CN108599252B - 一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其包括以下步骤：首先判定微电网是否工作于并网运行模式，若否，则继续返回判断是否，若是，则通过离网预估模块对微电网进行微电网离网能力预估；最后再通过联络线功率调节模块进行联络线功率调节。本发明的微电网离网能力预估基于获取外电网检修时间的前提下，调取系统风光荷功率预测曲线，预估源荷功率平衡情况以及能量平衡情况，以此判断离网时储能能否支撑网内重要负荷的持续运行；所以该方法判据简单、计算量少，相比于未进行离网预估的计划并转离方法而言，从概率的角度上提高了微网内重要负荷的供电可靠性，且利于工程实现。

Description

一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法

技术领域

本发明属于微电网控制技术领域，具体涉及一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法。

背景技术

微电网是一种将分布式电源、负荷和电力电子装置等整合在一起的小型发配电系统。微电网作为分布式电源接入的解决方案之一，可以将多种分布式电源、负荷、储能有效地结合起来，既可以与外部大电网并网运行，也可以孤岛运行，其供电安全性和可靠性较高。随着风电、光伏等可再生能源分布式发电的快速发展，包含风电和光伏的可再生能源微网具有良好的应用前景。

微电网时常会遇到外部配电网计划检修的情况，这种情况下，微电网需要由并网状态转向孤岛运行状态，以保证微电网内重要负荷的持续供电。为保障微电网由并网向离网的平滑切换和负荷供电可靠性，微电网计划并网转离网需要寻求快速有效的控制方法来解决。

经对现有技术的文献检索发现，微电网并网与孤岛运行模式切换的控制策略研究(王增喜.微电网并网与孤岛运行模式切换的控制策略研究[D].河北工业大学，2015.)介绍了分布式电源的控制方法，分析了微电网逆变器在并网、孤岛运行状态下的控制策略，针对主从式结构的微电网，其主逆变器在并网状态下是PQ策略，为电网输出电能；在离网状态下是v/f策略，为其他从逆变器提供额定的电压、频率参考。模式切换过程中，负载感受不到微电网离网造成的电压波动，保证负载的供电连续。然而，该控制策略并没有对微电网的离网能力进行预估，也就是说，无法保证离网时各分布式电源能够支撑网内重要负荷的持续运行。

针对以上不足，本文提出一种基于离网能力预估的计划并网转离网控制方法。该方法基于获取外电网检修时间的前提下，调取系统风光荷功率预测曲线，预估源荷功率平衡情况以及能量平衡情况，以此判断离网时储能能否支撑网内重要负荷的持续运行。该方法判据简单、计算量少，相比于未进行离网预估的计划并转离方法而言，从概率的角度上提高了微网内重要负荷的供电可靠性，且利于工程实现。

发明内容

本发明的目是解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种基于离网能力预估的计划并网转离网控制方法。该方法判据简单、计算量少，相比于未进行离网预估的计划并转离方法而言，从概率的角度上提高了微网内重要负荷的供电可靠性，且利于工程实现。

为实现上述目的，本发明公开的技术方案是：一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其包括以下步骤：首先通过孤岛检测程序判定微电网是否工作于并网运行模式，若否，则继续返回判断是否，若是，则通过离网预估模块对微电网进行微电网离网能力预估；最后再通过联络线功率调节模块进行联络线功率调节。

所述的基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其中，所述微电网离网能力预估包括以下步骤：

步骤一，从上级调度机构获取配电网的计划检修时长T；

步骤二，按负荷重要程度、额定功率从小到大排序P_ld1、P_ld2、…、P_ldi、…、P_ldm、…、P_ldn；其中前m-1个负荷为可切负荷，其余均为重要负荷，n为微电网内的负荷总数量，次要负荷总数量m的范围为0<m<n；待切负荷Pldi，i＝1；

步骤三，计算时长T内微电网储能最大释放的总电量E_ess，公式为：

其中，Q_ess、Soc(t)、P_Ness分别表示储能系统的额定容量、当前荷电状态以及额定放电功率，所述Q_ess、Soc(t)、P_Ness均为已知的参数；

步骤四，读取功率预测结果，得到微电网内风力发电、光伏发电、负荷功率在时长T内的功率预测曲线P_wt(t)、P_pv(t)、P_ldk(t)；

步骤五，根据微电网内风力发电、光伏发电、负荷功率的预测曲线，求解风力发电系统、光伏发电系统的预估总发电量E_wt+E_pv，以及各个负荷的预估总用电量E_ld，计算公式如下所示：

