一种车载式直流微电网系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种微电网系统，尤其设及一种车载式（或移动式）直流微电网系统。
【背景技术】
[0002] 近年来随着新型大功率半导体开关器件、储能技术和变流技术的快速发展，W及 可再生能源发电的异军突起，传统电网拓扑结构迎来了一次革命性变化。作为智能电网的 重要组成部分，微型电网（简称"微电网"或"微网"）技术吸引了世界各国的广泛关注。围 绕微电网的控制策略、稳定性分析、储能方式、能量管理、电能质量治理等方面，国内外众多 专家和学者做了大量深入系统的研究工作，取得了丰富的研究成果。同时在工业界，美国、 欧盟和日本等国家和地区已建成多个微网示范工程。而我国也已建成数十个W智能电网、 物联网和储能技术为支撑的新能源微电网示范项目。
[0003] 微电网技术的持续快速发展也带动了移动电源车辆电力系统更新换代的步伐。目 前，移动电源车辆的供电电源呈现出由传统发动机（柴油发动机或汽油发动机）为主，向多 种分布式电源特别是新能源（包括风能、太阳能等）同步接入的方向发展趋势。同时，采用 储能装置进行能量的存储和缓冲也已成为业界的共识。然而，新能源的接入也对车载移动 电源的配电结构和控制策略提出了挑战。例如，在军用装备领域，移动电源车辆的负载多为 脉冲功率形式，对车载电网的冲击较大，但同时要求车辆能够具备不间断供电能力和较高 的电能品质。如何设计车载综合电力系统的拓扑结构，优化系统的控制就成为一个重点和 难点问题。对此，尽管已有文献提出诸如柴储型或光储型移动电站的拓扑结构，但鲜有文献 从微电网的角度出发，对移动电源车辆的拓扑结构进行优化设计和控制改进。运正是本发 明要解决的关键问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种车载式直流微电网系统及控制方 法，满足移动电源车辆接入分布式电源后不间断供电、高品质供电和绿色供电的性能要求。 阳〇化]本发明的目的是通过W下技术方案实现的：一种车载式直流微电网系统主要包括 W下组成部件：发动机-发电机组、可控整流器、蓄电池组、双向DC-DC变换器、超级电容、 光伏发电板、单向DC-DC变换器和可控逆变器，两条幅值同为380V的市电传输导线，W及3 个同型号的交流断路器CB。、CBi、CBz和5个同型号的直流断路器CB3、CB4、CBs、CBe、CB,。其 中：蓄电池组、双向DC-DC变换器和超级电容构成本发明的复合储能装置；光伏发电板和单 相DC-DC变换器构成本发明的光伏发电系统。上述各部件集成于一个标准方舱之中，其中 光伏发电板平铺于方舱顶部。各部件之间的电气连接关系为：发动机-发电机组的=相交 流电输出端，通过交流断路器CBi连接到可控整流器的输入端，可控整流器的输出端通过直 流断路器CBs并联到直流母线上；蓄电池组的输出端，连接到双向DC-DC变换器的低压端， 双向DC-DC变换器的高压端通过直流断路器CBa并联到直流母线上；超级电容的输出端通 过直流断路器CBs并联到直流母线上；光伏发电板的输出端，连接到单向DC-DC变换器的低 压端，单向DC-DC变换器的高压端通过直流断路器CBe并联到直流母线上；可控逆变器的输 入端通过直流断路器CB,并联到直流母线上，可控逆变器的输出端作为整个车载电网系统 的输出端，连接到用电负载；一条市电传输导线通过交流断路器CB。连接到可控整流器的输 入端；另一条市电传输导线通过交流断路器CBz连接到可控逆变器的输出端。
[0006] 本发明的一种车载式直流微电网系统的控制方法主要包括W下步骤：
[0007] 1.首先检测有无市电电压，据此将车载式直流微电网系统的工作模式区分为并网 运行模式和离网运行模式；具体为：
[0008] 1. 1有市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于并网运行模式，此时交流 断路器CB。闭合，交流断路器CB1、CBz断开，直流断路器CB3、CB4、CBs、CBe、CB,均闭合；
[0009] 1.2无市电电压的情况下，车载式直流微电网系统工作于离网运行模式（或孤岛 运行模式），此时交流断路器CBi闭合，交流断路器CB。、CBz断开，直流断路器CB 3、CB4、CBs、 CBeXB,均闭合；同时依据负载功率的大小，决定发动机-发电机组是否启动：如果是大功率 负载，则启动发动机-发电机组，由发动机-发电机组、复合储能装置、光伏发电系统联合向 负载供电，构成柴光储型发电系统；反之，如果是小功率负载，则关闭发动机-发电机组，由 复合储能装置、光伏发电系统联合向负载供电，构成光储型发电系统，且当光伏发电系统的 输出功率依然高于负载所需功率时，复合储能装置将自动储存多余的电能；
[0010] 1. 3并网运行模式、离网运行模式的切换依据及操作方法为：市电网发生掉电故 障后，系统的工作模式将由并网运行模式切换至离网运行模式，此时交流断路器CB。首先断 开，之后发动机-发电机组启动运行，待发动机-发电机转速达到额定值后交流断路器CBi 闭合，由发动机-发电机组输出负载所需的平均功率，该模式切换过程中5个直流断路器 〔83、〔84、〔85、〔86、〔87和交流断路器〔8 2均不动作；市电网掉电故障消除（电压恢复）后，系 统的工作模式将由离网运行模式切换至并网运行模式，此时发动机-发电机组首先关闭， 待交流断路器CBi断开后，交流断路器CB。闭合，改由市电网输入负载所需的平均功率，同样 该模式切换过程中5个直流断路器CBs、CB4、CBs、CBe、CB,和交流断路器CB 2均不动作；
[0011] 2.当可控整流器或可控逆变器任何一个出现故障时，车载式直流微电网系统将工 作于故障运行模式，此时交流断路器CB。、CBi和5个直流断路器CB 3、CB4、CBs、CBe、CB,均断 开，交流断路器CBz闭合；
[0012] 3.并网运行模式或离网运行模式下，可控整流器、双向DC-DC变换器、单向DC-DC 变换器和可控逆变器的控制策略如下：
[0013] 3. 1可控整流器采用传统的直接功率控制结构，其中有功功率、无功功率的参考值 分别设定为负载的平均有功功率之和、平均无功功率之和；
[0014] 3. 2双向DC-DC变换器采用恒压模式或恒流模式进行控制，具体为：当蓄电池组的 荷电状态SOC大于等于其阔值下限SOCmi。，即当SOC > SOCmm时，双向DC-DC变换器工作于恒 压模式（或Boost模式）；当SOC低于其阔值下限，即当S0C<S0Cmi。时，双向DC-DC变换器切 换至恒流模式（或Buck模式），W额定电流向蓄电池组充电，直至蓄电池组的荷电状态SOC 重新达到阔值上限SOCm。、;其中，恒压模式下，为了减少蓄电池组的放电频率，延长电池的使 用寿命，设计一个5%的母线电压控制死区，即只有当直流母线电压低于额定值的95% (或 直流母线电压跌落5% )时，双向DC-DC变换器的触发脉冲才有效；同时，为了节约计算资 源，蓄电池组的荷电状态SOC设计为每隔5s检测并判断一次；
[0015] 3. 3单向DC-DC变换器采用工业上较为成熟的扰动观察法，使光伏发电系统始终 工作于最大功率追踪（MPPT)模式；
[0016] 3. 4可控逆变器采用改进的矢