含有混合储能的微电网及其控制方法

摘要

本发明主要是涉及一种含有混合储能的微电网及其控制方法，将基于超级电容器与蓄电池的混合储能系统并联在微电网上，采用模糊滑模的控制方式对混合储能装置进行控制。该控制方法不仅可以实现平抑微网并网波动功率，微网离网投切负荷时的波动功率，而且能够实现系统由并网/离网的平滑切换，从而使系统的稳定性得到提高，进一步验证该控制方法的优越性。

主权项

一种含有混合储能的微电网，其特征在于：光伏电池连接DC/AC变流器与负荷并联，风机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，光伏电池与风机并联经过断路器连接到交流母线上；燃料电池连接DC/AC变流器与负荷并联，并经过断路器连接到交流母线上；燃气轮机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；柴油机与AC/DC整流器和DC/AC逆变器连接并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；超级电容器与蓄电池分别通过DC/DC变流器与DC/AC逆变器连接，并与负荷并联，经过断路器连接到交流母线上；交流母线通过断路器与电网连接；所述含有混合储能的微电网控制方法，微电网在并网、离网以及平滑切换过程中，通过控制混合储能装置充放电，对微电网运行状态进行功率补偿，步骤如下：(1)、微电网在并网运行时，将非可控型微源作为主电源为电网和负荷供电，可控型微源与微网断开，此时非可控型微源采用PQ控制，蓄电池和超级电容器同时对微电网进行充放电，并根据系统波动功率的合理分配对混合储能装置变流器进行协调控制；(2)、微电网在并网离网运行平滑切换以及负荷投切时，采用超级电容器来平抑可控微源投切过程中的功率波动，蓄电池通过充放电用来维护系统整体性能的稳定；此时储能装置外环采用下垂控制方式，内环采用模糊滑模控制方式；(3)、微电网在离网运行时，将可控型微源作为微网主电源，采用VF控制维持微电网电压和频率稳定，此时非可控型微源与微网断开；混合储能装置逆变器采用模糊滑模控制方式，采用比例切换控制方法对母线电流误差和电流误差变化率进行切换，同时对切换函数和切换函数微分进行模糊化，经过模糊推理和解模糊化后，最后经过模糊控制器得到输出控制量，并对控制对象进行控制；模糊滑模控制器输入电流参考值i^*_d,i^*_q计算式如式(1)所示；其中u_d、u_q分别为母线有功电压和无功电压，P、Q分别为三相母线有功功率和无功功检测值；$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{*}\\ i_q^{*}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}{u}_d& u_q\\ u_q& -u_d\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}P\\ Q\end{array}\right]---\left(1\right)$锁相环PLL通过相位角将逆变器输出电压与电网电压保持同步，其目的使系统电流误差保持最低并合成的电压的校正矢量；误差电流定义如式(2)所示；$\left[\begin{array}{c}\Delta i_d\\ {\mathrm{\Delta i}}_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_d^{*}\\ i_q^{*}\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]---\left(2\right)$母线三相dq轴电流误差e(t)以及误差的变化率de(t)如式(3)所示；其采样时间T＝1ms；$\begin{array}{c}e\left(t\right)={\mathrm{\Delta i}}_{dq}=i_{dq}^{*}-i_{dq}\\ de\left(t\right)=\frac{1}{T}\left(e\right(t)-e(t-1\left)\right)\end{array}---\left(3\right)$切换函数s(k)的设计如式(4)：$\begin{array}{c}s\left(t\right)=c\left(e\right(t)+de(t\left)\right)\\ ds\left(t\right)=\frac{1}{T}\left(s\right(t)-s(t-1\left)\right)\end{array}---\left(4\right)$采用比例切换控制方法并满足滑动模态存在条件进行控制器设计，控制器设计为如式(5)：u＝(α|e(t)|+βde(t))·sgn(s(t))    (5)使用一个二维模糊控制器，滑模控制变量u是由模糊控制规则设计；令s(t)、ds(t)为模糊变量并作为模糊控制器的输入；模糊变量Δu作为模糊控制器的输出；根据模糊控制理论，模糊集设计如下所示：s(t)＝{NB,NS,ZO,PS,PB}；ds(t)＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；Δu＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；其中模糊变量s(t)、ds(t)、Δu的模糊论域为[‑1，1]；相对应的模糊语言{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；模糊变量采用三角型隶属函数；有功功率无功功率控制的模糊控制规则库如表1和表2所示；表1电流有功误差Δi_d输入模糊规则表2电流无功误差Δi_q输入模糊规则