6用于穩(wěn)定各微源逆變器直流側(cè)電壓。

本實施例中基于微源最大輸出功率的三微源串聯(lián)型微電網(wǎng)功率協(xié)調(diào)方法包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)正常運行時，檢測到系統(tǒng)負(fù)載總功率為pl。則設(shè)定各微源參考功率的基準(zhǔn)值為：pav＝pl/3；

步驟2：構(gòu)造微源功率分配系數(shù)βi的表達(dá)式，使各微源按出力能力分配負(fù)載總功率pl；

功率分配系數(shù)βi應(yīng)與微源最大輸出功率pimpp成正比關(guān)系，即βi∝pimpp。也就是說，微源最大輸出功率較大者，功率分配系數(shù)較大，微源輸出功率較多；反之，微源最大輸出功率較小者，功率分配系數(shù)較小，微源輸出功率較少或不輸出功率。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)定各微源的功率參考值為：pi^*＝βipav,i＝1、2、3。則在保證系統(tǒng)功率供需平衡的條件下，微源的總輸出功率應(yīng)等于負(fù)載所需功率，即

β1pav+β2pav+β3pav＝pl＝3pav

由此可得

因此，功率分配系數(shù)βi應(yīng)滿足公式一所示的約束條件。在此約束條件下，構(gòu)造與pimpp成正比的功率分配系數(shù)βj為：

步驟3：結(jié)合載波變幅移相的調(diào)制方法，將反映“能者多勞”的功率分配量變換成各微源逆變器的三角載波幅值調(diào)節(jié)量，從而實現(xiàn)對各微源輸出功率的協(xié)調(diào)控制。

(1)在串聯(lián)型微電網(wǎng)中，各微源逆變器的輸出功率為：

公式三中，mi為各微源逆變器的調(diào)制比；udci為各微源逆變器直流側(cè)電壓；i為串聯(lián)逆變器輸出電流基波分量有效值；為串聯(lián)逆變器輸出基波電壓與其輸出電流基波分量的相位差。

由公式三可以看出，要實現(xiàn)對各微源逆變器輸出功率的調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)各微源逆變器直流側(cè)電壓udci或調(diào)制比mi。擬定在儲能系統(tǒng)的有效控制下，各微源逆變器直流側(cè)電壓均等于直流鏈電壓參考值，即udci＝udc，則此時微源逆變器輸出功率與微源逆變器調(diào)制比成正比關(guān)系。

(2)對功率進(jìn)行協(xié)調(diào)分配后，各微源逆變器的功率為：

其中，調(diào)制比vm為正弦調(diào)制信號幅值，vtri為三角載波幅值。將公式四進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可得：

當(dāng)采用載波變幅移相調(diào)制方法時，調(diào)制波vm為給定值。因此，可通過βi控制vtri，進(jìn)而控制各微源逆變器的輸出功率，達(dá)到功率協(xié)調(diào)的目的。

顯然，當(dāng)調(diào)制波幅值大于載波幅值，即vm>vtri時，會出現(xiàn)過調(diào)制狀況，為避免這種情況，由逆變器的調(diào)制比所滿足的上限閾值mi≤1，結(jié)合公式三可得各微源逆變器輸出功率的上限值pimax。據(jù)此，對公式二中微源的最大輸出功率做如下修正：

3)串聯(lián)型微電網(wǎng)的輸出電壓基波分量為：

將公式五代入公式七可知，在公式一的約束下，可保證基波電壓有效值變化量△uan＝0，即這種調(diào)節(jié)方式對系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性不產(chǎn)生影響。

如圖2所示是基于微源最大輸出功率的三微源串聯(lián)型微電網(wǎng)功率協(xié)調(diào)方法框圖。功率協(xié)調(diào)部分11基于三個微源的最大輸出功率產(chǎn)生三個微源逆變器的三角載波幅值，由電容電壓uc外環(huán)、電容電流ic內(nèi)環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)控制部分12產(chǎn)生正弦調(diào)制信號vm。調(diào)制信號與載波信號經(jīng)調(diào)制電路后產(chǎn)生三個逆變器的驅(qū)動信號，最終在an兩端形成多電平波形的輸出電壓uan。

本發(fā)明的方法在實現(xiàn)串聯(lián)型微電網(wǎng)孤島運行模式時系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)控制的同時，對系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性不會產(chǎn)生影響。

以上是本發(fā)明的實施方法之一，對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不花費創(chuàng)造性勞動的情況下，可對上述實施例進(jìn)行多種變化，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。但是很明顯，這種變化應(yīng)該包含在本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。