CN105262135A - 含复合储能的风光柴储微电网系统及并网时协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含复合储能的风光柴储微电网系统及并网时协调控制方法，所述风光柴储微电网系统包括一次系统和二次系统；所述一次系统包括风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、负荷系统和微电网母线；所述储能系统为复合储能系统，包括两种以上的储能系统；所述二次系统包括控制系统、监测系统和通讯系统；所述控制系统分成三层，分别为上层、中间层和底层，上层为配电网调度系统，中间层为微电网中央控制器，底层为底层控制器。本发明含复合储能的风光柴储微电网系统包含两种以上的储能系统，考虑了复合储能装置在微电网系统中的应用，而且本发明除包括一次系统外，还涉及二次系统的设计，使微电网系统的功能更完善。

Description

含复合储能的风光柴储微电网系统及并网时协调控制方法

技术领域

本发明涉及微电网控制技术领域，具体涉及一种含复合储能的风光柴储微电网系统，还涉及一种上述系统并网运行时的协调控制方法。

背景技术

现代工业高速发展，传统化石能源日渐枯竭，为满足人类对能源的需求，发展清洁高效的可再生能源成为全世界的共同目标。分布式发电有利于新能源的就地分散利用，提高用户供电可靠性，但其不稳定的发电方式也给电网地稳定运行带来了很多难题。微电网作为分布式发电接入电网的有效利用方式，将发电系统、储能系统、负荷相结合，通过相关控制装置间的配合，不仅解决了分布式电源发电系统的大规模接入问题，还为用户带来了其他多方面的效益。

经对现有技术文献的检索，申请号为201220002686.4，名称为一种实验室用的微电网系统的中国专利申请，该申请公开了微电网系统采用模拟微源和模拟负载，但它只涉及一次系统，未涉及二次系统的设计，微电网系统功能不完善。

现有含风光柴储的微电网技术绝大多数是基于单一种类储能装置研究和应用，对含复合储能的风光柴储微电网系统的一次系统和二次系统鲜有关注。

发明内容

本发明的发明目的是提出一种含复合储能的风光柴储微电网系统，该系统可实时监控微电网各分布式电源和负荷的运行状态。分布式电源主要包括发电系统和储能系统。

本发明的发明目的通过如下技术方案实现：一种含复合储能的风光柴储微电网系统，包括一次系统和二次系统；

所述一次系统包括风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、负荷系统和微电网母线；

所述储能系统为复合储能系统，包括两种以上的储能系统；

所述风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统和负荷均通过开关与所述微电网母线相连，所述微电网母线通过并/离网控制开关与380V配电网相连；

所述二次系统包括控制系统、监测系统和通讯系统；

所述控制系统分成三层，分别为上层、中间层和底层，上层为配电网调度系统，中间层为微电网中央控制器，底层为底层控制器；

所述底层控制器包括微源控制器和负荷控制器；

所述监测系统由实时电气量采集装置构成；

所述通讯系统由通信端口、通信网络组成，所述通信网络包括通信总线；

所述微源控制器与所述风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统一一对应相连，各微源控制器还与同其对应的系统与所述微电网母线之间的连接开关相连，用于控制各系统地接入、切除；

所述负荷控制器与所述负荷相连，还与该负荷与所述微电网母线之间的连接开关相连，用于控制负荷地接入、切除；

所述微源控制器和所述负荷控制器通过通信总线与所述微电网中央控制器相连，所述微电网中央控制器与所述并/离网控制开关通过通信总线相连，所述配电网调度系统通过通信总线与所述微电网中央控制器相连，向所述微电网中央控制器发送调节指令，所述监测系统输入端与所述一次系统相连，输出端与所述微源控制器或负荷控制器相连，将采集的实时电气量传输给所述微源控制器或负荷控制器，并通过所述微源控制器或负荷控制器经通信总线传输给所述微电网中央控制器，所述微电网中央控制器接收所述底层控制器传输来的实时电气量和所述配电网调度系统发送的调度指令，控制所述并/离网控制开关的通断以控制所述微电网系统处于并网运行状态或离网运行状态，并向所述底层控制器发送控制指令，所述底层控制器接收所述微电网中央控制器的控制指令后，在无需互相通信的前提下，基于实时电气量实现对相应开关、系统和负荷的一体化保护与控制。

