含有混合儲能的微電網(wǎng)及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及一種含有混合儲能的微電網(wǎng)及其控制方法，屬于微電網(wǎng)利用技術 領域。
【背景技術】
[0002] 為滿足能源利用可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求，近些年來可再生能源發(fā)電技術得到極大 的關注并取得了一定的進展。將可再生能源應用到微電網(wǎng)中是一項重大舉措，然而微電網(wǎng) 的系統(tǒng)慣性較小，可再生能源受自然條件的影響，功率輸出具有間歇性和隨機性，因此這類 電源的接入會給系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及供電可靠性帶來一定的負面影響。在微電網(wǎng)運行時， 常將柴油發(fā)電機、微型燃氣輪機、燃料電池等輸出功率穩(wěn)定且容量較大可控型微電源對系 統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，用來維持系統(tǒng)電壓與頻率穩(wěn)定。出于經(jīng)濟成本考慮，采用控制靈活、便捷的儲 能裝置來平抑微電網(wǎng)系統(tǒng)功率波動目前是一項最佳選擇。通過調(diào)節(jié)儲能裝置功率輸入輸 出，可以在一定程度上抑制系統(tǒng)功率的波動性和非預測性，實現(xiàn)微網(wǎng)運行穩(wěn)定與可靠。
[0003] 然而多種間歇性非可控微電源和可控型微電源的接入，對微電網(wǎng)的運行與控制提 出巨大的挑戰(zhàn)。如何提高微電網(wǎng)的供電質(zhì)量和并網(wǎng)運行的可調(diào)度性已成為當今一項重要課 題。微電網(wǎng)在運行時網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者出現(xiàn)故障時，通過對各分布式微電源以及儲能 裝置進行協(xié)調(diào)控制，以保證在任何情況下都可以對大電網(wǎng)以及負荷提供優(yōu)質(zhì)電能，因此控 制方式的好壞直接影響微電網(wǎng)的經(jīng)濟性能和技術性能。近些年國內(nèi)外一些文獻對微網(wǎng)的運 行與控制采用下垂控制方式，但是在孤島運行時各分布式電源功率不能得到合理分配，動 態(tài)過程中容易產(chǎn)生較大的功率振蕩、系統(tǒng)控制環(huán)控制參數(shù)復雜、可控微源切換過程中的功 率缺額、以及并網(wǎng)離網(wǎng)運行模式下平穩(wěn)過渡系統(tǒng)穩(wěn)定性問題都是有待于解決的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 發(fā)明目的
[0005] 針對微電網(wǎng)在運行時網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者出現(xiàn)故障時，如何協(xié)調(diào)各微電源之間 關系，以保證在任何情況下都可以對大電網(wǎng)以及負荷提供優(yōu)質(zhì)電能，本發(fā)明提出了一種含 有混合儲能的微電網(wǎng)及其控制方法。
[0006] 技術方案
[0007] -種含有混合儲能的微電網(wǎng)，其特征在于：光伏電池連接DC/AC變流器與負荷并 聯(lián)，風機與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負荷并聯(lián)，光伏電池與風機并聯(lián)經(jīng)過斷路 器連接到交流母線上；燃料電池連接DC/AC變流器與負荷并聯(lián)，并經(jīng)過斷路器連接到交流 母線上；燃氣輪機與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負荷并聯(lián)，經(jīng)過斷路器連接到交 流母線上；柴油機與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負荷并聯(lián)，經(jīng)過斷路器連接到 交流母線上；超級電容器與蓄電池分別通過DC/DC變流器與DC/AC逆變器連接，并與負荷并 聯(lián)，經(jīng)過斷路器連接到交流母線上；交流母線通過斷路器與電網(wǎng)連接。
[0008] -種如上所述含有混合儲能的微電網(wǎng)控制方法，其特征在于：微電網(wǎng)在并網(wǎng)、離網(wǎng) 以及平滑切換過程中，通過控制混合儲能裝置充放電，對微電網(wǎng)運行狀態(tài)進行功率補償，步 驟如下：
[0009] (1)、微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行時，將非可控型微源作為主電源為電網(wǎng)和負荷供電，可控 型微源與微網(wǎng)斷開，此時非可控型微源采用PQ控制，蓄電池和超級電容器同時對微電網(wǎng)進 行充放電，并根據(jù)系統(tǒng)波動功率的合理分配對混合儲能裝置變流器進行協(xié)調(diào)控制；
[0010] (2)、微電網(wǎng)在并網(wǎng)離網(wǎng)運行平滑切換以及負荷投切時，采用超級電容器來平抑可 控微源投切過程中的功率波動，蓄電池通過充放電用來維護系統(tǒng)整體性能的穩(wěn)定；此時儲 能裝置外環(huán)采用下垂控制方式，內(nèi)環(huán)采用模糊滑?？刂品绞?；
[0011] (3)、微電網(wǎng)在離網(wǎng)運行時，將可控型微源作為微網(wǎng)主電源，采用VF控制維持微電 網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定，此時非可控型微源與微網(wǎng)斷開。
