直流微电网的控制设备及控制方法、直流微电网系统与流程

本发明涉及微电网技术领域，具体涉及一种直流微电网的控制设备及控制方法、直流微电网系统。

背景技术：

随着分布式能源的快速发展和广泛应用，以新能源为基础的微电网技术应用也得到了快速发展，其中，直流微电网以其本身优势成为研究和应用的热点，同时促使家庭用电向新能源利用效率更高的直流化方向发展。

传统的电网配电系统中电能是由发电端到用电端单向流动，而微电网系统存在多种运行模式，在以新能源利用为基础的微电网系统中，分布式能源、外部电网、负载和储能之间都可能存在能量交互，其中，对于直流微电网系统来说，直流母线是系统能量交换的中介，直流微电网系统中的各单元部分通过电力电子变流装置接入直流母线，并通过直流母线实现能量交换，直流母线的电压状况能够直接影响到系统的稳定运行，因此，如何实现直流母线的电压稳定是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种直流微电网的控制设备及控制方法、直流微电网系统，可以提高直流微电网中直流母线上电压的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种直流微电网的控制设备，所述直流微电网包括直流母线以及接入所述直流母线的负载、接入所述直流母线的发电装置以及接入所述直流母线的能量补偿装置，所述能量补偿装置用于对所述直流母线进行能量补偿，所述能量补偿包括当所述发电装置的发电功率大于所述负载所需时所述直流母线对所述能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率小于所述负载所需时所述能量补偿装置对所述直流母线供电，所述控制设备包括：

检测模块，用于检测所述直流母线上的电压变化率；

调节模块，用于根据所述检测模块检测的所述直流母线上的电压变化率调节所述能量补偿装置对所述直流母线的能量补偿。

优选地，所述检测模块包括：

检测单元，用于检测所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流；

计算单元，用于根据所述检测单元检测的所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流计算所述直流母线上的电压变化率。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种直流微电网的控制方法，所述直流微电网包括直流母线以及接入所述直流母线的负载、接入所述直流母线的发电装置以及接入所述直流母线的能量补偿装置，所述能量补偿装置用于对所述直流母线进行能量补偿，所述能量补偿包括当所述发电装置的发电功率大于所述负载所需时所述直流母线对所述能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率小于所述负载所需时所述能量补偿装置对所述直流母线供电，所述方法包括：

S1：检测模块检测所述直流母线上的电压变化率；

S2：调节模块根据所述检测模块检测的所述直流母线上的电压变化率调节所述能量补偿装置对所述直流母线的能量补偿。

优选地，所述步骤S1包括：

S11：所述检测模块检测所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流；

S12：所述检测模块根据所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流计算所述直流母线上的电压变化率。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种直流微电网系统，包括直流微电网和控制设备；

所述直流微电网包括直流母线以及接入所述直流母线的负载、接入所述直流母线的发电装置以及接入所述直流母线的能量补偿装置，所述能量补偿装置用于对所述直流母线进行能量补偿，所述能量补偿包括当所述发电装置的发电功率大于所述负载所需时所述直流母线对所述能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率小于所述负载所需时所述能量补偿装置对所述直流母线供电；

所述控制设备包括：

检测模块，用于检测所述直流母线上的电压变化率；

调节模块，用于根据所述检测模块检测的所述直流母线上的电压变化率调节所述能量补偿装置对所述直流母线的能量补偿。

优选地，所述检测模块包括：

检测单元，用于检测所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流；

计算单元，用于根据所述检测单元检测的所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流计算所述直流母线上的电压变化率。

优选地，所述能量补偿装置包括以下的至少一种：储能电池、用于连接外部电网的并网装置。

优选地，所述储能电池通过DC/DC变流器接入所述直流母线，所述并网装置通过DC/AC变流器接入所述直流母线。

优选地，所述发电装置包括以下的至少一种：风力发电装置、光伏发电装置。

优选地，所述风力发电装置通过AC/DC变流器接入所述直流母线，所述光伏发电装置通过DC/DC变流器接入所述直流母线。

本发明提供的直流微电网的控制设备，通过检测模块实时检测直流母线上的电压变化情况，控制模块根据检测模块检测的结果实时地调节能量补偿装置对直流母线的能量补偿，从而可以提高直流母线上电压的稳定性，进而使直流微电网能够稳定运行。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的进行描述。图中：

