一種基于電力海綿技術(shù)的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)及方法，尤其設(shè)及一種基于電力海綿技術(shù)的 微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)W來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求不斷增長，世界范圍 內(nèi)煤、石油、天然氣等不可再生能源供應(yīng)持續(xù)緊張，人類正面臨著嚴(yán)峻的能源危機(jī)。同時(shí)，大 量化石能源的使用導(dǎo)致日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，極端的天氣情況及其引發(fā)的自然災(zāi)害不 斷發(fā)生，人類的生存環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。
[0003] 此外，當(dāng)前電力系統(tǒng)已發(fā)展成為集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離高壓輸電大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，隨 著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，運(yùn)種"大機(jī)組、大電廠、大系統(tǒng)、高電壓"的超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊 端也日益顯現(xiàn)出來，如運(yùn)行和調(diào)控難度大、經(jīng)濟(jì)成本高、無法靈活地實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化、難 W滿足用戶對電網(wǎng)可靠性和多樣化供電的高要求等。大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中，如果發(fā)生局部 事故，則極易擴(kuò)散，導(dǎo)致大面積的停電，近年來世界范圍內(nèi)的各種大面積停電事故，暴露了 傳統(tǒng)大電網(wǎng)的脆弱性。
[0004] 鑒于上述問題，世界各國開始另辟曖徑，W高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的新能源和可再生能 源為主的新型發(fā)電技術(shù)--分布式發(fā)電值istributedGeneration,DG)，已成為解決未來 能源問題的主要出路。分布式發(fā)電系統(tǒng)可大量接納清潔的可再生能源入網(wǎng)，不僅能緩解能 源短缺，減少環(huán)境污染，還能提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的效率、可靠性和電能質(zhì)量。大電網(wǎng)與分布 式發(fā)電相結(jié)合，被國內(nèi)外許多專家學(xué)者認(rèn)為是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一。但是其 本身仍存在許多缺點(diǎn)，如單機(jī)接入成本高、運(yùn)行控制困難、發(fā)電功率小等。而且隨著大量分 布式電源接入大電網(wǎng)，其對大電網(wǎng)電能質(zhì)量和可靠性產(chǎn)生的諸多不利影響逐漸顯現(xiàn)出來。
[0005] 為了解決分布式電源大規(guī)模應(yīng)用的問題，充分挖掘出分布式發(fā)電的價(jià)值和效益， 微電網(wǎng)是一種很好地方案。微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時(shí)提 供電能和熱量，微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必需的控 審IJ。微電網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并同時(shí)滿足用戶對電能質(zhì)量和供電 安全等要求。然而，W風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電等可再生電源為主的分布式電源的波動(dòng)性，會(huì) 對微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成影響，W及對微電網(wǎng)內(nèi)部重要負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使得微電網(wǎng)的交流母 線電壓保持穩(wěn)定，同時(shí)使得與微電網(wǎng)連接的重要負(fù)荷功率保持穩(wěn)定。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種微電網(wǎng)功率控制方法，該方法可基于上述系統(tǒng)達(dá) 到上述功能。
[000引為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)，其與微電源連接，所 述微電源與微電網(wǎng)的交流母線連接，將電能輸給微電網(wǎng)，所述微電網(wǎng)的交流母線連接有一 般負(fù)荷與重要負(fù)荷，所述控制系統(tǒng)包括控制單元，電力海綿，直流電壓檢測裝置，交流電流 檢測裝置和交流電壓檢測裝置，其中：
[0009] 所述電力海綿串接于微電網(wǎng)的交流母線和一般負(fù)荷之間，所述電力海綿的控制端 與所述控制單元的控制信號(hào)輸出端連接；
[0010] 所述直流電壓檢測裝置，其與電力海綿的直流母線連接，W檢測電力海綿的直流 電壓Ud。，所述直流電壓檢測裝置還與控制單元的直流信號(hào)輸入端連接；
[0011] 所述交流電流檢測裝置串接于所述微電源和微電網(wǎng)的交流母線之間，W檢測輸入 微電網(wǎng)的交流母線的交流電流is，所述交流電流檢測裝置還與控制單元的交流電流信號(hào)輸 入端連接；
