CN110416991B - 一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多端柔性直流微电网组网，包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；本发明将控制目标简化为直流微电网的母线电压控制，便于控制方式的选取；同时将微电网模块化处理，由以往的“设计微电网”转变为“组装微电网”，将直流微电网划分为多个可控模块与不可控模块，便于节约微电网的建设成本，减少占地面积，方便后续微电网扩展建设。

Description

一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法

技术领域

本发明属于微电网模块化设计及运行控制领域，尤其是涉及一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法。

背景技术

微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电***，是一个能够实现自我控制和管理的自治***。微电网由于本身具备很好的能量管理功能，可以有效地维持能量在微电网内的优化分配与平衡，保证微电网的运行经济性；微电网还可以通过网内分布式电源输出功率的协调控制，对电网发挥负荷移峰填谷的作用，实现微电网和外部配电网间功率交换量的定值或定范围控制，减少由于分布式可再生能源发电功率的波动对外部配电网及周边用户的影响，有效降低***运行人员的运行调度难度。微电网一般具有能源利用效率高、供能可靠性高、污染物排放少、运行经济性好等优点。

但是，文献《一种新型模块化微电网的设计与研究》指出：微电网的发展，从政策层面得到支持，但除少量示范工程外，微电网项目的建设并未全面铺开，其主要原因是我国公共电网经过几十年的发展，供电可靠性和经济性较好；而现有的微电网结构复杂、控制方式切换不方便、不便于后续扩展建设，而且项目的一次性投资大，产出缓慢，技术相对复杂，故其建设的内在需求和经济层面的推动力均不足。因此，需要研究一种新的直流微电网组网结构。

公开号为CN103219726A的发明申请公开了一种基于储能的微电网拓扑结构，包括与主电网连接的交流母线；交流母线上接有多个发电单元和多个负载单元；发电单元包括分布式电源、微网变流器、能量存储器、并网变流器和单元控制器。该发明微电网拓扑结构将储能装置作为微电网能量转换的枢纽，将不同分布式电源所发电能先存入储能装置中，再通过储能装置集中向交流母线输出，减少了并入主电网的分布式电源的数量，并有效地消除了现有微网结构中分布式电源输出电压波动对主电网造成的冲击，提高了微电网***的稳定性；同时该发明可以根据不同的负载功率要求智能调节各个微网发电单元的工作状态，控制电能的存储和输出，便于智能化管理，提高了微电网***地可控性。然而，该发明申请未按照是否可控对分布式电源进行模块分类，不利于降低建设成本、减少占地面积和后续的扩展建设。

公开号为CN103236713A的发明申请公开了一种微电网组网及其控制方法及微电网用双向变流器,其微电网用双向变流器包括蓄电池组、逆变模块、DSP控制***、第一电感、电容、第二电感、第一联络开关和第二联络开关，所述微电网用双向变流器的直流输入端接储能蓄电池组，逆变模块的交流输出经过第一电感和电容滤波，一方面通过第一联络开关接本地负载，另一方面通过第二电感和第二联络开关连接到微电网上。采用该发明一方面实现微电网内有功功率和无功功率的可控流动，优化储能***配置、提高储能蓄电池组寿命，以及微电网各区域内能量合理分配；另一方面充分利用已有的电力变流器装置和技术，实现模块化组网、分布式接入，扩容简单，利于微电网技术的推广应用。然而，该发明依然未按照是否可控对分布式电源进行模块分类，不利于降低建设成本、减少占地面积和后续的扩展建设。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种模块化多端柔性直流微电网组网及其分层控制方法，一方面，将控制目标简化为直流微电网的母线电压控制，便于控制方式的选取；另一方面，将微电网模块化处理，由以往的“设计微电网”转变为“组装微电网”，以就近划分模块的原则，将直流微电网划分为多个可控模块与不可控模块，便于节约微电网的建设成本，减少占地面积，方便后续微电网扩展建设。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模块化多端柔性直流微电网组网，包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；

所述可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；

所述不可控模块包括一个或多个不可控分布式电源、直流负荷和交流负荷，其中，每个不可控分布式电源通过一个不可控分布式电源并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；

