微网控制系统的制作方法_3

文档序号:9016493阅读:来源:国知局
uck 电路工作原理是当功率开关器件T1导通时,光伏电池经T1向电感L供电使其贮存能量。同 时电容Cs维持输出电压基本恒定。此后,使T1关断,电感L中贮存的能量向负载释放,通 过调节开关管T1的通断周期,可以调整直流负载侧输出电流和电压大小。
[0055] 基于上述实施例提供的储能装置166可以通过DC/DC转换器163中的双向DC/DC 转换器接入第一级直流母线,其中,双向DC/DC转换器包括:双向Buck/Boost电路,当双向 Buck/Boost电路为Buck模式时,储能装置166执行充电操作;当双向Buck/Boost电路为 Boost模式时,储能装置166执行放电操作。
[0056] 具体的,双向Buck/Boost电路在本实用新型实施例中的作用是:当光伏发电机组 中的光伏电池板输出的电能多于直流负载所需的能量时,剩下的能量就对储能装置166中 的蓄电池进行充电,此时双向Buck/Boost电路等效为一个Buck电路;当光伏电池板输出的 电能少于直流负载所需的能量甚至不输出电能时,蓄电池放电对直流负载进行供电,此时 双向Buck/Boost电路等效为一个Boost电路。
[0057] 其中,图7是根据本实用新型实施例的微网控制系统中的双向Buck/Boost电路的 结构图。如图7所示,双向Buck/Boost电路中,Buck电路工作时,储能装置166处于充电 状态,T2 -直处于关断状态,T1工作在PWM工作状态。T1开通,直流侧向经储能电感向储 能装置充电;T1关断,储能电感经D2二极管续流继续给储能装置166充电。Vi为一理想电 压源。
[0058]Boost电路工作时,储能装置166放电,直流侧等效为一电阻性负载,T1 一直处于 关断状态,T2工作在脉冲宽度变调(PulseWidthModulation,简称PWM)工作状态。T2导 通,超级电容、储能电感、T2形成通路,储能装置166给储能电感提供能量,T2关断,储能装 置166和储能电感都向直流侧提供能量。
[0059] 相对于本实用新型实施例提供的储能装置,现阶段常用的储能装置为蓄电池,某 些会用到超级电容器,它们的充放电形式如下:
[0060] 对于电池而言,不能无限制的充电或放电,电池充放电电流电压关系和电池荷电 状态(StateOfCharge,简称S0C)有着密切的关系。充电主要过程为两个阶段,恒流充电 和恒压充电。在理想情况下,电池S0C与电流成正比,也就是说,充电电流越大,电池S0C变 化越快,充电时间越短。而电池端电压随电量的上升缓慢上升,直到达到设定S0C值,或电 池最大电压值,电池将切换为恒压充电模式,恒压充电模式时直流侧功率达到最大值,此时 电流继续上升,或电压继续上升,未能达到很好的控制,就会导致过充现象的发生,影响电 池寿命。
[0061] 超级电容的充放电过程是一个物理过程,无记忆效应。超级电容器的充放电过程 非常快速而且效率很高,超级电容器两端电压会随着内部存储的电荷增多而上升,而且每 个超级电容器都有自己最佳工作电压值。因此,为了使超级电容器的使用寿命更长,充电过 程中需要检测电容两端的电压值以防过冲造成超级电容器的损坏。根据超级电容器的特 性,可以利用恒流、恒压或者恒功率充电,也可以利用其大物理电容特性通过大脉冲电路进 行充电。
[0062] 基于上述实施例提供的储能装置166及发电机组14中的光伏发电机组,在本实用 新型实施例提供的分布式能源系统中,对应各种储能装置166的应用,对微网控制系统的 "削峰填谷",维持系统的稳定起着重大作用。储能装置166通过双向Buck/Boost电路与第 一级直流母线相连,维持母线电压的稳定。光伏电池板与Boost电路相连,Boost电路的作 用是对光伏电池板进行最大功率跟踪(MPPT)的控制。
[0063] 具体如表1所示,表1为第一直流母线与光伏电池板和与储能装置166在不同工 作模式下的工作状态,具体工作模式如表1所示:
[0064]表1:
[0065]
[0066] 其中,模式1 :并网模式时,若光照充足,此时与光伏电池板相连的Boost电路工作 在MPPT模式,以保证最大限度的利用太阳能进行发电,在保证第一直流母线上的直流负载 供电的同时,对储能装置166进行充电;
[0067] 模式2 :当光伏发电机组输出的能量大于直流负载所需的能量时,且储能装置166 已经处于充满状态,则将多余的电能以单位功率因数的形式向直流微网16输送,即向直流 微网16输送的并网电压与市电供电电网的电压完全相同;
