一种交直流混合微电网控制架构及控制方法与流程

1.本发明涉及一种交直流混合微电网控制架构及控制方法，属于微电网技术领域。


背景技术：

2.随着新能源行业日益发展，储能以及微电网的应用范围越来越广泛，尤其是涉及到光伏、风电、新能源电动汽车等多源融合的应用场景，对于整个系统的控制架构要求越来越高。目前常用的微电网架构包括共交流母线控制架构、共直流母线控制架构以及交直流混合微电网控制架构，根据不用的系统需求配置各有优势。
3.目前常用的控制策略为并网模式下sts切换装置闭合，交流母线提供能量个各个交流负荷，pcs装置工作在并网pq模式，同时稳定直流侧母线电压，直流下级各个dcdc和acdc装置根据ems控制架构指令运行。离网模式下sts切换装置断开，pcs工作在独立逆变vf模式稳定交流侧逆变电压，此时由超容以及储能电池通过dcdc来稳定直流母线电压，同时依据风电、光伏以及直流充电桩的实时运行情况进行调节。由于pcs需要进行交流侧的有功、无功调节、离并网切换以及调频等复杂工况会导致系统在pcs稳定直流母线和dcdc稳定直流母线两种模式下多次切换，容易导致系统的稳定性和可靠性变差。尤其是多个微网互联的应用场景下多个源的加入更会加大系统的不稳定性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种交直流混合微电网控制架构及控制方法，大大提升系统的稳定性。
5.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种交直流混合微电网控制架构，包括：
7.高低压转换工频隔离变压器，所述高低压转换工频隔离变压器的高压侧与10kv电网连接，低压侧连接微电网系统；
8.sts瞬态切换装置，所述sts瞬态切换装置上级连接高低压转换工频隔离变压器的低压侧，下级连接pcs装置交流侧；
9.交流母线，所述交流母线为sts瞬态切换装置的下级输出，母线上挂接交流负荷和pcs装置；
10.pcs装置，所述pcs装置用于进行双向的ac或dc的能量变换，并网模式下有功或无功的调节；
11.直流母线，所述直流母线为pcs装置的直流输出，所述直流母线上连接有各种直流负荷，用于汇总各种直流负荷及其相互之间的能量交互；
12.光伏板，所述光伏板通过功率优化器mppt连接至直流母线，将光伏最大功率输出至直流母线；
13.风机，所述风机通过acdc变流器将风能输出至直流母线；
14.电动汽车充电桩，所述电动汽车充电桩通过双向dcdc连接至直流母线，通过直流
母线的能量对电动汽车进行充电；
15.微网互联系统，所述微网互联系统连接至直流母线，用于实现微网互联。
16.进一步的，还包括储能电池，所述储能电池通过双向dcdc连接至直流母线，用于消纳光伏、风能中的一种或多种，同时通过dcdc充放电进行直流母线稳定支撑；
17.进一步的，还包括超级电容，所述超级电容通过双向dcdc连接至直流母线，用于消纳光伏、风能中的一种或多种，同时通过dcdc充放电进行直流母线稳定支撑；
18.进一步的，所述pcs装置支持调频功能。
19.进一步的，所述pcs装置在离网模式下交流输出支撑交流母线挂接的交流负荷。
20.进一步的，所述电动汽车充电桩使用双向充电桩，用于对电动汽车电池进行充放电。
21.第二方面，本发明提供一种根据前述任一项所述的交直流混合微电网控制架构的控制方法，包括：
22.在并网或者离网模式下，连接直流母线的pcs装置、超级电容以及储能电池连接的双向dcdc均工作在直流稳压模式，双向dcdc根据母线电压的波动进行能量的充放控制，光伏板上的功率优化器进行最大功率输出，一旦进入母线高压模式功率优化器进入恒压限发模式。
23.进一步的，包括：
24.将系统分为一级响应和二级调度，其中：一级响应为ms级别，由模块控制架构快速响应；二级调度由上级控制架构进行调度，保持系统稳定运行，所有子系统均独立解耦运行。
25.进一步的，包括：
26.微网互联系统接收到微网互联指令后，调节内部直流母线电压至目标值后闭合微网互联直流母线开关，闭合瞬间直流母线之间存在大的冲击电流，此时直流母线上挂接的多种直流电力电子装置各自解耦运行，同样采用一级响应和二级调度方法，一级响应由各子系统自行控制稳定运行，二级调度由上级总控系统调度，实现微网互联的稳定运行。
27.进一步的，包括：
28.微网互联系统接收到微网脱离指令后，断开微网互联直流母线开关，断开瞬间直流母线存在电压过充，此时各个子系统自行稳定直流母线电压，同样采用一级响应和二级调度方法，一级响应由各子系统自行控制稳定运行，二级调度由上级总控系统调度，实现微网脱离后的稳定运行。
