CN105098773B - 多微电网互联场景中的下垂控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多微电网互联场景中的下垂控制方法，其中方法包括：测量微电网间的实际交换功率值；计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差设为微电网的控制参考偏差；根据所述控制参考偏差，设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量；根据所述功率修正量计算各变流器的交换功率计划值，比较各变流器的交换功率计划值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的交换功率计划值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并返回上一步骤；否则执行下一步骤；将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

Description

多微电网互联场景中的下垂控制方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，特别是涉及一种多微电网互联场景中的下垂控制方法和系统。

背景技术

能源互联网的出现和发展将广泛、高效地实现对分布式可再生能源的利用，缓解能源与环境压力。为克服大量分布式电源单独接入电网的不可控性，可采用微电网的形式将风、光、生物质等各种分布式可再生电源与储能系统进行有效整合，通过合理的结构与控制策略，形成独立可控的发、供电单元，满足配电规划及用户对电能质量和供电可靠性的要求。

随着微电网的增多，在电力市场分时电价环境下，多个微电网可作为独立购/售电主体，相互间进行购/售电交易，确定未来一定时段内的交易电量。在此时段内，各微电网间的交换功率应为恒定值，而分布式电源间歇性与负荷随机性可引起实际交换功率值与计划值的偏差，当偏差超出一定范围时应附加惩罚电价，用以偿付本微电网所接收的调频辅助服务。

当出现风、光等分布式电源功率的间歇性波动与负荷随机投切时，为保证微电网间交换功率恒定，可通过下垂控制对微电网内可控分布式电源应进行及时迅速响应。但是，目前的下垂控制方法多用于孤岛电网，而当多微电网互联运行时，通常采用恒功率控制模式对微电网内可控分布式电源进行功率控制，对各分布式电源的功率分配无法反映各微电网的发电成本情况，容易导致系统发电成本高。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术无法反映各微电网的发电成本情况的问题，提供一种多微电网互联场景中的下垂控制方法和系统。

一种多微电网互联场景中的下垂控制方法，包括以下步骤：

测量微电网间的实际交换功率值；

计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差设为微电网的控制参考偏差；

根据所述控制参考偏差设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量；

根据所述功率修正量对各变流器的预设交换功率值进行修正，比较各变流器的预设交换功率值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的预设交换功率值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并返回上一步骤；否则执行下一步骤；

将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

一种多微电网互联场景中的下垂控制系统，包括：

测量装置，用于测量微电网间的实际交换功率值；

第一计算装置，用于计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差设为微电网的控制参考偏差；

第二计算装置，用于根据所述控制参考偏差，设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量；

比较装置，用于根据所述功率修正量对各变流器的预设交换功率值进行修正，比较各变流器的预设交换功率值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的预设交换功率值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并执行第二计算装置的功能；否则执行修正装置的功能；

修正装置，用于将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

上述多微电网互联场景中的下垂控制方法和系统，通过计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差得到控制参考偏差；根据所述控制参考偏差对微电网内各变流器需分配的交换功率进行修正，根据所述控制参考偏差修正各变流器下垂控制的参考功率，对微电网间交换功率进行恒定控制，能够动态地反映各微电网的发电成本情况，使系统动态发电成本达到最低。

附图说明

图1是一个实施例的多微电网互联场景中的下垂控制方法流程图；

图2是一个实施例的按照等发电成本微增率准则分配控制参考偏差的方法流程图；

图3是修正前后的有功功率-频率下垂曲线；

图4是一个实施例的多微电网互联场景中的下垂控制系统的结构示意图；

图5是两微电网互联系统中微电网1中各分布式电源与负荷的有功功率仿真结果；

图6是两微电网互联系统中微电网2中各分布式电源与负荷的有功功率仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明作进一步说明。

附图1为多微电网互联场景中的下垂控制方法流程图，所述方法可包括以下步骤：

步骤S1：测量微电网间的实际交换功率值；

步骤S2：计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差设为微电网的控制参考偏差；

步骤S3：根据所述控制参考偏差，设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量，所述功率修正量为各变流器需分配的交换功率的修正量；

