一種微電源的控制方法和控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微電源的控制方法和控制裝置，在判斷微電網(wǎng)處于孤島運行時，選擇至少一個微電源作為用于穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的主控電源；作為主控電源的微電源采用V/f控制方式，其他具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源采用下垂（Droop）控制方式；所述選擇的方法為：將系統(tǒng)頻率與各微電源的設(shè)定頻率閾值進行比較，系統(tǒng)頻率達到其設(shè)定頻率閾值的微電源由Droop控制方式切換為V/f控制方式。微電源作為主控電源給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運行。
【專利說明】一種微電源的控制方法和控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有滯回輸出特性的微電源的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大力促進新能源的開發(fā)和利用是解決當(dāng)前面臨的能源短缺危機和緩解環(huán)保壓力的有效措施，在各國政府的大力支持下，環(huán)保、高效、靈活、以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速的發(fā)展。為了充分發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)點并解決大電網(wǎng)與其之間的矛盾，一般將分布式發(fā)電系統(tǒng)以微電網(wǎng)的形式運行，然而隨著微電網(wǎng)的接入，出現(xiàn)了一些新的問題，主要是微電網(wǎng)在孤島運行模式下采用何種控制方式才能維持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0003]微電網(wǎng)在孤網(wǎng)狀態(tài)時，需要對其內(nèi)部各個微電源進行有效的控制以維持整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，保證系統(tǒng)的電壓及頻率在合理的范圍內(nèi)。目前，國內(nèi)外學(xué)者主要提出了三種基于換流器接口的微電源的控制方式:Droop控制方式(下垂控制方式)、V/f控制方式和PQ控制方式，其中的Droop控制方式在負荷功率變化時不能維持系統(tǒng)的頻率為一恒定值，V/f控制方式不能并網(wǎng)運行，而PQ控制方式又不能獨立運行，只能運行于有其他電源提供電壓及頻率支撐的情況下。在這三種微電源控制方式的基礎(chǔ)上，常見的微電網(wǎng)孤島運行時的控制方法主要有基于下垂控制方式的對等控制和基于單個V/f電源的主從控制。采用對等控制時，隨著負荷需求的變化系統(tǒng)的電壓幅值及頻率也會相應(yīng)的發(fā)生變化，原因在于Droop控制方式屬于有差調(diào)節(jié)，在負荷需求變化較大時系統(tǒng)的電壓幅值及頻率可能超出規(guī)定的允許偏差范圍，不能使系統(tǒng)穩(wěn)定運行；采用基于單個V/f電源的主從控制時，雖然可以在V/f電源的可調(diào)容量范圍內(nèi)維持系統(tǒng)的電壓幅值及頻率不變，但是系統(tǒng)對該電源的依賴程度較高，一旦系統(tǒng)內(nèi)需要大量的功率交換，超出其可調(diào)容量范圍，或者該電源出現(xiàn)故障，就不能繼續(xù)維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，甚至導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種微電源的控制方法和控制裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)Droop控制與V/f控制的缺陷。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0006]一種微電源的控制方法，至少包括:
[0007]判斷切換步驟:在判斷微電網(wǎng)處于孤島運行時，微電源檢測系統(tǒng)頻率，與其設(shè)定的頻率閾值進行比較，若系統(tǒng)頻率達到其設(shè)定頻率閾值，則采用相應(yīng)頻率閾值對應(yīng)的V/f控制方式；在v/f控制方式下，若輸出功率達到功率調(diào)節(jié)閾值，則切換為Droop控制方式。