29.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
30.本发明提供一种交直流混合微电网控制架构及控制方法，可以大大提升系统的稳定性，无论是并网亦或是离网模式下，pcs装置只进行交流侧的有功无功需求调节、离并网切换、调频等交流侧需求功能控制。
附图说明
31.图1是本发明实施例提供的一种交直流混合微电网控制架构的结构示意图；
32.图2是本发明实施例提供的一种交直流混合微电网控制架构的控制方法的流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
34.实施例1
35.如图1所示，本实施例介绍一种交直流混合微电网控制架构，包括：
36.高低压转换工频隔离变压器，所述高低压转换工频隔离变压器的高压侧与10kv电网连接，低压侧380vac连接微电网系统；
37.sts瞬态切换装置，所述sts瞬态切换装置上级连接高低压转换工频隔离变压器的低压侧，下级连接pcs装置交流侧；并网模式下sts内部开关闭合，离网模式下sts自动断开将微电网系统从大电网断开进行能量自循环。市电恢复以后sts自动检测电网电压和相位，与pcs变流器通讯进行交流侧同步，然后sts内部开关闭合将微电网系统接入大电网。实现智能化自动化离并网切换；
38.交流母线，所述交流母线为sts瞬态切换装置的下级输出，380vac交流母线，母线上挂接交流负荷和pcs装置；
39.pcs装置，所述pcs装置用于进行双向的ac或dc的能量变换，并网模式下有功或无功的调节；所述pcs装置支持调频功能；所述pcs装置在离网模式下交流输出支撑交流母线挂接的交流负荷；
40.直流母线，所述直流母线为pcs装置的直流输出，所述直流母线上连接有各种直流负荷，用于汇总各种直流负荷及其相互之间的能量交互；
41.光伏板，所述光伏板通过功率优化器mppt连接至直流母线，将光伏最大功率输出至直流母线；
42.风机，所述风机通过acdc变流器将风能输出至直流母线；
43.电动汽车充电桩，所述电动汽车充电桩通过双向dcdc连接至直流母线，通过直流母线的能量对电动汽车进行充电；所述电动汽车充电桩使用双向充电桩，用于对电动汽车电池进行充放电；
44.微网互联系统，所述微网互联系统连接至直流母线，用于实现微网互联。
45.储能电池，所述储能电池通过双向dcdc连接至直流母线，用于消纳光伏、风能中的一种或多种，同时通过dcdc充放电进行直流母线稳定支撑；
46.超级电容，所述超级电容通过双向dcdc连接至直流母线，用于消纳光伏、风能中的一种或多种，同时通过dcdc充放电进行直流母线稳定支撑；
47.实施例2
48.参见图2，本实施例提供一种根据实施例1中任一项所述的交直流混合微电网控制架构的控制方法，包括：
49.并网或者离网模式下：连接直流母线的pcs、超级电容以及储能电池连接的双向dcdc均工作在直流稳压模式，双向dcdc根据母线电压的波动进行能量的充放控制，光伏优化器进行最大功率输出，一旦进入母线高压模式功率优化器进入恒压限发模式。风能变流器与光伏优化器工作模式相同。直流充电桩是按照车辆需求充电，同时接受总控制系统调度运行。
50.在此策略中，系统分为一级响应和二级调度，一级响应为ms级别由模块控制系统
快速响应。二级调度由上级控制系统进行调度，保持系统稳定运行，所有子系统均独立解耦运行。
51.此控制策略不仅可以保证单系统稳定运行，而且在微网互联模式下采用同样的控制方式，而不必采用复杂的并机模式，全系统解耦运行，提升可靠性。
52.微网互联模式：
53.微网互联：单个微网系统接收到微网互联指令后，调节内部直流母线电压至目标值后闭合微网互联直流母线开关，闭合瞬间直流母线之间存在大的冲击电流，此时直流母线上挂接的多种直流电力电子装置各自解耦运行，同样采用一级响应和二级调度策略。一级响应由各子系统自行控制稳定运行，二级调度由上级总控系统调度，最终实现微网互联的稳定运行。
54.微网脱离：单个微网系统接收到微网脱离指令后，断开微网互联直流母线开关，断开瞬间直流母线存在电压过充，此时各个子系统自行稳定直流母线电压，同样采用一级响应和二级调度策略。一级响应由各子系统自行控制稳定运行，二级调度由上级总控系统调度，最终实现微网脱离后的稳定运行。
55.本发明可以大大提升系统的稳定性，无论是并网亦或是离网模式下，pcs装置只进行交流侧的有功无功需求调节、离并网切换、调频等交流侧需求功能控制。
56.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。