本發(fā)明涉及微電網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制策略。
背景技術(shù)：
：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，電力需求飛快增長(zhǎng)，在能源需求不環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，國(guó)際上已將更多的目光投向了即可提高傳統(tǒng)能源利用效率又能充分利用各種可再生能源的分布式發(fā)電相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
，但是分布式發(fā)電技術(shù)有電壓不穩(wěn)、功率波動(dòng)大等弊端，會(huì)對(duì)居民用電、上級(jí)電網(wǎng)的安全和調(diào)峰產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。微電網(wǎng)技術(shù)很好地解決了分布式發(fā)電技術(shù)弊端，微電網(wǎng)是指由分布式電源、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)，微電網(wǎng)技術(shù)代表了未來(lái)分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，是未來(lái)智能配用電系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于推進(jìn)節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。微電網(wǎng)從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和供電方式上可分為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。目前，交流微電網(wǎng)仍然是微電網(wǎng)的主要形式，分布式電源、儲(chǔ)能裝置等均連接至交流母線，通過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)連接至大電網(wǎng)，隨著微電網(wǎng)的不斷發(fā)展，交流微電網(wǎng)存在的不足越發(fā)明顯，這就促進(jìn)了直流微電網(wǎng)的研究與發(fā)展。直流微電網(wǎng)不需要對(duì)電壓的相位和頻率進(jìn)行跟蹤，更加適合微源與負(fù)載的接入，隨著數(shù)字社會(huì)的發(fā)展，直流用電設(shè)備越來(lái)越多，未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)直流與交流設(shè)備共享市場(chǎng)的格局，為了降低單純的交流/直流微電網(wǎng)在應(yīng)用中因多重AC/DC或DC/AC變換帶來(lái)的功率損耗、諧波電流及控制難度，也為了可再生能源和用電設(shè)備更好地接入微電網(wǎng)，交直流混合微電網(wǎng)得到了國(guó)內(nèi)外的重視。交直流混合微電網(wǎng)既含有交流母線又含有直流母線，既可以直接向交流負(fù)荷供電又可以直接向直流負(fù)荷供電，但從整體結(jié)構(gòu)上來(lái)分析，傳統(tǒng)的交直流混合微電網(wǎng)本質(zhì)上仍屬于交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)只是看作一個(gè)獨(dú)特的電源通過(guò)電力電子逆變器接入交流母線。因此，有必要提出一種新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的方案，它是以直流微電網(wǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，擴(kuò)展為直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，既具有直流微電網(wǎng)可控性高、效率高等優(yōu)勢(shì)為直流負(fù)載提供必要的電能，又能保證交流重要負(fù)載的不間斷運(yùn)行，而這也將極大推動(dòng)分布式光伏發(fā)電技術(shù)及直流微電網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制策略。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng),包括光伏發(fā)電單元、市電電網(wǎng)、儲(chǔ)能單元、新型交流不間斷變換器、電容單元、直流負(fù)載、交流負(fù)載和監(jiān)控單元，所述光伏發(fā)電單元通過(guò)一第一單向DC/DC變換器連接至直流母線，所述市電電網(wǎng)通過(guò)一雙向AC/DC變換器連接至直流母線，所述儲(chǔ)能單元通過(guò)一雙向DC/DC變換器連接至直流母線，所述直流負(fù)載通過(guò)一第二單向DC/DC變換器連接至直流母線，所述交流負(fù)載通過(guò)所述新型交流不間斷變換器連接至直流母線及所述市電電網(wǎng)，所述電容單元作為能量緩沖單元連接至直流母線，所述監(jiān)控單元通信連接所述雙向AC/DC變換器,實(shí)現(xiàn)上級(jí)電網(wǎng)對(duì)微電網(wǎng)的調(diào)度。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述新型交流不間斷變化器包括逆變器、靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)和防反二極管，所述新型交流不間斷變化器的輸入端連接至直流母線和所述市電電網(wǎng)，其輸出端連接所述交流負(fù)載，所述新型交流不間斷變換器用于維持交流負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述防反二極管的截止端對(duì)應(yīng)連接所述逆變器的直流端。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述雙向AC/DC變換器采用三相全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述雙向DC/DC變換器采用雙向半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用于控制所述儲(chǔ)能單元的充放電。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述第一單向DC/DC變換器中設(shè)置有一MPPT控制器。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述儲(chǔ)能單元中設(shè)置有蓄電池組。