[0008]判斷微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行時，具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源采用Droop控制方式。
[0009]每個微電源設(shè)定的頻率閾值包括上限頻率閾值和下限頻率閾值；當(dāng)系統(tǒng)頻率減小時，與下限頻率閾值比較；當(dāng)系統(tǒng)頻率增加時，與上限頻率閾值比較；上限頻率閾值和下限頻率閾值分別對應(yīng)不同的V/f控制方式。
[0010]微電網(wǎng)中的各微電源的上限頻率閾值和下限頻率閾值各不相同。[0011]一種微電源的控制裝置，至少包括:
[0012]判斷切換模塊:在判斷微電網(wǎng)處于孤島運行時，微電源檢測系統(tǒng)頻率，與其設(shè)定的頻率閾值進行比較，若系統(tǒng)頻率達到其設(shè)定頻率閾值，則采用相應(yīng)頻率閾值對應(yīng)的V/f控制方式；在v/f控制方式下，若輸出功率達到功率調(diào)節(jié)閾值，則切換為Droop控制方式。
[0013]判斷微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行時，具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源采用Droop控制方式。
[0014]每個微電源設(shè)定的頻率閾值包括上限頻率閾值和下限頻率閾值；當(dāng)系統(tǒng)頻率減小時，與下限頻率閾值比較；當(dāng)系統(tǒng)頻率增加時，與上限頻率閾值比較；上限頻率閾值和下限頻率閾值分別對應(yīng)不同的V/f控制方式。
[0015]微電網(wǎng)中的各微電源的上限頻率閾值和下限頻率閾值各不相同。
[0016]本發(fā)明的微電源的控制方法適用于微電網(wǎng)電源通過并網(wǎng)換流器與大電網(wǎng)連接的系統(tǒng)。微電網(wǎng)切換為孤島模式時，微電源在系統(tǒng)頻率達到其設(shè)定的頻率閾值時就會由Droop方式切換為V/f控制方式，作為主控電源來提供電壓及頻率支撐，當(dāng)其輸出的功率達到V/f控制區(qū)段的輸出功率閾值時又自動切換為Droop控制方式，而由其他的微電源來提供電壓及頻率。在系統(tǒng)出現(xiàn)大量功率交換時，隨著系統(tǒng)頻率下降而選擇其他微電源作為主控電源，而自身切換回Droop控制；同樣在系統(tǒng)負荷減小時，隨著頻率增加選擇其他微電源作為主控電源。
[0017]由于設(shè)定頻率閾值包括上限頻率閾值與下限頻率閾值，在系統(tǒng)負荷增加，頻率減小時，應(yīng)與下限頻率閾值比較以確定控制方式的切換；在系統(tǒng)負荷減小，頻率增加時，應(yīng)與上限頻率閾值比較。上、下限頻率閾值分別對應(yīng)不同的V/f控制曲線。所以，各微電源的控制特性曲線為滯回特性曲線。
[0018]在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，由于有大電網(wǎng)維持頻率電壓,微電網(wǎng)內(nèi)具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源可以采用DlOOP控制方式跟隨系統(tǒng)的頻率輸出相應(yīng)的功率，而出力具有隨機性的微電源可以采用PQ控制方式輸出恒定的功率。
[0019]本發(fā)明與V/f方式相比，其特性曲線更接近傳統(tǒng)發(fā)電機的輸出特性，并且在切換時有一定的斜率，減小了系統(tǒng)的頻率抖動；與Droop方式相比，不同于普通的一次調(diào)頻，在V/f控制段可以維持系統(tǒng)的頻率不變，相當(dāng)于二次調(diào)頻。該控制方法吸取了 V/f方式和Droop方式的優(yōu)點，克服了它們的缺點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；
[0021]圖2是DGl (a)、DG2 (b)的P_f下垂特性曲線圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0023]以兩個微電源為例(本方法當(dāng)然也適用于更多的微電源)，微電源DG1、DG2連接于微電網(wǎng)母線，DGU DG2均設(shè)有對應(yīng)的并離網(wǎng)控制器且具有功率調(diào)節(jié)能力。如圖1所示為控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成示意圖，微電源的控制系統(tǒng)包括并網(wǎng)換流器、換流器控制模塊、功率計算模塊、鎖相環(huán)模塊以及電壓電流檢測模塊。