多端柔性直流微电网的双向变流器经交流母线与大电网的隔离变压器相连。

进一步地，所述可控分布式电源为柴油发电机、单轴微型燃气轮机、配备储能的风电厂或配备储能的光伏电站，能够持续为自身的负荷以及直流微电网供电，并对其输出的有功功率、无功功率进行调节。

进一步地，所述不可控分布式电源为MPPT控制的风电厂或MPPT控制的光伏电站；

所述双向变流器内部接收多端柔性直流微电网的中央控制器发出的指令，判断直流微电网的运行方式与控制方式，控制直流微电网与大电网的交互。

进一步地，所述储能并网装置采用的控制方式为下垂控制；

所述不可控分布式电源并网装置采用MPPT控制或恒频/恒速控制方式。

进一步地，所述模块化多端柔性直流微电网组网的运行模式包括以下三种：并网状态下的大电网与可控模块协调控制模式、可控模块独立控制模式和孤岛状态下的孤岛模式。

进一步地，所述大电网与可控模块协调控制模式应用于并网状态，大电网与直流微电网的可控部分共同控制直流微电网的母线电压平衡；双向变流器接收顶层中央控制器发出的信号，当大电网一切运行正常时，双向变流器接收信号，选择下垂控制，微电网可以在发出功率大于需求功率时，将功率输送给大电网；在发出功率小于需求功率时，向大电网购电，即实现功率的双向传输，大电网参与母线的电压调节；当母线电压上升时，蓄电池储能吸收功率，单轴微型燃气轮机动作，减少出力，若此时蓄电池储能SOC达到上限，单轴微型燃气轮机发出功率为零，母线电压仍然升高时，双向变流器下垂控制吸收多余的功率；当母线电压下降时，蓄电池储能放电，单轴微型燃气轮机发出的功率增大，双向变流器下垂控制使母线电压稳定后，不再向直流微电网供电，保证直流微电网内资源利用最大化，减少对大电网的依赖，降低直流微电网运行成本。

进一步地，所述可控模块独立控制模式应用于并网状态下，大电网对直流微电网存在要求，不参与直流微电网母线电压调节；双向变流器接收顶层中央控制器发出的信号，根据要求输入PQ控制的参考值Pref和Qref，此时的大电网相当于不可控模块；当母线电压升高时，蓄电池储能吸收功率，单轴微型燃气轮机减少出力，若此时单轴微型燃气轮机输出功率为零且蓄电池储能SOC达到上限，不可控模块中的分布式电机将弃风或弃光；当母线电压下降时，蓄电池储能发出功率，单轴微型燃气轮机增加出力，若此时蓄电池储能SOC达到下限且单轴微型燃气轮机达到出力上限，不可控模块中的三级负荷将切除。

并网状态下，大电网与可控模块协调控制模式和可控模块独立控制模式的切换是靠中央控制器发给双向变流器控制方式的指令。当双向变流器控制方式为下垂控制时，控制模式为大电网与可控模块协调控制模式，当双向变流器控制方式为PQ控制时，控制模式为可控模块独立控制模式。

进一步地，所述孤岛模式是在连网状态运行正常下，若大电网出现了故障或电能质量不满足要求时，直流微电网接收到中央控制器MGCC指令，大电网与直流微电网断开，双向变流器起到隔离作用。直流微电网此时由可控模块与不可控模块组成，由于可控模块独立运行模式时的直流微电网也由以上两部分组成，故这两种模式的控制策略相同。

此外，本发明还提供一种模块化多端柔性直流微电网组网的分层控制方法，该分层控制方法为包含中央控制层、模块层和原件层的三层控制方法，其中，

中央控制层受大电网的信号控制，判断大电网对直流微电网是否有要求且大电网的电能质量是否达到标准，中央控制层发出信号控制双向变流器的控制模式，确定直流微电网的运行方式；

模块层控制各个模块内的协调控制，可控模块必须保证在满足内部负荷功率的基础上对外部不可控模块的波动给予响应，保证直流母线电压稳定，当母线电压超出额定电压的±5%，且判断储能超出限定时，模块层控制各个模块内切除负荷或切除分布式发电机；

