CN103532132A - 一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源接入电力系统支撑技术，具体讲涉及一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法。该方法用的系统包括能量交互子系统和控制器，所述能量交互子系统通过控制器进行控制；所述方法为双向功率控制，包括下述步骤：（1）控制器在上层控制系统采集风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力以及风电和光伏的联合发电实际出力；（2）功率校正；（3）混合储能系统的功率分配。该方法克服现有设备及控制技术的不足，按照源、网、荷的不同状态和运行方式，动态适应电压、电流、功率以及电能质量的变化，利用统一的信息和运算节点，自适应自动改变运行控制方式，实现可持续高可靠性安全稳定供电。

Description

一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法

技术领域

本发明涉及新能源接入电力系统支撑技术，具体讲涉及一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法。

背景技术

随着用户对供电高可靠性和高电能质量的要求，以及大量具有随即性和间隙性的分布式电源、微电网以多种方式（不同电压等级、不同接入方式、不同接入容量、不同并网接口、不同控制方式）接入配电网，给配电网的稳定运行提出了更高的要求。

储能电池系统依靠单一的DC/DC接口和DC/AC接口实现与交直流电网的互联，可以一定程度的起到优化电网的能量管理与调度，提高用户的能量管理水平和提高供电可靠性的作用；储能系统配置协调运行与能量管理系统后，可以一定程度改善系统的供电质量和电压稳定性，但如何高效稳定接入/退出交直流供用电系统，有效抑制电力系统的频率漂移，改善系统的功角稳定性的作用：对大型供电系统，实现友好接入，起到支撑作用；对关键负荷，实现高可靠性供电，起到稳定保障作用；对分布式电源，起到平抑波动，实现高质量并网是一个亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法，该方法克服现有设备及控制技术的不足，按照源、网、荷的不同状态和运行方式，动态适应电压、电流、功率以及电能质量的变化，利用统一的信息和运算节点，自适应自动改变运行控制方式，实现可持续高可靠性安全稳定供电。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法，其改进之处在于，所述方法用的系统包括能量交互子系统和控制器，所述能量交互子系统通过控制器进行控制；

所述方法为双向功率控制，包括下述步骤：

（1）控制器在上层控制系统采集风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力以及风电和光伏的联合发电实际出力；

（2）功率校正；

（3）混合储能系统的功率分配。

进一步地，所述步骤（2）中，功率校正包括功率粗调和功率细调；

所述功率细调为闭环调节过程，根据风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力PW-PV-B和风电、光伏和储能系统的联合发电出力设定值Pref的偏差，采用统一信息控制节点内的比例-积分控制规则进行负反馈控制；

功率粗调是根据风电和光伏的联合发电实际出力PW-PV和风电、光伏和储能系统的联合发电出力设定值Pref的偏差采用统一信息控制节点内的比例控制规则进行调节。

进一步地，在功率校正过程中，控制器引入统一的前馈控制环节，即当风电、光伏发电出力发生波动时，输出稳定控制信号，在风电、光伏和储能系统发电总功率偏差发生之前进行控制。

进一步地，所述步骤（3）中，混合储能系统的功率分配包括：混合储能系统的有功功率补偿用于弥补和吸收输入母线有功和输出母线有功之间的差值，利用统一信息控制节点控制，当输入大于输出时，混合储能系统用于吸收多余的有功功率，反之，混合储能系统用于补偿系统所缺的有功功率。

进一步地，所述统一信息控制节点控制的信息包括风电、光伏和储能系统的电量信息和非电量信息，所述电量信息包括电压信息、电流信息、频率信息、相位信息、能量信息和功率信息；所述非电量信息包括环境信息、状态信息、时间信息、空间信息、制式信息和模式信息。

进一步地，所述混合储能系统包括超级电容和储能电池，所述超级电容承担混合储能系统有功功率补偿中的高频波动分量；所述储能电池承担混合储能系统有功功率补偿中的低频波动分量；

