CN104218618B - 一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，将负荷、分布式电源（如风机、光伏发电等不可控电源）波动引起的主电源出力变化转移到可线性控制的所有从电源上分摊（分摊不是平均分配，各从电源输出控制在设定的范围内），严重时需切负荷和电源，最大程序保证清洁能源型电源（如风机、光伏发电）正常出力，有效的保障微电网孤岛运行时电网的电压和频率正常稳定，并且，使主电源运行在最安全，最经济的区间，能够最大程度的跟踪电网负荷、电源的频繁波动，方法巧妙，具有良好的应用前景。

Description

一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法

技术领域

本发明涉及一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，属于微电网运行控制技术领域。

背景技术

微电网是分布式电源(DG，DistributedGeneration)、负荷、储能系统和控制装置构成的一个单一可控的独立发电系统。因此，微电网可以看做是小型的电力系统，具备完整的发、输、配电功能，实现局部的功率平衡与能量优化，又可以认为是配电网中的一个“虚拟”的电源或负荷。

主从控制模式下的微电网中各个分布式电源采取不同的控制方法，赋予不同的职能。在孤网运行时，主电源处于VF控制模式，确保微电网系统的电压和频率稳定，从电源仍处于PQ控制模式，因此，负荷波动或其他从电源出力的变化引起电压和频率的变化，都是通过主电源来调节的，因此，如何使主电源在孤网时运行在最安全，最经济的区间，是保证微电网安全、可靠、高效、经济运行的关键。

发明内容

本发明的目的是为了使主电源在孤网时运行在最安全，最经济的区间，保证微电网安全、可靠、高效、经济运行。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，对主电源的输出划出为两个区域，包括正常运行区和安全运行区，所述正常运行区为经济运行区，输出稳定的电压和频率；所述安全运行区为主电源输出的极限，超过此安全运行区会导致主电源损伤，进而使微电网系统解列；

步骤(2)，将从电源各参数进行限值设定，包括电源启动时间、功率调节的响应时间、输出功率因数的上下限、正常和安全运行区的输出限值、正常运行电压的上、下限值、正常运行频率的上下限值；其中对于储能型电源，设置储能SOC的上、下限值；对于柴油发电机，设置油位的限值；

步骤(3)，实时采集微电网的运行方式，获取微电网的运行状态，孤网、并网还是在模式切换过程中，当微电网孤网运行时，执行步骤(4)；

步骤(4)，实时采集各从电源的出力和运行状态信息，并采集微电网内的所有负荷数据，实时计算可切负荷和敏感负荷的总加值，电源的出力包括输入、输出功率；

步骤(5)，实时采集主电源的出力和运行状态信息，判断其所在运行的区域，当超过正常运行区一定时间，或超过安全运行区时，进入步骤(6)，启动稳定调节控制；

步骤(6)，根据步骤(4)、步骤(5)采集的从电源的出力和运行状态信息、主电源的出力和运行状态信息，通过方程组(1)，求解各从电源的出力分配情况，电源投切情况和负荷切除情况，出力情况包括有功功率和无功功率，

$P_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×P_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×P_{\mathrm{xxi}})=P_{\mathrm{FH}}-P_{\mathrm{qfh}}$

$Q_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×Q_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×Q_{\mathrm{xxi}})=Q_{\mathrm{FH}}-Q_{\mathrm{qfh}}---\left(1\right)$

约束条件 $S=\sqrt{P^2+Q^2}$

其中，P_FH、Q_FH为实时微电网负荷的有功功率、无功功率；

P_qfh、Q_qfh为需要切除负荷的有功功率、无功功率；

P_Z、Q_Z为主电源的有功功率、无功功率；

P_fxxi、Q_fxxi为第i个非线性从电源的有功功率、无功功率，K_fxxi为第i个非线性电源是否投运，0表示退出、1表示运行；

P_xxi、Q_xxi第i个线性电源负荷的的有功功率、无功功率，K_xxi第i个线性电源是否投运0表示退出、1表示运行；

约束条件S为视在功率，用于划分正常运行区和安全运行区，P＝S×cosφ，Q＝S×sinφ，cosφ是功率因数；

步骤(7)，步骤(6)中方程组(1)的解非唯一，在所有的解中筛选最优解，根据最优解，给各电源、负荷下发相应的调节指令，获得稳定调节控制方式，保证主电源的运行安全和微电网的稳定运行。

