本發明涉及串聯型微電網中不同微源之間的功率協調方法，特別是串聯型微電網孤島運行狀態下微源最大功率跟蹤輸出時的協調方法。

背景技術：

目前，微電網技術已成為解決環境污染、能源短缺以及大量分布式發電單元集中并網等問題的重要手段，它由分布式電源、儲能系統與相應負荷組成。其中，分布式電源多采用風力和光伏這種互補型的清潔能源，為最大限度地利用風能和太陽能，提高系統效率，通常需要風力和光伏微源工作于最大功率跟蹤狀態，始終輸出最大功率，在這種情況下，如何實現負載功率的合理分配及系統功率的平衡控制是微電網需要解決的重要問題。

串聯型微電網是一種新型的組網方式，孤島運行能提高本地負載供電可靠性，當串聯型微電網運行于孤島模式時，功率的協調控制是保證系統穩定的必要條件，也是實現系統優化運行的重要手段。由于串聯型微電網中微源逆變器之間串聯連接的特殊方式，使得微源之間的功率協調成為本系統亟待解決的關鍵問題。

技術實現要素：

本發明的目的是實現串聯型微電網孤島模式下的優化運行。

本發明是基于微源最大輸出功率的串聯型微電網功率協調方法，其特征在于構造了與各微源最大輸出功率成正比的功率分配系數，實現了各微源按“能者多勞”原則輸出功率，其步驟為：

步驟1：串聯型微電網中各微源工作于最大功率跟蹤狀態。系統正常運行時，實時檢測系統的負載總功率pl；各微源參考功率的基準值設定為：pav＝pl/n，其中n為微源個數；

步驟2：構造微源功率分配系數βi的表達式，使各微源按出力能力分配負載總功率pl；

功率分配系數βi與隨機微源最大輸出功率pimpp成正比關系，且為了保證系統功率供需平衡，滿足公式(1)所示的約束條件：

在這一約束條件下構造與pimpp成正比的功率分配系數βi為：

同時，為防止出力偏大的微源出現過調制狀況，對公式(2)中微源的最大輸出功率做如下修正：

公式(3)中，pimax為微源逆變器調制比mi為1時的輸出功率；udc為直流鏈電壓參考值；i為串聯逆變器輸出電流基波分量有效值；為串聯逆變器輸出基波電壓與其輸出電流基波分量的相位差；

步驟3：結合載波變幅移相的調制方法，通過βi控制各微源逆變器的三角載波幅值vtri，進而控制各微源逆變器的輸出功率，達到功率協調的目的；βi與vtri之間的關系為：

公式(4)中，vm為正弦調制信號幅值。

在公式(1)的約束下，能夠保證這種調節方式對系統輸出電壓的穩定性不產生影響。

本發明的有益之處是：實現了串聯型微電網的優化運行，提高了微電網系統的經濟性。

附圖說明

圖1是三微源串聯型微電網結構圖，圖2是基于微源最大輸出功率的三微源串聯型微電網功率協調方法框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例選用一個三微源串聯型微電網。其中，風力微源1經過ac/dc電能變換環節連接至微源直流鏈電容c兩端。光伏微源2、3經過dc/dc直流變換環節接入微源直流鏈電容c兩端。微源直流鏈電容c與h橋微源逆變器7、8、9直流輸入側并聯連接，h橋微源逆變器7、8、9的輸出端依次串聯連接，在相應的調制方法下an兩端形成多電平波形的輸出電壓。經過濾波器10后即可獲得高質量的電能輸出供負載zl消耗。儲能系統4、5、6用于穩定各微源逆變器直流側電壓。

本實施例中基于微源最大輸出功率的三微源串聯型微電網功率協調方法包括以下步驟：

步驟1：系統正常運行時，檢測到系統負載總功率為pl。則設定各微源參考功率的基準值為：pav＝pl/3；

步驟2：構造微源功率分配系數βi的表達式，使各微源按出力能力分配負載總功率pl；

功率分配系數βi應與微源最大輸出功率pimpp成正比關系，即βi∝pimpp。也就是說，微源最大輸出功率較大者，功率分配系數較大，微源輸出功率較多；反之，微源最大輸出功率較小者，功率分配系數較小，微源輸出功率較少或不輸出功率。

在此基礎上，設定各微源的功率參考值為：pi^*＝βipav,i＝1、2、3。則在保證系統功率供需平衡的條件下，微源的總輸出功率應等于負載所需功率，即

β1pav+β2pav+β3pav＝pl＝3pav

由此可得

因此，功率分配系數βi應滿足公式一所示的約束條件。在此約束條件下，構造與pimpp成正比的功率分配系數βj為：

步驟3：結合載波變幅移相的調制方法，將反映“能者多勞”的功率分配量變換成各微源逆變器的三角載波幅值調節量，從而實現對各微源輸出功率的協調控制。

(1)在串聯型微電網中，各微源逆變器的輸出功率為：

公式三中，mi為各微源逆變器的調制比；udci為各微源逆變器直流側電壓；i為串聯逆變器輸出電流基波分量有效值；為串聯逆變器輸出基波電壓與其輸出電流基波分量的相位差。

由公式三可以看出，要實現對各微源逆變器輸出功率的調節，可調節各微源逆變器直流側電壓udci或調制比mi。擬定在儲能系統的有效控制下，各微源逆變器直流側電壓均等于直流鏈電壓參考值，即udci＝udc，則此時微源逆變器輸出功率與微源逆變器調制比成正比關系。

(2)對功率進行協調分配后，各微源逆變器的功率為：

其中，調制比vm為正弦調制信號幅值，vtri為三角載波幅值。將公式四進行轉換，可得：

當采用載波變幅移相調制方法時，調制波vm為給定值。因此，可通過βi控制vtri，進而控制各微源逆變器的輸出功率，達到功率協調的目的。

顯然，當調制波幅值大于載波幅值，即vm>vtri時，會出現過調制狀況，為避免這種情況，由逆變器的調制比所滿足的上限閾值mi≤1，結合公式三可得各微源逆變器輸出功率的上限值pimax。據此，對公式二中微源的最大輸出功率做如下修正：

3)串聯型微電網的輸出電壓基波分量為：

將公式五代入公式七可知，在公式一的約束下，可保證基波電壓有效值變化量△uan＝0，即這種調節方式對系統輸出電壓的穩定性不產生影響。

如圖2所示是基于微源最大輸出功率的三微源串聯型微電網功率協調方法框圖。功率協調部分11基于三個微源的最大輸出功率產生三個微源逆變器的三角載波幅值，由電容電壓uc外環、電容電流ic內環構成的雙閉環控制部分12產生正弦調制信號vm。調制信號與載波信號經調制電路后產生三個逆變器的驅動信號，最終在an兩端形成多電平波形的輸出電壓uan。

本發明的方法在實現串聯型微電網孤島運行模式時系統功率協調控制的同時，對系統輸出電壓的穩定性不會產生影響。

以上是本發明的實施方法之一，對于本領域內的普通技術人員而言，在不花費創造性勞動的情況下，可對上述實施例進行多種變化，同樣能夠實現本發明的目的。但是很明顯，這種變化應該包含在本發明權利要求書的保護范圍內。