一種基于電力海綿技術的微電網功率控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種微電網功率控制系統及方法，尤其設及一種基于電力海綿技術的 微電網功率控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀W來，隨著世界經濟的快速發展，對能源的需求不斷增長，世界范圍 內煤、石油、天然氣等不可再生能源供應持續緊張，人類正面臨著嚴峻的能源危機。同時，大 量化石能源的使用導致日益嚴重的環境污染問題，極端的天氣情況及其引發的自然災害不 斷發生，人類的生存環境受到嚴重威脅。
[0003] 此外，當前電力系統已發展成為集中發電、遠距離高壓輸電大型互聯網絡系統，隨 著電網規模的不斷擴大，運種"大機組、大電廠、大系統、高電壓"的超大規模電力系統的弊 端也日益顯現出來，如運行和調控難度大、經濟成本高、無法靈活地實時跟蹤負荷變化、難 W滿足用戶對電網可靠性和多樣化供電的高要求等。大型互聯電力系統中，如果發生局部 事故，則極易擴散，導致大面積的停電，近年來世界范圍內的各種大面積停電事故，暴露了 傳統大電網的脆弱性。
[0004] 鑒于上述問題，世界各國開始另辟曖徑，W高效、經濟、環保的新能源和可再生能 源為主的新型發電技術--分布式發電值istributedGeneration,DG)，已成為解決未來 能源問題的主要出路。分布式發電系統可大量接納清潔的可再生能源入網，不僅能緩解能 源短缺，減少環境污染，還能提高現有電力系統的效率、可靠性和電能質量。大電網與分布 式發電相結合，被國內外許多專家學者認為是未來電力系統發展的重要方向之一。但是其 本身仍存在許多缺點，如單機接入成本高、運行控制困難、發電功率小等。而且隨著大量分 布式電源接入大電網，其對大電網電能質量和可靠性產生的諸多不利影響逐漸顯現出來。
[0005] 為了解決分布式電源大規模應用的問題，充分挖掘出分布式發電的價值和效益， 微電網是一種很好地方案。微電網是一種由負荷和微型電源共同組成的系統，它可同時提 供電能和熱量，微電網內部的電源主要由電力電子器件負責能量的轉換，并提供必需的控 審IJ。微電網相對于外部大電網表現為單一的受控單元，并同時滿足用戶對電能質量和供電 安全等要求。然而，W風電、太陽能光伏發電等可再生電源為主的分布式電源的波動性，會 對微電網的安全穩定造成影響，W及對微電網內部重要負荷的穩定運行造成影響。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種微電網功率控制系統，該系統能使得微電網的交流母 線電壓保持穩定，同時使得與微電網連接的重要負荷功率保持穩定。
[0007] 本發明的另一目的在于提供一種微電網功率控制方法，該方法可基于上述系統達 到上述功能。
[000引為了實現上述目的，本發明提出了一種微電網功率控制系統，其與微電源連接，所 述微電源與微電網的交流母線連接，將電能輸給微電網，所述微電網的交流母線連接有一 般負荷與重要負荷，所述控制系統包括控制單元，電力海綿，直流電壓檢測裝置，交流電流 檢測裝置和交流電壓檢測裝置，其中：
[0009] 所述電力海綿串接于微電網的交流母線和一般負荷之間，所述電力海綿的控制端 與所述控制單元的控制信號輸出端連接；
[0010] 所述直流電壓檢測裝置，其與電力海綿的直流母線連接，W檢測電力海綿的直流 電壓Ud。，所述直流電壓檢測裝置還與控制單元的直流信號輸入端連接；
[0011] 所述交流電流檢測裝置串接于所述微電源和微電網的交流母線之間，W檢測輸入 微電網的交流母線的交流電流is，所述交流電流檢測裝置還與控制單元的交流電流信號輸 入端連接；
[0012] 所述交流電壓檢測裝置與微電網的交流母線連接，W檢測輸入微電網的交流母線 的交流電壓Ug,所述交流電壓檢測裝置還與控制單元的交流電壓信號輸入端連接；
[0013] 所述控制單元包括第一比例積分控制器和第二比例積分控制器；所述控制單元根 據下述模型獲得電力海綿無功環控制量iq和電力海綿有功環控制量Umv: 陽014]iq=kPi*OJref-Us)+k。* /OJref-Us)dt陽〇1 引Umv=kp2* 化ref-Pw)+ki2* / 化ref-Pw)化