步骤S4：根据所述功率修正量对各变流器的预设交换功率值进行修正，比较各变流器的预设交换功率值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的预设交换功率值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并返回上一步骤；否则执行下一步骤；

步骤S5：将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

在步骤S2中，可以微电网对外交换功率为正方向进行计算，其控制参考偏差可记为：

式中，为微电网联络线交换功率计划值，P_Tie为微电网联络线交换功率实际值。

在实际情况下，也可以其他微电网对本微电网交换功率为正方向进行计算，此处不再赘述。

在步骤S3中，按照等发电成本微增率准则对各变流器的功率进行修正，具体流程如下：

S31，根据各变流器的交换功率获取第一函数，其中，所述第一函数为各变流器对应的发电成本关于交换功率的函数；

S32，对所述第一函数进行求导，得到第二函数，其中，所述第二函数为各变流器的发电成本微增率关于交换功率的函数；

S33，根据所述控制参考偏差和所述第二函数，获取各变流器的功率修正量；

S34，根据所述功率修正量，对微电网内各变流器需分配的交换功率进行修正。

第i台变流器对应的分布式电源发电成本函数为：

其中P_i为第i台变流器的交换功率。

将发电成本函数Cost(P_i)对实时发电功率P_i求导，可得其发电成本微增率为：

对式(3)稍作变换得P_i关于λ_i的函数关系式：

P_i＝f(λ_i) (4)

图2为按照等发电成本微增率分配控制参考偏差的示意图。根据图2，步骤S33的流程具体如下：

S331，设置各变流器的发电成本的微增率初值和交换功率初值；

S332，根据控制参考偏差对所述微增率初值进行修正，得到微增率一次修正值；

S333，根据微增率一次修正值和所述第二函数计算各变流器的交换功率修正值，将交换功率修正值减去交换功率初值，得到各变流器的功率修正量；

S334，校验各变流器的功率修正量是否满足如下约束条件：

式中，ΔP_Tie为控制参考偏差，为第i台变流器的功率修正量，m为变流器的总数，ε为微电网交换功率允许的误差范围；若不满足，则对微增率一次修正值进行再次修正，得到微增率二次修正值，将微增率初值替换为微增率一次修正值，将微增率一次修正值替换为微增率二次修正值，并返回上一步骤；若满足，停止计算，得到变流器i的功率修正量。

例如，可假设初始时第i台变流器发出有功功率为，各变流器对应的发电成本微增率均为λ⁽⁰⁾。

在一个实施例中，若控制参考偏差为正，则取λ⁽¹⁾＞λ⁽⁰⁾；若控制参考偏差为负，则取λ⁽¹⁾＜λ⁽⁰⁾。

在一个实施例中，若控制参考偏差在某一阈值范围内，则取λ⁽¹⁾＞λ⁽⁰⁾；若控制参考偏差为负，则取λ⁽¹⁾＜λ⁽⁰⁾。

按照P_i＝f(λ_i)计算各变流器的应发功率并进一步得到应修正量校验所求得的是否满足约束条件

其中ε为微电网交换功率允许的误差范围；

在一个实施例中，若不满足约束条件，则时，继续取λ⁽²⁾＞λ⁽¹⁾；时，改取λ⁽⁰⁾＜λ⁽²⁾＜λ⁽¹⁾，并继续修正发电成本微增率。

在另一个实施例中，若不满足约束条件，还可根据其他方式对电成本微增率进行修正。

若满足约束条件，则停止计算，将所得有功功率修正量ΔP_i指令发送与第i台变流器执行。

根据以上计算出的功率修正量，可采用如下公式调整各变流器的下垂控制参考频率：

其中f_i为第i台变流器的下垂控制参考频率，f_N为系统额定频率，k_if为有功功率-频率下垂系数，P_i为第i台变流器的实际交换功率，为第i台变流器的初始参考功率，ΔP_i为其功率修正量。修正前后的有功功率-频率下垂曲线如附图3所示。