前述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：步骤(7)所述获得稳定调节控制方式包括(1)调节可线性调节的电源出力控制方式；(2)投切不可线性调节的电源控制方式；(3)投切可切负荷控制方式。

前述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：(1)调节可线性调节的电源出力控制方式，当微电网系统内的负荷或不可控电源波动导致主电源输出超正常范围一定时间或超安全范围后，调节从电源时分为，1)当主电源输出为超上限时，按从电源设定的限值增加所有可线性调节的从电源出力；2)当主电源输出为超下限时，按从电源设定的限值降低所有可线性调节的从电源出力或者使其从电网吸收功率。所控制的从电源出力的目标为其安全输出区域。

前述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：(2)投切不可线性调节的电源控制方式为，1)当主电源输出超上限，且无增加出力的可线性调节的从电源时，查找投入的不可线性调节的电源对其下发投入指令，使其分担部分负荷，让主电源回归正常范围；2)当主电源输出超下限，且无降低出力的可线性调节的从电源，同时也无投入运行的负荷时，查找切除的不可线性调节的电源对其下发切除指令，减少微电网系统的电源，让主电源回归正常范围。

前述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：(3)投切可切负荷控制方式为，1)当主电源输出超上限，且无增加出力的可线性调节的从电源时，同时也无投入的不可线性调节的电源时，最小程度的切除部分负荷，使主电源回归正常范围内；2)当主电源输出超下限，且无降低出力的可线性调节的从电源时，投入可投入的负荷，使主电源回归正常范围内。

本发明的有益效果是：本发明的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，将负荷、电源(如风机、光伏发电等不可控电源)波动引起的主电源出力变化转移到可线性控制的所有从电源上分摊(分摊不是平均分配，各从电源输出控制在设定的范围内)，严重时需切负荷和电源，最大程序保证清洁能源型电源(如风机、光伏发电)正常出力，有效的保障微电网孤岛运行时电网的电压和频率正常稳定，并且，使主电源运行在最安全，最经济的区间，能够最大程度的跟踪电网负荷、电源的频繁波动，方法巧妙，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，包括以下步骤，

步骤(1)，对主电源的输出划出为两个区域，包括正常运行区和安全运行区，所述正常运行区为经济运行区，输出稳定电压和频率；所述安全运行区为主电源输出的极限，超过此安全运行区会导致主电源损伤，微电网系统解列；

步骤(2)，将从电源各参数进行限值设定，包括电源启动时间、功率调节的响应时间、输出功率因数的上下限、安全运行区的输出限值、正常运行电压的上、下限值、正常运行频率的上下限值；其中对于储能型电源，设置储能SOC的上、下限值；对于柴油发电机，设置油位的限值；

储能型电源由蓄电池和PCS(双向逆变器)组成，SOC反映的是蓄电池中的剩余电量，当SOC过低，pcs将无功率可输出至电网，此时该电源对电网的贡献将变小。还有就是此时蓄电池组的整体电压很低，或不足以支持pcs运行。当SOC过高，pcs将不能再从电网吸收功率，此时蓄电池组的整体电压很高，或因过压导致pcs停机，当SOC超下限时，此电源将不再参与向电网供电的调节控制，当SOC超上限时，此电源将不再参与从电网吸收功率的调节控制；

柴油发电机一般不能从电网吸收功率，当其油位太低时，发电机或许将不能正常输出功率至电网，或者即将停止输出，当其油位过低时，此电源将不再参与调节控制；

步骤(3)，实时采集微电网的运行方式，获取微电网的运行状态，孤网、并网还是在模式切换过程中，当微电网孤网运行时，执行步骤(4)；

步骤(4)，实时采集各从电源的出力(输出或者输入功率)和运行状态信息，并采集微电网内的所有负荷数据，实时计算可切负荷和敏感负荷的总加值；

步骤(5)，实时采集主电源的出力和运行状态信息，判断其所在运行的区域，当超过正常运行区一定时间，或超过安全运行区时，进入步骤(5)，启动稳定调节控制；

步骤(6)，根据步骤(4)、步骤(5)采集的从电源的出力和运行状态信息、主电源的出力和运行状态信息，通过方程组(1)，求解各从电源的负荷切除情况和出力情况，出力情况包括有功功率和无功功率，