[0016]式中，kpi為第一比例積分控制器的比例系數；k11為第一比例積分控制器的積分 系數化。f為設定的微電網的交流母線電壓初始值；Ug是由接收自交流電壓檢測裝置的 交流電壓^得到的交流電壓幅值；kp2為第二比例積分控制器的比例系數，ki2為第二比 例積分控制器的積分系數；Piuf為設定的重要負荷功率參考值；PW表示微電網有功功率， %心媽跨* 4 * ￡&鱗，其中U虎所述交流電壓幅值，！虎由接收自交流電流檢測裝置的 交流電流is得到的交流電流幅值，@表示交流電壓與交流電流的功角；
[0017] 所述控制單元根據下述模型獲得與交流=相分別對應的電力海綿脈寬調制信號 PWMa'PWMb'PWMc:
[0018]
[0019]
[0020]
[002U式中，Umv為所述電力海綿有功環控制量，iq為所述電力海綿無功環控制量，Udc為 接收的電力海綿的直流電壓，《為根據接收的交流電壓Ug和交流電流ig得到的電壓頻率；
[0022] 所述控制單元通過其控制信號輸出端將所述與交流=相分別對應的電力海綿脈 寬調制信號PWM。、PWMb、PWM。傳輸給所述電力海綿的控制端，W控制電力海綿對所述一般負 荷輸出的無功電流，使得微電網的交流母線的電壓為Uw;W及控制所述電力海綿加在所述 一般負荷上的輸出電壓Ui,使得所述重要負荷功率為Piw。
[0023]本發明所述的微電網功率控制系統能使得微電網的交流母線的電壓保持穩定，同 時使得與微電網連接的重要負荷功率保持穩定。具體來說，該方法通過在微電網的交流母 線與一般負荷之間串聯接入電力海綿，W無功環控制和有功環控制為控制手段，控制所述 電力海綿基于設定的微電網的交流母線電壓初始值UfW和設定的重要負荷功率參考值PIfW 輸出與交流S相分別對應的電力海綿脈寬調制信號PWM。、PWMb、PWM。，W控制電力海綿對一 般負荷輸出的無功電流，使得微電網的交流母線的電壓為UfW,從而保持微電網的交流母線 的電壓穩定；W及控制電力海綿加在一般負荷上的輸出電壓Ui,W平抑微電網中的功率波 動，使得重要負荷功率為Piw,從而保持重要負荷功率穩定。
[0024] 進一步地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述控制器為數字信號處理器。
[00巧]進一步地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述直流電壓檢測裝置包括直 流電壓傳感器。
[00%] 進一步地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述交流電壓檢測裝置包括交 流電壓互感器。
[0027] 進一步地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述交流電流檢測裝置包括交 流電流傳感器。
[002引優選地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述第一比例積分控制的比例系 數kpi的范圍取0 <kpi< 100,第一比例積分控制的積分系數k。的范圍取0 <k。< 10。
[0029] 優選地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述第二比例積分控制的比例系 數kp2的范圍取0 <kp2< 100,第二比例積分控制的積分系數k12的范圍取0 <k12< 10。
[0030] 進一步地，本發明所述的微電網功率控制系統中，所述電力海綿包括與交流=相 分別對應的=個半橋結構，其中每一個半橋結構均包括：第一IGBT(絕緣柵雙極型晶體 管）、第二IGBTW及直流電容，其中所述第一IGBT的發射極連接所述第二IGBT的集電極， 所述第一IGBT的集電極通過所述直流電容與所述第二IGBT的發射極連接，作為電力海綿 的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其與對應相電力海綿脈寬調制信號對應 的控制單元的控制信號輸出端相連，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信號相反， 第二IGBT的集電極和發射極串接在對應相的微電網的交流母線與一般負荷之間，所述直 流電容兩端的電壓為電力海綿的直流電壓Udc。
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