CN104821608B - 微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法，以微电网发出的有功功率作为横坐标，并且做2根横坐标的垂线，分别为有功功率的上限值、下限值；以微电网的频率作为纵坐标，并且做2根纵坐标的垂线，分别为频率的上限值、下限值；4根线将坐标分为9个区域，时间为垂直坐标，并设定进入每个区的调节措施。最大限度的提高频率的稳定和合理分配发电设备出力。满足电网对有功管理的要求以及电气设备的安全运行需要。与现有技术相比，本发明降低了操作的复杂度，保证了频率合格，且更为智能，更贴切智能电网的发展要求。

Description

微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法

技术领域

本发明涉及一种微电网管理技术，特别涉及一种微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法。

背景技术

微电网（Micro-Grid）也译为微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。

开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网过渡。

随着国民经济的发展,电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是，随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，成本高,运行难度大,难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。

在传统电力系统中，由于系统中存在惯量，可通过频率的轻微变化满足负荷变动时的初始功率平衡，然后功率调节器使系统的频率恢复到额定值。电力电子接口的分布式发电单元，由于原动机（例如微型燃气轮机和燃料电池）响应速度慢和电力电子器件本身没有储存的能量，使得这类惯量电源系统不能对负荷的跳越变化做出快速响应。目前这类问题还没有很好的解决，需要提出新的解决方案。当微电网与主网联接时，负荷的变化可由主网来平衡，但微电网孤岛运行时，为了保证响应的快速性和减小频率和电压波动，可在分布式发电单元直流部分装设储能装置。目前的解决方法没有详细的明文规定规定和具体措施，仅仅是笼统的提出的策略而没有具体技术。所以本发明针对微电网在孤岛运行下由于负荷变化引起频率波动，提出了具体的解决方案。

发明内容

本发明是针对微电网在孤岛运行时，由于负荷变化引起频率波动的问题，提出了一种微电网的频率、有功功率和时间三变量坐标系建立方法，以便于调度人员区分情况，最大限度地提高频率的稳定和合理分配发电设备出力，满足电网对有功管理的要求以及电气设备的安全运行需要。

本发明的技术方案为：一种微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法，以微电网发出的有功功率作为横坐标，并且做2根横坐标的垂线，分别为有功功率的上限值、下限值；以微电网的频率作为纵坐标，并且做2根纵坐标的垂线，分别为频率的上限值、下限值；4根线将坐标分为9个区域，时间为垂直坐标，并设定进入每个区的调节措施。

所述9个区域中中间第9区间为满足要求的理想区间，不需调节，其他区域调节如下：

第1区：频率满足要求，有功功率偏高：根据当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择减少出力，可以优先考虑减少燃气微汽轮机的出力；

第2区：频率偏高，有功功率偏高：尽快减少分布式发电单元的出力，并且尽量不浪费能源把多余的电能储存到蓄电池中，优先考虑减少燃气微汽轮机的出力，风力和太阳能发电装置分次减少；

第3区：频率偏高，有功功率满足要求：优先考虑减少风机和太阳能发电装置的出力，使频率恢复正常后，根据负荷情况再恢复分布式发电单元的出力；

第4区：频率偏高，有功功率偏低：考虑当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择增加出力，提高风力和太阳能发电装置的出力，如若微点网还是处于此运行状态，应尽快检查微电网的线路或是分布式发电单元是否有故障，如若发生故障情况迅速排除；

第5区：频率满足要求，有功功率偏低：根据当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，使有功功率恢复平衡；

第6区：频率偏低，有功功率也偏低：尽快提高分布式发电单元的出力，优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，并且开启储能装置，使蓄电池进入放电模式；

第7区：频率偏低，有功功率满足要求：优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，使频率恢复正常后，再适当减少分布式发电单元的出力，或者是开启储能装置，使用蓄电池提高频率，后再推出运行；

第8区：频率偏低，有功功率偏高：考虑当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择减少出力，优先减少燃气微汽轮机的出力，如若微点网还是处于此运行状态，尽快检查微电网的线路或是分布式发电单元是否有故障，如若发生故障情况迅速排除。

