一种基于复合储能的微电网平滑切换控制方法

摘要

本发明涉及一种基于复合储能的微电网平滑切换控制方法与策略，设置含多种分布式电源的低压微电网，所述低压微网中的公共连接点PCC、各分布式电源和所有支路的开关由微网能量管理系统EMS进行监控，微网能量管理系统EMS通过检测微电网公共连接点PCC的开/合状态来判定低压微电网处于孤岛运行状态或并网运行状态，其特征在于：在所述含多种分布式电源的低压微电网中设置由超级电容器和蓄电池组成的复合储能单元，在微网能量管理系统EMS对低压微电网监控的基础上利用复合储能单元对微电网平滑切换控制。本发明通过充分利用复合储能特点，可大幅度提高微电网在切换紧急状态下的供电可靠性和供电质量，有利于微电网推广和应用。

主权项

一种基于复合储能的微电网平滑切换控制方法，设置含多种分布式电源的低压微电网，所述低压微电网中的公共连接点PCC、各分布式电源和所有支路的开关由微电网能量管理系统EMS进行监控，微电网能量管理系统EMS通过检测微电网公共连接点PCC的开/合状态来判定低压微电网处于孤岛运行状态或并网运行状态，其特征在于：在所述含多种分布式电源的低压微电网中设置由超级电容器和蓄电池组成的复合储能单元，在微电网能量管理系统EMS对低压微电网监控的基础上利用复合储能单元对微电网平滑切换控制，具体方法如下：1)由并网运行转非计划孤岛切换控制当检测到微电网公共连接点PCC处于断开状态时，低压微电网由并网运行向非计划孤岛进行切换，针对微电网由并网运行向非计划孤岛切换过程中功率出现不平衡的问题，在不改变分布式电源运行控制模式前提下，将超级电容器和蓄电池组成的复合储能单元作为微电网非计划孤岛运行时的主电源，通过制定微电网并网转非计划孤岛切换控制策略，确保切换前后重要负荷正常供电和分布式电源正常运行；2)由非计划孤岛运行转并网切换控制当检测到公共配电网恢复供电时，将微电网由非计划孤岛运行状态切换到并网运行，通过并网前对作为主电源的复合储能单元进行预同步控制，将低压微电网的电压和相角调整到与公共配电网基本一致，从而有效地减少了非计划孤岛向并网运行切换时的冲击和振荡，确保运行模式切换过程中的平稳过渡；3)由并网运行转非计划孤岛切换控制时，根据超级电容器端口电压u_cap大小来控制超级电容器和蓄电池的投切，以稳定复合储能单元中直流母线电压u_c为目标调节超级电容器和蓄电池的出力，设复合储能单元中超级电容器运行电压上限为u_cap‑up，运行电压下限为u_cap‑low，端口电压余量系数为α，0<α<1，则并网转孤岛的切换控制策略如下：3‑1)微电网EMS系统通过光纤通信获取PCC点开断信息以判断微电网是否孤岛运行，当监测到微电网孤岛运行时立即将超级电容器由浮充状态切换到放电状态，同时将复合储能单元由充电模式切换到V/F控制放电模式；为最大限度减小复合储能单元投入对微电网的冲击影响，复合储能V/F控制的参考电压和参考频率/相角取PCC点断开瞬间公共配电网的电压和频率/相角值；3‑2)由于微电网存在功率缺额，复合储能单元通过V/F控制输出功率稳住微电网电压和频率，复合储能直流母线电压u_c下降，超级电容器瞬时响应出力，迅速填补微电网功率缺额，与此同时超级电容器端口电压u_cap逐渐下降；3‑3)当u_cap‑up＞u_cap＞αu_cap‑up时，切除低压微电网中的次要负荷，若由复合储能单元中的蓄电池的最大输出功率为P_bat‑up，此时其余分布式电源功率之和为S_dg，切除前的负荷总功率为S_load‑whole，切除后所剩负荷功率为S_load‑res，则需切除的次要负荷功率S_load‑cut须满足以下表达式：$\left\{\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{load}-\mathrm{res}}=S_{\mathrm{load}-\mathrm{whole}}-S_{\mathrm{load}-\mathrm{cut}}\\ \beta P_{\mathrm{bat}-\mathrm{up}}+{\left|S\right|}_{\mathrm{dg}}-{\left|S\right|}_{\mathrm{load}-\mathrm{res}}\ge 0\end{array}\right.---\left(1\right)$表达式(1)中0<β<1，β为功率余量系数，其作用是当蓄电池单独作为主电源工作时，确保能在逆变后具有一定的有功和无功可调容量，以平抑其它分布式电源或重要负荷的变化带来的功率波动；3‑4)当u_cap＝αu_cap‑up时，复合储能单元中的蓄电池由浮充状态切换至放电模式，此时蓄电池和超级电容器同时作为主电源向微电网进行供电；3‑5)当u_cap‑low＜u_cap＜αu_cap‑up时，超级电容器放电至端电压u_cap逐渐下降，蓄电池供电逐渐提升至稳定状态；当u_cap＝u_cap‑low时，切除超级电容器，由蓄电池单独作为主电源对微电网重要负荷进行供电。