所述储能系统包括锂电池储能系统和液流电池储能系统。

所述风力发电系统包括风力发电机、风力发电机控制器和风电系统配电箱，所述风力发电机与所述风力发电机控制器相连，所述风力发电机控制器与所述风电系统配电箱相连，所述风电系统配电箱通过开关与所述微电网母线相连，与所述风力发电系统对应的微源控制器与所述风电系统配电箱相连，控制所述风力发电系统的输出功率。

所述光伏发电系统包括光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器，所述光伏电池板与所述光伏直流配电箱相连，所述光伏直流配电箱与所述光伏逆变器相连，所述光伏逆变器通过开关与所述微电网母线相连，与所述光伏发电系统对应的微源控制器与所述光伏逆变器相连，控制所述光伏发电系统的输出功率。

所述柴油发电系统包括柴油发电机，所述柴油发电机通过开关与所述微电网母线相连，与所述柴油发电系统对应的微源控制器与所述柴油发电机相连，控制所述柴油发电系统的输出功率。

所述锂电池储能系统包括锂电池组和锂电池储能双向变流器，所述锂电池组与所述锂电池储能双向变流器相连，所述锂电池储能双向变流器通过开关与所述微电网母线相连，与所述锂电池储能系统对应的微源控制器与所述锂电池储能双向变流器相连，控制所述锂电池储能系统的输出功率。

所述液流电池储能系统包括液流电池组和液流电池储能双向变流器，若干所述液流电池组串联后与所述液流电池储能双向变流器相连，所述液流电池储能双向变流器通过开关与所述微电网母线相连，与所述液流电池储能系统对应的微源控制器与所述液流电池储能双向变流器相连，控制所述液流电池储能系统的输出功率。

所述负荷包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载，所述灯泡组、负载箱、电动机和电子负载分别通过一个开关与所述微电网母线相连。

本发明还提供一种上述风光柴储微电网系统并网时的协调控制方法，包括如下步骤：

1)微电网中央控制器比较配电网有功功率指令与联络线实际有功功率之差△P ₁ 与配电网有功功率指令跟踪滞环的上、下限值P _ofset1 、P _ofset2 ，P _ofset1 为正值，P _ofset2 为负值：

若△P ₁ >P _ofset1 ，转入步骤2）；

若△P ₁ <P _ofset2 ，转入步骤3）；

否则，转入步骤4）；

2）若存在充电的储能系统，则减少储能系统的充电功率，若达到配电网调度要求，结束；

若调节储能系统充电功率不能满足配电网调度要求，且存在可投入的光伏发电系统或风力发电系统，则投入光伏发电系统或风力发电系统，若达到配电网调度要求，结束；

若调节储能系统充电功率、投入光伏发电系统或风力发电系统后，仍未跟踪上配电网调度要求，在存在PQ（P代表有功功率，Q代表无功功率）可控的光伏发电系统或风力发电系统且存在可调空间的前提下，则增大PQ运行模式的光伏发电系统或风力发电系统的出力，若达到配电网调度要求，结束；

在充分利用光伏发电系统或风力发电系统的出力未能满足配电网调度要求后，若存在能放电的储能系统，且储能系统放电功率可以满足微电网功率缺额，则增加储能系统的总放电功率，结束；

若不存在能放电的储能系统或储能系统放电功率不能满足微电网功率缺额，则增加柴油发电系统出力，结束；

3）若存在放电的储能系统，减少储能系统的放电功率，若达到配电网调度要求，结束；

若不存在放电的储能系统且存在出力的柴油发电系统，则减少柴油发电系统出力，若达到配电网调度要求，结束；

若柴油发电系统没有出力且可控有功出力不能弥补微电网功率超额，则切除MPPT（MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪）光伏发电系统或风力发电系统，若达到配电网调度要求，结束；

若可控有功出力能弥补微电网功率超额且存在PQ可控光伏发电系统或风力发电系统，则调节光伏发电系统或风力发电系统出力，若达到配电网调度要求，结束；

若不存在PQ可控的光伏发电系统或风力发电系统，若存在储能系统SOC（StateofCharge，荷电状态）没有达到最大值SOC_max且可满足调度要求，则增加储能系统充电功率，结束；