本发明的有益效果在于：本发明微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法，最大限度的提高频率的稳定和合理分配发电设备出力。满足电网对有功管理的要求以及电气设备的安全运行需要。与现有技术相比，本发明降低了操作的复杂度，保证了频率合格，且更为智能，更贴切智能电网的发展要求。

附图说明

图1为本发明微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法的分区图；

图2为微电网一天中各个发电装置出力以及负荷情况图。

具体实施方式

根据《供电营业规则》第35条在电力系统正常运行情况下频率允许偏差为：装机容量在300kW以上的为正负0.2Hz；装机容量在300kW以下的为0.5Hz；当电力系统在非正常条件下，供电允许偏差不得超过1.0 Hz。一般的微电网装机容量较小，基本在300kW以下，所以允许频率波动为0.5 Hz。那么频率的最低下线定为49.5 Hz，最高上线为50.5 Hz。

如果频率的波动很大，会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。

1、对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；

2、对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；

3、对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。

电力有功平衡是指电力系统所有的有功发电单元发出的有功功率综合与电网所有用电设备所取用的有功功率总和相等。电力有功平衡是动态平衡，由电网发电、供电、用电3个方面决定的，由于发电和用电是在同一时间里完成的，发电量并不一定正好等于用电量。微电网的有功负荷是经常发生变化的，引起有功平衡经常被打破，要再努力使之达到平衡，是在一定程度上缓和电力供需矛盾的重要措施。当微电网的有功平衡波动很大时，会使微电网的电能质量下降，影响微电网的安全、稳定、可靠、经济运行，并且损害诸多企业的供电和利益，关系到工农生产和人民生活用电。所以要限制有功功率的波动。对于独立运行的微电网，由于分布式发电、如风力发电、光伏发电、受自然因素的影响，其输出功率具有间歇性随机性和波动性以及负荷峰谷差特性，一天中的有功功率差额存在较大的波动性不利于后备电源的稳定经济运行，所以需要限定有功功率上限与下限。考虑线路传输的稳定极限功率，由于电网联络线运行中必须考虑不超稳定极限功率的条件，而静态和暂态稳定极限功率一般又比导线的热稳定功率小，另外，由于为满足暂态稳定的要求，线路正常运行时传输的有功功率P 有时不宜超过0.075P 。

在微电网中，频率有一个允许范围，根据这个范围可以对有功功率和频率进行分区控制。如图1所示分区图。该图以微电网发出的有功功率作为横坐标，并且做2根横坐标的垂线，分别为有功上限、有功下限，频率作为纵坐标，并且做2根纵坐标的垂线，分别为频率上限、频率下限，4根线将坐标分为9个区域，时间为垂直坐标。其中：第9区间是满足要求的理想区间，不需要调节；其他各个区域的运行参数均不满足条件，必须根据各个区间的实际情况进行调节，使运行状态尽可能地处于第9区间。第1区间～第8区间的具体情况及调节措施如下：

（1）第1区间：频率满足要求，有功功率偏高。此时有功平衡不稳定，如果不及时调整可能会继续影响到频率，使频率上升进而影响电能质量，对于用户，发电厂，微电网有着不利的影响。根据当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择减少出力，可以优先考虑减少燃气微汽轮机的出力。从而使有功功率恢复平衡，使微电网恢复稳定。

（2）第2区间：频率偏高，有功功率偏高。这是一个比较严重的情况，应该尽快减少分布式发电单元的出力，并且尽量不浪费能源把多余的电能储存到蓄电池中。否则会对用户、发电厂、微电网有很多的冲击。可以优先考虑减少燃气微汽轮机的出力，风力和太阳能发电装置分次减少，使电能质量恢复正常。

（3）第3区间：频率偏高，有功功率满足要求。可以优先考虑减少风机和太阳能发电装置的出力，使频率恢复正常后，根据负荷情况再适当恢复分布式发电单元的出力，以免破坏有功功率的平衡，以保证电能质量符合要求。

（4）第4区间：频率偏高，有功功率偏低。可以考虑当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择增加出力，提高风力和太阳能发电装置的出力。从而使有功功率恢复平衡，使微电网恢复稳定。如若微点网还是处于此运行状态，应尽快检查微电网的线路或是分布式发电单元是否有故障，如若发生故障情况应当迅速排除，以免故障扩大，影响微电网的稳定运行。

