一種光伏直流微電網能量協調控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光伏電力技術領域，尤其涉及一種光伏直流微電網能量協調控制裝 置。
【背景技術】
[0002] 在環境污染和能源危機的雙重壓力下，太陽能發電技術已經成為電力電子行業的 研究熱點。在電力電子技術和儲能技術的推動下，直流微電網將得到快速發展。直流微電 網以其便于控制、可靠性高、損耗小等優點將成為偏遠山村和未來家庭的主要供電結構。 [0003] 直流微電網的特點是分布式電源、儲能裝置和負載之間的協調控制。而現有的協 調控制技術多采用主從并聯法或母線電壓下垂法。主從并聯法須包含主單元和從單元，主 單元負責穩定直流母線電壓，采用恒壓控制，從單元采用恒流控制，但各單元之間需要實現 快速通信。母線電壓下垂法利用各單元的輸出電流，改變各單元的等效輸出電阻，實現均流 控制。迄今為止，對光伏直流微電網尚無較為理想的控制方法，既能保證直流母線電壓穩定 在恒壓狀態，又能實現系統的均流輸出，使供能系統與負載很好的匹配，節約能耗，且運行 可靠。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種光伏直流微電網能量協調 控制裝置，該裝置既能保證直流母線電壓穩定在恒壓狀態，又能實現系統的均流輸出，使直 流微電網與大電網有機地結合，不僅使供能系統與負載很好的匹配，運行可靠，而且能有效 地節約能耗。
[0005] 實現上述目的采取的技術方案是：一種光伏直流微電網能量協調控制方法，包括 并網模式的控制和直流微電網孤島模式的控制： A. 并網模式的控制： 當大電網正常運行時，直流微電網工作在并網模式下，采用主從并聯法，大電網接口電 路作為主單元，蓄電池單元等效為負載的一部分，并與直流負載和光伏陣列作為從單元，光 伏陣列接口電路工作在MPPT模式；當光伏陣列產生的能量大于直流負載所需能量時，大電 網接口電路工作在逆變模式，把微電網內剩余能量以單位功率因數輸送到大電網；當光伏 陣列產生的能量不足時，大電網接口電路工作在整流模式，并以單位功率因數從大電網內 獲取電能；由大電網接口電路維持微電網中的能量平衡，并穩定微電網中直流母線電壓； B. 孤島模式的控制： 當大電網發生故障時，直流微電網工作在孤島模式下，采用直流母線電壓下垂控制方 法：當直流母線電壓在設定的穩定控制值以上時，光伏陣列接口電路運行在電壓下垂模式， 根據直流母線電壓調節輸出電流；當直流母線電壓在設定的穩定控制值以下時，光伏陣列 接口電路運行在MPPT模式，實現光伏陣列電能的最大輸出；當直流母線電壓低于設定的直 流母線電壓控制下限值時，光伏陣列輸出電流達到限制電流，光伏陣列接口電路控制恒流 輸出，如果直流母線電壓繼續跌落時，光伏陣列接口電路停止工作；蓄電池組中各蓄電池單 元分別在蓄電池接口電路的控制下實現充放電，其充放電的門檻電壓設置為所述穩定控制 值，直流微電網的功率缺額由蓄電池組提供，當直流母線電壓在較佳控制范圍內時，蓄電池 接口電路運行在電壓下垂控制模式，基于直流母線電壓和蓄電池的SOC，選擇相應的充放電 電流；當直流母線電壓在較佳控制范圍以外時，蓄電池組以極限電流進行充放電，以協調直 流微電網的能量平衡；直流負載通過負載接口電路控制，負載接口電路采用電壓電流雙閉 環控制結構，通過改變負載電壓的大小，調節負載功率。
[0006] 所述大電網接口電路設置三相全橋逆變器，所述光伏陣列接口電路設置Boost變 換器，所述蓄電池接口電路設置雙向Boost/Buck變換器，所述負載接口電路設置Buck變換 器。
[0007] 所述三相全橋逆變器對直流母線電壓采用PI控制器控制，對并網電流采用比例 諧振控制器控制，并網時控制直流母線電壓恒為穩定控制值。