以上计算过程并不需要一个集中控制中心，在各变流器自身的控制器中即可完成，避免了集中控制中心的附加投资。

本发明的多微电网互联场景中的下垂控制方法引入控制参考偏差，并将其分配给微电网系统内所有可控变流器，通过动态修正变流器下垂控制的参考功率改变变流器实际交换功率，使微电网对外交换功率维持为要求的计划值。在变流器功率分配过程中，考虑了各自的发电成本，采用等发电成本微增率准则，而非单纯的阶梯法或按额定容量分配，可使总体运行经济性达到最优。

附图4为一个实施例的多微电网互联场景中的下垂控制系统的结构示意图。如图4所示，本发明的下垂控制系统包括：

测量装置10，用于测量微电网间的实际交换功率值；

第一计算装置20，用于计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差作为微电网的控制参考偏差；

第二计算装置30，用于根据所述控制参考偏差，设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量，所述功率修正量为各变流器需分配的交换功率的修正量；

比较装置40，用于根据所述功率修正量对各变流器的预设交换功率值进行修正，比较各变流器的预设交换功率值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的预设交换功率值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并执行第二计算装置的功能；否则执行修正装置的功能；

修正装置50，用于将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

第二计算装置30可包括：

第一获取模块301，用于根据各变流器的交换功率获取第一函数，其中，所述第一函数为各变流器对应的发电成本关于交换功率的函数；

求导模块302，用于对所述第一函数进行求导，得到第二函数，其中，所述第二函数为各变流器的发电成本微增率关于交换功率的函数；

第二获取模块303，用于根据所述控制参考偏差和所述第二函数，获取各变流器的功率修正量；

修正模块304，用于根据所述功率修正量，对微电网内各变流器需分配的交换功率进行修正。

第二计算装置30中可包括低通滤波器，用以屏蔽微小的高频波动信号，避免控制器持续处于修正状态；修正模块304可包括PI控制器，用以形成闭环控制并限制微电网的功率总修正量。

第二获取模块303可包括：

设置单元303a，用于设置各变流器的发电成本的微增率初值和交换功率初值；

修正单元303b，用于根据控制参考偏差对所述微增率初值进行修正，得到微增率一次修正值；

计算单元303c，用于根据微增率一次修正值和所述第二函数计算各变流器的交换功率修正值，将交换功率修正值减去交换功率初值，得到各变流器的功率修正量；

校验单元303d，用于校验各变流器的功率修正量是否满足如下约束条件：

式中，ΔP_Tie为控制参考偏差，为第i台变流器的功率修正量，m为变流器的总数，ε为微电网交换功率允许的误差范围；若不满足，则对微增率一次修正值进行再次修正，得到微增率二次修正值，将微增率初值替换为微增率一次修正值，将微增率一次修正值替换为微增率二次修正值，并执行计算单元的功能；若满足，停止计算，并将各变流器的功率修正量分别发送到对应变流器。

本发明的下垂控制系统还可包括：

调整装置60，用于根据如下公式调整各变流器的下垂控制参考频率：

式中，f_i为调整后的第i台变流器的下垂控制参考频率，f_N为系统额定频率，k_if为第i台变流器的有功功率-频率下垂系数，P_i为第i台变流器的实际交换功率，为第i台变流器的功率初值，ΔP_i为第i台变流器的最终功率修正量。

本发明的多微电网互联场景中的下垂控制系统引入控制参考偏差，并将其分配给微电网系统内所有可控变流器，通过动态修正变流器下垂控制的参考功率改变变流器实际交换功率值，使微电网对外交换功率维持为要求的计划值。在变流器功率分配过程中，考虑了各自的发电成本，采用等发电成本微增率准则，而非单纯的阶梯法或按额定容量分配，可使总体运行经济性达到最优。

下面基于实际测试结果对本发明的技术方案达到的技术效果进行验证。

基于仿真软件PSCAD/EMTDC搭建两微电网系统，对微电网1发生风速波动、微电网2发生负荷切入两种情况进行仿真，以实现对本发明所述多微电网互联场景下考虑发电成本的改进下垂控制方法的验证，仿真结果示于附图5、6。

