[發明專利]一種基于混合儲能VSI平抑微網功率波動的控制方法

有效

• 申請號: 201410579897.8
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104362656A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 鄭建勇;梅軍;張宸宇;胡洛瑄;周福舉;鄧凱
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種基于混合儲能VSI(voltage?source?inverter，電壓源逆變器)平抑微網功率波動的控制方法，屬于微電網儲能技術。

背景技術

將分布式電源、負荷、儲能裝置連接在一起，以微電網的方式運行能夠充分發揮分布式電源的效能，提高電網接納可再生能源的能力。受自然條件影響，風電、光伏等可再生能源的輸出具有較大的間歇性和隨機性，對微網的電能質量和穩定運行產生不利影響。微網并網運行時，間隙性微電源的功率波動會引起公共連接點電壓波動，嚴重時威脅負荷和各個并網逆變器的正常工作。微網孤島運行時，間隙性微電源的功率波動會使蓄電池儲能裝置處于頻繁的充放電狀態，大大減少蓄電池的使用壽命，增加微網運行的成本。

發明內容

發明目的：為平抑間歇性微電源引起的功率波動，本發明提出了一種基于超級電容和蓄電池的混合儲能VSI控制策略，設計了混合儲能系統兩級能量管理方法。該方法充分發揮超級電容功率密度大、充放電循環壽命長的優點，將其作為系統一級緩沖儲能優先平抑微網功率波動。并網運行時配電網作為二級儲能，通過控制聯絡線功率，使超級電容端電壓穩定在充放電限值以內，同時維持PCC(point?of?common?coupling，公共連接點)點母線電壓在允許范圍內變化。孤島運行時蓄電池作為二級儲能，通過超級電容的緩沖作用減少蓄電池充放電次數，延長蓄電池使用壽命，當超級電容達到充放電警戒值時，精確控制蓄電池以恒功率輸出，以調節超級電容端電壓恢復到正常值。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于混合儲能VSI平抑微網功率波動的控制方法，將間歇性微源、負荷和混合儲能VSI與微網交流母線相連，整個微網通過PCC點靜態開關與配電網相連，其中混合儲能VSI包括超級電容和蓄電池，為穩定混合儲能VSI的直流母線電壓，超級電容和蓄電池分別通過DC/DC變換器連接在混合儲能VSI的直流母線上，混合儲能VSI的直流母線通過DC/AC變換器連接到微網交流母線上；將超級電容作為一級緩沖儲能優先平抑間歇性微源的功率波動；微網并網運行時，配電網作為二級儲能，通過控制PCC點聯絡線功率，使超級電容端電壓穩定在充放電限值以內，同時維持PCC點母線電壓在允許范圍內變化；微網孤島運行時，蓄電池作為二級儲能，通過超級電容的緩沖作用減少蓄電池充放電次數，延長蓄電池使用壽命，當超級電容達到充放電限值時，精確控制蓄電池以恒功率輸出，以調節超級電容端電壓恢復到正常值。

(1)混合儲能VSI交流側DC/AC變換器控制策略：微網并網運行時，PCC點靜態開關閉合，配電網提供電壓和頻率支撐，混合儲能VSI交流側DC/AC變換器采用PQ控制(P為有功功率，Q為無功功率)，根據兩級能量管理方法調節DC/AC變換器的輸出功率，以抑制微網功率波動、維持輸出電壓恒定，采用功率外環、電流內環的雙環控制策略；微網孤島運行時，PCC點靜態開關斷開，混合儲能VSI提供電壓和頻率支撐，混合儲能VSI交流側DC/AC變換器采用V/f控制，根據兩級能量管理方法調節DC/AC變換器的輸出功率，以抑制微網功率波動、維持輸出電壓恒定，采用電壓外環、電流內環的雙環控制策略；

(2)混合儲能VSI直流側DC/DC變換器控制策略：

超級電容用DC/DC變換器采用直流母線電壓外環、超級電容輸出電流內環的雙環控制策略：直流母線電壓外環用以穩定直流母線電壓，確保交流側DC/AC變換器正常工作以平抑微網功率波動，維持微網功率平衡；超級電容輸出電流內環控制超級電容輸入電流，使超級電容輸出功率不越限；超級電容通過超級電容用DC/DC變換器與直流母線進行功率交換，充電時超級電容用DC/DC變換器處于降壓模式，放電時超級電容用DC/DC變換器處于升壓模式；

蓄電池用DC/DC變換器與蓄電池相連，超級電容作為一級緩沖儲能：當超級電容端電壓在充放電限值(超級電容正常工作)以內時，蓄電池不工作；當超級電容端電壓在充放電限值(超級電容非正常工作)以外時，蓄電池以恒定功率控制，調節超級電容端電壓，使其恢復到充放電限值以內；

(3)微網并網運行兩級能量管理方法：超級電容作為一級緩沖儲能優先平抑間歇性微源的功率波動，以維持PCC點母線電壓在允許范圍內變化；為防止超級電容過度充放電，將配電網作為后備儲能，當超級電容端電壓在充放電限值(超級電容非正常工作)以外時，維持控制PCC點聯絡線功率在設定范圍內變化，同時調節超級電容端電壓，使其恢復到充放電限值以內；