图1是本发明实施方式提供的一种直流微电网的控制设备的示意图；

图2是本发明实施方式提供的一种直流微电网的控制设备对直流微电网进行控制的示意图；

图3-5是图2中的直流微电网的系统运行状态的示意图；

图6是本发明实施方式提供的另一种直流微电网的控制设备对直流微电网进行控制的示意图；

图7是图6中的直流微电网的系统运行状态的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，图1是本发明实施方式提供的一种直流微电网的控制设备的示意图，所述直流微电网包括直流母线以及接入所述直流母线的负载、接入所述直流母线的发电装置以及接入所述直流母线的能量补偿装置，所述能量补偿装置用于对所述直流母线进行能量补偿，所述能量补偿包括当所述发电装置的发电功率大于所述负载所需时所述直流母线对所述能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率小于所述负载所需时所述能量补偿装置对所述直流母线供电，所述控制设备包括：

检测模块100，用于检测所述直流母线上的电压变化率；

调节模块200，用于根据所述检测模块检测的所述直流母线上的电压变化率调节所述能量补偿装置对所述直流母线的能量补偿。

本发明实施方式提供的直流微电网的控制设备，通过检测模块实时检测直流母线上的电压变化情况，控制模块根据检测模块检测的结果实时地调节能量补偿装置对直流母线的能量补偿，从而可以提高直流母线上电压的稳定性，进而使直流微电网能够稳定运行。

例如，所述检测模块100可以包括：

检测单元，用于检测所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流；

计算单元，用于根据所述检测单元检测的所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流计算所述直流母线上的电压变化率。

例如，参见图2，上述的直流微电网可以为并网型直流微电网，该并网型直流微电网包括：

直流母线(DC BUS)301；

通过DC/DC变流器302接入直流母线301的负载(Load)303；

接入直流母线301的发电装置，该发电装置可以为分布式能源，具体可以包括通过DC/DC变流器304接入直流母线301的光伏发电装置(PV)305，和/或通过AC/DC变流器306接入直流母线301的风力发电装置(Wind)307；

以及接入所述直流母线的能量补偿装置，具体可以包括通过DC/DC变流器308接入直流母线301的存储电池(Bat)309，和/或通过DC/AC变流器310接入直流母线的并网装置(Grid)311，该能量补偿装置用于对直流母线301进行能量补偿，当发电装置的发电功率(例如光伏发电装置与风力发电装置的发电功率之和或者仅有的之一)大于负载所需时，直流母线301可对该能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率(例如光伏发电装置305与风力发电装置307的发电功率之和或者仅有的之一)小于负载所需时，该能量补偿装置可对直流母线301供电。

优选地，上述并网型直流微电网中的并网装置例如为市电网系统，从而采用市电网作为稳定的补偿能源抑制发电装置(如各种新能源发电装置，诸如光伏、风力等)的输出波动和负载波动，从而保证直流母线电压稳定和系统稳定运行。在该并网型直流微电网中，市电网作为系统稳定运行的主要环节保证母线电压稳定，而储能电池仅响应上层系统优化调度策略。

上述的并网型直流微电网的控制设备包括检测模块和调节模块500，其中，检测模块用于检测直流母线上的电压变化率，调节模块500用于根据检测模块检测的直流母线上的电压变化率调节能量补偿装置对直流母线的能量补偿。

如图2所示，该检测模块可以包括检测单元和计算单元420，该检测单元包括：

电流检测器411，用于检测直流母线301上用于接入并网装置311的接入点的电流；

电流检测器412，用于检测直流母线301上用于接入光伏发电装置305的接入点的电流；

电流检测器413，用于检测直流母线301上用于接入负载303的接入点的电流；

电流检测器414，用于检测直流母线301上用于接入风力发电装置307的接入点的电流；

电流检测器415，用于检测直流母线301上用于接入储能电池309的接入点的电流；

计算单元420，用于根据上述检测单元中的各电流检测器检测的电流计算直流母线上的电压变化率。

对于上述的并网型直流微电网，直流母线301是电网系统能量交换的中介，系统中各个部分功率应处于平衡状态：

P1+P2+P4+P5＝P3

其中，P1为直流母线301上用于接入并网装置311的接入点的功率(其中P1为正表示外部电网通过并网装置311向直流母线供电，P1为负表示直流母线通过并网装置311向外部电网供电)，P2为光伏发电装置的输出功率，P3为负载功率，P4为风力发电装置的输出功率，P5为直流母线301上用于接入储能电池309的接入点的功率(其中P5为正表示储能电池309对直流母线301放电，P5为负表示直流母线对储能电池309充电)。

