一種車載式直流微電網系統及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種微電網系統，尤其設及一種車載式（或移動式）直流微電網系統。
【背景技術】
[0002] 近年來隨著新型大功率半導體開關器件、儲能技術和變流技術的快速發展，W及 可再生能源發電的異軍突起，傳統電網拓撲結構迎來了一次革命性變化。作為智能電網的 重要組成部分，微型電網（簡稱"微電網"或"微網"）技術吸引了世界各國的廣泛關注。圍 繞微電網的控制策略、穩定性分析、儲能方式、能量管理、電能質量治理等方面，國內外眾多 專家和學者做了大量深入系統的研究工作，取得了豐富的研究成果。同時在工業界，美國、 歐盟和日本等國家和地區已建成多個微網示范工程。而我國也已建成數十個W智能電網、 物聯網和儲能技術為支撐的新能源微電網示范項目。
[0003] 微電網技術的持續快速發展也帶動了移動電源車輛電力系統更新換代的步伐。目 前，移動電源車輛的供電電源呈現出由傳統發動機（柴油發動機或汽油發動機）為主，向多 種分布式電源特別是新能源（包括風能、太陽能等）同步接入的方向發展趨勢。同時，采用 儲能裝置進行能量的存儲和緩沖也已成為業界的共識。然而，新能源的接入也對車載移動 電源的配電結構和控制策略提出了挑戰。例如，在軍用裝備領域，移動電源車輛的負載多為 脈沖功率形式，對車載電網的沖擊較大，但同時要求車輛能夠具備不間斷供電能力和較高 的電能品質。如何設計車載綜合電力系統的拓撲結構，優化系統的控制就成為一個重點和 難點問題。對此，盡管已有文獻提出諸如柴儲型或光儲型移動電站的拓撲結構，但鮮有文獻 從微電網的角度出發，對移動電源車輛的拓撲結構進行優化設計和控制改進。運正是本發 明要解決的關鍵問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種車載式直流微電網系統及控制方 法，滿足移動電源車輛接入分布式電源后不間斷供電、高品質供電和綠色供電的性能要求。 陽〇化]本發明的目的是通過W下技術方案實現的：一種車載式直流微電網系統主要包括 W下組成部件：發動機-發電機組、可控整流器、蓄電池組、雙向DC-DC變換器、超級電容、 光伏發電板、單向DC-DC變換器和可控逆變器，兩條幅值同為380V的市電傳輸導線，W及3 個同型號的交流斷路器CB。、CBi、CBz和5個同型號的直流斷路器CB3、CB4、CBs、CBe、CB,。其 中：蓄電池組、雙向DC-DC變換器和超級電容構成本發明的復合儲能裝置；光伏發電板和單 相DC-DC變換器構成本發明的光伏發電系統。上述各部件集成于一個標準方艙之中，其中 光伏發電板平鋪于方艙頂部。各部件之間的電氣連接關系為：發動機-發電機組的=相交 流電輸出端，通過交流斷路器CBi連接到可控整流器的輸入端，可控整流器的輸出端通過直 流斷路器CBs并聯到直流母線上；蓄電池組的輸出端，連接到雙向DC-DC變換器的低壓端， 雙向DC-DC變換器的高壓端通過直流斷路器CBa并聯到直流母線上；超級電容的輸出端通 過直流斷路器CBs并聯到直流母線上；光伏發電板的輸出端，連接到單向DC-DC變換器的低 壓端，單向DC-DC變換器的高壓端通過直流斷路器CBe并聯到直流母線上；可控逆變器的輸 入端通過直流斷路器CB,并聯到直流母線上，可控逆變器的輸出端作為整個車載電網系統 的輸出端，連接到用電負載；一條市電傳輸導線通過交流斷路器CB。連接到可控整流器的輸 入端；另一條市電傳輸導線通過交流斷路器CBz連接到可控逆變器的輸出端。
[0006] 本發明的一種車載式直流微電網系統的控制方法主要包括W下步驟：
