基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及分布式發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的提高供電可靠性微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的微電網(wǎng)由多種分布式發(fā)電單元、儲能系統(tǒng)以及負(fù)荷組成，微電網(wǎng)是一種新型供配電技術(shù)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。在2001年，美國R.H.Lasseter等學(xué)者提出了微電網(wǎng)的概念，目前微電網(wǎng)技術(shù)正朝著實用化階段發(fā)展。微電網(wǎng)可綜合管理出力具有波動性、間歇性的分布式發(fā)電單元，諸如風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電等類型的分布式發(fā)電，提供一種友好接入方式，抑制分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，充分發(fā)揮分布式發(fā)電的效益和價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實用新型的目的是提出一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可快速隔離微電網(wǎng)外部的異常事件、實現(xiàn)微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行時源荷的功率平衡以及微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行模式的不斷電平滑切換。
[0004]本實用新型采用以下方案實現(xiàn):一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括微電網(wǎng)管理終端、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)以及與其相連的配電網(wǎng)一次系統(tǒng)，所述的配電網(wǎng)一次系統(tǒng)連接至并網(wǎng)交流母線，還包括一光伏陣列、一風(fēng)力機組、一儲能系統(tǒng)以及一備用電源，所述的光伏陣列、風(fēng)力機組、儲能系統(tǒng)以及備用電源分別經(jīng)第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器連接至微電網(wǎng)直流匯流母線，所述的微電網(wǎng)直流匯流母線經(jīng)一下垂控制逆變器連接至微電網(wǎng)交流母線，所述的微電網(wǎng)交流母線經(jīng)一固態(tài)開關(guān)連接至所述的并網(wǎng)交流母線；所述的微電網(wǎng)交流母線還連接有微電網(wǎng)負(fù)荷；所述的微電網(wǎng)管理終端連接有一并網(wǎng)點保護(hù)終端、一源荷平衡控制終端以及所述的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，所述的并網(wǎng)點保護(hù)終端與所述的固態(tài)開關(guān)、所述的下垂控制逆變器、所述的并網(wǎng)交流母線以及所述的微電網(wǎng)交流母線相連，所述的源荷平衡控制終端與所述的下垂控制逆變器、所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器、第二整流變換器、所述的儲能系統(tǒng)以及所述的備用電源相連接。
[0005]進(jìn)一步地，所述的并網(wǎng)點保護(hù)終端包括一 DSP以及與其相連的MCU、并離網(wǎng)控制單元、電壓異常保護(hù)單元、電流異常保護(hù)單元、頻率異常保護(hù)單元、電壓幅值計算單元、頻率與相位計算單元、電氣量檢測單元、開關(guān)狀態(tài)檢測單元以及開關(guān)動作控制單元；所述的并離網(wǎng)控制單元、電壓幅值計算單元以及所述的頻率與相位計算單元均連接至所述的下垂控制逆變器，所述的MCU與所述的微電網(wǎng)管理終端相連，所述的電氣量測量單元分別連接至所述的并網(wǎng)交流母線以及微電網(wǎng)交流母線，所述的開關(guān)狀態(tài)檢測單元以及開關(guān)動作控制單元均與所述的固態(tài)開關(guān)相連。