混合储能系统功率分配包括：

A、混合储能系统功率输出参考值输入到控制器中进行功率分配；

B、功率分配后输出的储能电池功率参考值和储能电池荷电状态一起输入到模糊自适应控制器进行功率修正，得到储能电池的修正功率；

C、功率分配后输出的超级电容功率参考值和超级电容荷电状态一起输入到模糊自适应控制器进行功率修正，得到超级电容的修正功率。

进一步地，所述步骤B和步骤C为并列关系。

能量交互子系统包括电压识别模块、变压器、AC/DC双向接口、DC/DC双向接口、DC/AC双向接口和储能模块；所述系统的输入端分别设有AC电压识别模块和DC电压识别模块；所述AC电压识别模块分别与变压器和AC/DC双向接口连接；所述DC电压识别模块分别与DC/DC双向接口和直流母线连接；所述AC/DC双向接口连接至直流母线上；

所述直流母线通过DC/DC双向接口连接至恒压直流母线上，所述恒压直流母线分别通过DC/AC双向接口和DC/DC双向接口输出稳定的电压。

所述AC电压识别模块和DC电压识别模块均包括依次连接的二次电压检测单元和电压识别单元。

所述AC电压识别模块和DC电压识别模块或由单个制式电压自识别模块代替，所述制式电压自识别模块包括依次连接的二次电压检测单元、电压识别单元和通道选择单元。

所述储能模块包括功率型储能元件和能量型储能元件；

所述功率型储能元件一端连接至直流母线，另一端接地；采用超级电容自适应调节实现；

所述能量型储能元件一端连接至恒压直流母线，另一端接地，采用储能电池控制调节实现。

所述DC/DC双向接口的电压变化率小于等于5%，输出直流电压的在50%-300%之间，用于直流输入输出隔离与保护；

所述DC/AC双向接口输出交流电压在50%-200%之间，用于交流输入输出的动态自适应保护。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的一种自适应动态随电流方向改变的双方向功率控制方法，该方法依据统一节点信息，设定了智能自适应控制策略，利用能量交互子系统，分别按照供电制式和电压设定，并动态的随需求侧响应和电流方向自动改变，从而解决了新能源接入系统并网点由于间歇式电源所引起的电流方向不确定、两侧电源容量悬殊，引起功率方向难以控制和负荷高可靠性稳定供电的问题，同时自适应多接口的控制可以满足复杂条件下的电能变换和存储。

2、本发明起到优化电网的能量管理与调度，提高用户的能量管理水平和提高供电可靠性的作用；储能系统配置协调运行与能量交互子系统后，改善系统的供电质量和电压稳定性，实现高效稳定接入/退出交直流供用电系统，有效抑制电力系统的频率漂移，改善系统的功角稳定性的作用：对大型供电系统，实现友好接入，起到支撑作用；对关键负荷，实现高可靠性供电，起到稳定保障作用；对分布式电源，起到平抑波动，实现高质量并网。

3、本发明构思巧妙，节点统一控制灵活有效，控制方法可靠有效，在不同容量不同电压等级的移动微电网接入电力系统已经获得应用，应用结果表明动态自适储能系统对于间歇式、不稳定的分布发电或微电网接入电力系统以及不稳定供电系统的供电是理想的配置方法。本发明为提高供电可靠性、高效接纳绿色电力、节能降损、减少碳排放提供了有效的技术支撑。

附图说明

图1是本发明提供的自适应移动微电网能量交互系统的控制方法的流程图；

图2是本发明提供的统一信息控制节点控制的示意图；

图3是本发明提供的统一系统功率校正控制流程图；

图4是本发明提供的统一混合储能装置控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种自适应移动微电网与能量交互系统控制方法，利用各类信息的统一交互节点并自适应控制，解决由于间歇式电源及交直流供电系统波动,所引起的供电电能质量不高,电流方向不确定、两侧电源容量悬殊的问题,实现储能系统灵活配置及其所连接的分布式电源及负荷的交流侧稳定并网、直流侧稳定接入的高可靠性运行。

本发明提供的方法用的系统包括能量交互子系统和控制器，所述能量交互子系统通过控制器进行控制；

能量交互子系统包括电压识别模块、变压器、AC/DC双向接口、DC/DC双向接口、DC/AC双向接口和储能模块；所述系统的输入端分别设有AC电压识别模块和DC电压识别模块；所述AC电压识别模块分别与变压器和AC/DC双向接口连接；所述DC电压识别模块分别与DC/DC双向接口和直流母线连接；所述AC/DC双向接口连接至直流母线上；

