一种海洋浮岛上基于V2G的微电网构架及测试方法

本发明涉及一种微电网构建方法，尤其涉及一种海洋浮岛上基于v2g的微电网构架及测试方法。

背景技术：

1、海洋浮岛是一种新型的海上装备，它可以根据需要建成多种功能平台，如科技研发中心、航海文化中心及海上博物馆等，海洋浮岛上常常配置有多种陆地设备、水面设备及水下设备，但是由于海洋浮岛特殊的设置位置，其上设置的微电网无法采用并网模式，必须离网运行，同时进行燃料补给的难度与成本较高，这些设备运行通常采用电动形式，不同于面积较大、需要通过交流电来远距离运输电能的陆地区域，海洋浮岛面积相对较小，用直流电直接给蓄电池进行充电，构建直流电电网是一个能够节能的行为。

2、现有的海洋浮岛微电网常常包括非传统的分布式能源，如风电、光伏、燃料电池等，微电网通过将发电机、负荷、储能装置及控制等结合，形成一个单一可控的独立供电系统，有效利用分布式电源，降低了对传统能源的依赖。

3、虽然这种海洋浮岛微电网，但其仍存在以下缺陷：

4、1、风光出力的随机性和波动性在高渗透率情况下会给微网经济安全运行带来考验，微电网离网运行时，只能依靠自身实现对负荷的供电和对风光的消纳，不能与大电网进行电能交易，因此风光出力的波动性对微电网会造成的影响更严重。

5、2、电动汽车的充电需求带来的随机性和波动性进一步降低了微电网运行的稳定性。

6、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的微电网运行的波动性较大、稳定性较低的缺点，提供了一种波动性较小、稳定性较高的海洋浮岛上基于v2g的微电网构架及测试方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

3、一种海洋浮岛上基于v2g的微电网架构，包括：交流侧系统、直流侧系统及交直流转换管理系统；

4、所述直流侧系统包括连接于直流电网的电池储能系统、风电/光伏发电系统、燃料电池发电系统和直流制氢系统；

5、所述电池储能系统包括：电网系统固有电池储能站和连接于直流充电站的交通工具的储能电池；所述电池储能系统用于利用电池储能站“削峰填谷”稳定电网能量供应，电池储能系统用于利用直流充电站为交通工具的储能电池充电，在达到设定条件时可反向利用交通工具的储能电池向电网供电；

6、所述风电/光伏发电系统为海上浮岛风电/光伏发电阵列；

7、所述直流制氢系统用于在风电/光伏发电系统发电量富余时电解水制氢储存；

8、所述燃料电池发电系统用于在电量短缺时利用氢气发电；

9、所述交直流转换管理系统用于交流侧系统、直流侧系统之间电能的相互转换。

10、所述交通工具的储能电池包括电动的汽车、船只、潜水设备上的储能电池以及其它动力源船只上的储能电池。

11、所述交流系统包括交流发电机、无功负载设备、有功负载设备及功率质量监测设备，所述无功负载设备及有功负载设备串联功率质量监测设备后与交直流转换管理系统相连接；

12、所述无功负载设备用于补偿无功功率，所述有功负载设备用于消耗有功功率，所述功率质量监测设备用于监测和调节交流电网中的有功、无功功率平衡。

13、所述直流制氢系统包括电解槽、储气设备，所述电解槽用于使用多余电力电解水产生氢气和氧气，所述储气设备用于分别储存氢气及氧气。

14、所述交直流转换管理系统包括电力转换主电路及电力转换控制电路。

15、所述电力转换主电路包括：逆变及功率因数校正电路和cllc谐振腔电路，所述逆变及功率因数校正电路的交流测连接交流电网，所述逆变及功率因数校正电路的直流测连接400v直流母线，所述cllc谐振腔电路的一侧连接400v直流母线，所述cllc谐振腔电路的另一侧连接直流电网；