元件层主要确定每个模块内部各个器件的控制方式，调节下垂控制以及恒压控制的内部控制参数，保证电压稳定的速度。

本发明的有益效果是：

典型的微电网组网结构由 CERTS 提出，结构中包含了两种微源连结方式，一种为所有微源均连接在同一条馈线上，馈线始端再接至微网母线；另一种为各个微源分别与本地负荷组成小型发电***，共同接至微网母线上，呈并联式结构。CERTS 提出的微电网概念和结构得到了国内外的广泛承认，是目前最为流行的微电网结构。在这种结构中，微电网并网运行时负荷、储能***、分布式电源以电流源方式并联运行，因此由并网状态向孤岛状态转换过程中 (特别是发生非计划孤岛时)微电网母线电压的暂态震荡是难以避免的，从而导致转换过程中负荷及分布式电源脱网，即难以实现并网/孤岛状态的无缝切换。文献《Advantages and circuit configuration of a DC microgrid》、《A benchmark LVmicrogrid for steady state and transient analysis》、《An update on Sendaidemonstration of multiplepower quality supply system》分别提出直流微电网、交流微电网、交直流混合微电网等组网方案。上述微电网结构基本沿袭了 CERTS 的微电网组网思路，皆存在着状态转换过程中的控制难点。

清水建设株式会社和东京大学申请的发明专利“微电网***的构筑方法”提出了一种微电网***的构筑方法，用于构筑将多类型分布式电源统一监控的网络，从而对特定区域供给电力，该方法包括：测量所述特定区域的负荷变动，从而对所述负荷变动的数据进行频率分析的步骤；基于多类型电源的各自的频率响应特性而决定各个电源分别担负的分担频率，并据此将负荷变动的频率分析结果分配给各个电源。该方法依赖于对控制策略的优化设计来实现微电网状态转换的平稳以及可调度性，因此对监控***的准确性和响应速度有很高的要求。文献《一种微源逆变器串联连接型微网特性研究》提出的串联型微电网可降低输出谐波含量，减少对配电网和负载的影响作用，同时有效解决交、直流微网中环流、谐波、频率等诸多问题，但该结构不能解决微电网的即插即用以及平稳可调度的问题。浙江大学申请了发明专利《一种基于储能的微电网拓扑结构》(公开号CN103219726A)，将储能装置作为微电网能量转换的枢纽，旨在减少消除分布式电源输出波动电能对主电网的冲击。但是，该发明专利没有解决微电网并网/孤岛双模式无缝切换的问题。针对直流微电网目前还没有确实有效的组网设计，以使得结构简化，控制方式选取便捷，节约微电网的建设成本，减少占地面积，方便后续微电网扩展建设；而且，即使本领域技术人员意识到上述问题，根据现有微电网组网结构的设计特点是不会对其进行彻底的、打破常规的设计的，更不会考虑到将模块按照可控与不可控进行模块化设计，本领域技术人员受现有技术的禁锢和缺乏打破常规的动力，更不会深入地研究新的微电网组网。

本发明针对现有的微电网结构复杂、控制方式切换不方便、不便于后续扩展建设的问题，提供一种模块化多端柔性直流微电网组网，包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；所述可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、直流负荷和交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；所述不可控模块包括一个或多个不可控分布式电源、直流负荷和交流负荷，其中，每个不可控分布式电源通过一个不可控分布式电源并网装置接入直流母线，直流负荷直接与直流母线相连，交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；多端柔性直流微电网的双向变流器经交流母线与大电网的隔离变压器相连。

本发明中柔性多端直流微电网与传统直流微电网相比，简化了结构，便于后期建设；将控制目标简化为直流微电网的母线电压控制，便于控制方式的选取。将微电网模块化处理，由以往的“设计微电网”转变为“组装微电网”，以就近划分模块的原则，将直流微电网划分为多个可控模块与不可控模块，便于节约微电网的建设成本，减少占地面积，方便后续微电网扩展建设。

