CN107346896A - 一种光储微电网***储能变流器主从并联控制方法 - Google Patents

一种光储微电网***储能变流器主从并联控制方法 Download PDF

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Abstract

一种光储微电网***储能变流器主从并联控制方法，电网正常时，所述的光储微电网***的主储能变流器和从储能变流器均工作在并网模式，根据储能***蓄电池状态执行包括恒流充电、恒压充电和浮充充电的三段式充电策略。电网故障时，主储能***切换到离网模式，为光储微电网***母线建立电压和频率，从储能***继续工作在并网模式。能量管理***根据负荷功率、主储能***状态和光伏发电***功率，实时调整从储能***储能变流器的输出功率，维持微电网***内功率平衡。为了满足光储微电网***内各储能***功率分配，能量管理***根据蓄电池状态、光伏***发电功率、负荷功率，对从储能变流器下发的功率调度指令。

Description

一种光储微电网***储能变流器主从并联控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于光储微电网***多台储能变流器主从并联运行的控制方法。
背景技术
随着分布式新能源的快速发展，可以并网、离网灵活切换的微电网***应用越来越广泛。微电网***是由分布式电源、用电负荷、配电设施，监控和保护装置等组成的小型发配用电***，必要时含储能装置。当电网正常时，光储微电网***运行在并网模式，光储微电网***中储能变流器根据预设的运行管理策略，实现设定的运行目标。当电网故障时，光储微电网***切换到离网模式，储能变流器提供光储微电网***的电压和频率，保证***内负荷用电和其他设备的正常运行。微电网的出现很好地解决了分布式新能源和配电网之间的矛盾，使分布式新能源***输出功率可控，有效抑制并网功率快速波动，具有电网友好性。
随着光储微电网发展，微电网***内光伏装机容量及负荷容量越来越大，为了保证电网故障时***内负荷用电时间及***正常运行，***需要配置更大容量蓄电池，考虑到单台储能变流器功率等级，需要多台储能变流器并联运行。目前常用的储能变流器并联控制策略有主从控制和对等控制，对等控制常用的下垂控制，下垂控制基本原理是用储能变流器模拟同步机的下垂特性，实现有功功率对频率、无功功率对电压的下垂特性，下垂控制不需要通讯，具有“即插即用”特点和方便微网***扩容、功率均分等优点。但是下垂控制适用于高压输电线路电抗大、电阻小的场合，光储微电网***目前一般接入低压配电网，输电线路参数恰好相反，导致下垂控制难以在实际光储微电网***中运行。
常用的主从并联控制是由主储能变流器发出功率调度指令，对从储能变流器的功率进行调度，但是当微电网***内从储能变流器的台数改变时，需要重新修改主储能变流器程序，微电网***扩容较为复杂。另外，常用的主从并联控制没有对主储能变流器进行保护，当微电网***内负荷过大或者过小时，都会导致主储能***蓄电池超过阈值，导致主储能变流器停机，从而导致整个微电网***的“瘫痪”。
发明内容
为克服现有技术的缺点，方便光储微电网***快速扩容、满足多台储能变流器并联运行及并联时功率分配等要求，本发明提出一种基于通讯的光储微电网***储能变流器主从并联运行控制方法。本发明通过对微电网中能量管理***的简单配置，可以更改微电网***内储能变流器并联台数，实现光储微电网***的快速扩容和扩容后的功率均分。
应用本发明的光储微电网***包含主储能***、从储能***、光伏发电***、负载及能量管理***。其中主储能***和从储能***均由蓄电池和储能变流器连接组成，光伏发电***由光伏组件和并网逆变器连接组成，能量管理***对微电网***内所有设备进行监控和功率调度。所述的光储微电网***包含有1套主储能***和多套从储能***，从储能***套数为N，N大于等于1。其中主储能***的储能变流器为3端口设备，包含1个直流端口和2个交流端口，直流端口接蓄电池，2个交流端口分为并网端口和离网端口，并网端口连接大电网，离网端口连接从储能变流器、光伏发电***和负荷。
电网正常时，光储微电网***的主储能***的储能变流器和从储能变流***的储能器均工作在并网模式，根据储能***蓄电池状态执行三段式充电策略，包含恒流充电模式、恒压充电模式、浮充充电模式；电网故障时，主储能***切换到离网模式，为光储微电网***母线建立电压和频率，从储能***继续工作在并网模式。能量管理***根据负荷功率、主储能***状态和光伏发电***功率，实时调整从储能***储能变流器的输出功率，维持微电网***内功率平衡。为了满足光储微电网***内各储能***的功率分配需求，能量管理***根据蓄电池状态、光伏***发电功率和负载功率，对从储能***的储能变流器下发功率调度指令，具体为：
1、当蓄电池电压正常、负载功率大于光伏***发电功率时，主储能***和从储能***的所有储能变流器均放电。光储微电网***主储能***的储能变流器和N台从储能***的储能变流器共同放电，为负荷提供电能，能量管理***给N台从储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Pload-Ppv)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Pload-Ppv)/(N+1)，实现光储微电网***内所有储能变流器的功率均分；其中Pmaster为主储能变流器功率，Pslave为储能变流器功率，Ppv光伏发电***功率，Pload负荷功率；
2、当蓄电池电压正常、负载功率小于光伏***发电功率时，主储能***和从储能***的所有储能变流器均充电。多余电能为所有储能变流器充电，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Ppv-Pload)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Ppv-Pload)/(N+1)；
3、在能量管理***预设主储能***蓄电池最低电压Udcmin、主储能***储能变流器自动充电功率Psetch。当主储能***中蓄电池电压低于主储能***蓄电池最低电压Udcmin时，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload+Psetch-Ppv)/N，根据功率守恒原理，主储能***储能变流器功率Pmaster＝Psetch。
