一种基于分布式光储系统的配电网电压控制系统的制作方法

本实用新型涉及配电网领域，具体涉及一种基于分布式光储系统的配电网电压控制系统。

背景技术：

接入配电网的光储系统主要包括光伏电池板、光伏dc/dc变换器、直流侧电容、储能电池组、储能dc/dc变换器和光储dc/ac变换器。目前，基于光储系统的配电网电压控制是通过控制光储dc/ac变换器的无功功率来实现的，此方法应用得比较广泛。在该方法中，将无功功率参考值和无功功率检测值做差，经过无功功率控制器后生成q轴电流参考值。将q轴电流参考值和q轴电流检测值做差，经过q轴电流控制器后生成q轴输出电压。光储dc/ac变换器根据q轴输出电压输出相应的无功功率。当配电网电压发生变化的时候，无功功率参考值和无功功率检测值的误差也会发生变化，q轴输出电压根据这个误差发生变化，光储dc/ac变换器根据q轴输出电压调节无功功率输出，从而稳定配电网电压。

在中国专利cn104810858a中公布了一种光储微电网并网发电系统的控制方法。根据dc-ac并网逆变器并网点电压跌落情况和电网的无功需求设定值，通过dc-ac并网逆变器的无功功率控制以稳定并网点电压。在美国专利us20100156186a1中公布了一种光伏燃料电池综合发电系统，利用光储并网逆变器的无功功率控制来稳定并网点电压。

上述通过dc-ac并网逆变器无功功率控制来稳定并网点电压的方法在分布式光储系统大范围接入配电网时有局限性，控制系统动态特性变差，控制效果受到影响。一方面，无功功率指令值不能是恒定值，随并网点电压的改变而改变，如何准确及时的得到无功功率指令值是一个难点；另一方面，并网点电压的大小不仅与无功功率有关，同时与有功功率也是有关的，在配电网中有功功率发生变化也会影响节点电压的大小。因此，在相关领域中需要寻求更加完善的控制方法，以解决这个实际问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于分布式光储系统的配电网电压控制系统，可以有效地调节电压大小，防制电压越限，以提高配电网电压的稳定性，及光储并网系统运行的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于分布式光储系统的配电网电压控制系统，包括光伏电池板、光伏dc/dc变换器、直流侧电容、储能电池组、储能dc/dc变换器、储能dc/dc变换控制器、光储dc/ac变换器，光储dc/ac变换控制器，所述光伏dc/dc变换器的输入端与电池板连接，其输出端经直流侧电容与光储dc/ac变换器的输入端连接，光储dc/ac变换器的输出端经滤波器与配电网连接，所述储能dc/dc变换器的输入端与电池组连接，其输出端与光储dc/ac变换器的输入端连接；

所述储能dc/dc变换控制器的输入端与电池组的输出端、电池板的输出端及配电网连接，其输出端与储能dc/dc变换器的控制端连接，用于检测光伏电池板输出电压和电流信号、储能电池组输出电压和电流信号、以及配电网三相电压信号，通过信号处理后形成储能驱动信号以调节储能dc/dc变换器；

所述光储dc/ac变换控制器的输入端与配电网及直流侧电容连接，其输出端与光储dc/ac变换器的控制端连接，用于检测直流侧电容电压信号以及配电网三相电压和电流信号，通过计算和处理后形成光储逆变驱动信号以调节光储dc/ac变换器。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述储能dc/dc变换控制器包括配电网电压幅值计算器、光伏电池板输出有功功率计算器、储能电池组输出有功功率计算器、v/p下垂控制器、第一减法器、第二减法器及比例积分器；

所述配电网电压幅值计算器的输入端与配电网连接，所述光伏电池板输出有功功率计算器的输入端与电池板的输出端连接，所述储能电池组输出有功功率计算器的输入端与电池组的输出端连接，所述配电网电压幅值计算器的输出端与v/p下垂控制器的输入端连接，所述v/p下垂控制器、光伏电池板输出有功功率计算器的输出端与第一减法器的输入端连接，所述第一减法器及储能电池组输出有功功率计算器的输出端与第二减法器的输入端连接，所述第二减法器的输出端与比例积分器的输入端连接，所述比例积分器的输出端与储能dc/dc变换器的控制端连接。