16、所述cllc谐振腔模块用于在充电或放电工作模式下通过调整谐振频率来优化能量传输效率。

17、电力转换控制电路系统包括交流侧控制电路、波形观察电路、正向调频控制电路、反向调频控制电路及正向反向选择及判断电路；

18、所述交流侧控制电路用于管理逆变器的开关状态以调节电流和电压，所述波形观察电路用于监测各个关键点的电压、电流和其他参数，所述正向调频控制电路用于控制cllc谐振腔电路从交流电网向直流电网充电的频率和方向，所述反向调频控制电路用于控制cllc谐振腔电路从直流电网向交流电网放电的频率和方向。

19、所述直流电网为360v直流电，所述交流电网为380v交流电。

20、一种海洋浮岛上基于v2g的微电网架构的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

21、构建微电网架构测试模型，所述微电网架构测试模型包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路包括一个源及一个负载串联，所述阻抗匹配电路的电流i的表达式为：

22、

23、所述阻抗匹配电路的负载上的功率pl的表达式为：

24、

25、上式中，vs为源电压，zs为源阻抗，zl为负载阻抗，i为电路中的电流；

26、为了找到最大功率传输条件，对pl对zl求导并设置导数为零：

27、

28、使用商的求导法则：

29、

30、对进行简化，得到：

31、

32、由上式可以得出当负载阻抗zl等于源阻抗zs时，负载上接收到的功率pl最大，即：

33、

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、1、本发明一种海洋浮岛上基于v2g的微电网构架中，区别与传统电网的交流电网布线为主，设计了交流电网和直流电网两套供电体系，由于交流发电机燃料的运输成本高，所以浮岛上主要的供电设备是分布式电源，而对于用电由于浮岛的电网布设面积有限，直流电网供电的能量损失反而小于交流电网供电，故可以按照需求布设交流和直流电网，对于车、船的充电设置可以直接采用直流供电，无需直-交-直的能量转换过程，更加的稳定，有效提高能量利用率。进一步的为应对风电/光伏的发电特性，提高微电网的稳定性，采用了以电池储能站为主，直流制氢系统、燃料电池为辅，交通工具的储能电池为备用的三级能量稳定体系，有效提高微电网稳定性和可靠性。

36、2、本发明一种海洋浮岛上基于v2g的微电网构架中，通过交直流转换管理系统连接交流系统及直流系统，实现直流系统的正向充电与反向输电，即实现海洋浮岛上各设备智能充放电，从而将设备的蓄电池作为分布式储能，通过逆变及功率校正、交流侧控制、波形观测、谐振变换和频率控制等多个模块的协同工作，实现了海洋浮岛上蓄电池与电网之间的双向电力传输，达到平衡电网负荷，优化电能使用效率，并提高可再生能源的利用率的效果。因此，本设计可以通过蓄电池与电网之间的双向电力传输，有效降低微电网运行的波动性。

37、2、本发明一种海洋浮岛上基于v2g的微电网构架中，直流系统还包括燃料电池及燃料电池控制系统，燃料电池及燃料电池控制系统用于将多余电量转换为化学能储存，并在微电网电能不足时释放电能，通过整合浮岛上多种能源、负荷及储能，实现不同电力形式间的灵活切换，提高了微电网运行的稳定性。因此，本设计可以通过燃料电池及燃料电池控制系统实现化学能与电能的双向转换，有效提高微电网运行的稳定性。

38、3、本发明一种海洋浮岛上基于v2的微电网构架的测试方法中，基于扰动观测法，采用阻抗匹配和mppt控制方法，验证了海洋浮岛上光伏和海洋浮岛上微电网的阻抗匹配特性和高功率输出能力，通过将系统阻抗匹配性能作为观测指标，通过施加扰动信号观察系统响应变化，评估了系统阻抗匹配度，确认其匹配特性。因此，本设计可以通过扰动观测法，验证微电网系统的可靠性。