另外，本发明的控制采用分层控制方法，控制层数为三层，分别为：中央控制层、模块层以及元件层。中央控制层受大电网的信号控制，控制整个电网的运行方式，属于上层控制；模块层控制各个模块内的器件协调，保证每个模块稳定，属于中层控制；元件层主要确定每个模块内部各个器件的控制方法，调节下垂控制以及恒压控制的内部控制参数，保证电压稳定的速度。

另外，本发明的可控部分必须保证模块层内部负荷与发电机输出功率能够自平衡，不给中央控制层微电网的直流母线电压带来波动。在此基础上，可控模块模拟大电网中的一次调节和二次调节，蓄电池储能与单轴微型燃气轮机双重保证，确保正常运行的状态下，不可控部分的功率波动能够快速的达到稳定且后续有足够的支撑裕度。不可控部分中的分布式发电机直接采用MPPT控制或恒频/恒速控制，简化了分布式发电机的整体控制，将其和负荷的整体看作是净负荷，功率波动影响母线电压。

另外，本发明的三种运行模式应对各种运行状况，在大电网参与调节时，选用下垂控制限制向大电网的购电大小，在满足平衡稳定的基础上，尽可能靠微电网自身出力，节约运行成本。大电网不参与调节的两种状态，在大电网电能质量正常的情况下，其作为不可控模块运行，控制方式是相同的，简化了控制方式，避免过于复杂的控制手段造成母线电压波动。在大电网电能质量出现问题时，中央控制中心发出信号，双向变流器切除与大电网的连接，即对微电网进行了保护，又防止微电网出现的问题传向大电网。

另外，本发明在结构上将***中的分布式电源、储能装置、负荷等均连接至直流母线上，直流网络再通过电力电子逆变装置连接至外部交流网络，具有较强的适应性；在运行上将运行的模式划分为并网状态下的大电网与可控模块协调控制模式、可控模块独立控制模式和孤岛状态下的孤岛模式三种；同时控制上采用包含中央控制层、模块层以及元件层的三层的分层模块化控制方法。根据不同模块的可控性将多端柔性直流微电网分成了可控模块、不可控模块、大电网三类模块，确定了模块内部分布式电源和储能的类型和控制方法。用多端柔性简化后直流微电网的结构为所有模块均连接在直流母线上，控制目标为保证直流母线的电压稳定。针对微电网内可控模块，其对内保证内部负荷可全部被消纳，完成可控模块内部的自平衡，对外作为可控电源保证在大电网不参与调节时，满足不可控模块的功率需求；并网情况下，可控模块与大电网共同维持母线电压的稳定，大电网也可以对直流微电网侧提出要求；孤岛运行下，直流微电网的自治性会保证其在一定时间内维持稳定。

微电网模块化设计基本可以分为两大类，第一类是功能型划分，便于微电网内部自身的平衡与控制，减少与中央控制器的联络次数。文献《一种新型模块化交直流混合微电网拓扑优化设计及研究》将交直流混合微电网模块化为三类，其一是所有的储能装置，其二是所有的交流装置，其三是所有的直流装置。这样仅需保证每个模块内部的平衡，模块内无法平衡的功率由储能装置统一平衡。这种拓扑结构，可以更容易地实现微电网中的所有功能，以变流器划分的模块结构可以应用于各种不同的应用场合，且修改量小，全模块化电路设计具有制造、运输、安装、维护、扩容、升级方便等优点。同时，可以提高***的效率。第二类是根据各装置所处的地理环境划分，便于微电网各区域内部的协调平衡稳定，减少占地面积，同区域就***衡控制更加方便。文献《Hybrid AC_DC microgrid architecture withcomprehensive control strategy for energy management of smart building》将一幢楼作为一个模块，协调楼内分布式电机，直流储能以及各个交直流负荷的平衡，再接入大电网。这种划分方式减少能量传输损失，高效、快捷，便于控制。采用模块化方案，利于项目建设方精确计算投资收益率，建设模式和经济模式的可重复性较好，将传统的“建设一个微电网工程”，转变为“购买一个微电网”，有效降低了项目主体的建设成本和管理成本，及过程中的各种风险。