[0007] 1.首先檢測有無市電電壓，據此將車載式直流微電網系統的工作模式區分為并網 運行模式和離網運行模式；具體為：
[0008] 1. 1有市電電壓的情況下，車載式直流微電網系統工作于并網運行模式，此時交流 斷路器CB。閉合，交流斷路器CB1、CBz斷開，直流斷路器CB3、CB4、CBs、CBe、CB,均閉合；
[0009] 1.2無市電電壓的情況下，車載式直流微電網系統工作于離網運行模式（或孤島 運行模式），此時交流斷路器CBi閉合，交流斷路器CB。、CBz斷開，直流斷路器CB 3、CB4、CBs、 CBeXB,均閉合；同時依據負載功率的大小，決定發動機-發電機組是否啟動：如果是大功率 負載，則啟動發動機-發電機組，由發動機-發電機組、復合儲能裝置、光伏發電系統聯合向 負載供電，構成柴光儲型發電系統；反之，如果是小功率負載，則關閉發動機-發電機組，由 復合儲能裝置、光伏發電系統聯合向負載供電，構成光儲型發電系統，且當光伏發電系統的 輸出功率依然高于負載所需功率時，復合儲能裝置將自動儲存多余的電能；
[0010] 1. 3并網運行模式、離網運行模式的切換依據及操作方法為：市電網發生掉電故 障后，系統的工作模式將由并網運行模式切換至離網運行模式，此時交流斷路器CB。首先斷 開，之后發動機-發電機組啟動運行，待發動機-發電機轉速達到額定值后交流斷路器CBi 閉合，由發動機-發電機組輸出負載所需的平均功率，該模式切換過程中5個直流斷路器 〔83、〔84、〔85、〔86、〔87和交流斷路器〔8 2均不動作；市電網掉電故障消除（電壓恢復）后，系 統的工作模式將由離網運行模式切換至并網運行模式，此時發動機-發電機組首先關閉， 待交流斷路器CBi斷開后，交流斷路器CB。閉合，改由市電網輸入負載所需的平均功率，同樣 該模式切換過程中5個直流斷路器CBs、CB4、CBs、CBe、CB,和交流斷路器CB 2均不動作；
[0011] 2.當可控整流器或可控逆變器任何一個出現故障時，車載式直流微電網系統將工 作于故障運行模式，此時交流斷路器CB。、CBi和5個直流斷路器CB 3、CB4、CBs、CBe、CB,均斷 開，交流斷路器CBz閉合；
[0012] 3.并網運行模式或離網運行模式下，可控整流器、雙向DC-DC變換器、單向DC-DC 變換器和可控逆變器的控制策略如下：
[0013] 3. 1可控整流器采用傳統的直接功率控制結構，其中有功功率、無功功率的參考值 分別設定為負載的平均有功功率之和、平均無功功率之和；
[0014] 3. 2雙向DC-DC變換器采用恒壓模式或恒流模式進行控制，具體為：當蓄電池組的 荷電狀態SOC大于等于其闊值下限SOCmi。，即當SOC > SOCmm時，雙向DC-DC變換器工作于恒 壓模式（或Boost模式）；當SOC低于其闊值下限，即當S0C<S0Cmi。時，雙向DC-DC變換器切 換至恒流模式（或Buck模式），W額定電流向蓄電池組充電，直至蓄電池組的荷電狀態SOC 重新達到闊值上限SOCm。、;其中，恒壓模式下，為了減少蓄電池組的放電頻率，延長電池的使 用壽命，設計一個5%的母線電壓控制死區，即只有當直流母線電壓低于額定值的95% (或 直流母線電壓跌落5% )時，雙向DC-DC變換器的觸發脈沖才有效；同時，為了節約計算資 源，蓄電池組的荷電狀態SOC設計為每隔5s檢測并判斷一次；
[0015] 3. 3單向DC-DC變換器采用工業上較為成熟的擾動觀察法，使光伏發電系統始終 工作于最大功率追蹤（MPPT)模式；
[0016] 3. 4可控逆變器采用改進的矢