本發(fā)明涉及一種電池儲能和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，尤其涉及一種電池儲能與發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

獨立微網(wǎng)系統(tǒng)是指與大電網(wǎng)隔離、獨立運行的小型電力系統(tǒng)，以偏遠(yuǎn)地區(qū)或者海島為主要供電對象，并充分利用可再生能源發(fā)電，如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電(photovoltaic，PV)、波浪能發(fā)電等。圍繞著小型獨立微網(wǎng)系統(tǒng)中多分布式電源的協(xié)調(diào)控制和能量管理技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界開展了大量研究，并建設(shè)了多個具有代表性的示范工程。

為了有效提高獨立微網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性，需要在系統(tǒng)中配置傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)，當(dāng)儲能容量過低，可再生能源出力無法滿足負(fù)荷的情況下，啟動柴油發(fā)電機(jī)。當(dāng)儲能系統(tǒng)容量在正常運行范圍內(nèi)時，可以與風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電一起為負(fù)荷供電。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)開啟時，可以選擇將儲能系統(tǒng)退出運行，也可以盡量將柴油機(jī)運行在額定功率下，多余功率給電池充電。

為了實現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，獨立微網(wǎng)系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機(jī)不再是單臺大容量機(jī)組，而是選擇多臺相對小容量的機(jī)組，根據(jù)負(fù)荷實際需求，開啟一臺或者多臺柴油機(jī)組。蓄電池儲能系統(tǒng)作為微網(wǎng)內(nèi)的主電源時，儲能用并網(wǎng)變流器工作在獨立運行模式，控制出口側(cè)交流母線電壓幅值和頻率恒定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服獨立微網(wǎng)中，蓄電池和柴油發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制上存在的難題，本發(fā)明提出一種電池儲能與發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是。

本發(fā)明提出了柴油發(fā)電機(jī)和儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，包括柴油發(fā)電機(jī)作為主電源時，儲能系統(tǒng)的輔助功率控制，以及獨立微網(wǎng)系統(tǒng)中柴油發(fā)電機(jī)和儲能系統(tǒng)雙主電源的無縫切換控制策略。

電池儲能與發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制方法包括分布式電源、儲能系統(tǒng)、儲能與柴油發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制和雙電源無縫切換控制四個部分。

所述分布式電源包括永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電和柴油發(fā)電機(jī)。

所述儲能系統(tǒng)是根據(jù)并網(wǎng)變流器的直流電壓范圍和儲能系統(tǒng)的設(shè)計容量，將電池經(jīng)過一定的方式(串并聯(lián))連接后，經(jīng)變流器并網(wǎng)。

所述儲能與柴油發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制是上層協(xié)調(diào)控制單元分別向柴油發(fā)電機(jī)和儲能裝置下達(dá)并網(wǎng)運行指令和功率分配指令，并實現(xiàn)儲能與柴油機(jī)組之間的協(xié)調(diào)控制。

所述雙電源無縫切換控制是柴油發(fā)電機(jī)作為主電源時，儲能采用電流控制模式，柴油發(fā)電機(jī)退出運行時，儲能變流器的運行和控制模式應(yīng)滿足無縫切換的需求。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明對含有常規(guī)柴油發(fā)電機(jī)和電池儲能的獨立交流微網(wǎng)系統(tǒng)，提出了柴油發(fā)電機(jī)和儲能電池的協(xié)調(diào)控制方法。通過在傳統(tǒng)下垂控制中引入輔助功率控制信號，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)運行的柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過流時，利用儲能系統(tǒng)分擔(dān)超出額定功率的部分，可以防止柴油發(fā)電機(jī)長時間過流引起的系統(tǒng)崩潰，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時提出了柴油發(fā)電機(jī)和儲能電池雙主電源的切換控制策略和控制流程，通過在儲能控制器中引入補(bǔ)償項，實現(xiàn)了雙主電源的無縫切換。

附圖說明

圖1柴油發(fā)電機(jī)控制原理。

圖2儲能系統(tǒng)電流控制。

圖3儲能系統(tǒng)電壓控制。

圖4協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

圖5雙電源無縫切換控制。

具體實施方案

圖1中，柴油發(fā)電機(jī)通過自動電壓調(diào)節(jié)模塊控制其端口電壓，通過調(diào)速模塊維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。主控制單元負(fù)責(zé)柴油發(fā)電機(jī)組之間的同期并列和有功、無功功率的分配。

