[发明专利]一种风光柴储孤立微网系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统分布式发电微网系统的技术领域，涉及风光柴储孤立微网系统的网络结构和协调控制方法。

背景技术

将分布式发电系统以微网的形式构成孤立系统独立运行，是解决偏远地区或者远离海岸孤岛供电的最有效方式。孤立微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、负载和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

在孤立微网系统的控制技术方面，国内外主要提出了两种控制模式：对等控制模式、主从控制模式。前者适用于可控电源较多，且规模较大的系统，具有“即插即用”，扩容性好的优点，但控制难度大，不易工程实现，仍处于实验室研究阶段。主从控制模式由于受主电源容量的限制，适用于规模较小的系统，其扩容性差，但工程实现难度小，目前广泛应用于独立供电系统中。国内外围绕小型风光储/光储/风储互补系统的协调控制技术研究较多。在这些系统中，储能装置作为主电源起到了系统功率平衡的关键作用，如果其它分布式电源的出力大于负荷，多于电力给电池充电；反之则电池放电，满足负荷的需求。早期的研究中多以铅酸电池作为储能装置，对于电池的充放电控制比较简单，大多数电池并不能达到设计使用寿命，容易导致电池提前失效(铅酸电池的满充放电循环次数仅为600-1000次)，增加了系统的运行成本。合理的电池的充放电控制策略应能够根据日照的强弱、风力的大小及负荷的变化，不断对蓄电池的工作状态进行切换和调节，使其在充电、放电或浮充电等多种工况下交替运行，同时还要对系统内的可再生能源发电合理调度，防止蓄电池过充电和过放电，保证系统工作的连续性和稳定性。由于自治供电系统是多种能源的组合，电能传输的波动性和不确定性增加了电池充放电电流有效控制的难度，进而影响电池的使用寿命。因此，现有的储能设备逆变器和控制技术难以满足孤立微网系统长期稳定运行的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提出一种新型的孤立微网系统，同时给出此种微网系统的协调运行控制方法，以满足微网系统的长期稳定运行。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种风光柴储孤立微网系统，包括铅酸蓄电池、一组或者多组光伏电池阵列、风机、柴油发电机、微网监控子系统、可控负荷和不可控负荷，所述的风机为一台以上的风力发电机或一组以上的风力发电机组，其中，铅酸蓄电池和光伏电池阵列通过各个前级双向DC/DC换流器并入直流母线，然后通过双向DC/AC逆变器接入交流母线，柴油发电机通过AC/DC换流器并入直流母线，风力发电机组通过AC/DC/AC换流器接入交流母线，微网监控子系统用于控制微网内的电压和频率保持稳定。

本发明同时提供一种适用于上述的风光柴储孤立微网系统的控制方法，当铅酸蓄电池电量达到设定上限时，退出柴油发电机，由铅酸电池与光伏发电、风力发电机共同向微网内的负荷供电，由铅酸电池补充光伏发电、风力发电与实际负荷需求之间的差额；当铅酸电池剩余容量小于设定下限时，如果光伏发电与风力发电的总和能够满足微网内的负荷需求，则利用多余电力给电池充电；如果无法满足，则开启柴油发电机，由柴油发电机、光伏发电、风力发电的出力总和与实际负荷的差额电力给铅酸蓄电池充电；当铅酸蓄电池充满时，退出柴油发电机，该控制方法还包括以下几个方面：

(1)对蓄电池的充放电电流、端电压以及荷电状态三个指标进行监控，并分别设定限值；

(2)减少电池的充放电切换次数：在蓄电池放电过程中，如果光伏发电和风力发电总和大于微网负荷需求，则切除部分光伏电池阵列和风力发电机组，以保证铅酸蓄电池始终工作在放电状态；并通过对蓄电池的荷电状态和端电压的实时监控，确保蓄电池的工作区间维持在设定范围内；如果电池充电过程中，光伏发电和风力发电总和小于微网负荷，则开启柴油发电机为其充电，确保铅酸蓄电池在充电过程中不放电，同时确保充电电流不高于铅酸电池的充电电流最大限幅。

(3)根据蓄电池电池荷电状态(SOC)或端电压的监控值是否高于上限或低于下限，关闭和开启柴油发电机，并对柴油发电机的最少运行时间进行限定。

(4)风力发电机组投入之前，要检测风机停机时间是否达到设定的时间限制，只有达到限制的风力发电机组才可以投入；

(5)光伏电池阵列的投入和切除优先于风力发电机组的投入和切除。

(6)当蓄电池荷电状态(SOC)大于设定值时，投入可控负荷，否则不投入可控负荷。

本发明中，蓄电池的工作区间最好维持在电池充满SOC的50％至90％的设定范围内；

本发明中，可再生能源的投入和切除方式可以如下：