4、在能量管理***预设主储能***蓄电池最高电压Udcmax、主储能***储能变流器自动放电功率Psetdis。当主储能***中蓄电池电压大于其蓄电池最高电压Udcmax时，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Psetdis+Ppv-Pload)/N，根据功率守恒原理，主储能***储能变流器功率Pmaster＝Psetdis。
本发明的效果：
(1)实现光储微电网***储能变流器组网并联运行；
(2)方便微电网***扩容，实现微电网***扩容“即插即用”；
(3)实现光储微电网***内储能***功率分配及对主储能***的保护。
附图说明
图1光储微网***离网运行拓扑图；
图2储能变流器拓扑图；
图3储能变流器主从并联控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，应用本发明的光储微网***包含主储能***、从储能***、光伏发电***、负载及能量管理***，其中主储能***和从储能***均包含蓄电池和储能变流器，所述的蓄电池连接储能变流器的直流端。如图2所示，主储能变流***的储能器为三端口设备，分别为直流端口、并网侧端口和离网侧端口。从储能变流***的储能变流器、光伏发电***和负载接入主储能变流***储能变流器的离网侧母线，主储能变流***储能变流器的并网侧端口接入大电网，光储微电网***内所有设备通过串口服务器接入能量管理***，采用Modbus通信协议。
本发明对所述光储微电网主从并联控制方法为：
光储微网***内主储能***、从储能***、光伏***和负荷通过智能电能表采集电压、电流、功率、频率、电量等信息，通过RS485接口，经串口服务器送入能量管理***。
电网正常时，光储微电网***工作在并网模式，主储能***和从储能***的所有储能变流器根据蓄电池荷电状态，执行预设的蓄电池充电三段式冲电策略，包含恒流充电、恒压充电、浮充充电。电网故障时，主储能***储能变流器自动切换到离网模式，提供光储微电网***母线的电压和频率，从储能***储能变流器继续工作在并网模式，接受能量管理***调度。
从储能***储能变流器采集光储微电网母线AB、BC、CA线电压eab、ebc、eca，按照公式(1)计算出微电网母线相电压ea、eb、ec：
光储微电网母线相电压ea、eb、ec经过PLL数字锁相环单元，获取光储微网母线电压相位角θ。对微网***相电压进行Clark变换和Park变换，得到两相同步旋转坐标系下的微网***电压ed、eq。
从储能***储能变流器的电流传感器采集从储能***储能变流器电流ia、ib、ic，以微电网母线电压相位角θ为基准，进行Clark变换和Park变换，得到两相同步旋转坐标系下电流id、iq。Clark等功率变换公式如式(2)所示，两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系下的Park变换公式如式(3)所示。
可以得到同步旋转坐标系下从储能变流器有功功率，如公式(4)所示：
P＝edid+eqiq (4)
其中：ed为光储微电网母线电压d轴分量，eq为光储微电网母线电压q轴分量，id为有功电流，iq为无功电流，P为逆变器有功功率。
光储微电网***离网时，以微电网母线电压为基准定向，因此eq＝0。公式(4)可简化为P＝edid，当主储能***储能变流器建立的微电网***电压稳定时，ed为定值，通过对从储能***储能变流器的电流调度，可以实现对从储能***储能变流器的功率调节，由于Clark变换采用等功率变换，ed为微电网母线线电压有效值；
光储微电网***功率分配控制流程如图3所示：
当蓄电池电压正常、负载功率大于光伏***发电功率时，主储能***储能变流器和N台从储能***储能变流器共同放电，为负荷提供电能，光伏发电***功率Ppv，负荷功率Pload，能量管理***给N台从储能***储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload-Ppv)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能***储能变流器功率为Pmaster＝(Pload-Ppv)/(N+1)，实现光储微电网***内所有储能变流器功率均分；
当蓄电池电压正常、负载功率小于光伏***发电功率时，多余电能为所有储能变流器充电。能量管理***给N台从储能***储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Ppv-Pload)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能***储能变流器功率为Pmaster＝(Ppv-Pload)/(N+1)；
在能量管理***预设主储能***蓄电池最低电压Udcmin、主储能***储能变流器自动充电功率Psetch。当主储能***中蓄电池电压低于Udcmin时，能量管理***给N台从储能***储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload+Psetch-Ppv)/N，根据功率守恒原理，主储能***储能变流器功率Pmaster＝Psetch；
在能量管理***预设主储能***蓄电池最低电压高于Udcmax、主储能***储能变流器自动放电功率Psetdis。当主储能***中蓄电池电压大于储能***蓄电池最低电压Udcmax时，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Psetdis+Ppv-Pload)/N，根据功率守恒原理，主储能***储能变流器功率Pmaster＝Psetdis。
当光储微电网***内从储能***数量改变时，只需修改能量管理***监控界面中从储能***套数N即可，能量管理***会根据修改后的从储能***台数自动调整主储能变流器和从储能变流器功率指令，方便光储微电网***扩容。
考虑到通讯延时及储能变流器功率调节响应时间，光储微电网***能量管理***对从储能***储能变流器的功率调节指令不宜过快，结合工程实际，每3秒钟执行一次功率调度较为合理。