所述直流母线通过DC/DC双向接口连接至恒压直流母线上，所述恒压直流母线分别通过DC/AC双向接口和DC/DC双向接口输出稳定的电压。

所述AC电压识别模块和DC电压识别模块均包括依次连接的二次电压检测单元和电压识别单元。

所述AC电压识别模块和DC电压识别模块或由单个制式电压自识别模块代替，所述制式电压自识别模块包括依次连接的二次电压检测单元、电压识别单元和通道选择单元。

所述储能模块包括功率型储能元件和能量型储能元件；

所述功率型储能元件一端连接至直流母线，另一端接地；采用超级电容自适应调节实现；

所述能量型储能元件一端连接至恒压直流母线，另一端接地，采用储能电池控制调节实现。

所述DC/DC双向接口的电压变化率小于等于5%，输出直流电压的在50%-300%之间，用于直流输入输出隔离与保护；所述DC/AC双向接口输出交流电压在50%-200%之间，用于交流输入输出的动态自适应保护。

由于分布式发电能源发出的有功/无功功率，具有不稳定性，而且多样性的负荷也具有不可预测性，因此分布式发电系统向电力系统/负荷提供的有功/无功功率，具有波动性、随机性等特点，这就需要利用一个统一的控制节点快速控制，并利用混合储能装置进行合适及时补偿，减少有功功率随机的波动，从而使得流经系统的功率保持平滑与平衡，自适应移动微电网能量交互系统的控制方法的流程图如图1所示，包括下述步骤：

（1）控制器在上层协调器需要采集风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力PW-PV-B和风电和光伏的联合发电实际出力PW-PV，

（2）根据风电、光伏和储能电站的联合发电实际出力PW-PV-B和风电、光伏和储能的联合发电出力设定值Pref的偏差，利用统一信息交互节点A（电压、电流、功率、相位等电量信息）和统一信息交互节点B（环境、状态、时间、空间等非电量信息），分类通过包括功率校正器在内的控制器采用适用的控制规则产生储能系统出力的调整信号ΔPW-PV-B，统一信息控制节点控制的示意图如图2所示。

（3）混合储能系统的功率分配。

实施例

下面结合附图3～4对本发明进行详细说明。

本发明实施例动态自适应式双方向功率自适应系统,应用于多元新能源接入电力系统。

图3是功率校正的控制框图。以功率调整为例，从图中可以看出储能系统功率调整指令包括功率粗调信号和功率细调信号两部分。功率细调是个闭环调节过程，它直接根据风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力PW-PV-B和风电、光伏和储能系统的联合发电出力设定值Pref的偏差，采用统一节点内的比例-积分控制规则进行负反馈控制。功率粗调则是根据风电和光伏的联合发电实际出力PW-PV和风电、光伏和储能系统的联合发电出力设定值Pref的偏差采用统一节点内的比例控制规则进行调节。

采用PI进行闭环反馈控制是可以使得联合发电站总出力PW-PV-B趋向设定值Pref的，但是这种控制方式总是落后于风光出力波动的发生。在风光出力发生波动后，功率校正器必须等到整个风光储联合发电出现功率偏差后才会动作来补偿风光功率波动对整个发电站功率输出的影响。为此，在功率校正过程中，控制器又引入了统一的前馈控制环节，即当风光发电出力在发生波动时，立即输出一个稳定控制信号，而不是等到风光储发电总功率偏差发生后再进行控制，这样就可更有效地、更迅速地消除风光出力波动对整个发电站输出功率的影响，可以弥补反馈控制的不足。

图4是混合储能装置控制流程混合储能系统的有功功率补偿作用于弥补和吸收输入母线有功和输出母线有功对之间的差值，利用统一节点控制，当输入大于输出时，混合储能系统用于吸收多余的有功功率，反之，混合储能系统用于补偿系统所缺的有功功率，利用统一节点控制，那么混合储能系统有功功率补偿的目标值。

混合储能系统的有功功率补偿作用于弥补和吸收输入母线有功和输出母线有功对之间的差值，利用节点统一判定，当输入大于输出时，混合储能系统用于吸收多余的有功功率，反之，混合储能系统用于补偿系统所缺的有功功率，那么混合储能系统有功功率补偿的目标值。

考虑混合储能系统的功率分配，考虑到超级电容功率调节迅速且适于频繁充放电，因此用于承担混合储能系统有功功率补偿中的高频波动分量，而储能电池的功率不宜过快调节且储能容量较大，则令其补偿有功功率补偿中的低频波动分量。

