分布式光伏发电直流型微电网及其控制策略.docx

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分布式光伏发电直流型微电网及其控制策略

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1光伏发电直流微电网背景及意义

1.1直流微电网存在的客观要求

目前,世界各国公共电网采用输送交流电能给用户端负荷。越来越多的负荷可使用直流电或在其供电电路中具有直流环节。这些直流负荷中有些使用微型直流电源供电,如手电、收音机、钟表等使用普通干电池;有些使用可充电电池供电,如使用铿离子电池或铅酸蓄电池等的笔记本电脑、手机、电动自行车等,充电电池供电时相当于小型直流电源,当其储存的电能用尽后再通过充电器从公共电网获取电能,此时充电电池相当于一个直流负荷;有些用电设备则是通过供电电路先把交流电转换成符合供电要求的直流电后再使用,如台式电脑、路由器和交换机等网络设备、数码打印机和传真机等。许多直流负荷和为其供电的直流电源或供电电路直流环节都是一对一的形式,即直流电源或供电电路直流环节并没有形成直流供电网向多个负荷同时提供直流电能。

1.2直流微电网供电特点

直流微电网是一种新型的供电系统,相较于传统交流电网供电方式,利用直流微电网供电可以有效避免交流电网供电中的许多问题,如不需要进行无功补偿等,直流微电网给用户提供的电能质量主要取决于负荷侧电力电子装置,因此使用合适的电力电子装置就能提供给负荷高质量的电能。包含直流微电网在内的直流供电系统中直流母线电压值是衡量系统电能平衡与否和电能质量高低的唯一标志,因此在直流微电网中使用的控制方法比传统交流电网大为简化,同时直流微电网比交流电网更容易解决多分布式电源之间的协调问题,提高供电的可靠性和稳定性。

2分布式光伏发电直流型微电网及其控制策略

2.1分布式光伏发电直流型微电网拓扑结构

分布式光伏直流电源和本地直流负荷建立直流型微电网只需去掉电源逆变环节和负荷整流环节即可,从而通过DC/DC电路和各级直流母线联接分布式光伏电源和和本地直流负荷。不过由于目前还没有形成直流用电设备统一标准和批量使用的直流用电设备,现有直流负荷一般利用电源适配器后级或设备供电电路直流环节,而这些均是以适合公共电网供电为准的,导致目前光伏发电直流型微电网的电压等级、规模、容量等较难形成统一标准,光伏发电直流型微电网只能有针对性地进行理论分析和实践检验。直流型微电网内设一条公共主直流母线,同时还依据直流型微电网规模设立许多分支直流母线。系统通过各供电单元接纳分布式光伏电源以及为本地负荷供电,各供电单元由分支直流母线、光伏电池阵列、各种变换器(DC/DC电路和DC/AC电路)以及本地负荷组成。直流型微电网内光伏电池阵列可进行分布式灵活安装,通过DC/DC电路就近接入附近供电单元的分支直流母线,因此相对于供电单元来说光伏电池阵列为可选器件,供电单元内直流负荷经DC/DC电路,少数交流负荷经DC/AC电路从分支直流母线获取电能。各供电单元通过双向DC/AC电路接入公共主直流母线,一定容量的储能装置也集中通过双向DC/DC电路接入公共主直流母线,因此公共主直流母线可通过双向DC/DC电路协调交换各供电单元及储能装置之间的电能以达到供需平衡。分布式光伏发电直流型微电网通过公共主直流母线经PCC处功率因数校正电路与公共电网单向联系。

2.2分布式光伏发电直流型微电网工作原理

分布式光伏发电直流型微电网使用供电单元完成发电和用电,各供电单元内分支直流母线电压值依据该单元本地直流负荷整体供电电压需求和要接入的分布式光伏电源工作电压综合判断后设定,不同供电单元分支直流母线电压值可以设置得不一样,以增强光伏电源和本地负荷接入的灵活性。直流型微电网内公共主直流母线起到系统电能调节联络通路的作用,其规模容量较供电单元要大得多,因此电压等级也较分支直流母线要高,不过由于公共主直流母线经成本低廉、控制简单的功率因数校正电路与公共电网的配电网相连接,公共主直流母线电压值和公共电网电压以及功率因数校正电路类型相适应。当分布式光伏发电直流型微电网规模变大,且各供电单元相距较远时,可以通过设置较高公共主直流母线电压值来节省电能传输损耗。

由于分布式光伏发电直流型微电网经功率因数校正电路与公共电网单向联系,当微电网发电产生盈余电能时不能并入公共电网,因此公共电网仅相当于一个备份电源,当微电网内电能供应不足时从公共电网获取差额电能。

2.2.1供电单元控制策略

办公楼宇内各房间天然成为分布式光伏发电直流型微电网供电单元,由于光伏电池阵列一般安装在楼宇屋顶或与屋顶、墙面相结合,使得顶层或向阳面房间适合接入光伏电池阵列,其它房间则没有接入光伏电池阵列。

（1）供电单元内分支母线电压控制策略

直流系统中电压是反映能量平衡与否的唯一指标,理想条件下把直流母线看作一节点,当流入功率(发电)低于流出功率流入功率高于流出功率时,母线电压会上升;线电压维持不变。(用电)时,母线电压会下降;当而当流入功率等于流出