所述v/p下垂控制器包括有功功率上限控制器、有功功率上段下垂控制器、有功钳位控制器、有功功率下段下垂控制器、有功功率下限控制器及第一加法器；所述有功功率上限控制器、有功功率上段下垂控制器、有功钳位控制器、有功功率下段下垂控制器及有功功率下限控制器的输入端均与配电网电压幅值计算器的输出端连接，其输出端均与第一加法器的输入端连接，所述第一加法器的输出端与第一减法器的输入端连接。

所述光储dc/ac变换控制器包括直流电压控制器、无功功率控制器、电流控制器，锁相环和dc/ac变换驱动信号生成器；所述直流电压控制器的输入端并联在直流侧电容的两端，所述无功功率控制器的输入端与配电网连接，所述直流电压控制器及无功功率控制器的输出端与电流控制器的输入端连接，所述电流控制器的输出端与dc/ac变换驱动信号生成器的输入端连接，dc/ac变换驱动信号生成器的输出端与光储dc/ac变换器的控制端连接，所述锁相环的输入端与无功功率控制器的输入端连接，所述锁相环的输出端与电流控制器的输入端连接。

所述无功功率控制器包括电压幅值计算器，v/q下垂控制器、无功功率计算器、第三减法器和比例积分器；所述电压幅值计算器261的输入端与配电网18连接，电压幅值计算器261的输出端与v/q下垂控制器263的输入端连接，v/q下垂控制器263的输出端及无功功率计算器268的输出端与第三减法器265的输入端连接，第三减法器265的输出端与比例积分器267的输入端连接，比例积分器267的输出端与电流控制器23的输入端连接。

所述v/q下垂控制器包括无功功率上限控制器、无功功率上段下垂控制器、无功钳位控制器、无功功率下段下垂控制器、无功功率下限控制器和第二加法器，所述无功功率上限控制器、无功功率上段下垂控制器、无功钳位控制器、无功功率下段下垂控制器、无功功率下限控制器的输入端均与电压幅值计算器的输出端连接，其输出端均与第二加法器的输入端连接，所述第二加法器的输出端与第三减法器的输入端连接。

由上述技术方案可知，本实用新型通过v/q下垂特性曲线控制光储dc/ac变换器输出的无功功率，达到稳定配电网电压的目标，并通过v/p下垂特性曲线控制储能dc/dc变换器发出或吸收有功功率，达到进一步稳定配电网电压的目的。这样可以充分利用有功功率和无功功率的变化对配电网电压的影响规律来控制电压，由此可以有效的抑制配电网电压越限，提高电压稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的配电网分布式光储系统的原理结构示意图；

图2是本实用新型的储能dc/dc变换控制器原理结构示意图；

图3是本实用新型的v/p下垂控制器原理结构示意图；

图4是本实用新型的光储dc/ac变换控制器原理结构示意图；

图5是本实用新型的无功功率控制器原理结构示意图；

图6是本实用新型的v/q下垂控制器原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的基于分布式光储系统的配电网电压控制系统，包括将太阳能转化为电能的光伏电池板11，将直流电压转化为更高直流电压的光伏dc/dc变换器12，将电能进行储存直流侧电容13，将电能储存或者释放的储能电池组15，吸收直流侧电容电能或者对外放电的储能dc/dc变换器16，将直流电压转化为交流电压的光储dc/ac变换器14，对所输出的交流电压进行滤波处理的滤波器17，配电网18。光伏dc/dc变换器12的输入端与光伏电池板11连接，光伏dc/dc变换器12的输出端经直流侧电容13与光储dc/ac变换器14的输入端连接，光储dc/ac变换器14的输出端经滤波器17与配电网18连接，储能dc/dc变换器12的输入端与电池组15连接，储能dc/dc变换器12的输出端与光储dc/ac变换器14的输入端连接。

储能dc/dc变换控制器3，用于实时采集光伏电池板11输出电压ucell和电流信号icell、储能电池组15输出电压upv和电流信号ipv、以及配电网18三相电压信号uta、utb、utc，通过信号处理后形成储能驱动信号30，然后执行对储能dc/dc变换器16的控制过程。