[0024]電壓電流檢測模塊主要用于檢測當(dāng)前系統(tǒng)的電壓電流變量；鎖相環(huán)模塊主要用于檢測系統(tǒng)的實時頻率，以控制并網(wǎng)換流器跟蹤系統(tǒng)的頻率；功率計算模塊主要用于通過檢測模塊獲得的電壓電流變量來計算微電源輸出的實時有功和無功功率；并網(wǎng)換流器主要用于微電源和大電網(wǎng)的連接及其之間的電能交換，由換流器控制模塊來控制；換流器控制模塊包括DlOOP控制器和V/f控制器，使得微電源的輸出外特性同時滿足DlOOP特性曲線及v/f特性曲線。
[0025]微電網(wǎng)電源通過并網(wǎng)換流器與大電網(wǎng)連接，換流器控制模塊通過電壓電流檢測模塊獲得的反饋變量、鎖相環(huán)模塊得到的實時頻率、功率計算模塊得到的微電源輸出的有功和無功功率以及設(shè)定的參考變量進行邏輯判斷，最終輸出SPWM調(diào)制信號，以控制換流器的功率開關(guān)器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0026]并網(wǎng)換流器主要用于將微電源發(fā)出的不同形式的電能轉(zhuǎn)換為工頻的交流電，針對不同的要求有不同的拓撲結(jié)構(gòu)，因此可根據(jù)具體的要求來設(shè)計，本發(fā)明不對其加以限制。
[0027]本發(fā)明中，以負荷有功功率的變化為例進行討論，工作原理如下:
[0028]微電網(wǎng)運行于孤島模式時，假設(shè)初始工作狀態(tài)為微電源DGl作為主控電源運行于v/f方式下，維持系統(tǒng)的頻率為其最小頻率flmin，輸出有功功率為Pu (如圖2 (a))，微電源DG2跟隨系統(tǒng)的頻率運行于圖2 (b)中的A點，輸出有功功率為P2 (l。隨著負荷有功需求的增加，DGl輸出功率增大，只要在其功率可調(diào)節(jié)范圍(Pln~Plm)內(nèi)，系統(tǒng)的頻率就保持不變?yōu)閒lmin。若輸出有功達到Plm仍無法滿足負荷需求時，DGl將會自動轉(zhuǎn)換為Droop控制，繼續(xù)增加其有功輸出，此后由于負荷的增加系統(tǒng)的頻率會下降，當(dāng)系統(tǒng)的頻率下降到f2min時，DG2將由Droop控制轉(zhuǎn)換為V/f控制方式，作為新的主控電源維持系統(tǒng)的頻率為f2min不變，并增加其輸出有功參與功率的調(diào)節(jié)，而DGl將運行于圖2 Ca)中的B點輸出恒定的有功功率，直到DG2的輸出有功達到P2m時也轉(zhuǎn)換為Droop控制方式。若某一時刻由于負荷需求的減小而使得系統(tǒng)的頻率大于f2min時，DG2將按其Droop曲線減小其輸出的有功功率，在系統(tǒng)頻率達到f2max時，將轉(zhuǎn)換為V/f方式，維持系統(tǒng)的頻率為其最大頻率f2max，并減小其輸出有功以使系統(tǒng)達到功率平衡，此過程中DGl也將按其特性曲線運行并減小出力，最終跟蹤系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定運行于C點。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，由于有大電網(wǎng)來穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓及頻率，所有具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源都采用Droop控制方式輸出相應(yīng)的功率，而輸出具有隨機性的微電源則可采用PQ控制方式跟蹤其功率參考值輸出恒定的功率。
[0029]從以上原理分析可以看出，P-f下垂特性曲線圖中，V/f控制中的箭頭方向表示在系統(tǒng)負荷增加、減小時的微電源輸出功率變化方向，也說明在系統(tǒng)負荷增加、減小時沿不同的V/f曲線運行:在系統(tǒng)負荷增加，頻率減小時，與下限頻率閾值比較以切換到下方的V/f曲線；在系統(tǒng)負荷減小，頻率增加時，與上限頻率閾值比較以切換到上方的v/f曲線。所以特性曲線表現(xiàn)出滯回輸出特性。
[0030]本實施例中，各微電源的上下限頻率閾值各不相同。作為其他實施方式，也不排除其中存在相同閾值的微電源的情況，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況進行設(shè)計。 [0031]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，其內(nèi)部的微電源采用Droop控制或PQ控制方式參與功率的調(diào)節(jié)；微電網(wǎng)切換為孤島模式時，具有滯回輸出特性的微電源在系統(tǒng)頻率達到其設(shè)置的最大或最小參考頻率時就會由Droop方式切換為V/f控制方式，作為主控電源來提供電壓及頻率支撐，當(dāng)其輸出的功率達到V/f控制區(qū)段的最大輸出功率時又自動切換為Droop控制方式，而由另一個具有同樣輸出特性的微電源來穩(wěn)定電壓及頻率。