CN107492910B - 一种含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，该方法适用于一种离网运行的包含储能和柴油发电机两种电源，并可接纳光伏、风力发电等新能源的微电网。所述方法是以整个系统经济最优为目标，考虑系统的可靠性，最大化利用可再生能源，减少柴发一次能源的消耗，自适应进行经济优化和自主切换柴发或储能作为主电源的一种方法。该方法减少或避免了在微电网主电源切换过程中的人为参与，很大程度上提高了微电网控制的自动化水平、整个系统的经济性和可靠性。

Description

一种含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法

技术领域

本发明属于微电网控制领域，涉及一种适用于一种离网运行的包含柴储(即柴油发电机和储能设备两种电源，在本发明中柴油发电机也简称柴发，储能设备也简称储能)的微电网的自适应控制与主电源切换方法。尤其涉及一种以整个系统经济最优为目标，考虑系统的可靠性、最大化利用可再生能源、减少柴发一次能源的消耗，自适应的自主切换柴发或储能作为主电源并进行经济优化控制的一种方法。

背景技术

现有的针对含柴发和储能离网微电网的控制中，已实现手动的进行主电源切换，且针对典型的主电源运行场景进行经济优化控制。

但是现有的这种方式需要人为的判断是否应调节微电网运行模式，对运行人员的水平要求很高，且需要24小时不间断的值班，因此可靠性较差。且所述的经济性也仅能针对典型的运行模式场景，普适应不强。不能做到以经济性和系统可靠性为目标系统性的自适应经济优化控制和主电源切换，实现真正的无人维护微电网。因此已有方式无法适用于缺乏系统电网供电的偏远地区缺乏经验丰富操作人员的微电网，而这样的微电网又正式是微电网的主要应用场景和存在的最主要意义。

基于以上对现有微电网控制的不足，本发明对含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法进行深入研究，并经过多次试验验证。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对前述背景技术中的缺陷和不足，提出含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法。其以整个系统经济最优为目标，考虑系统的可靠性，最大化利用可再生能源，减少柴发一次能源的消耗，自适应进行经济优化和自主切换柴发或储能作为主电源。相对于现有的微电网控制方案，自动化水平和可靠性更高。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案为：

一种含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于，所述切换方法包含四个步骤：

步骤(1)：判断微电网主电源运行模式，即判断在微电网中是柴发为主电源，还是储能为主电源；

步骤(2)：根据步骤(1)判断出的主电源运行模式，执行计及经济最优的主电源切换判断算法，判断应执行主电源切换操作还是无需进行主电源切换操作；如果应执行主电源切换操作，则进入步骤(3)；如果无需进行主电源切换操作，则进入步骤(4)；

步骤(3)：执行主电源切换操作，即执行柴发为主电源和储能为主电源之间的切换；

步骤(4)：对微电网运行方式按照自适应识别主电源经济优化算法进行优化。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤(1)中，当柴油发电机为运行状态，储能设备为恒功率运行状态时，判断微电网主电源为柴油发电机；当储能设备为恒压恒频控制，柴油发电机为停机状态时，判断微电网主电源为储能设备。

在步骤(2)中，所述的计及经济最优的主电源切换判断算法，包括以下内容：

2.1当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，则满足以下条件中的任意一条后形成应执行主电源切换操作的判断结果：①储能的荷电状态(SOC)大于30％，且柴发停机后的功率缺额仍然可以使得储能放电功率不大于设定的输出功率上限；②柴发停机后的功率缺额仍然可以使得储能充电；

2.2当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，则满足以下条件中的任意一条后形成应执行主电源切换操作的判断结果：①储能的荷电状态(SOC)小于25％，且储能为放电状态；②储能放电功率大于所设定的输出功率上限；

2.3否则形成无需进行主电源切换操作的判断结果。

其中，对储能所设定的输出功率上限值为储能变流器的额定放电功率。

在步骤(3)中，当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，按以下步骤进行柴发为主电源转储能为主电源的主电源切换操作：①控制储能为下垂运行模式；②控制柴发停机；③控制储能为恒压恒频运行模式。

在步骤(3)中，当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，按以下步骤进行储能为主电源转柴发为主电源的主电源切换操作：①控制储能为下垂运行模式；②控制柴发启动；③控制储能为恒功率运行模式。