混合储能的补偿功率ΔPW-PV-B分别由储能电池BESS和超级电容UC进行承担混合储能装置控制流程，其中P*_H为混合储能装置功率输出参考值；P*_BE、P*_UC分别为储能电池和超级电容功率输出参考值；S_BE、S_UC分别为储能电池和超级电容的荷电状态；分别为储能电池和超级电容的修正功率；P_BE、P_UC分别为修正后得到的储能电池和超级电容输出功率；经过统一控制器分配后得到储能电池BESS和超级电容UC的功率参考值分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_h^{*}=\mathrm{\Δ}{P}_{W-\mathrm{PV}-B}\\ P_{\mathrm{UC}}^{*}=P_H^{*}\frac{T_{\mathrm{UC}}s}{1+T_{\mathrm{UC}}s}\\ P_{\mathrm{BE}}^{*}=P_H^{*}-P_{\mathrm{UC}}^{*}\end{array}\right.$

T_UC表示超级电容的放电时间；s表示超级电容的荷电系数。

考虑混合储能系统的功率分配，考虑到超级电容功率调节迅速且适于频繁充放电，因此用于承担混合储能系统有功功率补偿中的高频波动分量，而储能电池的功率不宜过快调节且储能容量较大，则令其补偿有功功率补偿中的低频波动分量。

本发明构思巧妙，节点统一控制灵活有效，控制方法可靠有效，在不同容量不同电压等级的移动微电网接入电力系统已经获得应用，应用结果表明动态自适储能系统对于间歇式、不稳定的分布发电或微电网接入电力系统以及不稳定供电系统的供电是理想的配置方法。本发明为提高供电可靠性、高效接纳绿色电力、节能降损、减少碳排放提供了有效的技术支撑。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种自适应移动微电网能量交互系统的控制方法，其特征在于，所述方法用的系统包括能量交互子系统和控制器，所述能量交互子系统通过控制器进行控制；

所述方法为双向功率控制，包括下述步骤：

（1）控制器在上层控制系统采集风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力以及风电和光伏的联合发电实际出力；

（2）功率校正；

（3）混合储能系统的功率分配。

2.如权利要求1所述的能量交互系统的控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，功率校正包括功率粗调和功率细调；

所述功率细调为闭环调节过程，根据风电、光伏和储能系统的联合发电实际出力PW-PV-B和风电、光伏和储能系统的联合发电出力设定值Pref的偏差，采用统一信息控制节点内的比例-积分控制规则进行负反馈控制；

功率粗调是根据风电和光伏的联合发电实际出力PW-PV和风电、光伏和储能系统的联合发电出力设定值Pref的偏差采用统一信息控制节点内的比例控制规则进行调节。

3.如权利要求2所述的能量交互系统的控制方法，其特征在于，在功率校正过程中，控制器引入统一的前馈控制环节，即当风电、光伏发电出力发生波动时，输出稳定控制信号，在风电、光伏和储能系统发电总功率偏差发生之前进行控制。

4.如权利要求1所述的能量交互系统的控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，混合储能系统的功率分配包括：混合储能系统的有功功率补偿用于弥补和吸收输入母线有功和输出母线有功之间的差值，利用统一信息控制节点控制，当输入大于输出时，混合储能系统用于吸收多余的有功功率，反之，混合储能系统用于补偿系统所缺的有功功率。

5.如权利要求4所述的能量交互系统的控制方法，其特征在于，所述统一信息控制节点控制的信息包括风电、光伏和储能系统的电量信息和非电量信息，所述电量信息包括电压信息、电流信息、频率信息、相位信息、能量信息和功率信息；所述非电量信息包括环境信息、状态信息、时间信息、空间信息、制式信息和模式信息。

6.如权利要求4所述的能量交互系统的控制方法，其特征在于，所述混合储能系统包括超级电容和储能电池，所述超级电容承担混合储能系统有功功率补偿中的高频波动分量；所述储能电池承担混合储能系统有功功率补偿中的低频波动分量；

混合储能系统功率分配包括：

A、混合储能系统功率输出参考值输入到控制器中进行功率分配；

B、功率分配后输出的储能电池功率参考值和储能电池荷电状态一起输入到模糊自适应控制器进行功率修正，得到储能电池的修正功率；

C、功率分配后输出的超级电容功率参考值和超级电容荷电状态一起输入到模糊自适应控制器进行功率修正，得到超级电容的修正功率。

7.如权利要求6所述的能量交互系统的控制方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C为并列关系。

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