步骤六，预估微电网离网后电量、功率是否平衡，若电量、功率均满足以下不等式，则认定微电网具备离网能力，发送可离网指令，至联络线功率调节模块；若不满足以下不等式之一，则进入步骤七；不等式的公式为：

步骤七，判定微电网内是否仍有要负荷：若无，则发送拒绝离网指令，并结束微电网离网能力预估模块，若仍有次要负荷，则切除负荷P_ldk，设定i＝i+1，并返回步骤四。

所述的基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其中，所述联络线功率调节模块在接收到离网指令时包括以下步骤：

步骤A，调整储能功率P_ess，使联络线功率P_pcc＝0；

步骤B，发联络线开关断开的指令，同时使储能系统切换至v/f运行模式。

本发明的有益效果：本发明的微电网离网能力预估基于获取外电网检修时间的前提下，调取系统风光荷功率预测曲线，预估源荷功率平衡情况以及能量平衡情况，以此判断离网时储能能否支撑网内重要负荷的持续运行；所以该方法判据简单、计算量少，相比于未进行离网预估的计划并转离方法而言，从概率的角度上提高了微网内重要负荷的供电可靠性，且利于工程实现。

附图说明

图1是本发明基于离网能力预估的计划并网转离网控制方法流程图。

图2是微电网拓扑结构。

图3是风力、光伏发电功率预测波形。

图4是负荷功率预测波形。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明公开了一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过孤岛检测程序判定微电网是否工作于并网运行模式，若否，则继续返回判断是否，若是，则通过离网预估模块对微电网进行微电网离网能力预估；最后再通过联络线功率调节模块进行联络线功率调节。

所述的基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其特征在于，所述微电网离网能力预估包括以下步骤：

步骤一，从上级调度机构获取配电网的计划检修时长T；

步骤二，按负荷重要程度、额定功率从小到大排序P_ld1、P_ld2、…、P_ldi、…、P_ldm、…、P_ldn；其中前m-1个负荷为可切负荷，其余均为重要负荷，其中，n为微电网内的负荷总数量，次要负荷总数量m的范围为0<m<n；待切负荷P_ldi，i＝1；

步骤三，计算时长T内微电网储能最大释放的总电量E_ess，公式为：

其中，Q_ess、Soc(t)、P_Ness分别表示储能系统的额定容量、当前荷电状态以及额定放电功率；所述Q_ess、Soc(t)、P_Ness均为已知的参数；

步骤四，从微电网中央控制器中读取功率预测结果，得到微电网内风力发电、光伏发电、负荷功率在时长T内的功率预测曲线P_wt(t)、P_pv(t)、P_ldk(t)；

步骤五，根据微电网内风力发电、光伏发电、负荷功率的预测曲线，求解风力发电系统、光伏发电系统的预估总发电量E_wt+E_pv，以及各个负荷的预估总用电量E_ld，计算公式如下所示：

步骤六，预估微电网离网后电量、功率是否平衡，若电量、功率均满足以下不等式，则认定微电网具备离网能力，发送可离网指令，至联络线功率调节模块；若不满足以下不等式之一，则进入步骤七；不等式的公式为：

步骤七，判定微电网内是否仍有要负荷：若无，则发送拒绝离网指令，并结束微电网离网能力预估模块，若仍有次要负荷，则切除负荷P_ldk，设定i＝i+1，并返回步骤四。

所述的基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其特征在于，所述联络线功率调节模块在接收到离网指令时包括以下步骤：

步骤A，调整储能功率P_ess，使联络线功率P_pcc＝0；

步骤B，发联络线开关断开的指令，在外部配电网与微电网连接点PCC处断开连接，同时使储能系统切换至v/f运行模式(即是同时蓄电池主逆变器切换为v/f控制)，此时微电网正式进入孤岛运行模式，成功实现离网。

上述的v/f运行模式即是恒功率运行模式

微电网的结果拓扑如图2所示，微电网一次部分包括风力发电单元、光伏发电单元、储能单元、重要负荷和次要负荷单元，二次部分主要包括中央控制器和能量管理系统(。风光荷预测波形如图3、4所示。负荷ld1、ld2为该微电网中可切除的次要负荷，负荷ld3为微电网的重要负荷，不可切除；储能系统额定功率为30kW，额定容量为20kWh，其当前的荷电状态为额定容量的80％。