[0012] 混合儲能裝置逆變器采用模糊滑?？刂品绞?，采用比例切換控制方法對母線電流 誤差和電流誤差變化率進行切換，同時對切換函數(shù)和切換函數(shù)微分進行模糊化，經(jīng)過模糊 推理和解模糊化后，最后經(jīng)過模糊控制器得到輸出控制量，并對控制對象進行控制。
[0013] 混合儲能裝置DC雙向變流器采用電壓內(nèi)環(huán)和電流外環(huán)的雙閉環(huán)控制模式，電流 外環(huán)通過快速動態(tài)響應，電壓內(nèi)環(huán)主要維持輸出電壓穩(wěn)定，并產(chǎn)生適當?shù)难a償電壓增強輸 出電壓穩(wěn)定性。
[0014] 優(yōu)點及效果
[0015] 本發(fā)明提出了一種含有混合儲能的微電網(wǎng)及其控制方法，具有如下優(yōu)點：
[0016] 1、將基于超級電容器和蓄電池組合成混合儲能系統(tǒng)應用到微電網(wǎng)中，克服了單一 儲能的缺陷，提高儲能裝置的使用壽命，降低了投資成本。
[0017] 2、對混合儲能裝置逆變器采用模糊滑模的控制方式，對平抑微電網(wǎng)并網(wǎng)波動功率 較傳統(tǒng)控制方式具有較好的平抑效果。
[0018] 3、采用模糊滑模的控制方式，使微網(wǎng)離網(wǎng)投切負荷以及并網(wǎng)/離網(wǎng)的平滑切換的 時間間隔縮短，較傳統(tǒng)控制方式具有較強的抗干擾能力和恢復能力，從而使系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定 性得到提高，進一步驗證該控制方法的優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為含有混合儲能的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為PQ控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖3為VF控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0022] 圖4為下垂控制結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖5為混合儲能裝置逆變器控制結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖6為模糊滑?？刂破骺刂平Y(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖7為混合儲能裝置控制框圖；
[0026] 圖8為含有混合儲能系統(tǒng)微電網(wǎng)仿真模型；
[0027] 圖9為雙饋風機全天輸出波動功率圖；
[0028] 圖10為光伏電池全天輸出功率圖；
[0029] 圖11為混合儲能裝置采用常規(guī)和模糊滑模控制風光并網(wǎng)功率對比曲線圖；
[0030] 圖12為超級電容器與蓄電池并網(wǎng)波動功率曲線圖；
[0031] 圖13為某地全天負荷曲線圖；
[0032] 圖14為可控微源全天有功功率示意圖；
[0033] 圖15為超級電容器與蓄電池離網(wǎng)波動功率曲線圖；
[0034]圖16為含有混合儲能可控微源離網(wǎng)全天有功功率示意圖；
[0035] 圖17為離網(wǎng)系統(tǒng)母線頻率示意圖；
[0036] 圖18為離網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓示意圖；
[0037] 圖19為并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島母線三相電壓示意圖；
[0038] 圖20為孤島轉(zhuǎn)并網(wǎng)母線三相電壓示意圖；
[0039] 圖21為并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島母線頻率示意圖；
[0040] 圖22為孤島轉(zhuǎn)并網(wǎng)母線頻率示意圖；
[0041] 圖23為微電網(wǎng)系統(tǒng)平滑切換母線頻率示意圖；
[0042] 圖24為超級電容器與蓄電池在系統(tǒng)平滑切換過程功率波動曲線圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明：
[0044] 本發(fā)明涉及一種含有混合儲能的微電網(wǎng)及其控制方法，將基于超級電容器與蓄電 池的混合儲能系統(tǒng)并聯(lián)在微電網(wǎng)上，采用模糊滑模控制方式對混合儲能裝置進行控制，在 Matlab/simulink平臺搭建含有混合儲能及多微源的微電網(wǎng)仿真模型，通過具體算例驗證 了該算法具有較好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能，從而使微網(wǎng)得到更為精確的控制。
[0045] 本發(fā)明是一種含有混合儲能的微電網(wǎng)，其特征在于：光伏電池PV連接DC/AC變流 器與負荷Loadl并聯(lián)，風機wind與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負荷Load2并 聯(lián)，光伏電池與風機并聯(lián)經(jīng)過斷路器QF1連接到交流母線上；燃料電池FC連接DC/AC變流 器與負荷Load4并聯(lián)，并經(jīng)過斷路器QF3連接到交流母線上；燃氣輪機MT與AC/DC整流器 和DC/AC逆變器連接并與負荷Load5并聯(lián)，經(jīng)過斷路器QF4連接到交流母線上；柴油機DE 與AC/DC整流器和DC/AC逆變器連接并與負荷Load6并聯(lián)，經(jīng)過斷路器QF5連接到交流母 線上；超級電容器Supercapacitor與蓄電池Battery分別通過DC/DC變流器與DC/AC逆變 器連接，并與負荷Load3并聯(lián)，經(jīng)過斷路器QF2連接到交流母線上；交流母