多端柔性直流微电网是采用新型变流器将***中的分布式电源、储能装置、负荷等均连接至直流母线上，直流网络再通过电力电子逆变装置连接至外部交流网络。此连接方式简化了控制目标，为控制母线电压稳定。文献《柔性多状态开关改进型下垂控制策略研究》采用柔性多状态开关SOP代替传统联络开关，具有功率连续可控、控制方式灵活等优势，有利于主动配电网的柔性互联与动态重构，并能有效改善电压水平，促进分布式电源的协调控制消纳。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明模块化多端柔性直流微电网组网结构示意图；

图2为本发明在可控模块独立控制模式和孤岛模式下的控制流程图；

图3为本发明中双向变流器接收中央控制器信号切换控制流程图。

具体实施方式

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。应该理解，为了使得技术方案更加明确，这里使用的“前、后、左、右、上、下”等表示方位的用语均为相对于图1的方位名词，不因视图的转换变换方位表述方式。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种模块化多端柔性直流微电网组网，包括多端柔性直流微电网的直流母线1、可控模块2、不可控模块3和大电网13。

所述可控模块2包括一个或多个可控分布式电源4a、蓄电池储能5、直流负荷6a和交流负荷7a，其中，每个可控分布式电源4a通过一个分布式电源并网装置8a并入直流母线1，蓄电池储能5通过储能并网装置9接入直流母线1，直流负荷6a直接与直流母线1相连，交流负荷7a通过交流负荷并网装置10a与直流母线1相连。

所述不可控模块3包括一个或多个不可控分布式电源4b、直流负荷6b和交流负荷7b，其中，每个不可控分布式电源4b通过一个不可控分布式电源并网装置8b接入直流母线1，直流负荷6b直接与直流母线1相连，交流负荷7b通过交流负荷并网装置10b与直流母线1相连；不可控模块由于每一个部分均不可控制输出功率的大小即不能够维持直流母线电压稳定，所以不可控模块的整体可以作为净负荷处理。

多端柔性直流微电网的双向变流器11经交流母线12与大电网13的隔离变压器14相连，其中，双向变流器11为多端柔性直流微电网的对外接口。

所述可控分布式电源4a为单轴微型燃气轮机，能够持续为自身的负荷以及直流微电网供电，并对其输出的有功功率、无功功率进行调节。

该实施例中，可控分布式电源采用的是单轴微型燃气轮机，当然，也可以采用柴油发电机配备储能的风电厂或配备储能的光伏电站；单轴微型燃气轮机通过整流器并入直流微电网***，整流器用直流侧电压与无功功率作为参考变量，采用压流双环对单轴微型燃气轮机的输出功率进行控制，输出功率既要满足内部负荷需求，又要保证直流母线电压在稳定范围内。蓄电池储能采用下垂控制，模拟大电网的一次调频特性，在母线电压发生波动时能够立即调节，在***能量过剩时可以吸收功率，蓄电池储能自身特性可以满足短时快速进行充放电。下垂控制调节迅速但属于有差调节且不能够作为持续性供电电源，而单轴微型燃气轮机自身的特性可以保证为直流微电网提供持续的能量支撑，所以需要单轴微型燃气轮机进行功率平衡，补偿下垂控制带来的电压偏差，为自身内部负荷及直流微电网进行供电。可控模块自身属于小型自平衡式微电网，就地消纳负荷基础上，对上层微电网功率波动存在响应。

所述不可控分布式电源4b为MPPT控制的风电厂或MPPT控制的光伏电站；其中，不可控的分布式电源中的光伏经过DC/DC斩波器连入直流微电网，采用MPPT控制方式，不可控因素中的温度以及光照强度会改变光伏发电机的输出功率；风力发电机采用恒频/恒速控制，经整流器接入直流微电网，风速的改变影响输出有功功率的值。交流负荷经整流器并入直流微电网中，直流负荷直接接入。不可控模块由于每一个部分均不可控制输出功率的大小即不能够维持直流母线电压稳定，所以不可控模块的整体可以作为净负荷处理。