对于直流微电网，直流母线电压是衡量系统功率平衡的重要指标，在上述的并网型直流微电网中，各个支路通过直流母线电容解耦，直流母线电压与各支路关系可以表示为：

其中，Cdc为直流母线电容，udc为直流母线电压，i1为直流母线301上用于接入并网装置311的接入点的电流(其中，i1为正表示外部电网通过并网装置311向直流母线供电，i1为负表示直流母线通过并网装置311向外部电网供电)，i2为直流母线301上用于接入光伏发电装置305的接入点的电流，i3为直流母线301上用于接入负载303的接入点的电流，i4为直流母线301上用于接入风力发电装置307的接入点的电流，i5为直流母线301上用于接入储能电池309的接入点的电流(其中，i5为正表示储能电池309对直流母线301放电，i5为负表示直流母线对储能电池309充电)，因此，通过上述公式计算单元420可以计算得到直流母线上的电压变化率。

其中，在本发明实施方式中，上述控制设备的计算单元420和调节模块500可以设置于直流微电网的微电网控制中心10(MGCC)中，微电网控制中心10通过与DC/DC变流器302、DC/DC变流器304、AC/DC变流器306、DC/DC变流器308以及DC/AC变流器310相连，从而可以对电网各支路进行控制，实现控制协调整个系统运行。

其中，DC/AC变流器310可以采用四象限整流控制方式，可以实现能量双向流动，微电网控制中心10可以根据直流母线上的电压变化率向DC/AC变流器310发送控制信号，使DC/AC变流器310可以确定能量流向，能够实时控制外部电网侧能量输入和输出情况，来维持直流母线电压稳定。

例如，对于上述的并网型直流微电网，微电网控制中心10(MGCC)可控制并网装置311处于工作状态，并使储能电池309处于待机状态，此时，在该直流微电网系统中，如图3所示，负载、发电装置、并网装置通过直流母线实现能量交换，其存在如表1所示的5种基本运行模式(系统停止状态除外)，此时，上述的控制设备可通过调节并网装置对直流母线的能量补偿，使并网装置311的外部电网作为稳定的补偿能源抑制发电装置的输出波动和负载波动，从而保证直流母线电压稳定和系统稳定运行。

此外，微电网控制中心10可以根据相应控制策略让储能电池309参与到系统能量交换，例如，当微电网控制中心10控制储能电池充电时，储能电池可以看作系统的一个负载，系统运行状态如图4所示；当微电网控制中心10控制储能电池放电时，储能电池可以看作系统的一个发电装置，系统运行状态如图5所示。

表1

此外，参见图6，本发明中的直流微电网也可以为离网型直流微电网，该离网型直流微电网包括：

直流母线(DC BUS)601；

通过DC/DC变流器602接入直流母线601的负载(Load)603；

接入直流母线的发电装置，该发电装置可以为分布式能源，具体包括可以通过DC/DC变流器604接入直流母线601的光伏发电装置(PV)605，和/或通过AC/DC变流器606接入直流母线601的风力发电装置(Wind)607；

以及接入所述直流母线的能量补偿装置，具体可以包括通过DC/DC变流器608接入直流母线601的存储电池(Bat)609，存储电池609用于对直流母线601进行能量补偿，当发电装置的发电功率(例如光伏发电装置与风力发电装置的发电功率之和或者仅有的之一)大于负载所需时，直流母线601可对储能电池609供电，当所述发电装置的发电功率(即光伏发电装置605与风力发电装置607的发电功率之和或者仅有的之一)小于负载603所需时，储能电池609可对直流母线601供电；

上述的离网型直流微电网的控制设备包括检测模块和调节模块800，其中，检测模块用于检测直流母线上的电压变化率，调节模块800用于根据检测模块检测的直流母线上的电压变化率调节能量补偿装置对直流母线的能量补偿。

如图6所示，该检测模块可以包括检测单元和计算单元720，该检测单元包括：

电流检测器711，用于检测直流母线601上用于接入光伏发电装置605的接入点的电流；

电流检测器712，用于检测直流母线601上用于接入负载603的接入点的电流；

电流检测器713，用于检测直流母线601上用于接入风力发电装置607的接入点的电流；

电流检测器714，用于检测直流母线601上用于接入储能电池609的接入点的电流；

控制模块720用于根据上述检测单元中的各电流检测器检测的电流计算直流母线上的电压变化率。

其中，在本发明实施方式中，上述控制设备的计算单元720和调节模块800可以设置于直流微电网的微电网控制中心20(MGCC)中，微电网控制中心20通过与DC/DC变流器602、DC/DC变流器604、AC/DC变流器606以及DC/DC变流器608相连，从而可以对电网各支路进行控制，实现控制协调整个系统运行。