[0012] 所述交流電壓檢測裝置與微電網(wǎng)的交流母線連接，W檢測輸入微電網(wǎng)的交流母線 的交流電壓Ug,所述交流電壓檢測裝置還與控制單元的交流電壓信號(hào)輸入端連接；
[0013] 所述控制單元包括第一比例積分控制器和第二比例積分控制器；所述控制單元根 據(jù)下述模型獲得電力海綿無功環(huán)控制量iq和電力海綿有功環(huán)控制量Umv: 陽014]iq=kPi*OJref-Us)+k。* /OJref-Us)dt陽〇1 引Umv=kp2* 化ref-Pw)+ki2* / 化ref-Pw)化
[0016]式中，kpi為第一比例積分控制器的比例系數(shù)；k11為第一比例積分控制器的積分 系數(shù)化。f為設(shè)定的微電網(wǎng)的交流母線電壓初始值；Ug是由接收自交流電壓檢測裝置的 交流電壓^得到的交流電壓幅值；kp2為第二比例積分控制器的比例系數(shù)，ki2為第二比 例積分控制器的積分系數(shù)；Piuf為設(shè)定的重要負(fù)荷功率參考值；PW表示微電網(wǎng)有功功率， %心媽跨* 4 * ￡&鱗，其中U虎所述交流電壓幅值，！虎由接收自交流電流檢測裝置的 交流電流is得到的交流電流幅值，@表示交流電壓與交流電流的功角；
[0017] 所述控制單元根據(jù)下述模型獲得與交流=相分別對應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào) PWMa'PWMb'PWMc:
[0018]
[0019]
[0020]
[002U式中，Umv為所述電力海綿有功環(huán)控制量，iq為所述電力海綿無功環(huán)控制量，Udc為 接收的電力海綿的直流電壓，《為根據(jù)接收的交流電壓Ug和交流電流ig得到的電壓頻率；
[0022] 所述控制單元通過其控制信號(hào)輸出端將所述與交流=相分別對應(yīng)的電力海綿脈 寬調(diào)制信號(hào)PWM。、PWMb、PWM。傳輸給所述電力海綿的控制端，W控制電力海綿對所述一般負(fù) 荷輸出的無功電流，使得微電網(wǎng)的交流母線的電壓為Uw;W及控制所述電力海綿加在所述 一般負(fù)荷上的輸出電壓Ui,使得所述重要負(fù)荷功率為Piw。
[0023]本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)能使得微電網(wǎng)的交流母線的電壓保持穩(wěn)定，同 時(shí)使得與微電網(wǎng)連接的重要負(fù)荷功率保持穩(wěn)定。具體來說，該方法通過在微電網(wǎng)的交流母 線與一般負(fù)荷之間串聯(lián)接入電力海綿，W無功環(huán)控制和有功環(huán)控制為控制手段，控制所述 電力海綿基于設(shè)定的微電網(wǎng)的交流母線電壓初始值UfW和設(shè)定的重要負(fù)荷功率參考值PIfW 輸出與交流S相分別對應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)PWM。、PWMb、PWM。，W控制電力海綿對一 般負(fù)荷輸出的無功電流，使得微電網(wǎng)的交流母線的電壓為UfW,從而保持微電網(wǎng)的交流母線 的電壓穩(wěn)定；W及控制電力海綿加在一般負(fù)荷上的輸出電壓Ui,W平抑微電網(wǎng)中的功率波 動(dòng)，使得重要負(fù)荷功率為Piw,從而保持重要負(fù)荷功率穩(wěn)定。
[0024] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述控制器為數(shù)字信號(hào)處理器。
[00巧]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述直流電壓檢測裝置包括直 流電壓傳感器。
[00%] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述交流電壓檢測裝置包括交 流電壓互感器。
[0027] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述交流電流檢測裝置包括交 流電流傳感器。
[002引優(yōu)選地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述第一比例積分控制的比例系 數(shù)kpi的范圍取0 <kpi< 100,第一比例積分控制的積分系數(shù)k。的范圍取0 <k。< 10。
[0029] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述第二比例積分控制的比例系 數(shù)kp2的范圍取0 <kp2< 100,第二比例積分控制的積分系數(shù)k12的范圍取0 <k12< 10。
[0030] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的微電網(wǎng)功率控制系統(tǒng)中，所述電力海綿包括與交流=相 分別對應(yīng)的=個(gè)半橋結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)均包括：第一IGBT(絕緣柵雙極型晶體 管）、第二IGBTW及直流電容，其中所述第一IGBT的發(fā)射極連接所述第二IGBT的集電極， 所述第一IGBT的集電極通過所述直流電容與所述第二IGBT的發(fā)射極連接，作為電力海綿 的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其與對應(yīng)相電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)對應(yīng) 的控制單元的控制信號(hào)輸出端相連，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信號(hào)相反， 第二IGBT的集電極和發(fā)射極串接在對應(yīng)相的微電網(wǎng)的交流母線與一般負(fù)荷之間，所述直 流電容兩端的電壓為電力海綿的直流電壓Udc。
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