发明专利｜一种自律式浮动微电网系统及其控制方法

本发明涉及直流微电网技术领域，尤其是涉及一种自律式浮动微电网系统及其控制方法。

本发明涉及一种自律式浮动微电网系统及其控制方法，所述的系统包括：汇流母线；主母线；交流母线；发电装置，该发电装置接入所述汇流母线；储能装置，该储能装置接入所述主母线；第一控制单元，该第一控制单元连接所述汇流母线与所述主母线；第二控制单元，该第二控制单元连接所述汇流母线与所述交流母线；变流装置，该变流装置连接所述交流母线与所述主母线；负载，该负载接入所述主母线；连接装置，该连接装置用于交流母线接入外部交流电网。与现有技术相比 ，本发明无需微网集控系统，最大程度减少控制对象及复杂性，利用外部交流电网的自然整流出口作为微网电压支撑托底，在减少接口电力电子设备的投资的同时降低了系统性风险。

申请人 上海明华电力技术工程有限公司

发明人 张健 张翼

图1为本发明自律浮动式直流微电网系统的结构示意图；

技术背景

随着分布式能源技术的日趋成熟和广泛应用，以新能源为基础的微电网技术应用也得到了快速发展，其中，直流微电网以其本身天然优势成为研究和应用的热点。在直流型

微电网中，直流电源为主网络的供电方式，大量分布式直流电源和储能系统通过直流主网架直接为直流负荷供电。

直流微网中，母线电压为衡量功率平衡的唯一指标。网内电压稳定取决于电源侧 与负荷侧的功率平衡，包含稳态稳定性及动态稳定性，稳态稳定性是指在系统稳态情况下，实现电源与负荷的功率平衡，使直流母线电压维持在一个可接受的范围内浮动；动态稳定性是指发电或负荷发生突变时，系统具有动态稳定性，不至于发生扩大性的后果。

目前，直流微电网的控制策略分为主从式控制方式以及对等控制模式。主从模式控制结构复杂，需配置中央控制器，投资成本也较高；而对等控制容易产生误差，控制参数配置较复杂。

无论何种控制策略，母线电压的稳定性均为控制目标。由于直流微网中，分布式电源数量多，控制对象数量决定了控制策略设计与实施的复杂性。目前主流的控制算法核心

为电压-功率下垂控制法。控制参数配置较为复杂，同时需要与分布式电源数量相等的可控功率变流装置，投资成本较高。

随着电力电子技术及储能技术的发展，直流微网的电压静态稳定浮动裕度逐渐扩大，动态稳定性也得到有效提高。

发明内容

随着电力电子技术及储能技术的发展，直流微网的电压静态稳定浮动裕度逐渐扩大，动态稳定性也得到有效提高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自律式浮动微电网系统，包括：

汇流母线；

主母线；

交流母线；

发电装置，该发电装置接入所述汇流母线；

储能装置，该储能装置接入所述主母线；

第一控制单元，该第一控制单元连接所述汇流母线与所述主母线；

第二控制单元，该第二控制单元连接所述汇流母线与所述交流母线；

变流装置，该变流装置连接所述交流母线与所述主母线；

负载，该负载接入所述主母线；

连接装置，该连接装置用于交流母线接入外部交流电网。

优选地，所述的控制单元包括：

检测模块，用于检测所述汇流母线和主母线的母线电压；

执行模块，用于执行通断及变流。

优选地，所述的发电装置为分布式能源，具体包括：

通过DC/DC变流器接入汇流母线的光伏发电装置，和/或通过AC/DC变流器接入汇流母线的风力发电装置，和/或通过DC/DC变流器接入汇流母线的燃料电池组。

一种所述的自律式浮动微电网系统的控制方法，包括以下步骤：

当所述汇流母线的母线电压高于所述主母线的母线电压且低于所述主母线上限电压Umax时，所述汇流母线并入所述主母线，向所述负载或所述储能装置供电，当所述汇流母线的母线电压低于所述主母线电压或高于所述主母线上限电压Umax时，所述汇流母线并入所述交流母线，功率逆变进入所述交流母线。

优选地，所述的控制单元用于控制所述汇流母线与主母线及交流母线的通断与变流。

优选地，所述的检测模块检测所述汇流母线与主母线的母线电压差；所述的执行模块根据检测所述检测模块检测到的所述汇流母线与主母线的电压差执行通断或逆变操作。

优选地，所述的主母线上限电压Umax为储能满充电压的X％，主母线下限电压为变流装置整流出口电压值。

优选地，所述的X％为所述储能装置恒流充电转恒压充电点或其他任一有利于储能提升使用效率和可靠性的百分比。

优选地，所述的储能装置通过DC/DC装置连接至所述主母线。

优选地，所述的负载为各电压等级的直流负载及交流负载，接入方式为直连，或者通过DC/DC、或DC/AC装置连接。

与现有技术相比，本发明提供的直流微网系统配合控制方法，通过检测模块实时检测直流汇流母线与主母线的电压差，执行模块根据检测模块检测的结果实时地控制汇流母线与直流母线或交流母线之间的能量流动。

相比于目前的主流微网控制技术，本发明无需微网集控系统，最大程度减少控制对象及复杂性，利用外部交流电网的自然整流出口作为微网电压支撑托底，在减少接口电力电子设备的投资的同时降低了系统性风险。

图2为本发明自律浮动式直流微电网系统控制方法的流程图。

发明专利要点简析：

1 .一种自律式浮动微电网系统，其特征在于，包括：

汇流母线；

主母线；

交流母线；

发电装置，该发电装置接入所述汇流母线；

储能装置，该储能装置接入所述主母线；

第一控制单元，该第一控制单元连接所述汇流母线与所述主母线；

第二控制单元，该第二控制单元连接所述汇流母线与所述交流母线；

变流装置，该变流装置连接所述交流母线与所述主母线；负载，该负载接入所述主母线；

连接装置，该连接装置用于交流母线接入外部交流电网。

2.根据权利要求1所述的一种自律式浮动微电网系统，其特征在于，所述的控制单元包括：

检测模块，用于检测所述汇流母线和主母线的母线电压；执行模块，用于执行通断及变流。

3.根据权利要求1所述的一种自律式浮动微电网系统，其特征在于，所述的发电装置为分布式能源，具体包括：

通过DC/DC变流器接入汇流母线的光伏发电装置，和/或通过AC/DC变流器接入汇流母线的风力发电装置，和/或通过DC/DC变流器接入汇流母线的燃料电池组。

4.一种采用权利要求2所述的自律式浮动微电网系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当所述汇流母线的母线电压高于所述主母线的母线电压且低于所述主母线上限电压Umax时，所述汇流母线并入所述主母线，向所述负载或所述储能装置供电，当所述汇流母线的母线电压低于所述主母线电压或高于所述主母线上限电压Umax时，所述汇流母线并入所述交流母线，功率逆变进入所述交流母线。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的控制单元用于控制所述汇流母线与主母线及交流母线的通断与变流。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的检测模块检测所述汇流母线与主母线的母线电压差；所述的执行模块根据检测所述检测模块检测到的所述汇流母线与主母线的电压差执行通断或逆变操作。

7 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的主母线上限电压Umax为储能满充电压的X％，主母线下限电压为变流装置整流出口电压值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的X％为所述储能装置恒流充电转恒压充电点或其他任一有利于储能提升使用效率和可靠性的百分比。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的储能装置通过DC/DC装置连接至所述主母线。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的负载为各电压等级的直流负载及交流负载，接入方式为直连，或者通过DC/DC、或DC/AC装置连接。