CN108258694B - 基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法，所述基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法包括如下步骤：一、采集微网实时运行数据，建立微网分布式能源和负荷的预测功率曲线；二、计算当前调度周期内分布式能源输出功率均值和负载需求功率均值，以获得微网储能荷电状态预期值；三、划分微网运行状态类型，四、根据微网运行状态类型，电力电子变压器控制交直流微网的功率流向与大小。本发明的有益效果是：所示基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法能实现分布式能源的最大消纳，提高储能电池的使用寿命，及减少微网对配网的功率回馈次数及回馈时产生的功率损耗。

Description

基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体地涉及一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法。

背景技术

大规模分布式能源(Distributed Energy Resources，DER)利用，对保护环境、调整能源结构和边远地区用电有重大意义。DER受时间和空间因素的影响功率波动大，储能技术是对这种间歇式波动的有效平滑措施。以源、荷、储三者相互协调组成的微网，是对电网稳定运行的有力支撑。

现有微网主要以交流为主，随着光伏、储能以及电动汽车等直流电源和负荷的快速发展和广泛应用，采用在数据中心供电、船用电力系统等领域应用的直流配电形式，逐步向配电网扩展。直流微网有很诸多优点，如：电能转换效率高、供电可靠性好、经济性好等。可以预见，在今后一段时间中，直流微网将作为有效补充和交流微网长期并存。

电力电子变压器具备与变压、隔离、功率双向传输等功能，可以连接主网与微网，实现功率的准确协调和可靠传输。

现有对微网运行状态的界定，只从分布式能源出力和负荷角度出发，未能考虑储能对微网状态的影响，因此微网状态受到分布式能源出力和负荷波动影响大，运行状态变化频繁。现有电力电子变压器对交直流微网的功率控制中，交流微网、直流微网间功率不能互相传输，且控制量复杂，目标不明确。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷或问题，提供一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法。

本发明的技术方案如下：一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法包括如下步骤：一、采集微网实时运行数据，建立微网分布式能源和负荷的预测功率曲线；二、计算当前调度周期内分布式能源输出功率均值和负载需求功率均值，以获得微网储能荷电状态预期值；三、划分微网运行状态类型，四、根据微网运行状态类型，电力电子变压器控制交直流微网的功率流向与大小。

优选地，在步骤二中，计算所述储能荷电状态预期值具体包括如下步骤：

2.1、计算分布式能源占最大功率出力比K₁：

P_der-av为分布式能源平均输出功率，P_der-max为分布式能源最大功率；

2.2、计算功率供给缺欠率K₂：

P_load-av为分布式负载平均输出功率，P_load-max为分布式负载最大功率；

2.3、计算储能荷电状态预期值K_soc：

K_soc＝0.2+0.3×(K₁+K₂+1)。

优选地，在步骤三中，微网的运行状态类型包括电源型微网和负载型微网。

优选地，设定K₃为储能电池荷电状态当前值，则微网类型划分方法包括：

其中，P_se-max为储能电池所能吸收或输出功率最大值。

优选地，在步骤四中包括如下情况：

如果第一微网和第二微网均为电源型微网，则电力电子变压器控制微网向主网回馈功率；

如果第一微网和第二微网均为负载型微网，则电力电子变压器控制主网根据各微网运行状态分配功率；

如果第一微网为负载型微网，第二微网为电源型微网，则电力电子变压器控制所述第二微网在满足自身稳定运行的条件下，将多余的功率传输至所述第一微网；

如果第一微网为电源型微网，第二微网为负载型微网，则电力电子变压器控制所述第一微网在满足自身稳定运行的条件下，将多余的功率传输至所述第二微网。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、所述基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法提出的储能荷电状态预期值可以应对未来出力波动及负荷变化，保持微网运行状态在一定时间内不变；所述的微网划分类型可以有效减少微网上传至上级调度中心的数据，缓解通信压力；所述电力电子变压器对交直流微网的功率协调，可以控制不同类型微网间功率交换，以实现在输出端并网点处，两个微网状态类型整体对外仍可以表现为负载状态；

2、所述基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法能实现分布式能源的最大消纳，提高储能电池的使用寿命，及减少微网对配网的功率回馈次数及回馈时产生的功率损耗；

3、所述基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法能够应对微网内未来分布式出力和负荷波动：储能荷电状态预期值的设置，会根据分布式能源出力与负荷变化，及时的调整储能荷电状态，留有足够的备用容量；

4、所述基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法通过电力电子变压器控制量信息减少，控制目标明确：划分微网运行类型，有效减少微网与电力电子变压器间冗杂的传输信息，缓解通信压力，通过判断微网处于电源型或负载型状态，控制微网间功率协调。

5、所述基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法中交流微网和直流微网间功率交换，实现分布式能源的最大消纳，提高储能电池的使用寿命，及减少微网对配网的功率回馈次数及回馈时产生的功率损耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法的协调控制通信示意图；

图2是图1所示基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法中步骤四的情况3条件下的具体协调控制通信示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。