[0006]進(jìn)一步地，所述的源荷平衡控制終端包括DSP以及與其相連的MCU、發(fā)電出力預(yù)測單元、微電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測單元、并離網(wǎng)狀態(tài)檢測單元、運行模式控制單元、啟停及功率給定單元、荷電狀態(tài)檢測單元以及電氣量檢測單元；所述的MCU連接至所述的微電網(wǎng)管理終端，所述的并離網(wǎng)狀態(tài)檢測單元與所述的下垂控制逆變器相連，所述的啟停及功率給定單元連接至所述的備用電源，所述的荷電狀態(tài)檢測單元連接至所述的儲能系統(tǒng)，所述的電氣量檢測單元分別與所述的下垂控制逆變器、第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器相連，所述的運行模式控制單元分別與所述的第一直流變換器、第一整流變換器以及第二直流變換器相連。
[0007]較佳地，本實用新型采用三層控制結(jié)構(gòu)，下垂控制逆變器、光伏陣列的直流變換器、風(fēng)力機組的整流變換器、儲能系統(tǒng)的直流變換器以及備用電源的整流變換器構(gòu)成就地控制層，并網(wǎng)點保護(hù)終端和源荷平衡控制終端構(gòu)成中間控制層，微電網(wǎng)管理終端為站控層。微電網(wǎng)管理終端具備運行監(jiān)控、相關(guān)電氣量的實時和歷史信息展示以及存儲等功能。
[0008]特別的，本實用新型采用固態(tài)開關(guān)并網(wǎng)的目的是實現(xiàn)半個周波分?jǐn)嗷蜷]合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的電氣連接，可快速隔離配電網(wǎng)故障；采用下垂控制策略的目的是微電網(wǎng)實現(xiàn)不斷電進(jìn)行并離網(wǎng)運行模式的切換；采用源荷平衡的目的是實現(xiàn)微電網(wǎng)在并離網(wǎng)運行時分布式發(fā)電單元的出力、儲能系統(tǒng)功率、備用電源的出力與負(fù)荷的有功功率的總體平衡，其中源指的是儲能系統(tǒng)、分布式發(fā)電單元以及備用電源，荷指的是負(fù)荷，分布式發(fā)電單元為光伏陣列和風(fēng)力機組；采用直流匯流的目的是節(jié)省分布式發(fā)電單元的逆變環(huán)節(jié)，匯流后統(tǒng)一經(jīng)過下垂控制逆變器并網(wǎng)。
[0009]綜上所述，通過固態(tài)開關(guān)快速隔離配電網(wǎng)故障、采用下垂控制策略實現(xiàn)不斷電進(jìn)行并離網(wǎng)運行模式的切換、采用源荷平衡實現(xiàn)微電網(wǎng)在并離網(wǎng)運行源荷功率的平衡等，在失去配電網(wǎng)供電的情形下，微電網(wǎng)可不斷電平滑切換至離網(wǎng)運行，有效保障針對微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的供電可靠性。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可快速隔離微電網(wǎng)外部的異常事件、實現(xiàn)微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行時源荷的功率平衡以及微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行模式的不斷電平滑切換。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實用新型的并網(wǎng)點保護(hù)終端功能結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本實用新型的源荷平衡控制終端功能結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1、圖2以及圖3所示，本實施例提供了一種基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括微電網(wǎng)管理終端、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)以及與其相連的配電網(wǎng)一次系統(tǒng)，所述的配電網(wǎng)一次系統(tǒng)連接至并網(wǎng)交流母線，還包括一光伏陣列、一風(fēng)力機組、一儲能系統(tǒng)以及一備用電源，所述的光伏陣列、風(fēng)力機組、儲能系統(tǒng)以及備用電源分別經(jīng)第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器連接至微電網(wǎng)直流匯流母線，所述的微電網(wǎng)直流匯流母線經(jīng)一下垂控制逆變器連接至微電網(wǎng)交流母線，所述的微電網(wǎng)交流母線經(jīng)一固態(tài)開關(guān)連接至所述的并網(wǎng)交流母線；所述的微電網(wǎng)交流母線還連接有微電網(wǎng)負(fù)荷；所述的微電網(wǎng)管理終端連接有一并網(wǎng)點保護(hù)終端、一源荷平衡控制終端以及所述的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，所述的并網(wǎng)點保護(hù)終端與所述的固態(tài)開關(guān)、所述的下垂控制逆變器、所述的并網(wǎng)交流母線以及所述的微電網(wǎng)交流母線相連，所述的源荷平衡控制終端與所述的下垂控制逆變器、所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器、第二整流變換器、所述的儲能系統(tǒng)以及所述的備用電源相連接。