儲能用變流器主要存在電壓控制和電流控制2種控制模式。圖2中，柴油發(fā)電機(jī)啟動后，儲能用變流器工作在電流模式，由柴油發(fā)電機(jī)提供電壓和頻率參考。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)退出運行時，儲能變流器工作在電壓控制模式，維持微網(wǎng)內(nèi)的電壓幅值和頻率恒定。圖3中，變流器輸出頻率(50Hz)由控制器內(nèi)部的正弦參考信號生成，該信號作為定向參考矢量，將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸定向于該矢量方向，是d軸同軸的夾角，即為參考矢量的相角。

圖4中，柴油機(jī)通過同期并網(wǎng)開關(guān)實現(xiàn)與交流系統(tǒng)的同期并列。解列開關(guān)用于實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與柴油發(fā)電機(jī)組之間的無縫切換。上層協(xié)調(diào)控制單元分別與儲能并網(wǎng)逆變器主控制單元、柴油發(fā)電機(jī)控制單元通訊，向單臺柴油發(fā)電機(jī)下達(dá)并網(wǎng)運行指令和功率分配指令，并實現(xiàn)儲能與柴油機(jī)組之間的協(xié)調(diào)控制。在正常運行范圍內(nèi)，由于負(fù)荷或者可再生能源波動，將會引起系統(tǒng)頻率、電壓波動。采用基于f-P、V-Q下垂控制的儲能裝置可以有效抑制上述波動，提高用戶電能質(zhì)量。為了防止由于儲能的頻繁充放電，因此在下垂控制中增加調(diào)節(jié)死區(qū)，允許系統(tǒng)頻率和電壓在該死區(qū)范圍內(nèi)波動，儲能不參與調(diào)節(jié)。正常運行時，為零，當(dāng)檢測到當(dāng)前運行柴油機(jī)超過額定容量的90%一定時間后，超出功率部分作為儲能的附加控制信號，從而將部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移給儲能系統(tǒng)。同時啟動處于冷備用的柴油發(fā)電機(jī)，并按照一定的功率分配原則下達(dá)調(diào)節(jié)指令，按照等容量均分原則為已開啟機(jī)組的當(dāng)前出力，同時將儲能系統(tǒng)的輔助功率信號設(shè)置為零。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷突然下降時，則可以關(guān)閉一臺機(jī)組。

柴油發(fā)電機(jī)作為主電源時，儲能采用電流控制模式；當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)因燃料不足或需維護(hù)等因素需退出運行時，儲能變流器需采用電壓控制模式，維持系統(tǒng)內(nèi)電壓和頻率穩(wěn)定。柴油發(fā)電機(jī)退出運行時，為保證本地負(fù)荷的不間斷供電，儲能變流器的運行和控制模式應(yīng)滿足無縫切換的需求。圖5中，為避免因開關(guān)動作延時造成的電壓偏差，當(dāng)變流器控制模式切換為獨立模式時，參考電壓幅值和相位仍由解列點處柴油發(fā)電機(jī)的電壓幅值和相位決定。柴油發(fā)電機(jī)退出運行之前，輸入到微網(wǎng)內(nèi)的有功功率越大，將柴油機(jī)與微網(wǎng)交流母線斷開后對儲能系統(tǒng)的沖擊越大，對微網(wǎng)穩(wěn)定運行影響越大。因此儲能變流器運行模式切換時，應(yīng)首先盡量減小切換前流過開關(guān)的電流，并將其減小至某一設(shè)定值。當(dāng)開關(guān)斷開后，變流器輸出頻率參考切換為控制器內(nèi)部的正弦參考信號。為了消除因變流器電壓控制調(diào)節(jié)作用對其輸出電流所造成的影響，即為了達(dá)到在過渡過程內(nèi)變流器輸出電流不發(fā)生變化的目的。

圖5中采用的控制器補(bǔ)償算法，既可以工作于電壓控制模式，也可以工作于電流控制模式。在運行模式切換過程中，電壓外環(huán)控制項起作用，將模式切換前的電流參考值、作為補(bǔ)償項加入到電壓環(huán)PI控制器的輸出中，保證控制模式切換前后變流器的輸出功率不會突變。加入補(bǔ)償控制項，能夠抑制變流器輸出電流在運行模式切換時出現(xiàn)的不正常下降過程，保證變流器出口電壓幅值和相位不突變，避免運行模式快速切換過程中易出現(xiàn)的過流現(xiàn)象。