若所有储能系统SOC都达到最大值，结束；

若存在储能系统SOC没有达到最大值SOC_max但不能满足调度需求，则所有储能满充，结束；

4）根据储能系统的充放电功率限制对微电网中央控制器的储能系统充放电功率指令进行修正，当储能系统充放电功率指令中的期望功率超过储能系统充放电功率的最大值时，储能系统充放电功率指令取所述储能系统充放电功率的最大值。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1）本发明含复合储能的风光柴储微电网系统包含两种以上的储能系统，考虑了复合储能装置在微电网系统中的应用，而且本发明除包括一次系统外，还涉及二次系统的设计，使微电网系统的功能更完善；本发明二次系统采用分层控制方式，结构清晰，可实时监控微电网各分布式电源和负荷的实时运行状态，对开展微电网系统能量优化管理有重要工程应用价值；

2）本发明含复合储能的风光柴储微电网系统并网时的协调控制方法，通过在微电网中央处理器中合理的设置跟踪滞环，实现对配电网有功功率指令的滞环控制，避免因联络线有功功率波动引起的控制系统频繁动作问题，本发明并网时协调控制方法，能充分利用可再生能源，优化调度各微源的出力。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的含复合储能的风光柴储微电网系统的拓扑图；

图2是本发明含复合储能的风光柴储微电网系统并网运行时的协调控制策略；

图3为联络线实际有功功率小于配电网有功功率指令（期望出力）时的协调控制策略；

图4为联络线实际有功功率大于配电网有功功率指令（期望出力）时的协调控制策略；

图5是本发明含复合储能的风光柴储微电网系统离网运行时的协调控制策略。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明含复合储能的风光柴储微电网系统具体实施例的拓扑图：

本实施例的含复合储能的风光柴储微电网系统，由一次系统和二次系统组成。

微电网一次系统由风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、负荷和微电网母线1组成。储能系统为复合储能系统，包括锂电池储能系统和液流电池储能系统。

风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、锂电池储能系统、液流电池储能系统和负荷均通过开关21~26与微电网母线1相连。微电网母线1通过并/离网控制开关3与380V配电网4相连。

微电网二次系统包括控制系统、监测系统和通讯系统。

控制系统分成三层，分别为上层、中间层和底层，上层为配电网调度系统，中间层为微电网中央控制器MGCC（MicrogridCentralController），底层为底层控制器，包括微源控制器MC（MicroresController）和负荷控制器LC（LoadController）。

监测系统由电流互感器、电压互感器、功率计等实时电气量采集装置构成。

通讯系统包括通信端口、通信网络组成，所述通信网络包括通信总线。

如图1所示，微源控制器MC与风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统一一对应。

风力发电系统包括风力发电机、风力发电机控制器和风电系统配电箱，风力发电机与风力发电机控制器相连，风力发电机控制器与风电系统配电箱相连，风电系统配电箱通过开关22与微电网母线1相连，与风力发电系统对应的MC52与风电系统配电箱相连，控制风力发电系统的输出功率，与风力发电系统对应的MC52还与开关22相连，以控制风力发电系统的接入和切除。

光伏发电系统包括光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器，光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连，光伏逆变器通过开关21与微电网母线1相连，与光伏发电系统对应的MC51与光伏逆变器相连，控制光伏发电系统的输出功率，与光伏发电系统对应的MC51还与开关21相连，以控制光伏发电系统的接入和切除。

柴油发电系统包括柴油发电机，柴油发电机通过开关23与微电网母线1相连，与柴油发电系统对应的MC53与柴油发电机相连，控制柴油发电系统的输出功率，与柴油发电系统对应的MC53还与开关23相连，以控制柴油发电系统的接入和切除。

锂电池储能系统包括锂电池组和锂电池储能双向变流器，锂电池组与锂电池储能双向变流器相连，锂电池储能双向变流器通过开关24与微电网母线1相连，与锂电池储能系统对应的MC54与锂电池储能双向变流器相连，控制锂电池储能系统的输出功率，与锂电池储能系统对应的MC54还与开关24相连，以控制锂电池储能系统的接入和切除。

液流电池储能系统包括液流电池组和液流电池储能双向变流器，若干液流电池组串联后与液流电池储能双向变流器相连，液流电池储能双向变流器通过开关25与微电网母线1相连，与液流电池储能系统对应的微源控制器55与液流电池储能双向变流器相连，控制液流电池储能系统的输出功率，与液流电池储能系统对应的MC55还与开关25相连，以控制液流电池储能系统的接入和切除。

负荷包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载，灯泡组、负载箱、电动机和电子负载分别通过一个开关26与微电网母线1相连。LC与开关26相连，以控制负荷的接入和切除。