一種新型直交流混合微電網(wǎng)控制策略，包括上述的新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，所述直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)單元的運(yùn)行狀態(tài)由直流母線電壓值確定，其微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略包括以下步驟：1)設(shè)定直流母線電壓對(duì)應(yīng)的五個(gè)電壓閾值UH2、UH1、Udcn、UL1、UL2,Udcn為直流母線電壓標(biāo)準(zhǔn)參考值：2)當(dāng)UL1<Udc<UH1時(shí)，Udc為直流母線電壓實(shí)際值,采用工作模式1，系統(tǒng)孤島運(yùn)行，光伏變換器工作在MPPT模式，持續(xù)為負(fù)荷供電，光伏所發(fā)功率與負(fù)荷消耗功率達(dá)平衡，由于沒(méi)有恒壓控制環(huán)節(jié)，當(dāng)光伏最大輸出功率受環(huán)境影響發(fā)生變化時(shí)，直流母線電壓會(huì)在允許范圍內(nèi)出現(xiàn)波動(dòng)，依靠能量緩沖單元可以實(shí)現(xiàn)母線電壓比較大范圍的穩(wěn)定；3)當(dāng)UH1<Udc<UH2或者UL2<Udc<UL1時(shí)，采用工作模式2，直流母線電壓持續(xù)上升或降低，系統(tǒng)能量無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定安全的孤島運(yùn)行，雙向DC/AC變換器通過(guò)逆變或者整流恒定直流母線電壓，系統(tǒng)中光伏繼續(xù)運(yùn)行在MPPT模式下，并網(wǎng)接口變換器的容量設(shè)置基本滿足系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載容量，在光伏發(fā)電與負(fù)載所需功率不匹配且差額較大時(shí)，系統(tǒng)可以長(zhǎng)期運(yùn)行在該模式下并網(wǎng)運(yùn)行；4)當(dāng)UH2<Udc或者Udc<UL2時(shí)，采用工作模式3，此時(shí)針對(duì)市電斷電或夜間光伏無(wú)法出力的情況，直流母線電壓下降至UL2以下時(shí)，蓄電池單元恒壓放電模式帶負(fù)載運(yùn)行，蓄電池SOC下降到一定參考值時(shí)，切除部分非重要負(fù)載以保持必要的負(fù)載運(yùn)行；直流母線電壓上升至UH2以上時(shí)，蓄電池單元恒壓充電，若蓄電池充電至SOC上升至最大極限值時(shí)，蓄電池單元切換至停機(jī)，光伏發(fā)電系統(tǒng)由MPPT模式切換至恒壓控制模式，由光伏變換器控制母線電壓穩(wěn)定：本發(fā)明中的新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制策略，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)布局合理，包括光伏發(fā)電單元、市電電網(wǎng)、儲(chǔ)能單元、電容單元、直流負(fù)載、交流負(fù)載以及監(jiān)控單元，可根據(jù)實(shí)際情況的需要，根據(jù)上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)上網(wǎng)電量或者從大電網(wǎng)吸收的電量；2)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)在直流微電網(wǎng)的基礎(chǔ)上提出一種全新的直交流混合微電網(wǎng)架構(gòu)，在保留原有直流微電網(wǎng)沒(méi)有無(wú)功、相位問(wèn)題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，利用新型交流不間斷變換器為重要交流負(fù)荷提供高質(zhì)量的不間斷電能；3)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)因?yàn)榻涣髫?fù)載的接入考慮到增加微源后造成的輸入與輸出瞬時(shí)功率的不匹配問(wèn)題，因此在直流母線上并聯(lián)一個(gè)合適容量的電解電容，保證輸出的交流電不發(fā)生畸變以及防止電容電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的不利影響；4)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)將蓄電池作為后備電源，通過(guò)雙向DC/DC接入直流母線，避免了儲(chǔ)能單元的長(zhǎng)期浮充，增加了電池壽命。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行控制方法的控制模式示意圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1，一種新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括10kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)及第一單向DC/DC變換器，以及市電電網(wǎng)及其容量為10kW的并網(wǎng)雙向AC/DC變換器，光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用清潔可再生能源進(jìn)行發(fā)電，起到節(jié)能環(huán)保的效果，緩解能源和環(huán)境的雙重壓力，并網(wǎng)雙向AC/DC變換器，采用三相全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在并網(wǎng)狀態(tài)下，雙向AC/DC變換器正常工作，實(shí)現(xiàn)市電電網(wǎng)和微電網(wǎng)間的能量流動(dòng)；在孤島情況下，雙向AC/DC變換器處于待機(jī)狀態(tài)；還包括90Ah的蓄電池組儲(chǔ)能單元及其儲(chǔ)能雙向DC/DC變換器，儲(chǔ)能單元作為后備電源，通過(guò)蓄電池組的充電和放電滿足系統(tǒng)能量的平衡，儲(chǔ)能雙向DC/DC變換器采用雙向Buck-Boost半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于控制儲(chǔ)能單元的充放電；還包括7000uF的電容單元，容量為1kW的新型交流不間斷變換器，負(fù)載包括6kW的直流負(fù)載及500W的交流負(fù)載，直流負(fù)載通過(guò)一第二單向DC/DC變換器連接至直流母線，并網(wǎng)雙向AC/DC變換器交流側(cè)與市電電網(wǎng)連接，直