从仿真结果可以看出，0.8s时，风速由7.6m/s降至7m/s，微电网1中风机有功出力由0.25MW降至0.21MW。相应地，微电网1中的储能系统BE11、BE12按照等发电成本微增率曲线修正动态下垂控制的参考功率，最终分别增加有功出力0.013MW、0.027MW，而微电网2中的储能系统不参与调整。

3s时，微电网2负荷L21增加0.03MW。由于储能系统BE2发电成本较柴油发电机低，且储能未达到交换功率限制，故由储能承担增加的负荷，增发0.03MW，而微电网1中的储能系统不参与调整，从而避免大量功率经联络线传输造成的附加损耗。在负荷突增时，系统频率短时下降，WT1、DG2瞬时功率增加，经0.5s短暂过程恢复正常。

本发明可确保多微电网互联系统的微电网间交换功率保持恒定，避免其他微电网参与本微电网的调压调频过程而引起的附加电价。调节过程中引入了等发电成本微增率准则来分配微电网的控制参考偏差，将目标功率进行合理分配，达到最优经济性。

本发明的多微电网互联场景中的下垂控制系统与本发明的多微电网互联场景中的下垂控制方法一一对应，在上述多微电网互联场景中的下垂控制方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于多微电网互联场景中的下垂控制系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多微电网互联场景中的下垂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量微电网间的实际交换功率值；

计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差设为微电网的控制参考偏差；

根据所述控制参考偏差设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量；

根据所述功率修正量对各变流器的预设交换功率值进行修正，比较各变流器的预设交换功率值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的预设交换功率值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并返回上一步骤；否则执行下一步骤；

将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

2.根据权利要求1所述的下垂控制方法，其特征在于，根据所述控制参考偏差，设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量的步骤包括：

根据各变流器的实际交换功率值获取第一函数，其中，所述第一函数为各变流器对应的发电成本关于实际交换功率值的函数；

对所述第一函数进行求导，得到第二函数，其中，所述第二函数为各变流器的发电成本微增率关于实际交换功率值的函数；

根据所述控制参考偏差和所述第二函数，获取各变流器的功率修正量；

根据所述功率修正量，对微电网内各变流器需分配的实际交换功率值进行修正。

3.根据权利要求2所述的下垂控制方法，其特征在于，根据所述控制参考偏差和所述第二函数，获取各变流器的功率修正量的步骤包括：

设置各变流器的发电成本的微增率初值和实际交换功率值的初值；

根据控制参考偏差对所述微增率初值进行修正，得到微增率一次修正值；

根据微增率一次修正值和所述第二函数计算各变流器的实际交换功率的修正值，将所述修正值减去所述初值，得到各变流器的功率修正量；

校验各变流器的功率修正量是否满足如下约束条件：

$|{\mathrm{\&Delta;P}}_{Tie}-\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_i^{\left(1\right)}|<\mathrm{\&epsiv;},$

式中，ΔP_Tie为控制参考偏差，ΔP_i ⁽¹⁾为第i台变流器的功率修正量，m为变流器的总数，ε为微电网交换功率允许的误差范围；

若不满足，则对微增率一次修正值进行再次修正，得到微增率二次修正值，将微增率初值替换为微增率一次修正值，将微增率一次修正值替换为微增率二次修正值，并返回上一步骤；若满足，停止计算，得到变流器i的功率修正量。

4.根据权利要求3所述的下垂控制方法，其特征在于，根据控制参考偏差对所述微增率初值进行修正的步骤包括：

若控制参考偏差为正，则将微增率一次修正值设为大于微增率初值对应的值；

若控制参考偏差为负，则将微增率一次修正值设为小于微增率初值对应的值。

5.根据权利要求3所述的下垂控制方法，其特征在于，所述校验各变流器的功率修正量是否满足如下约束条件：的步骤包括：

当时，将微增率二次修正值设为大于微增率一次修正值对应的值；

当时，将微增率二次修正值设为大于微增率初值且小于微增率一次修正值对应的值。

6.根据权利要求1所述的下垂控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据如下公式调整各变流器的下垂控制参考频率：