在步骤(4)中，当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，按照以下算法进行经济优化：①柴发运行功率大于设定的最大功率上限，且储能SOC大于30％，则控制增加储能出力，使得柴发运行功率值为设定的最小功率下限；②柴发运行功率大于设定的最大功率上限，且储能SOC小于30％，则切除非重要负荷；③当柴发运行功率小于设定的最小功率下限，且储能的SOC小于80％，则控制减小储能出力，增大充电功率，使得柴发输出功率为最小功率下限；④当柴发运行功率为最大功率上限和最小功率下限之间，控制调节储能为小功率充电模式。

其中，所述柴发设定的最大功率上限为柴发额定功率的80％；所述柴发设定的最小功率下限为柴发额定功率的20％；所述小功率充电模式是指以小于储能变流器额定充电功率的10％进行充电。

在步骤(4)中，当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，按照以下算法进行经济优化：①当储能的SOC大于80％，且储能在充电状态，则调整出力，使得储能为小功率放电模式；②当储能的充电功率大于设定的最大充电功率上限，则调整微网内接纳的除储能和柴发以外的新能源出力，使得储能的充电功率小于最大充电功率上限；③当储能SOC小于70％，计算新能源出力目标值，新能源该目标值出力下储能充电功率不大于设定的最大充电功率上限，将该新能源出力目标值作为新能源运行出力上限。

其中，储能的小功率放电模式是指以小于储能变流器额定放电功率的10％进行充电；储能的最大充电功率上限为储能变流器额定充电功率。

通过上述的允许式的分布式馈线自动化系统及实现方案，可以实现以下有益效果：

(1)本发明将经济性与主电源切换进行了综合考虑，且能够最大程度上利用新能源，避免柴发和储能之间的循环充电，提高了系统的经济性和可靠性。

(2)本发明能够自适应的识别系统的运行模式，并能够进行自主的切换，实现了微电网的无人值守，利用微电网的推广应用，尤其适合偏远地区缺乏经验丰富操作人员的微电网的推广应用。

附图说明

图1是自适应控制与主电源切换方法步骤图；

图2是计及经济最优的主电源切换判断算法流程图；

图3是主电源切换操作流程图；

图4是自适应识别主电源经济优化算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体方法进行详细的说明。

如图1所示，一种含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法包含四个步骤：

步骤(1)：判断微电网主电源运行模式是柴发为主电源，还是储能为主电源。所述柴发为主电源，其特征为柴发为运行状态，储能为恒功率运行状态；所述储能为主电源，其特征为储能为恒压恒频控制，柴发为停机状态。

步骤(2)：根据步骤(1)判断出的主电源运行模式，执行计及经济最优的主电源切换判断算法，所述算法能够自适应识别主电源运行模式，以经济最优为目标进行判断操作，判断结果为：应执行主电源切换操作或无需进行主电源切换操作。

如图2所示，所述的计及经济最优的主电源切换判断算法为：

当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，则满足以下条件中的任意一条后形成应执行主电源切换操作的判断结果：①储能的荷电状态(SOC)大于30％，且柴发停机后的功率缺额仍然可以使得储能功率不大于设定的输出功率上限；②柴发停机后的功率缺额仍然可以使得储能充电。

当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，则满足以下条件中的任意一条后形成应执行主电源切换操作的判断结果：①储能的荷电状态(SOC)小于25％，且储能为放电状态；②储能放电功率大于设定的功率允许上限。

否则形成无需进行主电源切换操作的判断结果。步骤(3)：如果步骤(2)中判断结果为：应执行主电源切换操作，则进行此步骤，执行主电源切换操作，所述操作能够自适应识别主电源运行模式，执行柴发为主电源和储能为主电源之间的切换。

如图3所示主电源切换操作的流程如下：

当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，按以下步骤进行柴发为主电源转储能为主电源的主电源切换操作：①控制储能为下垂运行模式；②控制柴发停机；③控制储能为恒压恒频运行模式。

当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，按以下步骤进行储能为主电源转柴发为主电源的主电源切换操作：①控制储能为下垂运行模式；②控制柴发启动；③控制储能为恒功率运行模式。

步骤(4)：如果步骤(2)中判断结果为：无需进行主电源切换操作，则进行此步骤，执行自适应识别主电源经济优化算法。

如图4所示自适应识别主电源经济优化算法流程如下：

当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，按照以下算法进行经济优化：①柴发运行功率(Pdg)大于设定的最大功率上限(Psetup)，且储能SOC大于30％，则控制增加储能出力，使得柴发输出功率值为设定的最小功率下限，以最小化消耗柴发一次能源消耗；②柴发运行功率大于设定的最大功率上限，且储能SOC小于30％，则切除非重要负荷。③当柴发运行功率小于设定的最小功率下限(Psetdown)，且储能的SOC小于80％，则控制减小储能出力，增大充电功率，使得柴发输出功率为最小功率下限。④当柴发运行功率为最大功率上限和最小功率下限之间，控制调节储能为小功率充电模式，避免柴发给储能充电引起一次能源循环消耗。