配电网调度系统通过通信总线与MGCC相连，向MGCC发送调节指令，实现电网的安全经济运行。MGCC与并/离网控制开关3通过RS485或CAN通信总线连接，以控制微电网系统处于并网运行状态或者离网运行状态。MGCC与各MC、LC通过以太网通信总线连接，以便通过各MC和LC控制风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷。

监测系统的实时电气量采集装置获取的实时电气量，先传输给相应的MC或LC，再通过MC或LC经通信总线传输给MGCC，实时电气量包括电压、电流、功率、储能荷电状态等。配电网调度系统向MGCC发送调节指令。MGCC接收底层控制器传输的实时电气量和配电网调度系统发送的调节指令，经过决策后控制并/离网控制开关3的通断，以使用户侧微电网系统处于并网运行状态或者离网运行状态。底层控制器MC、LC接收MGCC的控制指令后，在无需互相通信的前提下基于实时电气量实现对相应开关21~26、变流器和负荷等的一体化保护和控制。

图2~4为与上述风光柴储微电网系统并网时的协调控制方法，由于发明内容部分已作详细介绍，为节省篇幅，在次不再重复。

微电网离网运行时，通过对各分布式电源的控制模式及控制参数的设置，保证微电网安全稳定运行，同时维持用户侧微电网频率、电压在允许范围之内。图5为上述系统离网运行时推荐的协调控制策略，图中，△P ₂ 为风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统出力之和与负荷功率、微电网有功损耗之和的差值，MGCC通过合理地设置P _ofset1 (正值)和P _ofset2 (负值)，判断△P ₁ 的大小，选择减少出力或增加出力，实现微电网离网运行时多电源协调的滞环控制。

当风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷的调节作用不能满足微电网内部功率平衡，引起其电压或频率异常时，需进行电压稳定控制或频率稳定控制。

Claims (9)

1.一种含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，包括一次系统和二次系统；

所述一次系统包括风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、负荷系统和微电网母线；

所述储能系统为复合储能系统，包括两种以上的储能系统；

所述风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统和负荷均通过开关与所述微电网母线相连，所述微电网母线通过并/离网控制开关与380V配电网相连；

所述二次系统包括控制系统、监测系统和通讯系统；

所述控制系统分成三层，分别为上层、中间层和底层，上层为配电网调度系统，中间层为微电网中央控制器，底层为底层控制器；

所述底层控制器包括微源控制器和负荷控制器；

所述监测系统由实时电气量采集装置构成；

所述通讯系统由通信端口、通信网络组成，所述通信网络包括通信总线；

所述微源控制器与所述风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、各种储能系统一一对应相连，各微源控制器还与同其对应的系统与所述微电网母线之间的连接开关相连，用于控制各系统地接入、切除；

所述负荷控制器与所述负荷相连，还与该负荷与所述微电网母线之间的连接开关相连，用于控制负荷地接入、切除；

所述微源控制器和所述负荷控制器通过通信总线与所述微电网中央控制器相连，所述微电网中央控制器与所述并/离网控制开关通过通信总线相连，所述配电网调度系统通过通信总线与所述微电网中央控制器相连，向所述微电网中央控制器发送调节指令，所述监测系统输入端与所述一次系统相连，输出端与所述微源控制器或负荷控制器相连，将采集的实时电气量传输给所述微源控制器或负荷控制器，并通过所述微源控制器或负荷控制器经通信总线传输给所述微电网中央控制器，所述微电网中央控制器接收所述底层控制器传输来的实时电气量和所述配电网调度系统发送的调度指令，控制所述并/离网控制开关的通断以控制所述微电网系统处于并网运行状态或离网运行状态，并向所述底层控制器发送控制指令，所述底层控制器接收所述微电网中央控制器的控制指令后，在无需互相通信的前提下，基于实时电气量实现对相应开关、系统和负荷的一体化保护与控制。

2.根据权利要求1所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述储能系统包括锂电池储能系统和液流电池储能系统。

3.根据权利要求2所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述风力发电系统包括风力发电机、风力发电机控制器和风电系统配电箱，所述风力发电机与所述风力发电机控制器相连，所述风力发电机控制器与所述风电系统配电箱相连，所述风电系统配电箱通过开关与所述微电网母线相连，与所述风力发电系统对应的微源控制器与所述风电系统配电箱相连，控制所述风力发电系统的输出功率。