所述双向变流器内部接收多端柔性直流微电网的中央控制器发出的指令，判断直流微电网的运行方式与控制方式，控制直流微电网与大电网13的交互。

所述储能并网装置9采用的控制方式为下垂控制；

所述不可控分布式电源并网装置8b采用MPPT控制方式，当然也可以采用恒频/恒速控制方式。

表1 不同模块分布式电源储能***类型

模块名称	分布式电源	储能***
			直流微电网调节	柴油发电机、单轴微型燃气轮机、配备储能的风电厂或光伏电站等	蓄电池储能
直流微网不可调节	MPPT控制的风电厂、光伏电站等	无

由于不同模块在直流微电网中所起的作用不同，所以在不同模块中的分布式电源与储能的类型均不相同。直流微电网可控模块中的分布式电源需要可持续为自身的负荷以及微电网供电，可以对其输出的有功功率、无功功率进行调节，故选取的分布式电源可以为单轴微型燃气轮机、柴油发电机、带有储能风电厂，光伏电站等等。此模块储能应对直流微电网母线电压快速的波动，分布式发电机用于后续持续补偿功率。直流微电网不可控的模块不具有调节功能，故此模块中的分布式电机采用的是MPPT控制的风电厂、光伏电站等等。

如图2所示，可控模块独立控制模式和孤岛模式下，判断此时是否为极限运行状态的具体流程为：设定直流母线电压的初始设定值U_dcref、燃气轮机的最大最小出力Pmax、Pmin，检测此时的直流母线电压值U_dc，判断直流母线电压值U_dc与直流母线电压的初始设定值U_dcref的大小，若U_dc>1.05U_dcref时，检测储能的SOC值与燃气轮机的出力P，储能的SOC值高于设定的上限且燃气轮机的出力P低于最小出力，则证明此时运行在直流微电网能量输出过剩的极限状态下，需切除一部分不可控模块的分布式电机，保证***稳定运行；反之，若U_dc>0.85U_dcref时，检测储能的SOC值与燃气轮机的出力P，储能的SOC值高于设定的下限且燃气轮机的出力P低于最大出力，则证明此时运行在直流微电网能量输出不足的极限状态下，需切除一部分不可控模块的三类负荷，保证***稳定运行。

如图3所示，双向变流器的控制方式包含下垂控制与PQ控制，根据顶层中央控制器发出的指令信号进行控制模式的切换。直流微电网检测中央控制器发出的指令信号，当大电网电能质量出现问题或微电网内部母线电压出现巨大波动时，为了防止故障对其余部分产生影响，中央控制器发出切除指令，双向变流器起到隔离作用，直流微电网转为孤岛运行；当大电网对直流微电网有要求时，中央控制器发出指令，双向变流器采用PQ控制，直流微电网采用可控模块独立控制模式；其余情况下直流微电网采用大电网与可控模块协调控制模式。

实施例2：

一种模块化多端柔性直流微电网组网的分层控制方法，该分层控制方法为包含中央控制层、模块层和原件层的三层控制方法，其中，

中央控制层受大电网的信号控制，判断大电网对直流微电网是否有要求且大电网的电能质量是否达到标准，中央控制层发出信号控制双向变流器的控制模式，确定直流微电网的运行方式；

模块层控制各个模块内的协调控制，可控模块必须保证在满足内部负荷功率的基础上对外部不可控模块的波动给予响应，保证直流母线电压稳定，当母线电压超出额定电压的±5%，且判断储能超出限定时，模块层控制各个模块内切除负荷或切除分布式发电机；

元件层主要确定每个模块内部各个器件的控制方式，调节下垂控制以及恒压控制的内部控制参数，保证电压稳定的速度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：包括多端柔性直流微电网的直流母线、可控模块、不可控模块和大电网；

所述可控模块包括一个或多个可控分布式电源、蓄电池储能、第一直流负荷和第一交流负荷，其中，每个可控分布式电源通过一个分布式电源并网装置并入直流母线，蓄电池储能通过储能并网装置接入直流母线，第一直流负荷直接与直流母线相连，第一交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；