[0008] 所述Boost變換器有MPPT控制和電壓下垂控制兩種模式，并網模式時，Boost變 換器工作在MPPT模式，采用的MPPT算法為基于PI控制器的變步長擾動觀察法；孤島模式 時，直流母線電壓高于穩定控制值時，采用下垂控制模式，當直流母線電壓低于穩定控制值 時，采用MPPT控制模式，輸出最大功率，穩定母線電壓。
[0009] 所述雙向Boost/Buck變換器，并網模式時作為負載，只有充電和不工作兩種模式， SOC算法根據蓄電池組輸出電壓得到合適的充電電流，充電方法采用三階段充電法，電流控 制環節采用PI控制器；孤島模式時，所述雙向Boost/Buck變換器運行在電壓下垂控制模 式，直流母線電壓在較佳控制范圍以內時，采用下垂控制模式。
[0010] 所述直流母線電壓穩定控制值設定為350V ;所述直流母線電壓較佳控制范圍設 定為340V <直流母線電壓多360V ;所述直流母線電壓控制下限值設定為330V。
[0011] 本發明的光伏直流微電網能量協調控制方法，采用主從并聯法和母線電壓下垂法 相結合的控制方法，在并網模式下，采用主從并聯法，以大電網接口電路為主單元，控制直 流母線電壓恒定；在孤島模式下，采用母線電壓下垂法，各單元根據下垂特性，控制輸出電 流，維持微電網的能量平衡。從而既能保證直流母線電壓穩定在恒壓狀態，又能實現系統的 均流輸出，使直流微電網與大電網有機地結合，不僅使供能系統與負載很好的匹配，保證系 統運行可靠，而且能有效地減少能量損失，節約能耗。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明中光伏直流微電網系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 如圖1所示，本發明所使用的光伏直流微電網系統，由光伏陣列1、蓄電池組2、直 流負載3、直流母線5和并網接口系統組成，所述直流母線5通過大電網接口電路與大電網 4連接。所述并網接口系統包括所述大電網接口電路、光伏陣列接口電路、蓄電池接口電 路和負載接口電路。光伏陣列1通過光伏陣列接口電路向直流母線5輸入電能，所述光伏 陣列接口電路設置Boost變換器6,所述Boost變換器6有MPPT控制和電壓下垂控制兩種 模式，當大電網4運行正常，光伏直流微電網處于并網模式運行時，Boost變換器6工作在 MPPT模式，采用的MPPT算法為基于PI控制器的變步長擾動觀察法。當大電網4發生故障， 光伏直流微電網處于孤島模式運行，此時若直流母線電壓高于穩定控制值時，采用下垂控 制模式；當直流母線電壓低于穩定控制值時，采用MPPT控制模式，輸出最大功率，穩定母線 電壓，其中，所述穩定控制值一般設定為350V。蓄電池組2中各蓄電池分別蓄電池接口電路 與直流母線5相連，所述蓄電池接口電路設置雙向Boost/Buck變換器7、8實現充放電的功 能，所述雙向Boost/Buck變換器7、8,并網模式時作為負載，只有充電和不工作兩種模式， SOC算法根據蓄電池組2輸出電壓得到合適的充電電流，充電方法采用三階段充電法，電流 控制環節采用PI控制器；孤島模式時，所述雙向Boost/Buck變換器7、8運行在電壓下垂控 制模式，直流母線電壓在較佳控制范圍以內時，采用下垂控制模式。所述大電網接口電路設 置三相全橋逆變器10,為光伏直流微電網能量協調控制的關鍵模塊。所述三相全橋逆變器 10對直流母線電壓采用PI控制器，對并網電流采用比例諧振控制器，并網時控制直流母線 電壓恒為穩定控制值。所述直流負載3通過直流負載接口電路與所述直流母線5連接，所 述直流負載接口電路設置Buck變換器9,所述直流負載3通過Buck變換器9從直流母線吸 收電能。所述Buck變換器9采用電壓電流雙閉環控制結構，通過改變負載電壓G的大小， 調節負載功率，電壓和電流環均采用PI控制器。
[0014] 本發明的光伏直流微電網能量協調控制方法