光储dc/ac变换控制器2，用于实时采集直流侧电容电压信号udc以及配电网18三相电压uta、utb、utc和电流信号ia、ib、ic，通过计算和处理后形成光储逆变驱动信号20，然后执行对光储dc/ac变换器14的控制过程。

如图2所示，储能dc/dc变换控制器3包括配电网电压幅值计算器31、光伏电池板输出有功功率计算器36、储能电池组输出有功功率计算器37、v/p下垂控制器32、减法器33、减法器34、比例积分器35。

配电网电压幅值计算器31的输入端与配电网18连接，光伏电池板输出有功功率计算器36的输入端与电池板11的输出端连接，储能电池组输出有功功率计算器36的输入端与电池组15的输出端连接，配电网电压幅值计算器31的输出端与v/p下垂控制器32的输入端连接，v/p下垂控制器32、光伏电池板输出有功功率计算器36的输出端与减法器33的输入端连接，减法器33及储能电池组输出有功功率计算器37的输出端与减法器34的输入端连接，减法器34的输出端与比例积分器35的输入端连接，比例积分器35的输出端与储能dc/dc变换器16的控制端连接。

其中，电网电压幅值计算器31用于实时采集配电网三相电压信号uta、utb、utc，并基于采集值通过计算得到配电网电压幅值信号310；v/p下垂控制器32接收配电网电压幅值信号310经过下垂计算和信号处理得到光储系统有功功率参考信号320；光伏电池板输出有功功率计算器36用于实时采集光伏电池板输出电压upv和电流ipv信号，并基于采集值通过计算得到光伏电池板输出有功功率信号360；储能电池组输出有功功率计算器37用于实时采集储能电池组输出电压ucell和电流icell信号，并基于采集值通过计算得到储能电池组输出有功功率信号370；第一减法器33接收光储系统有功功率参考信号320和光伏电池板输出有功功率信号360，通过减法运算得到储能电池组有功功率参考信号330；第二减法器34接收储能电池组有功功率参考信号330和储能电池组输出有功功率信号370，通过减法运算得到储能电池组有功功率误差信号340；比例积分器35接收储能电池组有功功率误差信号340，通过比例积分运算得到驱动信号30，以驱动储能dc/dc变换器16。

如图3所示，v/p下垂控制器32包括有功功率上限控制器321、有功功率上段下垂控制器322、有功钳位控制器323、有功功率下段下垂控制器324、有功功率下限控制器325、加法器3251。该有功功率上限控制器321、有功功率上段下垂控制器322、有功钳位控制器323、有功功率下段下垂控制器324、有功功率下限控制器325均与加法器3251的输入端连接，加法器3251的输出端与减法器33的输入端连接；

其中，有功功率上限控制器321实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号小于或等于vmin，则有功功率上限控制器321输出有功功率参考信号pmax，如果该信号大于vmax，则有功功率上限控制器321输出为0；有功功率上段下垂控制器322实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号大于vmin并小于或等于v1，则有功功率上段下垂控制器322根据v/p下垂特性曲线来输出有功功率参考信号p1，否则，输出为0；有功钳位控制器323实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号310大于v1并小于或等于v2，则有功钳位控制器323输出恒定的有功功率参考信号po，否则，输出为0；有功功率下段下垂控制器324实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号310大于v2并小于或等于vmax，则有功功率下段下垂控制器324根据v/p下垂特性曲线来输出有功功率参考信号p2，否则，输出为0；有功功率下限控制器325实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号310大于vmax，则有功功率下限控制器325输出有功功率参考信号pmin。加法器3251用于接收有功功率上限控制器321、有功功率上段下垂控制器322、有功钳位控制器323、有功功率下段下垂控制器324、有功功率下限控制器325的输出信号326、327、328、329和3250，经过加法计算得到光储系统有功功率参考信号320。

本实施例的电压vmin设定为0.9倍的额定电压值，电压vmax设定为1.1倍的额定电压值。并且所述v/p下垂特性曲线为非对称式下垂曲线，有功功率差值pmax-po大于有功功率差值po-pmin。