流側(cè)與直流母線連接，儲(chǔ)能雙向DC/DC變換器一側(cè)與儲(chǔ)能單元連接，另一側(cè)與直流母線連接，光伏第一單向DC/DC變換器一側(cè)與光伏發(fā)電系統(tǒng)連接，另一側(cè)與直流母線連接，第二單向DC/DC變換器一側(cè)與直流母線連接，另一側(cè)與直流負(fù)載連接，新型交流不間斷變化器輸入端與市電電網(wǎng)及直流母線分別連接，輸出端與交流負(fù)載連接；直流負(fù)載通過(guò)第二單向DC/DC變換器連接至直流母線，交流負(fù)載通過(guò)新型交流不間斷變換器連接至市電電網(wǎng)及直流母線，光伏第一單向DC/DC變換器，具有最大功率跟蹤(MPPT)變換器，提高太陽(yáng)能利用率；還包括監(jiān)控單元，其通過(guò)CAN總線與并網(wǎng)雙向AC/DC變換器連接，實(shí)現(xiàn)上級(jí)電網(wǎng)對(duì)微電網(wǎng)的調(diào)度，底層控制無(wú)集中控制器，微電網(wǎng)中任一單元根據(jù)直流母線電壓平滑切換其接口變流器的控制模式，為此依托直流母線電壓的大小，設(shè)置4個(gè)臨界值：373V和387V為網(wǎng)側(cè)變換器工作的臨界電壓；365V和395V為儲(chǔ)能變換器工作的臨界電壓。具體的協(xié)調(diào)控制策略模式如圖2，當(dāng)直流母線電壓處于373V與387V之間時(shí)，處于工作模式1，系統(tǒng)孤島運(yùn)行，光伏變換器工作在MPPT模式，持續(xù)為負(fù)荷供電，光伏所發(fā)功率與負(fù)荷消耗功率達(dá)平衡。由于沒(méi)有恒壓控制環(huán)節(jié)，當(dāng)光伏最大輸出功率受環(huán)境影響發(fā)生變化時(shí)，直流母線電壓會(huì)在允許范圍內(nèi)出現(xiàn)波動(dòng)，依靠能量緩沖單元可以實(shí)現(xiàn)母線電壓比較大范圍的穩(wěn)定；當(dāng)直流母線電壓直持續(xù)上升至387V以上或者降低至373V以下時(shí)，處于工作模式2，表明系統(tǒng)能量嚴(yán)重剩余或者不足，系統(tǒng)已無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定安全的孤島運(yùn)行。此時(shí)，網(wǎng)側(cè)雙向DC/AC變換器通過(guò)逆變或者整流恒定直流母線電壓。系統(tǒng)中光伏繼續(xù)運(yùn)行在MPPT模式下，并網(wǎng)接口變換器的容量設(shè)置基本滿足系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載容量，所以在光伏發(fā)電與負(fù)載所需功率不匹配且差額較大時(shí)，系統(tǒng)可以長(zhǎng)期運(yùn)行在該模式下并網(wǎng)運(yùn)行；在特殊條件如市電斷電、夜間光伏無(wú)法出力等情況下導(dǎo)致的其他微源無(wú)法滿足負(fù)載的功率，此時(shí)處于工作模式3，母線電壓下降至365V以下時(shí)，蓄電池單元恒壓放電模式帶負(fù)載運(yùn)行，若蓄電池SOC下降到一定參考值，切除部分非重要負(fù)載，以保持必要的負(fù)載運(yùn)行；若母線電壓上升至395V以上時(shí)，蓄電池單元恒壓充電，若蓄電池充電至SOC上升至最大極限值時(shí)，蓄電池單元切換至停機(jī)，光伏發(fā)電系統(tǒng)由MPPT模式切換至恒壓控制模式，由光伏變換器控制母線電壓穩(wěn)定。表1是本發(fā)明系統(tǒng)在不同工作模式下，各單元的運(yùn)行狀態(tài)：工作模式儲(chǔ)能變換器狀態(tài)光伏變換器狀態(tài)網(wǎng)測(cè)變換器狀態(tài)1等待MPPT等待2等待MPPT整流或逆變3先調(diào)壓后等待先MPPT后恒壓等待表1綜上所述，本發(fā)明中的新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制策略，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)布局合理，包括光伏發(fā)電單元、市電電網(wǎng)、儲(chǔ)能單元、電容單元、直流負(fù)載、交流負(fù)載以及監(jiān)控單元，可根據(jù)實(shí)際情況的需要，根據(jù)上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)上網(wǎng)電量或者從大電網(wǎng)吸收的電量；2)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)在直流微電網(wǎng)的基礎(chǔ)上提出一種全新的直交流混合微電網(wǎng)架構(gòu)，在保留原有直流微電網(wǎng)沒(méi)有無(wú)功、相位問(wèn)題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，利用新型交流不間斷變換器為重要交流負(fù)荷提供高質(zhì)量的不間斷電能；3)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)因?yàn)榻涣髫?fù)載的接入考慮到增加微源后造成的輸入與輸出瞬時(shí)功率的不匹配問(wèn)題，因此在直流母線上并聯(lián)一個(gè)合適容量的電解電容，保證輸出的交流電不發(fā)生畸變以及防止電容電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的不利影響；4)該新型直交流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)將蓄電池作為后備電源，通過(guò)雙向DC/DC接入直流母線，避免了儲(chǔ)能單元的長(zhǎng)期浮充，增加了電池壽命。上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)所述特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接或可以相互通訊；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過(guò)它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施方式或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或參考字母，這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施方式和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的應(yīng)用和/或其他材料的使用。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3