针对该微电网进行仿真测试，具体步骤描述如下。

第一步：在t＝0h前微电网工作在并网运行模式，储能逆变器处于PQ控制模式；

第二步：配电网计划检修20小时，微电网接收离网指令，准备由并网状态转换为孤岛运行状态；测得蓄电池实时剩余电量为15.89kWh，同时预测在计划检修的20小时内微电网的风光荷功率变化，由风光荷功率预测曲线，得到20小时内风力、光伏发电单元提供能量分别为347.50kWh和207.73kWh，负荷ld1、ld2、ld3消耗的能量分别为443.42kWh、575.30kWh和249.67kWh；由于微电网离网后能提供能量小于三个负荷将消耗的能量，并且在此情况下离网后的储能功率始终小于逆变器允许输出功率的最大值。因此，经过决策最终选择切除次要负荷ld1、ld2，切除次要负荷ld1、ld2后微电网电量功率均能平衡。

第三步：调整储能功率P_ess，使得此刻联络线功率P_pcc＝0；在外部配电网与微电网连接点PCC处断开连接，同时储能主逆变器改为v/f控制，此时微电网正式进入孤岛运行模式，成功实现离网。

上述的PQ控制模式恒功率控制模式。

仿真结果验证了提出的控制方法能够有效解决微电网计划并网转离网的复杂问题，同时确保微电网内重要负荷的供电可靠性。

本发明的微电网离网能力预估基于获取外电网检修时间的前提下，调取系统风光荷功率预测曲线，预估源荷功率平衡情况以及能量平衡情况，以此判断离网时储能能否支撑网内重要负荷的持续运行；所以该方法判据简单、计算量少，相比于未进行离网预估的计划并转离方法而言，从概率的角度上提高了微网内重要负荷的供电可靠性，且利于工程实现。

以上对本发明所提供的一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法进行了详细介绍，本文中通过仿真实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：首先通过孤岛检测程序判定微电网是否工作于并网运行模式，若否，则继续返回判断是否，若是，则通过离网预估模块对微电网进行微电网离网能力预估；最后再通过联络线功率调节模块进行联络线功率调节；

所述微电网离网能力预估包括以下步骤：

步骤一，从上级调度机构获取配电网的计划检修时长T；

步骤二，按负荷重要程度、额定功率从小到大排序Pld1、Pld2、…、Pldi、…、Pldm、…、Pldn；其中前m-1个负荷为可切负荷，其余均为重要负荷，n为微电网内的负荷总数量，次要负荷总数量m的范围为0<m<n；；待切负荷Pldi，i＝1；

步骤三，计算时长T内微电网储能最大释放的总电量E_ess，公式为：

其中，Q_ess、Soc(t)、P_Ness分别表示储能系统的额定容量、当前荷电状态以及额定放电功率，所述Q_ess、Soc(t)、P_Ness均为已知的参数；

步骤四，读取功率预测结果，得到微电网内风力发电、光伏发电、负荷功率在时长T内的功率预测曲线P_wt(t)、P_pv(t)、P_ldk(t)；

步骤五，根据微电网内风力发电、光伏发电、负荷功率的预测曲线，求解风力发电系统、光伏发电系统的预估总发电量E_wt+E_pv，以及各个负荷的预估总用电量E_ld，计算公式如下所示：

步骤六，预估微电网离网后电量、功率是否平衡，若电量、功率均满足以下不等式，则认定微电网具备离网能力，发送可离网指令，至联络线功率调节模块；若不满足以下不等式之一，则进入步骤七；不等式的公式为：

步骤七，判定微电网内是否仍有要负荷：若无，则发送拒绝离网指令，并结束微电网离网能力预估模块，若仍有次要负荷，则切除负荷P_ldk，设定i＝i+1，并返回步骤四。

2.根据权利要求1所述的基于离网能力预估的微电网计划并网转离网控制方法，其特征在于，所述联络线功率调节模块在接收到离网指令时包括以下步骤：

步骤A，调整储能功率P_ess，使联络线功率P_pcc＝0；

步骤B，发联络线开关断开的指令，同时使储能系统切换至v/f运行模式。

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