[0016]在本實施例中，所述的并網(wǎng)點保護(hù)終端包括一 DSP以及與其相連的MCU、并離網(wǎng)控制單元、電壓異常保護(hù)單元、電流異常保護(hù)單元、頻率異常保護(hù)單元、電壓幅值計算單元、頻率與相位計算單元、電氣量檢測單元、開關(guān)狀態(tài)檢測單元以及開關(guān)動作控制單元；所述的并離網(wǎng)控制單元、電壓幅值計算單元以及所述的頻率與相位計算單元均連接至所述的下垂控制逆變器，所述的MCU與所述的微電網(wǎng)管理終端相連，所述的電氣量測量單元分別連接至所述的并網(wǎng)交流母線以及微電網(wǎng)交流母線，所述的開關(guān)狀態(tài)檢測單元以及開關(guān)動作控制單元均與所述的固態(tài)開關(guān)相連。
[0017]在本實施例中，所述的源荷平衡控制終端包括DSP以及與其相連的MCU、發(fā)電出力預(yù)測單元、微電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測單元、并離網(wǎng)狀態(tài)檢測單元、運行模式控制單元、啟停及功率給定單元、荷電狀態(tài)檢測單元以及電氣量檢測單元；所述的MCU連接至所述的微電網(wǎng)管理終端，所述的并離網(wǎng)狀態(tài)檢測單元與所述的下垂控制逆變器相連，所述的啟停及功率給定單元連接至所述的備用電源，所述的荷電狀態(tài)檢測單元連接至所述的儲能系統(tǒng)，所述的電氣量檢測單元分別與所述的下垂控制逆變器、第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器相連，所述的運行模式控制單元分別與所述的第一直流變換器、第一整流變換器以及第二直流變換器相連。
[0018]在本實施例中，本實用新型采用三層控制結(jié)構(gòu)，下垂控制逆變器、光伏陣列的直流變換器、風(fēng)力機組的整流變換器、儲能系統(tǒng)的直流變換器以及備用電源的整流變換器構(gòu)成就地控制層，并網(wǎng)點保護(hù)終端和源荷平衡控制終端構(gòu)成中間控制層，微電網(wǎng)管理終端為站控層。微電網(wǎng)管理終端具備運行監(jiān)控、相關(guān)電氣量的實時和歷史信息展示以及存儲等功能。
[0019]較佳地，本實施還提供了一種如上文所述的基于固態(tài)開關(guān)、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的控制方法，具體包括以下三種情況:
[0020](a)當(dāng)非計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)時，具體步驟如下:
[0021]步驟Sll:所述并網(wǎng)點保護(hù)終端檢測所述并網(wǎng)交流母線的電壓、電流和頻率并判斷是否有異常現(xiàn)象，如果異常，所述并網(wǎng)點保護(hù)終端發(fā)出指令斷開所述的固態(tài)開關(guān)，所述固態(tài)開關(guān)返回分位信息，所述并網(wǎng)點保護(hù)終端控制所述下垂控制逆變器將運行模式切換至離網(wǎng)運行模式，并進(jìn)入步驟S2;
[0022]步驟S12:所述的下垂控制逆變器切換至離網(wǎng)運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進(jìn)入離網(wǎng)運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調(diào)整至離網(wǎng)運行模式；
[0023](b)當(dāng)計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)時，具體步驟如下:
[0024]步驟S21:當(dāng)所述的微電網(wǎng)管理終端接收到計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)的指令，所述的微電網(wǎng)管理終端將所述計劃性并網(wǎng)切換至離網(wǎng)的指令發(fā)送至所述的并網(wǎng)點保護(hù)終端；
[0025]步驟S22:所述的并網(wǎng)點保護(hù)終端控制所述的固態(tài)開關(guān)斷開，所述固態(tài)開關(guān)返回分位信息，所述并網(wǎng)點保護(hù)終端控制所述的下垂控制逆變器切換至離網(wǎng)運