4.根据权利要求2所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器，所述光伏电池板与所述光伏直流配电箱相连，所述光伏直流配电箱与所述光伏逆变器相连，所述光伏逆变器通过开关与所述微电网母线相连，与所述光伏发电系统对应的微源控制器与所述光伏逆变器相连，控制所述光伏发电系统的输出功率。

5.根据权利要求2所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述柴油发电系统包括柴油发电机，所述柴油发电机通过开关与所述微电网母线相连，与所述柴油发电系统对应的微源控制器与所述柴油发电机相连，控制所述柴油发电系统的输出功率。

6.根据权利要求2所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述锂电池储能系统包括锂电池组和锂电池储能双向变流器，所述锂电池组与所述锂电池储能双向变流器相连，所述锂电池储能双向变流器通过开关与所述微电网母线相连，与所述锂电池储能系统对应的微源控制器与所述锂电池储能双向变流器相连，控制所述锂电池储能系统的输出功率。

7.根据权利要求2所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述液流电池储能系统包括液流电池组和液流电池储能双向变流器，若干所述液流电池组串联后与所述液流电池储能双向变流器相连，所述液流电池储能双向变流器通过开关与所述微电网母线相连，与所述液流电池储能系统对应的微源控制器与所述液流电池储能双向变流器相连，控制所述液流电池储能系统的输出功率。

8.根据权利要求2所述的含复合储能的风光柴储微电网系统，其特征在于，所述负荷包括灯泡组、负载箱、电动机和电子负载，所述灯泡组、负载箱、电动机和电子负载分别通过一个开关与所述微电网母线相连。

9.一种权利要求1~8任一项权利要求所述风光柴储微电网系统并网时协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)微电网中央控制器比较配电网有功功率指令与联络线实际有功功率之差△P ₁ 与配电网有功功率指令跟踪滞环的上、下限值P _ofset1 、P _ofset2 ，P _ofset1 为正值，P _ofset2 为负值：

若△P ₁ >P _ofset1 ，转入步骤2）；

若△P ₁ <P _ofset2 ，转入步骤3）；

否则，转入步骤4）；

2）若存在充电的储能系统，则减少储能系统的充电功率，若达到配电网调度要求，结束；

若调节储能系统充电功率不能满足配电网调度要求，且存在可投入的光伏发电系统或风力发电系统，则投入光伏发电系统或风力发电系统，若达到配电网调度要求，结束；

若调节储能系统充电功率、投入光伏发电系统或风力发电系统后，仍未跟踪上配电网调度要求，在存在PQ可控的光伏发电系统或风力发电系统且存在可调空间的前提下，则增大PQ运行模式的光伏发电系统或风力发电系统的出力，若达到配电网调度要求，结束；P代表有功功率，Q代表无功功率；

在充分利用光伏发电系统或风力发电系统的出力未能满足配电网调度要求后，若存在能放电的储能系统，且储能系统放电功率可以满足微电网功率缺额，则增加储能系统的总放电功率，结束；

若不存在能放电的储能系统或储能系统放电功率不能满足微电网功率缺额，则增加柴油发电系统出力，结束；

3）若存在放电的储能系统，减少储能系统的放电功率，若达到配电网调度要求，结束；

若不存在放电的储能系统且存在出力的柴油发电系统，则减少柴油发电系统出力，若达到配电网调度要求，结束；

若柴油发电系统没有出力且可控有功出力不能弥补微电网功率超额，则切除最大功率点跟踪MPPT光伏发电系统或风力发电系统，若达到配电网调度要求，结束；

若可控有功出力能弥补微电网功率超额且存在PQ可控光伏发电系统或风力发电系统，则调节光伏发电系统或风力发电系统出力，若达到配电网调度要求，结束；

若不存在PQ可控的光伏发电系统或风力发电系统，若存在储能系统SOC没有达到最大值SOC_max且可满足调度要求，则增加储能系统充电功率，结束；

若所有储能系统SOC都达到最大值，结束；

若存在储能系统SOC没有达到最大值SOC_max但不能满足调度需求，则所有储能满充，结束；

4）根据储能系统的充放电功率限制对微电网中央控制器的储能系统充放电功率指令进行修正，当储能系统充放电功率指令中的期望功率超过储能系统充放电功率的最大值时，储能系统充放电功率指令取所述储能系统充放电功率的最大值。