[发明专利]一种串并联逆变器组合的光储微电网结构及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式电源发电、电力电子控制技术和微电网技术领域，具体涉及一种串并联逆变器组合的光储微电网结构及控制方法。

背景技术

可再生能源发电由于具有环境污染小和转换效率高等优点，是未来第三代综合能源网络系统的有效构成之一，吸引了广大学者和工程师越来越多的研究。其中，光伏发电作为主要的分布式发电之一，由于其本身成本的逐渐降低和太阳能的广泛存在，已经得到了越来越多的应用。为了合理的整合光伏发电，提出了一系列基于光伏微电网的协同控制和优化技术，不过由于光伏发电严重依赖自然环境，其发电规律具有随机不确定性，需要增添一定容量的储能装置来平抑功率输出，进行削峰填谷和维持系统功率平衡，进而，提出了具有典型特征的光储微电网概念。

光储微电网能够运行于并网和离网两种运行模式，在并网模式下，光伏电源一般受控为电流源，进行最大功率跟踪输出；在离网模式下，光伏电源需要和储能单元混合组成理想电源，维持离网系统的供需平衡和电压频率稳定，由于局部光伏电源的频繁功率波动，需要在本地配置较大容量的分布式储能，会造出储能容量的浪费和寿命的降低。为了高效的发挥储能的作用，同时保证光伏单元的最大功率输出，亟需研究基于集中式储能的光储微电网结构和相关控制技术。

由于单个光伏模块和储能模块固有的低压和小功率容量特性，一般需要进行双级变换器，前级DC-DC变换器进行升压工作，后级进行DC-AC逆变工作，尽管光伏和储能单元得到了灵活的控制，但是双级变换器降低了转换效率，增加了系统成本。为了克服低压和小容量特性，可以采用逆变器串联的形式，但随着级联个数的增多，单独的集中控制器将需要处理指数倍增长的采样变量、控制变量和控制目标，控制系统将变得极其复杂，严重影响了串联光伏的发展前景。

在现有的技术中，还没有一种串并联逆变器组合的光储微电网结构及控制方法，在考虑光储单元低压特性的同时，进行集中式的储能配置，同时，为了满足控制系统高可靠性和即插即用特性的需求，也亟需开发基于单独模块分散式控制的方法，在完全不需要模块间通信的环境下实现系统的稳定运行和功率合理流动。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种串并联逆变器组合的光储微电网结构及控制方法，其中，光储微电网系统整体上由相互并联的集中式储能子系统和分布式光伏子系统组成，通过各自的线路阻抗并行为等效区域负荷供电。储能子系统和光伏子系统分别由多个相互串联的逆变器模块级联而成，实现电压等级和功率容量提升，相对与传统的混合型光储微源，所提供的系统结构能实现单个储能和光伏单元的灵活控制，提高整体系统的转换效率。另外，为了实现光伏的可再生能源最大利用率，提供了一种基于MPPT算法的下垂控制方法；为了实现系统供需功率平衡和串联储能模块间荷电状态平衡，提供了基于SOC算法的上垂控制策略，在无需通信条件下实现离网系统的功率合理流动和电压频率的稳定。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种串并联逆变器组合的光储微电网结构及控制方法，光储微电网系统整体上由相互并联的储能子系统和光伏子系统组成，通过各自的线路阻抗并行为等效区域负荷供电，其中，储能子系统和光伏子系统分别由多个相互串联的逆变器级联而成，便于单个低压储能模块和低压光伏模块的接入，实现电压等级和功率容量的提升，针对所述的单个储能模块和光伏模块，提供了相应的本地分散式控制方法，实现单个模块的独立灵活控制，所提供的控制方法充分考虑储能和光伏的实际特性，保证整个光储微电网系统在无通信环境下的协调控制、功率平衡和电压频率稳定，相对于传统的基于通信范畴的控制方法，所提出的控制方法具有更高的即插即用特性和更低的系统投资成本。

光储微电网系统中主要存在光伏电源和储能电源两种形式，光伏电源作为可再生能源的代表，其功率输出具有一定的随机不确定性，储能单元作为功率缓冲单元，具有削峰填谷的功能，由于单个光伏电源和储能电源的电压和功率有限，本专利采用逆变器串并联混合连接的技术，首先利用串联逆变器实现储能模块或光伏模块的级联，形成整个电压等级高和功率容量大的储能子系统或光伏子系统，然后利用逆变器并联技术，将储能子系统和光伏子系统并联，通过各自的线路阻抗连接至负荷的公共连接点，由于光伏子系统地理位置的限制约束，其线路阻抗一般较大，而储能单元直接安装在区域负荷附近，具有较小的线路阻抗，共同组成整体主从式系统为区域负荷供电，此处，负荷的有功和无功需求均假设为正值。