[发明专利]一种独立直流微电网系统及其能量平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于微电网技术、电力电子技术领域，具体涉及一种独立直流微电网系统及其能量平衡控制方法。

背景技术

海岛及偏远地区通常远离大电网，一般采取独立供电方式，短期内与大电网互联不易实现，大多采用柴油发电机供电模式，由于柴油机存在机械寿命相对较短，维护较复杂，电能质量很难得到有效保障，并且具有高昂的柴油成本以及运输困难等问题，通常电力十分紧缺。但此类地区可再生能源比较丰富，充分利用可再生能源，建立含风—光等可再生能源的发电系统是解决此类地区用电问题行之有效的措施。微电网系统作为可再生分布式发电源的有效组织形式，近年来受到了广泛关注并得到了越来越多的应用，在解决海岛及偏远地区用电问题上发挥着重要作用。现阶段在海岛环境的独立微电网系统有两种，一种是交流母线的独立微电网，另一种是直流母线的独立微电网。

交流母线的独立微电网系统结构如图1所示，包括集控中心、发电机组、可再生发电源、储能设备、双向变流器、单相变流器、输电网络以及多个区域和多个联络开关。集控中心实时监测系统各个模块的运行情况，各端口的电能信息，对系统中各模块按策略执行分、合操作，启动、停止发电机组工作，并监测储能系统剩余容量。储能设备连接的双向变流器有两种工作模式，VF模式和PQ模式，当发电机组不运行时，双向变流器工作在VF模式，提供交流母线电压、频率支撑，此时若可再生能源发电量较多时，双向变流器对储能设备进行充电操作，若可再生能源发电量不足以维持负荷时，储能通过双向变流器放电操作；当发电机组运行时，双向变流器工作在PQ模式，对于离网系统而言，尽量少使用常规化石能源，因此发电机组的启动条件是储能设备剩余容量不足以维持系统的运行，此时储能工作在充电模式，当剩余容量达到门槛上限时，由集控中心停止发电机组运行。可再生能源发电电源经变流器变流后接入交流母线，其中光伏系统由DC/AC并网型逆变器接入交流母线，风机系统由AC/DC/AC接入交流母线，当系统母线有电压时，可再生能源的变流器即开始工作。当可再生能源发电量超过系统中负荷和双向变流器需求时，由集控中心对其进行限功率运行或关闭的控制。

这种系统的缺点在于：系统可靠性不高，对集控中心、双向变流器等关键器件依赖度较大，在系统中无法替代，不能进行冗余配置。当集控中心或双向变流器失效后系统有出现瘫痪的风险；负荷管理和发电管理均由集控中心控制，由于数据传输和处理延时，系统实时度不高；回路切除需要由机械开关完成，使用寿命有局限且拒动的风险较大。

直流母线的独立微电网系统如图2所示，由能量产生环节、能量存储环节、能量消耗环节和控制中心4部分组成。其能量的产生环节又分为风力发电、光伏发电、柴油机组发电以及其他可利用的交流发电设备（预留，可扩展）；能量储存环节为蓄电池；能量的消耗一般主要由直流负载、交流负载2个部分组成；控制中心主要负责系统的整体运行控制，包括系统运行状态的监测、蓄电池的保护功能、负载的运行控制以及发电机组的启停控制信号，保证整个发电系统稳定、可靠地运行。

这种系统的缺点在于：蓄电池无管理，充放次数及深度较难保证；蓄电池直接接入直流母线，直流母线电压受限于蓄电池端的电压值，此系统扩展性有限，不适用于后期增加发电、用电设备；系统母线电压较低，不适合远距离布置发电源及负荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种独立直流微电网系统，以解决现有系统在远离大电网、恶劣的环境下采用可再生能源供电的可靠性问题，同时提供一种对该系统进行能量平衡的控制方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种独立直流微电网系统，包括两个或者两个以上的微电网子模块，每个微电网子模块至少包括分布式电源，储能模块和负荷，所述微电网子模块通过直流接口连接形成双端或者多端直流网络。

所述各微电网子模块均包括具有内部直流母线的智能控制器；所述智能控制器设有与分布式电源，储能模块和负荷连接的端口和与其他微电网子模块中的智能控制器连接的互联端口；所述分布式发电源通过变流器接入直流母线，所述储能模块通过DC/DC模块接入直流母线；所述直流母线用于与负荷连接，还通过DC/DC模块与其他微电网子模块中智能控制器的互联端口连接。

所述智能控制器与负荷和其他微电网子模块的智能控制器之间的连接及切除采用软开关控制。

每个智能控制器配置有至少两个互联端口，三个及三个以上子模块通过对应端口形成环网系统。