[发明专利]分布式直流微电网能量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流微电网控制技术领域，具体为一种分布式直流微电网能量控制方法。

背景技术

当前，公知的直流微电网由分布式电源、储能装置、负荷等均连接至直流母线，直流网络再通过电力电子逆变装置连接至外部交流电网，直流微电网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能，分布式电源和负荷的波动可由储能装置在直流侧调节。直流微电网的发电电源类型是多种多样的，常见的有光伏系统、燃料电池等。其中燃料电池发电利用率比较高、污染较小、原料丰富，并且可以根据需要安排在任意的位置，因而燃料电池在直流微电网的应用范围比较广泛。直流微电网的储能单元对于系统整体的功率起到了“削峰填谷”作用，可以使微电网中的分布式电源运行在一个比较平稳的输出电压值，对整个系统的稳定性起到关键的作用，当前常用的储能装置有蓄电池、超级电容和飞轮储能等等。对于实现微电网系统能量控制拓扑的方法，目前也有很多种。这些拓扑最主要作用就是用来实现电源优化控制的能力，与此同时控制结构还应该保持系统的可靠性和分布式单元的模块化，常见的直流微电网控制拓扑结构有：集中式控制、分散式控制和分布式控制。

目前已有的最相近似的技术方案是基于光伏电池-蓄电池的分布式电源直流微电网能量控制技术。其对光伏电池单元采用电压扰动跟踪最大功率的能量管理策略，使光伏电池保持最大功率传输。具体操作为，实时采样当前光伏电池的输出电压值和输出电流值，计算出当前输出功率值，在原始输出电压上增加一个小电压的变化，然后与之前的输出功率比较。若输出功率增加，那么继续按这一方向进行电压扰动，若输出功率减小，则改变原来的电压扰动方向，以此来跟踪光伏电池最大功率输出点，保证光伏电池始终最大功率输出。当系统运行时，采样母线电压值并且进行判断，当母线电压小于系统正常工作时的额定电压时，光伏电池将工作在最大功率传输模式，以最大功率进行传输；当母线电压大于系统正常工作时的额定电压时，光伏电池工作在恒流模式，而当系统工作在恒流模式时，母线电压又将减小，光伏电池将再次工作在最大功率传输模式。对于蓄电池单元的能量控制策略，系统采用DC/DC变换器承担双向传递能量的任务，根据母线电压、蓄电池的端电压以及电感电流的方向来控制双向变换器能量的传输方向，以此来控制蓄电池进行充放电的方式，从而实现系统能量的均衡和最优化分配。蓄电池控制采用下垂和反下垂的方式。首先设定蓄电池充放电的门槛电压值，然后检测母线电压信号，根据母线电压信号来给定蓄电池的充放电电流信号。母线电压越小则蓄电池的放电电流越大，母线电压与蓄电池放电电流呈下垂特性；母线电压越高则蓄电池的充电电流越大，母线电压和蓄电池充电电流呈反下垂特性。当母线电压小于蓄电池充放电的门槛电压时，蓄电池将作为电源向系统提供能量来提高母线电压，当母线电压高于充放电门槛电压时，蓄电池将以负载的形式吸收能量来降低母线电压，使蓄电池根据母线电压自主充放电控制。

当前直流微电网技术处于起步阶段，对能源的利用与分配极低，能量管理控制不完善。目前的直流微电网普遍是由光伏电池和蓄电池结合给负载提供能量。在光伏电池控制单元，无法做到最大功率输出，使得可再生能源的利用率低，光伏电池不能始终以最大功率为系统提供能量，造成能源的浪费；在蓄电池控制单元中，当前技术仅采用简单的下垂与反下垂控制方法，下垂系数利用简单的线性关系来确定，造成了对系统能量均衡判断中误差较大的现象，不能够准确地给系统提供或吸收能量而导致能量失衡，系统稳定性较差；当前技术中很少采用燃料电池作为系统备用电源在系统能量失衡时为系统提供能量，导致一旦光伏电池和蓄电池为系统提供能量不足时，系统将以较快的速度陷入瘫痪状态，而目前应用燃料电池的一些系统对燃料电池的利用也很低效，没有对其进行合理的能量控制管理，造成了能源的浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种使光伏电池始终以最大功率稳定输出，使下垂系数随蓄电池SOC(state of charge，电荷状态，当蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值)变化而变化，提高系统稳定性，使燃料电池作为系统的备用电源，维持系统能量平衡的一种分布式直流微电网能量控制方法。技术方案如下：

一种分布式直流微电网能量控制方法，其特征在于，设置系统正常运行的额定电压、蓄电池充电截止电压、蓄电池放电截止电压、燃料电池开启电压和系统过载电压，以满足直流母线电压下垂控制：

当直流母线电压高于系统正常运行的额定电压时，仅使光伏电池输出功率，而使蓄电池以最大功率充电；