当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，按照以下算法进行经济优化：①当储能的SOC大于80％，且储能在充电状态，则调整新能源出力，使得储能为小功率放电状态；②当储能的充电功率(Pbat)大于设定的最大充电功率上限(Pbatsetup)，则调整新能源出力，使得储能的充电功率小于最大充电功率上限；③当储能SOC小于70％，计算新能源出力目标值，新能源该目标值出力下储能充电功率不大于设定的最大充电功率上限，将该新能源出力目标值作为新能源运行出力上限。

因此，本发明将经济性与主电源切换进行了综合考虑，且能够最大程度上利用新能源，避免柴发和储能之间的循环充电，提高了系统的经济性和可靠性。并能够自适应的识别系统的运行模式，进行自主的切换，实现了微电网的无人值守，利用微电网的推广应用，尤其适合偏远地区缺乏经验丰富操作人员的微电网的推广应用。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于，所述切换方法包含四个步骤：

步骤(1)：判断微电网主电源运行模式，即判断在微电网中是柴发为主电源，还是储能为主电源；

步骤(2)：根据步骤(1)判断出的主电源运行模式，执行计及经济最优的主电源切换判断算法，判断应执行主电源切换操作还是无需进行主电源切换操作；如果应执行主电源切换操作，则进入步骤(3)；如果无需进行主电源切换操作，则进入步骤(4)；

2.1当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，则满足以下条件中的任意一条后形成应执行主电源切换操作的判断结果：①储能的荷电状态(SOC)大于30％，且柴发停机后的功率缺额仍然可以使得储能放电功率不大于设定的输出功率上限；②柴发停机后的功率缺额仍然可以使得储能充电；

2.2当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，则满足以下条件中的任意一条后形成应执行主电源切换操作的判断结果：①储能的荷电状态(SOC)小于25％，且储能为放电状态；②储能放电功率大于所设定的输出功率上限；

2.3否则形成无需进行主电源切换操作的判断结果；

步骤(3)：执行主电源切换操作，即执行柴发为主电源和储能为主电源之间的切换；

步骤(4)：对微电网运行方式按照自适应识别主电源经济优化算法进行优化；

①柴发运行功率大于设定的最大功率上限，且储能SOC大于30％，则控制增加储能出力，使得柴发运行功率值为设定的最小功率下限；②柴发运行功率大于设定的最大功率上限，且储能SOC小于30％，则切除非重要负荷；③当柴发运行功率小于设定的最小功率下限，且储能的SOC小于80％，则控制减小储能出力，增大充电功率，使得柴发输出功率为最小功率下限；④当柴发运行功率为最大功率上限和最小功率下限之间，控制调节储能为小功率充电模式。

2.根据权利要求1所述的含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于：

在步骤(1)中，当柴油发电机为运行状态，储能设备为恒功率运行状态时，判断微电网主电源为柴油发电机；当储能设备为恒压恒频控制，柴油发电机为停机状态时，判断微电网主电源为储能设备。

3.根据权利要求1所述的含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于：

其中，对储能所设定的输出功率上限值为储能变流器的额定放电功率。

4.根据权利要求1或3所述的含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于：

在步骤(3)中，当步骤(1)中判断的结果为柴发为主电源，按以下步骤进行柴发为主电源转储能为主电源的主电源切换操作：①控制储能为下垂运行模式；②控制柴发停机；③控制储能为恒压恒频运行模式。

5.根据权利要求1或3所述的含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于：

在步骤(3)中，当步骤(1)中判断的结果为储能为主电源，按以下步骤进行储能为主电源转柴发为主电源的主电源切换操作：①控制储能为下垂运行模式；②控制柴发启动；③控制储能为恒功率运行模式。

6.根据权利要求1所述的含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于：

其中，所述柴发设定的最大功率上限为柴发额定功率的80％；所述柴发设定的最小功率下限为柴发额定功率的20％；所述小功率充电模式是指以小于储能变流器额定充电功率的10％进行充电。

7.根据权利要求1所述的含柴储的离网微电网自适应控制与主电源切换方法，其特征在于：

其中，储能的小功率放电模式是指以小于储能变流器额定放电功率的10％进行充电；储能的最大充电功率上限为储能变流器额定充电功率。

Images