[发明专利]一种直流微网系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流微网系统及其控制方法，主要适用于连接分布式电源的风光储及市电多能互补的直流微网系统。

背景技术

近年来，随着全球资源环境压力的不断增大，智能电网已成为电力业界的热门话题，被认为是改变未来电力系统面貌的电网发展模式。

微网系统是一种独立性很强的分散型电源网络，是智能电网的基础。该系统是由太阳能光伏发电、风力发电、生物质发电、燃气发电或柴油发电、燃料电池、蓄电池组等任意组合起来，再加入计量和控制装置，自成系统，独立于大电网或间歇与大电网连接，不需要长距离电缆和架空铁塔等大型设备，投资省。不需要大规模投资，也解决了远距离运输大型设备的高成本问题，尤其是大型发电设备运往岛屿和山区的困难。由于其具有自我调衡功能，因此能够把可再生能源发电对大电网的扰动减少到最低程度，还能改善家庭太阳能发电系统从发电、用电到蓄电的效率，解决无法实施大型火力或核能发电的小国、岛国、穷困地区日常用电的困难。

与交流微电网相比，直流微电网拥有其独特的优点。首先，直流微电源如光伏发电和燃料电池，可以直接将发出的直流电能注入电网中，而不同步的交流微电源则可以通过AC/DC 整流器连接在直流微电网中，而不需要考虑频率和电压相位的问题；其次，直流微电网减少了由无功功率引起的线路损耗且克服了自然功率的限制；再者，电网可以直接将功率输送给变流装置，而省去了传统电网中由交流转换成直流时引起的备用损耗。

直流微电网的电压稳定可以定义为：当系统受到干扰时，将直流母线电压保持在波动不超过额定值的±5 %的能力。在直流微电网中，系统中不考虑无功功率的流动，电压成为了反映系统功率平衡的唯一指标，控制直流微电网中的电压稳定，就可以控制微电网稳定运行。如果发生电压失稳，很可能引起保护动作或甩负荷，甚至还会危及大电网的正常运行。因此，必须对微电网中的变流装置进行有效的控制，尤其是分布式电源侧的DC/DC模块和AC/DC整流器，使直流母线电压保持在稳定运行的水平，从而减少微电网对大电网的扰动作用，更好地支撑交流配电网。

目前，国际上对微网的定义没有统一的标准。美国电气可靠性技术措施解决方案联合会（CERTS）对微网的定义如下：微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微网内部的电源主要是由电力电子装置负责能量转换，并提供必须的控制；微网相对于外部大电网表现为单一的可控单元，同时满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的要求。

在微网的这种结构下，多个分布式电源局部就地向重要负荷提供电能和电压支撑，这在很大程度上减少了直接从大电网买电和电力线传输的负担，并可增强重要负荷抵御来自主网故障的能力。此外，在大电网发生故障或电能质量不符合系统标准的情况下，微网可以以孤网模式进行独立运行，保证微网自身和大电网的正常运行，从而提高供电可靠性和安全性。因此，孤网运行是微网最重要的能力。从大电网的角度看，微网如同电网中的发电机或负荷，是一个模块化整体单元。另一方面，从用户侧看，微网是一个自治运行的电力系统，它可以满足不同用户对电能质量和可靠性的要求。

对现有技术的公开文献检索发现，中国专利申请号201010613491.9，公开日：2011.04.20，该技术公开了一种基于直流配电的微网系统。但是该技术只设计了直流配电系统的总体框架，并未提出相应具体的直流保护及解决方案。其次，现有技术的微网拓扑结构还存在以下不足：

1. 当微网分布式电源为燃机系统时，燃机基于传统发电机，通过消耗石油化工品（特例为柴油），可以在数百小时内稳定运行。由于燃机系统下电能无法储存，所以无法实现作为微网的控制功能之一的削峰填谷。其次，由于燃机惯性较大，无法实现秒级的联络线功率平滑控制目标。

2. 当微网分布式电源为储能系统时，由于储能系统电量有限，所以在大电网发生故障后无法实现长时间（如数十小时）的孤岛运行。

3. 现有技术无法在微网内部同时实现兆瓦级风电机组和太阳能光伏发电装置的合理配置与应用。

发明内容