Claims (5)

1.一种光储微电网***储能变流器主从并联控制方法，所述的光储微电网***包含1套主储能***、多套从储能***、光伏发电***、负载及能量管理***，从储能***套数为N，N大于等于1；主储能***和从储能***均包含蓄电池和储能变流器，蓄电池连接储能变流器的直流端；主储能***的储能变流器有直流端口、并网侧端口和离网侧端口；从储能***的储能变流器、光伏发电***和负载接入主储能***储能变流器的离网侧母线，主储能***储能变流器的并网侧端口接入大电网，光储微电网***的所有设备均通过串口服务器接入能量管理***，其特征在于：电网正常时，所述的光储微电网***的主储能变流器和从储能变流器均工作在并网模式，根据储能***蓄电池状态执行包括恒流充电、恒压充电和浮充充电的三段式充电策略；电网故障时，主储能***切换到离网模式，为光储微电网***母线建立电压和频率，从储能***继续工作在并网模式；能量管理***根据负荷功率、主储能***状态和光伏发电***功率，实时调整从储能***储能变流器的输出功率，维持微电网***内功率平衡；为了满足光储微电网***内各储能***功率分配，能量管理***根据蓄电池状态、光伏***发电功率、负荷功率，对从储能变流器下发的功率调度指令。
2.按照权利要求1所述的光储微电网***储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：当蓄电池电压正常、负载功率大于光伏***发电功率时，所述的主储能***和从储能***的所有储能变流器均放电；光储微电网***主储能***的储能变流器和N台从储能***的储能变流器共同放电，为负荷提供电能，能量管理***给N台从储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Pload-Ppv)/(N+1)；根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Pload-Ppv)/(N+1)，实现光储微电网***内所有储能变流器的功率均分；其中Pmaster为主储能变流器功率，Pslave为储能变流器功率，Ppv光伏发电***功率，Pload负荷功率。
3.按照权利要求1所述的光储微电网***储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：当蓄电池电压正常、负载功率小于光伏***发电功率时，主储能***和从储能***的所有储能变流器均充电；多余电能为所有储能变流器充电，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令：Pslave＝(Ppv-Pload)/(N+1)，根据功率守恒定律，主储能变流器功率为Pmaster＝(Ppv-Pload)/(N+1)。
4.按照权利要求1所述的光储微电网***储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：在所述的能量管理***预设主储能***蓄电池最低电压Udcmin、主储能***储能变流器自动充电功率Psetch；当主储能***中蓄电池电压低于主储能***蓄电池最低电压Udcmin时，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Pload+Psetch-Ppv)/N，根据功率守恒原理，主储能***储能变流器功率Pmaster＝Psetch。
5.按照权利要求1所述的光储微电网***储能变流器主从并联控制方法，其特征在于：在所述的能量管理***预设主储能***蓄电池最高电压Udcmax，以及主储能***储能变流器自动放电功率Psetdis；当主储能***中蓄电池电压大于其蓄电池最高电压Udcmax时，能量管理***给N台从储能***的储能变流器下发功率指令为Pslave＝(Psetdis+Ppv-Pload)/N，根据功率守恒原理，主储能***储能变流器功率Pmaster＝Psetdis。
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