所述不可控模块包括一个或多个不可控分布式电源、第二直流负荷和第二交流负荷，其中，每个不可控分布式电源通过一个不可控分布式电源并网装置接入直流母线，第二直流负荷直接与直流母线相连，第二交流负荷通过交流负荷并网装置与直流母线相连；

多端柔性直流微电网的双向变流器经交流母线与大电网的隔离变压器相连；

所述可控分布式电源为柴油发电机、单轴微型燃气轮机、配备储能的风电厂或配备储能的光伏电站；

所述双向变流器内部接收多端柔性直流微电网的中央控制器发出的指令，判断多端柔性直流微电网的运行方式与控制方式，控制多端柔性直流微电网与大电网的交互；

所述模块化多端柔性直流微电网组网的运行模式包括以下三种：并网状态下的大电网与可控模块协调控制模式、可控模块独立控制模式和孤岛状态下的孤岛模式；

所述大电网与可控模块协调控制模式应用于并网状态，大电网与多端柔性直流微电网的可控部分共同控制直流母线电压平衡；双向变流器接收中央控制器发出的信号，当大电网一切运行正常时，双向变流器接收信号，选择下垂控制，多端柔性直流微电网在发出功率大于需求功率时，将功率输送给大电网；在发出功率小于需求功率时，向大电网购电，实现功率的双向传输，大电网参与直流母线的电压调节；当直流母线电压上升时，蓄电池储能吸收功率，单轴微型燃气轮机动作，减少出力，若此时蓄电池储能SOC达到上限，单轴微型燃气轮机发出功率为零，直流母线电压仍然升高时，双向变流器下垂控制吸收多余的功率；当直流母线电压下降时，蓄电池储能放电，单轴微型燃气轮机发出的功率增大，双向变流器下垂控制使直流母线电压稳定后，不再向多端柔性直流微电网供电；

所述可控模块独立控制模式应用于并网状态下，大电网对多端柔性直流微电网存在要求，不参与直流母线电压调节；双向变流器接收顶层中央控制器发出的信号，根据要求输入PQ控制的参考值Pref和Qref，此时的大电网相当于不可控模块；当直流母线电压升高时，蓄电池储能吸收功率，单轴微型燃气轮机减少出力，若此时单轴微型燃气轮机输出功率为零且蓄电池储能SOC达到上限，不可控模块中的分布式电机将弃风或弃光；当直流母线电压下降时，蓄电池储能发出功率，单轴微型燃气轮机增加出力，若此时蓄电池储能SOC达到下限且单轴微型燃气轮机达到出力上限，不可控模块中的三级负荷将切除。

2.根据权利要求1所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述不可控分布式电源为MPPT控制的风电厂或MPPT控制的光伏电站。

3.根据权利要求2所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述储能并网装置采用的控制方式为下垂控制；

所述不可控分布式电源并网装置采用MPPT控制或恒频/恒速控制方式。

4.根据权利要求1所述的模块化多端柔性直流微电网组网，其特征在于：所述孤岛模式是在连网状态运行正常下，若大电网出现了故障或电能质量不满足要求时，多端柔性直流微电网接收到中央控制器MGCC指令，大电网与多端柔性直流微电网断开，双向变流器起到隔离作用。

5.如权利要求1-4中任一项所述的模块化多端柔性直流微电网组网的分层控制方法，其特征在于：该分层控制方法为包含中央控制层、模块层和原件层的三层控制方法，其中，

中央控制层受大电网的信号控制，判断大电网对多端柔性直流微电网是否有要求且大电网的电能质量是否达到标准，中央控制层发出信号控制双向变流器的控制模式，确定多端柔性直流微电网的运行方式；

模块层控制各个模块内的协调控制，可控模块必须保证在满足内部负荷功率的基础上对外部不可控模块的波动给予响应，保证多端柔性直流母线电压稳定，当直流母线电压超出额定电压的±5％，且判断储能超出限定时，模块层控制各个模块内切除负荷或切除分布式发电机；

元件层主要确定每个模块内部各个器件的控制方式，调节下垂控制以及恒压控制的内部控制参数，保证电压稳定的速度。

Images