[0068] 模式3 :当光伏发电机组发出的能量不足以维持直流负载的需求时,由发电机组 14的其他类型发电机进行工作,储能装置166不工作;
[0069] 模式4 :孤岛模式时,采用电压下垂法,当第一直流母线电压大于第一级直流母线 电压阈值时,光伏发电机组运行在下垂模式,根据第一直流母线电压调节输出电流。此时, 储能装置166不工作或是处于充电状态;
[0070] 其中,孤岛模式是指当市电供电电网供电因故障事故或停电维修而跳闸时,各个 用户端的分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态从而将自身切离市电供电网络,最 终形成由分布式电站并网发电系统和其相连负载组成一个自给供电的孤岛发电系统。本实 用新型实施例中的孤岛模式即指,当市电供电电网供电因故障事故或停电维修而跳闸时, 微网控制系统中由交流微网12、发电机组14和直流微网16组成的供电系统所处的状态。
[0071] 模式5 :当第一直流母线的电压小于第一级直流母线的电压阈值时,光伏阵列运 行在MPPT模式,储能装置166运行在下垂模式;
[0072] 模式6 :当第一直流母线的电压继续跌落。光伏发电机组停止工作,储能装置166 处于放电状态,维持微网控制系统的能量平衡。
[0073] 优选的,图8是根据本实用新型实施例的微网控制系统中的通信网络的结构图。 如图8所示,通信网络18包括:直流微网状态采集装置181、交流微网状态采集装置182、通 信装置183,其中,通信装置183分别与直流微网状态采集装置181和交流微网状态采集装 置182建立电连接,用于将直流微网16与交流微网12的运行状态上报网络服务器20。
[0074] 本实用新型实施例提供的微网控制系统,在实际操作中该微网控制系统根据主从 并联法和电压下垂控制原则,设置经济运行模式和最大性能运行模式,在运行时默认为经 济运行模式,该模式下自动管理,以可再生能源优先使用,非可再生能源次之、储能装置补 充电能和备用为顺序,当遇有"填峰削谷"时,顺序有适当调整。尽量实现不依附市电供电 电网电能,并网发电和离网运行。最大性能运行模式,由软件提示引导,用户设置为主。所 有的发电机组,用电负载实施分散安置、集中管理,远程监控,其监测信息上传互联网专用 管理网站和手机管理软件。通过软件监控管理并网开关的投切;各种分布式能源的选择、管 理;并网模式和孤岛模式时控制方法的转变;在满足用户供电、供热、制冷等多种需求的基 础上,提高能源利用率,优化能源结构,减少污染排放,实现节能降耗的目标。
[0075] 综上,结合图1至图8所示的微网控制系统,以图9的本实用新型实施例提供的一 种微网控制系统的结构图为例进行分析。图9中包含发电机组,其中发电机组可以包含:柴 油发电机、风力发电机和光伏发电机组,结合储能装置组成为微网控制系统的供电系统,上 述发电机组与储能装置互为支撑,实现能量的双向交换。
[0076] 微网运行模式有:并网模式、孤岛模式和孤岛/并网切换模式。
[0077] 其中,表2所示为储能装置和发电机组在并网和孤岛模式时的运行状态。
[0078] 表 2 :
[0079]
[0080] 例如,将柴油机作为备用电源,当风力发电机组和光伏电池阵列受外界影响发电 不足或储能装置能量不够的时候,启动柴油机提供应急电力,维持微网控制系统能量的平 衡和供电可靠性,减少切负荷的几率。由于柴油机并非清洁能源,污染环境且消耗燃油,应 减少柴油机的使用,因此微网在并网运行中,柴油机不启动。
[0081] 当微网并网运行时,蓄电池只起到改善电能质量的作用,而当市电供电电网出现 故障时,微网进入孤岛运行模式,此时蓄电池需要调节其输出功率,使得微网中的功率供需 达到平衡,从而维持微网的电压和频率的稳定。
[0082] 一般情况,微网运行模式的切换是在某一工作模式下,在两种运行模式下对分布 式电源采用不同的控制方法来完成切换。
[0083] 从分布式电源控制方法来分,主要有以下控制方式:1)恒功率控制(PQ控制)。控 制目标是使风力发电机和光伏电池功率发电最大化,在风能和太阳能充足的情况下,维持 其最大功率跟踪。2)恒电压恒频率控制(V/f控制)。主要目的是使得当所接分布式电源 发生变化时,电源所连接的交流母线电压和频率保持不变。3)下垂控制(Droop控制)。孤 岛运行时,相当于每个分布式电源均并联,通过频率和电压的下垂特性对分布式电源进行 有功和
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