如图4所示，光储dc/ac变换控制器2包括直流电压控制器21、无功功率控制器26、电流控制器23，锁相环29和dc/ac变换驱动信号生成器25。

该直流电压控制器21的输入端并联在直流侧电容13的两端，无功功率控制器26的输入端与配电网18连接，直流电压控制器21及无功功率控制器26的输出端与电流控制器23的输入端连接，电流控制器23的输出端与dc/ac变换驱动信号生成器25的输入端连接，dc/ac变换驱动信号生成器25的输出端与光储dc/ac变换器14的控制端连接，该锁相环29的输入端与无功功率控制器26的输入端连接，锁相环29的输出端与电流控制器23的输入端连接。

其中，直流电压控制器21接收直流电容电压信号udc和直流电压参考信号udcref，通过计算和处理输出d轴电流参考信号22，并将d轴电流参考信号22输出至电流控制器23；无功功率控制器26接收配电网三相电压uta、utb、utc和电流信号ia、ib、ic，通过计算和处理得到q轴电流参考信号27，并将q轴电流参考信号27输出至电流控制器23；锁相环29接收配电网三相电压信号uta、utb、utc，通过锁相控制得到电压相位信号28并输送至电流控制器23；电流控制器23接收d轴电流参考信号22、q轴电流参考信号27、配电网三相电流信号ia、ib、ic和电压相位信号28，通过计算和处理得到调制信号24，并将调制信号24输送至dc/ac变换驱动信号生成器25；dc/ac变换驱动信号生成器25根据所接收的调制信号24得到驱动信号20，并将驱动信号20输送至dc/ac变换器14。

如图5所示，无功功率控制器26包括电压幅值计算器261，v/q下垂控制器263、无功功率计算器268、减法器265、比例积分器267；电压幅值计算器261的输入端与配电网18连接，电压幅值计算器261的输出端与v/q下垂控制器263的输入端连接，v/q下垂控制器263的输出端及无功功率计算器268的输出端与减法器265的输入端连接，减法器265的输出端与比例积分器267的输入端连接，比例积分器267的输出端与电流控制器23的输入端连接。

该电压幅值计算器261，用于接收配电网三相电压信号uta、utb、utc经过计算得到电压幅值信号262，并输送至v/q下垂控制器263；v/q下垂控制器263，用于接收电压幅值信号262，通过v/q下垂特性曲线计算得到无功功率参考信号264，并输送至减法器265；无功功率计算器268，用于接收三相电压uta、utb、utc和电流信号ia、ib、ic，经过计算得到无功功率信号269，并输送至减法器265；减法器265接收无功功率参考信号264和无功功率信号269，将两者作减法运算得到无功功率误差值266，并将计算结果输送至比例积分器267；比例积分器267，用于接收无功功率误差值266，通过计算和处理得到q轴电流参考信号27。

如图6所示，v/q下垂控制器263包括无功功率上限控制器201、无功功率上段下垂控制器202、无功钳位控制器203、无功功率下段下垂控制器204、无功功率下限控制器205、加法器2092。

其中，无功功率上限控制器201，用于实时采集配电网电压幅值信号262，如果该信号262小于或等于vmin，则无功功率上限控制器201输出无功功率参考信号qmax，如果该信号262大于vmax，则无功功率上限控制器201输出为0；无功功率上段下垂控制器202，用于实时采集配电网电压幅值信号262，如果该信号262大于vmin并小于或等于vq1，则无功功率上段下垂控制器202根据v/q下垂特性曲线来输出无功功率参考信号q1，否则，输出为0；无功钳位控制器203，用于实时采集配电网电压幅值信号262，如果该信号262大于vq1并小于或等于vq2，则无功钳位控制器203输出为0；无功功率下段下垂控制器204，用于实时采集配电网电压幅值信号262，如果该信号262大于vq2并小于或等于vmax，则无功功率下段下垂控制器204根据v/q下垂特性曲线来输出无功功率参考信号q2，否则，输出为0；无功功率下限控制器205，用于实时采集配电网电压幅值信号262，如果该信号262大于vmax，则无功功率下限控制器205输出无功功率参考信号qmin。加法器2092，用于接收无功功率上限控制器201、无功功率上段下垂控制器202、无功钳位控制器203、无功功率下段下垂控制器204、无功功率下限控制器205的输出信号206、207、208、209、2091，经过加法计算得到光储系统无功功率参考信号264。

本实施例的，无功功率参考信号qmax为最大有功参考信号，无功功率参考信号qmin为最小无功参考信号，并且qmax的绝对值大于qmin的绝对值。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。