由此可以看出，具有這種滯回輸出特性的微電源不但可以運行于微網(wǎng)的并網(wǎng)模式下，還可以運行于微網(wǎng)的孤島模式下，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓幅值及頻率，并且使系統(tǒng)具有多個平衡節(jié)點，其功率調(diào)節(jié)范圍增大，每個具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源可根據(jù)其設(shè)置的上限、下限頻率閾值及其可輸出的有功功率的范圍來投入或退出主控模式，也就是說各微電源工作方式的切換不需要通訊。另外，這種微電源還使得系統(tǒng)具有較好的容錯性能，主要表現(xiàn)在負荷功率變化時，各微電源依次切換為主控電源調(diào)節(jié)自身輸出的功率，即使次序出現(xiàn)錯誤仍會有微電源作為主控電源給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運行。
[0032]以上給出一種具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于
【發(fā)明內(nèi)容】
部分的基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微電源的控制方法，其特征在于，至少包括: 判斷切換步驟:在判斷微電網(wǎng)處于孤島運行時，微電源檢測系統(tǒng)頻率，與其設(shè)定的頻率閾值進行比較，若系統(tǒng)頻率達到其設(shè)定頻率閾值，則采用相應(yīng)頻率閾值對應(yīng)的v/f控制方式；在v/f控制方式下，若輸出功率達到功率調(diào)節(jié)閾值，則切換為Droop控制方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微電源的控制方法，其特征在于，判斷微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行時，具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源采用Droop控制方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種微電源的控制方法，其特征在于，每個微電源設(shè)定的頻率閾值包括上限頻率閾值和下限頻率閾值；當(dāng)系統(tǒng)頻率減小時，與下限頻率閾值比較；當(dāng)系統(tǒng)頻率增加時，與上限頻率閾值比較；上限頻率閾值和下限頻率閾值分別對應(yīng)不同的V/f控制方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微電源的控制方法，其特征在于，微電網(wǎng)中的各微電源的上限頻率閾值和下限頻率閾值各不相同。
5.一種微電源的控制裝置，其特征在于，至少包括: 判斷切換裝置:在判斷微電網(wǎng)處于孤島運行時，微電源檢測系統(tǒng)頻率，與其設(shè)定的頻率閾值進行比較，若系統(tǒng)頻率達到其設(shè)定頻率閾值，則采用相應(yīng)頻率閾值對應(yīng)的V/f控制方式；在V/f控制方式下，若輸出功率達到功率調(diào)節(jié)閾值，則切換為Droop控制方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微電源的控制裝置，其特征在于，判斷微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行時，具有功率調(diào)節(jié)能力的微電源采用Droop控制方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種微電源的控制裝置，其特征在于，每個微電源設(shè)定的頻率閾值包括上限頻率閾值和下限頻率閾值；當(dāng)系統(tǒng)頻率減小時，與下限頻率閾值比較；當(dāng)系統(tǒng)頻率增加時，與上限頻率閾值比較；上限頻率閾值和下限頻率閾值分別對應(yīng)不同的V/f控制方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微電源的控制裝置，其特征在于，微電網(wǎng)中的各微電源的上限頻率閾值和下限頻率閾值各不相同。
【文檔編號】H02J3/00GK103904642SQ201410102735
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】王以笑, 崔麗艷, 雷振鋒, 路進升, 唐云龍, 孔波利, 王留送, 唐宇 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司