$P_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×P_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×P_{\mathrm{xxi}})=P_{\mathrm{FH}}-P_{\mathrm{qfh}}$

$Q_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{fxxi}}\×Q_{\mathrm{fxxi}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{xxi}}\×Q_{\mathrm{xxi}})=Q_{\mathrm{FH}}-Q_{\mathrm{qfh}}---\left(1\right)$

约束条件 $S=\sqrt{P^2+Q^2}$

其中，P_FH、Q_FH为实时微电网负荷的有功功率、无功功率；

P_qfh、Q_qfh为需要切除负荷的有功功率、无功功率；

P_Z、Q_Z为主电源的有功功率、无功功率；

P_fxxi、Q_fxxi为第i个非线性从电源的有功功率、无功功率，K_fxxi为第i个非线性电源是否投运，0表示退出、1表示运行；

P_xxi、Q_xxi第i个线性电源负荷的的有功功率、无功功率，K_xxi第i个线性电源是否投运0表示退出、1表示运行；

约束条件S为视在功率，用于划分正常运行区和安全运行区，P＝S×cosφ，Q＝S×sinφ，cosφ是功率因数，为输出功率因数的上下限；

步骤(7)，步骤(6)中方程组(1)的解非唯一，本着以下原则①各从电源(可线性调节电源)运行在设置的出力范围内；②切除负荷(可切负荷)最少；③切除电源(非线性调节电源)最少的原则，在所有的解中筛选最优解，根据最优解的方案，给各电源、负荷下发相应的调节指令，获得稳定调节控制方式，保证主电源的运行安全和微电网的稳定运行。

其中，步骤(7)所述获得稳定调节控制方式包括(1)调节可线性调节的电源出力控制方式；(2)投切不可线性调节的电源控制方式；(3)投切可切负荷控制方式；

其中，(1)调节可线性调节的电源出力控制方式，当微电网系统内的负荷或不可控电源波动导致主电源输出超正常范围或超安全范围后，调节的从电源时分为，1)当主电源输出为超上限时，增加所有可线性调节的从电源出力；2)当主电源输出为超下限时，降低所有可线性调节的从电源出力或者使其从电网吸收功率；这里每个电源调节的幅度是根据其设定的限值范围和当前运行情况决定的，尽量保证每个电源都在经济运行区内运行。

(2)投切不可线性调节的电源控制方式，1)当主电源输出超上限，且无增加出力的可线性调节的从电源(出力最大或者续航能力(soc低或者油位低)不足)时，查找投入的不可线性调节的电源对其下发投入指令，使其分担部分负荷，让主电源回归正常范围；2)当主电源输出超下限，且无降低出力的可线性调节的从电源(出力最小或从电网吸收功率已达最大值或续航能力(soc达上限)不足)，同时也无投入运行的负荷时，查找切除的不可线性调节的电源对其下发切除指令，减少微电网系统的电源，让主电源回归正常范围。

(3)投切可切负荷控制方式，1)当主电源输出超上限，且无增加出力的可线性调节的从电源(出力最大或者续航能力(soc低或者油位低)不足)时，同时也无投入的不可线性调节的电源时，最小程度的切除部分负荷，使主电源回归正常范围内；2)当主电源输出超下限，且无降低出力的可线性调节的从电源(出力最大或者续航能力(soc低或者油位低)不足)，投入可投入的负荷，使主电源回归正常范围内，若主电源不能回归，切除不可线性调节的电源。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，对主电源的输出划出为两个区域，包括正常运行区和安全运行区，所述正常运行区为经济运行区，输出稳定的电压和频率；所述安全运行区为主电源输出的极限，超过此安全运行区会导致主电源损伤，进而使微电网系统解列；