$f_i=f_N-k_{if}\&lsqb;P_i-(P_i^{\left(0\right)}+{\mathrm{\&Delta;P}}_i)\&rsqb;$

式中，f_i为调整后的第i台变流器的下垂控制参考频率，f_N为系统额定频率，k_if为第i台变流器的有功功率-频率下垂系数，P_i为第i台变流器的实际交换功率，P_i ⁽⁰⁾为第i台变流器的实际交换功率的初值，ΔP_i为第i台变流器的最终功率修正量。

7.一种多微电网互联场景中的下垂控制系统，其特征在于，包括：

测量装置，用于测量微电网间的实际交换功率值；

第一计算装置，用于计算实际交换功率值与预设交换功率值的偏差，若所述偏差超过预设的偏差允许值，将所述偏差设为微电网的控制参考偏差；

第二计算装置，用于根据所述控制参考偏差，设置发电成本的微增率，根据所述微增率计算微电网内各变流器的功率修正量；

比较装置，用于根据所述功率修正量对各变流器的预设交换功率值进行修正，比较各变流器的预设交换功率值与变流器设定的最大功率允许值，若存在一台变流器的预设交换功率值超过所述变流器设定的最大功率允许值，则修正所述控制参考偏差，并执行第二计算装置的功能；否则执行修正装置的功能；

修正装置，用于将所述变流器的下垂控制参考功率修正为所述最大功率允许值。

8.根据权利要求7所述的下垂控制系统，其特征在于，所述第二计算装置包括：

第一获取模块，用于根据各变流器的实际交换功率值获取第一函数，其中，所述第一函数为各变流器对应的发电成本关于实际交换功率值的函数；

求导模块，用于对所述第一函数进行求导，得到第二函数，其中，所述第二函数为各变流器的发电成本微增率关于实际交换功率值的函数；

第二获取模块，用于根据所述控制参考偏差和所述第二函数，获取各变流器的功率修正量；

修正模块，用于根据所述功率修正量，对微电网内各变流器需分配的实际交换功率值进行修正。

9.根据权利要求8所述的下垂控制系统，其特征在于，所述第二获取模块包括：

设置单元，用于设置各变流器的发电成本的微增率初值和实际交换功率值的初值；

修正单元，用于根据控制参考偏差对所述微增率初值进行修正，得到微增率一次修正值；

计算单元，用于根据微增率一次修正值和所述第二函数计算各变流器的实际交换功率值的修正值，将所述修正值减去所述初值，得到各变流器的功率修正量；

校验单元，用于校验各变流器的功率修正量是否满足如下约束条件：

$|{\mathrm{\&Delta;P}}_{Tie}-\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_i^{\left(1\right)}|<\mathrm{\&epsiv;},$

式中，ΔP_Tie为控制参考偏差，ΔP_i ⁽¹⁾为第i台变流器的功率修正量，m为变流器的总数，ε为微电网交换功率允许的误差范围；若不满足，则对微增率一次修正值进行再次修正，得到微增率二次修正值，将微增率初值替换为微增率一次修正值，将微增率一次修正值替换为微增率二次修正值，并执行计算单元的功能；若满足，停止计算，并将各变流器的功率修正量分别发送到对应变流器。

10.根据权利要求7所述的下垂控制系统，其特征在于，还包括：

调整装置，用于根据如下公式调整各变流器的下垂控制参考频率：

f_i＝f_N-k_if[P_i-(P_i ⁽⁰⁾+ΔP_i)]

式中，f_i为调整后的第i台变流器的下垂控制参考频率，f_N为系统额定频率，k_if为第i台变流器的有功功率-频率下垂系数，P_i为第i台变流器的实际交换功率，P_i ⁽⁰⁾为第i台变流器的实际交换功率值的初值，ΔP_i为第i台变流器的最终功率修正量。