（5）第5区间：频率满足要求，有功功率偏低。此时有功平衡不稳定，如果不及时调整可能会继续影响到频率，使频率上升进而影响电能质量，对于用户、发电厂、微电网有着不利的影响。根据当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，可以优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，使有功功率恢复平衡，保证微电网的稳定运行。

（6）第6区间：频率偏低，有功功率也偏低。此时是一个比较严重的情况，应该尽快提高分布式发电单元的出力，否则会对用户、发电厂、微电网有很多的冲击。可以优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，并且开启储能装置，使蓄电池进入放电模式。使电能质量恢复正常，保证微电网的正常运行。

（7）第7区间：频率偏低，有功功率满足要求。可以优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，使频率恢复正常后，再适当减少分布式发电单元的出力，以免破坏有功功率的平衡。或者是开启储能装置，使用蓄电池提高频率，后再推出运行，以保证电能质量符合要求。

（8）第8区间：频率偏低，有功功率偏高。可以考虑当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择减少出力，优先减少燃气微汽轮机的出力，从而使有功功率恢复平衡，使微电网恢复稳定。如若微点网还是处于此运行状态，应尽快检查微电网的线路或是分布式发电单元是否有故障，如若发生故障情况应当迅速排除，以免故障扩大，影响微电网的稳定运行。

例如：微电网于某日12:00运行状态进入第1区间，此时频率满足要求，但有功超过上限，此时为防频率的快速上升，且为了系统安全和稳定运行，我们可以选择性地减少某些机组的出力。图2为微电网一天中各个发电装置出力以及负荷情况图，微电网优先选择使用光伏发电（PV）和风力发电（WT），此时可以选择减少微型燃气轮机（MT）的出力。如果调整完成后，微电网运行状态进入第9区间，则调整完毕；如果调整完后，有功功率还是略有偏高，则可以选择降低其他发电设备的出力。

Claims (1)

1.一种微电网频率、有功和时间三变量坐标系建立方法，以微电网发出的有功功率作为横坐标，并且做2根横坐标的垂线，分别为有功功率的上限值、下限值；以微电网的频率作为纵坐标，并且做2根纵坐标的垂线，分别为频率的上限值、下限值；4根线将坐标分为9个区域，时间为垂直坐标，并设定进入每个区的调节措施；所述9个区域中中间第9区间为满足要求的理想区间，不需调节，其他区域调节如下：

第1区：频率满足要求，有功功率偏高：根据当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择减少出力，优先考虑减少燃气微汽轮机的出力；

第2区：频率偏高，有功功率偏高：减少分布式发电单元的出力，并且把多余的电能储存到蓄电池中，优先考虑减少燃气微汽轮机的出力，风力和太阳能发电装置分次减少；

第3区：频率偏高，有功功率满足要求：优先考虑减少风机和太阳能发电装置的出力，使频率恢复正常后，根据负荷情况再恢复分布式发电单元的出力；

第4区：频率偏高，有功功率偏低：考虑当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择增加出力，提高风力和太阳能发电装置的出力，如若微电网还是处于此运行状态，应检查微电网的线路或是分布式发电单元是否有故障，如若发生故障情况迅速排除；

第5区：频率满足要求，有功功率偏低：根据当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，使有功功率恢复平衡；

第6区：频率偏低，有功功率也偏低：提高分布式发电单元的出力，优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，并且开启储能装置，使蓄电池进入放电模式；

第7区：频率偏低，有功功率满足要求：优先考虑加大风机和太阳能发电装置的出力，使频率恢复正常后，再适当减少分布式发电单元的出力，或者是开启储能装置，使用蓄电池提高频率，后再退出运行；

第8区：频率偏低，有功功率偏高：考虑当日的各个分布式发电单元的出力和负荷情况，来选择减少出力，优先减少燃气微汽轮机的出力，如若微电网还是处于此运行状态，检查微电网的线路或是分布式发电单元是否有故障，如若发生故障情况迅速排除。