步骤(2)，将从电源各参数进行限值设定，包括电源启动时间、功率调节的响应时间、输出功率因数的上下限、正常和安全运行区的输出限值、正常运行电压的上、下限值、正常运行频率的上下限值；其中对于储能型电源，设置储能SOC的上、下限值；对于柴油发电机，设置油位的限值；

步骤(3)，实时采集微电网的运行方式，获取微电网的运行状态，孤网、并网还是在模式切换过程中，当微电网孤网运行时，执行步骤(4)；

步骤(4)，实时采集各从电源的出力和运行状态信息，并采集微电网内的所有负荷数据，实时计算可切负荷和敏感负荷的总加值，电源的出力包括输入、输出功率；

步骤(5)，实时采集主电源的出力和运行状态信息，判断其所在运行的区域，当超过正常运行区一定时间，或超过安全运行区时，进入步骤(6)，启动稳定调节控制；

步骤(6)，根据步骤(4)、步骤(5)采集的从电源的出力和运行状态信息、主电源的出力和运行状态信息，通过方程组(1)，求解各从电源的出力分配情况，电源投切情况和负荷切除情况，出力情况包括有功功率和无功功率，

$P_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(K_{fxxi}\×P_{fxxi})+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(K_{xxi}\×P_{xxi})=P_{FH}-P_{qfh}$

$Q_Z+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(K_{fxxi}\×Q_{fxxi})+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(K_{xxi}\×Q_{xxi})=Q_{FH}-Q_{qfh}---\left(1\right)$

约束条件 $S=\sqrt{P^2+Q^2}$

其中，P_FH、Q_FH为实时微电网负荷的有功功率、无功功率；

P_qfh、Q_qfh为需要切除负荷的有功功率、无功功率；

P_Z、Q_Z为主电源的有功功率、无功功率；

P_fxxi、Q_fxxi为第i个非线性从电源的有功功率、无功功率，K_fxxi为第i个非线性电源是否投运，0表示退出、1表示运行；

P_xxi、Q_xxi第i个线性电源负荷的的有功功率、无功功率，K_xxi第i个线性电源是否投运0表示退出、1表示运行；

约束条件S为视在功率，用于划分正常运行区和安全运行区，P＝S×cosφ，Q＝S×sinφ，cosφ是功率因数；

步骤(7)，步骤(6)中方程组(1)的解非唯一，在所有的解中筛选最优解，根据最优解，给各电源、负荷下发相应的调节指令，获得稳定调节控制方式，保证主电源的运行安全和微电网的稳定运行。

2.根据权利要求1所述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：步骤(7)所述获得稳定调节控制方式包括(1)调节可线性调节的电源出力控制方式；(2)投切不可线性调节的电源控制方式；(3)投切可切负荷控制方式。

3.根据权利要求1或2所述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：(1)调节可线性调节的电源出力控制方式，当微电网系统内的负荷或不可控电源波动导致主电源输出超正常范围一定时间或超安全范围后，调节从电源时分为，1)当主电源输出为超上限时，按从电源设定的限值增加所有可线性调节的从电源出力；2)当主电源输出为超下限时，按从电源设定的限值降低所有可线性调节的从电源出力或者使其从电网吸收功率，所控制的从电源出力的目标为其安全输出区域。

4.根据权利要求1或2所述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：(2)投切不可线性调节的电源控制方式为，1)当主电源输出超上限，且无增加出力的可线性调节的从电源时，查找可投入的不可线性调节的电源对其下发投入指令，使其分担部分负荷，让主电源回归正常范围；2)当主电源输出超下限，且无降低出力的可线性调节的从电源，同时也无可投入运行的负荷时，查找切除的不可线性调节的电源对其下发切除指令，减少微电网系统的电源，让主电源回归正常范围。

5.根据权利要求1或2所述的一种主从控制模式的微电网稳定运行的调节控制方法，其特征在于：(3)投切可切负荷控制方式为，1)当主电源输出超上限，且无增加出力的可线性调节的从电源时，同时也无可以投入的不可线性调节的电源时，最小程度的切除部分负荷，使主电源回归正常范围内；2)当主电源输出超下限，且无降低出力的可线性调节的从电源时，投入可投入的负荷，使主电源回归正常范围内。