如图1所示，一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法，包括以下步骤：

一、采集微网实时运行数据，建立微网分布式能源和负荷的预测功率曲线。

采集微网实时运行数据及天气情况；微网实时运行数据为分布式能源实时出力，实时负荷及储能荷电状态值。

而且，以当前时间为起点，收集近3-5年内微网运行数据，利用指数平滑算法获得分布式能源出力和负荷的一般曲线。

根据未来一天天气变化曲线和用户需求计划曲线，对一般曲线进行对比、修正，建立微网分布式能源出力及负荷预测功率曲线。

二、计算当前调度周期内分布式能源输出功率均值和负载需求功率均值，以获得微网储能荷电状态预期值。

具体地，调度周期指：根据微网运行需求，选择合适的周期间隔时间Δt，将一天分为N个调度周期：

分布式能源出力均值和负载需求功率均值计算如下：

在步骤二中，计算所述储能荷电状态预期值具体包括如下步骤：

2.1、计算分布式能源占最大功率的出力比K₁：

其中，P_der-av为分布式能源平均输出功率，P_der-max为分布式能源最大功率；

2.2、计算功率供给缺欠率K₂，其定义为系统在当前调度周期内功率供给的缺欠量与当前调度周期负载功率需求量的比值，当微网内分布式能源出力大于负载所需功率时，K₂＝0；相反，由下式定义：

其中，P_load-av为分布式负载平均输出功率，P_load-max为分布式负载最大功率；

2.3、计算储能荷电状态预期值K_soc，K₁取值为0到+1，K₂的取值为-1到0；K₁+K₂的取值在-1-1之间，储能荷电状态值的下上限在20％-80％之间，储能荷电状态的预期值由下式定义：

K_soc＝0.2+0.3×(K₁+K₂+1)。

三、划分微网运行状态类型。

微网运行状态类型指：微网整体对外表现为吸收功率或输出功率，本发明称为：电源型微网和负载型微网。

在步骤三中，用于通过引入储能荷电状态预期值，划分微网运行状态，减少微网与电力电子变压器间冗杂的传输信息，缓解通信压力，使电力电子变压器的控制目标明确。

设定K₃为储能电池荷电状态当前值，具体地，K₃为剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，其取值范围为0-1，当K₃＝0时表示电池放电完全，当K₃＝1时表示电池完全充满。通常的，K3的数值可以直接从电池电量显示屏上直接读取。

因此，微网类型划分方法包括：

其中，P_se-max为储能电池所能吸收或输出功率最大值。

四、根据微网运行状态类型，电力电子变压器控制交直流微网的功率流向与大小。

具体地，在步骤四中，电力电子变压器对交直流微网的功率协调，控制不同类型微网间功率交换，以实现在输出端并网点处，两个微网状态类型整体对外仍可以表现为负载状态。

而且，电力电子变压器可以准确根据微网类型及所设计的运行策略协调主网，直流微网，交流微网三者之间传输功率的大小与方向。

实际上，在步骤四中包括如下运行情况：

情况1：如果第一微网和第二微网均为电源型微网，则电力电子变压器控制微网向主网回馈功率；

情况2：如果第一微网和第二微网均为负载型微网，则电力电子变压器控制主网根据各微网运行状态分配功率；

情况3：如果第一微网为负载型微网，第二微网为电源型微网，则电力电子变压器控制所述第二微网在满足自身稳定运行的条件下，将多余的功率传输至所述第一微网；

情况4：如果第一微网为电源型微网，第二微网为负载型微网，则电力电子变压器控制所述第一微网在满足自身稳定运行的条件下，将多余的功率传输至所述第二微网。

以微网1为负载型微网为例，具体协调控制通信图如图2所示：

微网1为负载型微网，读取微网2状态并判别微网类型；

若微网2为负载型微网，此时，计算微网1的功率缺额，若能满足微网1的功率缺额，主网输出功率；若主网不能提供全部所需功率，则主网输出部分功率，微网1切除次要负荷；

若微网2为电源型负荷，此时，计算微网1的功率差额，若能满足微网1功率差额，微网2输出功率，并将多余功率回馈给主网，若微网2不能提供全部所需功率，则计算剩余功率缺额，若能提供剩余功率缺额，则主网输出功率，若不能提供剩余功率缺额，则主网输出部分功率，微网1切除次要负荷。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

一、采集微网实时运行数据，建立微网分布式能源和负荷的预测功率曲线；

二、计算当前调度周期内分布式能源输出功率均值和负载需求功率均值，以获得微网储能荷电状态预期值；

三、划分微网运行状态类型，

四、根据微网运行状态类型，电力电子变压器控制交直流微网的功率流向与大小；

在步骤二中，计算所述储能荷电状态预期值具体包括如下步骤：

2.1、计算分布式能源占最大功率出力比K₁：

P_der-av为分布式能源平均输出功率，P_der-max为分布式能源最大功率；

2.2、计算功率供给缺欠率K₂：

P_load-av为分布式负载平均输出功率；

2.3、计算储能荷电状态预期值K_soc：

K_soc＝0.2+0.3×(K₁+K₂+1)；

在步骤三中，微网的运行状态类型包括电源型微网和负载型微网；

设定K₃为储能电池荷电状态当前值，则微网类型划分方法包括：

其中，P_se-max为储能电池所能吸收或输出功率最大值。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变压器的交直流微网协调控制方法，其特征在于，在步骤四中包括如下情况：

如果第一微网和第二微网均为电源型微网，则电力电子变压器控制微网向主网回馈功率；

如果第一微网和第二微网均为负载型微网，则电力电子变压器控制主网根据各微网运行状态分配功率；

如果第一微网为负载型微网，第二微网为电源型微网，则电力电子变压器控制所述第二微网在满足自身稳定运行的条件下，将多余的功率传输至所述第一微网；

如果第一微网为电源型微网，第二微网为负载型微网，则电力电子变压器控制所述第一微网在满足自身稳定运行的条件下，将多余的功率传输至所述第二微网。

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