[發明專利]一種避免頻繁切換運行模式的離網型光儲柴供電系統及方法

在審

• 申請號: 202110831692.4
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113725848A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 宋政湘;常小強;武晨煜;肖秋瑤;王建華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J1/12;H02J3/02;H02J3/38;H02J3/32;H02J5/00;H02M5/458
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種避免頻繁切換運行模式的離網型光儲柴供電系統及方法，通過對傳統離網型供電系統中柴油發電機并網方式和調度方法進行改進，實現了柴油發電機并入或退出時離網型供電系統各部分始終保持同一種運行模式，避免了雙向DC/AC在不同運行模式之間的切換，解決了微電網中模式的無縫切換難題，同時也能夠保證供電系統具有較好的電能質量。

技術領域

本發明屬于微電網運行控制領域，具體涉及一種避免頻繁切換運行模式的離網型光儲柴供電系統及方法。

背景技術

近些年里，隨著能源和環境問題的不斷突出，光伏、風電等分布式電源的利用成為了節能減排的重要手段。由于光伏發電具有嚴重的波動性和隨機性，若直接接入大電網，則會對電網造成較大的沖擊，引起電網頻率和電壓的波動。微電網作為一種集分布式電源、儲能系統、負荷于一體的供電系統，可以有效緩解分布式電源對電網的沖擊，提高分布式電源的并網率。微電網主要包括并網型微電網和離網型微電網，并網型微電網需要與電網相連，利用電網維持微電網系統的電壓和頻率，系統中的儲能系統主要用來光滑分布式電源的波動。離網型微電網不需要依靠大電網，通常利用系統中的儲能系統或者柴油發電機來維持微電網的電壓和頻率。相比于并網型微電網，離網型微電網在偏遠地區、特殊供電要求場所、高速服務站等更具實用性。

目前關于離網型光儲柴微電網的研究很多，但大部分研究中離網型光儲柴微電網的運行方式都可歸結為一種，即在電池電量正常時，由儲能系統維持微電網的電壓和功率平衡，柴油發電機不投入運行；在電池電量低時，啟動并投入柴油發電機，由柴油發電機作為主電源來維持系統的電壓和頻率，此時電池作為負載進行充電。該種運行方式中，系統的主電源在儲能系統和柴油發電機中交替更換，導致微電網中交直流母線間的雙向DC/AC和儲能系統的PCS需要切換不同的控制策略。由于雙向DC/AC和PCS屬于電力電子型功率變換器，不同控制策略間的切換會導致微電網電壓和頻率的波動，影響電能質量。另一方面，柴油發電機在作為主電源時微電網中的功率平衡由柴油發電機承擔，當負載突然增大時，需要增大柴油發電機的輸出功率，但其調速系統具有滯后性，導致無法迅速增加輸出功率，使得系統頻率下降；相反因柴油發電機無法及時降低輸出功率而會使得系統頻率上升。這種由柴油發電機造成的頻率上下波動隨著負載的增大而更加明顯。

儲能系統具有功率的雙向流動，并且功率響應非常快，可以很好地解決柴油發電機滯后性嚴重的問題。但是儲能系統的安裝容量有限，支撐微電網電壓的時間有限，傳統的做法就是在電池電量低時將主電源切換為柴油發電機或者電網，一方面可以利用柴油發電機和電網可以維持微電網的電壓，另一方面可以給電池充電。正如上文所說那樣，主電源在切換過程中會導致微電網的電壓和頻率波動、產生大量的諧波。因此，本發明從保證微電網儲能電池的電量和避免主電源切換兩個方面入手，解決傳統微電網運行時微源復雜的模式切換問題。

發明內容

本發明針對現有的離網型微電網中柴油發電機接入與退出需要頻繁更換微電網運行模式的問題，提供了一種避免頻繁切換運行模式的離網型光儲柴供電系統及方法，減少因運行模式的頻繁切換而導致系統頻率與電壓的波動，從保證微電網儲能電池的電量和避免主電源切換兩個方面入手，解決傳統微電網運行時微源復雜的模式切換問題。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種避免頻繁切換運行模式的離網型光儲柴供電系統，包括光伏系統、儲能系統、柴油發電機、負載及控制系統；

其中，光伏系統和儲能系統連接在750V的直流母線上，柴油發電機接在三相380V的交流母線上，且交直流母線間通過一個雙向的DC/AC相連；

負載分為交流負載和直流負載，交流負載接到交流母線上，直流負載接到直流母線上；

控制系統用于監視光伏系統、儲能系統、柴油發電機和負載的功率大小，當儲能系統電量不足時，控制柴油發電機啟動并以特定的功率運行。