其中，DC/DC变流器608可以采用Boost/Buck充放电控制，微电网控制中心20可以根据直流母线上的电压变化率向DC/DC变流器608发送控制信号，使DC/DC变流器608可以确定能量流向，能够实时控制储能电池609的能量输入和输出情况，来维持直流母线电压稳定。

在上述的离网型直流微电网中，储能电池作为系统稳定运行的主要环节，如图7所示，负载、发电装置、储能电池通过直流母线实现能量交换，其存在如表2所示的5种基本运行模式(系统停止状态除外)。

表2

在本实施方式中，通过检测模块实时检测直流母线上的电压变化情况，控制模块根据检测模块检测的结果实时地调节储能电池对直流母线的能量补偿，从而可以提高直流母线上电压达的稳定性，保证系统功率实时平衡。

此外，对于上述的离网型微电网系统，由于储能电池不能像外部电网一样不受限制地提供或吸收直流母线能量，因此，对于离网型直流微电网，不仅需要考虑功率平衡问题，还需要考虑能量平衡问题，而能量平衡状态与系统各个单元容量配比密切相关，不同容量配比体现不同运行特点。

本发明的直流微电网系统能够实现分布式能源就近利用，直流化负荷直接利用直流电，提高分布式能源发电利用率。

本发明的直流微电网系统基于直流母线多元换流，通过直流母线来进行各个单元之间的能量交换，并网状态下通过电网保证直流母线电压稳定，离网状态下通过储能电池保证直流母线电压稳定，从而实现整个系统稳定运行。

此外，本发明实施方式还提供了一种直流微电网的控制方法，所述直流微电网包括直流母线以及接入所述直流母线的负载、接入所述直流母线的发电装置以及接入所述直流母线的能量补偿装置，所述能量补偿装置用于对所述直流母线进行能量补偿，所述能量补偿包括当所述发电装置的发电功率大于所述负载所需时所述直流母线对所述能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率小于所述负载所需时所述能量补偿装置对所述直流母线供电，所述方法包括：

S1：检测模块检测所述直流母线上的电压变化率；

S2：调节模块根据所述检测模块检测的所述直流母线上的电压变化率调节所述能量补偿装置对所述直流母线的能量补偿。

优选地，所述步骤S1包括：

S11：所述检测模块检测所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流；

S12：所述检测模块根据所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流计算所述直流母线上的电压变化率。

此外，本发明实施方式还提供了一种直流微电网系统，包括直流微电网和控制设备；

所述直流微电网包括直流母线以及接入所述直流母线的负载、接入所述直流母线的发电装置以及接入所述直流母线的能量补偿装置，所述能量补偿装置用于对所述直流母线进行能量补偿，所述能量补偿包括当所述发电装置的发电功率大于所述负载所需时所述直流母线对所述能量补偿装置供电，当所述发电装置的发电功率小于所述负载所需时所述能量补偿装置对所述直流母线供电；

所述控制设备包括：

检测模块，用于检测所述直流母线上的电压变化率；

调节模块，用于根据所述检测模块检测的所述直流母线上的电压变化率调节所述能量补偿装置对所述直流母线的能量补偿。

优选地，所述检测模块包括：

检测单元，用于检测所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流；

计算单元，用于根据所述检测单元检测的所述直流母线上用于接入所述负载的接入点的电流、所述直流母线上用于接入所述发电装置的接入点的电流以及所述直流母线上用于接入所述能量补偿装置的接入点的电流计算所述直流母线上的电压变化率。

优选地，所述能量补偿装置可以包括以下的至少一种：储能电池、用于连接外部电网的并网装置。例如，所述储能电池可以通过DC/DC变流器接入所述直流母线，所述并网装置可以通过DC/AC变流器接入所述直流母线。

优选地，所述发电装置包括以下的至少一种：风力发电装置、光伏发电装置。例如，所述风力发电装置通过AC/DC变流器接入所述直流母线，所述光伏发电装置通过DC/DC变流器接入所述直流母线。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。