CN109066815B - 计及重要度的电力电子负荷主动控制方法及系统 - Google Patents

计及重要度的电力电子负荷主动控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了计及重要度的电力电子负荷主动控制方法及系统。其中，一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，包括按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数；对于第2等级至第n等级的负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值；计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值；实时检测微电网频率f，并与相对应等级的被控频率阈值比较，确定出微电网频率f所处的区间，进而利用微电网频率f所处的区间来计算第i级负荷的负荷运行功率大小。

Description

计及重要度的电力电子负荷主动控制方法及系统
技术领域
本发明属于智能微电网技术领域，尤其涉及一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法及系统。
背景技术
微电网可将各类分布式电源、储能装置以及负荷进行有效集成，实现对局部区域的灵活、可靠、经济供电。微电网可实现自我控制、保护和管理，既可与配电网并网运行，有可呈孤岛方式独立运行。
孤岛运行模式主要适用于以下2种情况：
1)上有配电网发生故障时，微电网与其解列，呈孤岛运行以保证对重要负荷的可靠供电；
2)为偏远、环境恶劣地区提供电能，在有效避免长距离、高投资输电线路建设的同时，实现能源的就地选取、高效利用。
孤立微电网可有效缓解地区偏远、电源单一等原因造成的供电可靠性差，能源开发利用水平低等问题，具有重要的战略意义。但是，随着微电网中间歇性可再生能源渗透率越来越大和负荷的需求不断增长，孤岛运行时，有功功率和频率的调节能力面临重大挑战。
传统上对微电网的功率平衡调节使用调度或者负荷削减的方法。但是，调度方面需要对使用通讯的手段，增加了投资。负荷削减一般是紧急情况下使用的手段。现阶段随着负荷具有“源”和“荷”的属性，如何使负荷参与到微电网的调节中来是现阶段需要解决的一个技术问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，其使电力电子负荷能够参与孤岛微电网的功率调节，能够提高微电网孤岛运行模式的稳定性。
本发明的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，包括：
按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数；
对于第2等级至第n等级负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值；
计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值；
实时检测微电网频率f，并与相对应等级负荷的被控频率阈值比较，确定出微电网频率f所处的区间；进而利用微电网频率f所处的区间来计算第i等级负荷的负荷运行功率大小Pi：
Figure GDA0002453509460000021
Figure GDA0002453509460000022
其中，fseti为第i等级负荷的被控频率阈值，i＝2，3，…，n；f0和fmin分为孤岛微电网稳定运行的额定频率和允许的最低频率；PLi0为第i等级负荷的额定运行功率；PLimin为第i等级负荷的最小运行功率；ki为第i等级负荷的主动控制系数。
PLi0和PLimin为已知常数，比如电机铭牌上会标有额定功率和最小运行功率。
进一步的，第1等级负荷不参与微电网的功率平衡调节。
进一步的，该方法还包括：
根据调节负荷功率大小，得到负荷的运行功率，通过控制电力电子变换器来控制负荷的功率消耗。
本发明的第二目的是提供一种计及重要度的电力电子负荷主动控制系统，其使电力电子负荷能够参与孤岛微电网的功率调节，能够提高微电网孤岛运行模式的稳定性。
本发明的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制系统，包括：
频率检测装置，其被配置为实时检测微电网频率f；
处理器，其被配置为执行以下步骤：
按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数；
对于第2等级至第n等级负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值；
计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值；
将微电网频率f与相对应等级负荷的被控频率阈值比较，确定出其所处的区间；进而利用微电网频率f所处的区间来计算第i等级负荷的负荷运行功率大小Pi：
Figure GDA0002453509460000031
Figure GDA0002453509460000032
其中，fseti为第i等级负荷的被控频率阈值，i＝2，3，…，n；f0和fmin分为孤岛微电网稳定运行的额定频率和允许的最低频率；PLi0为第i等级负荷的额定运行功率；PLimin为第i等级负荷的最小运行功率；ki为第i等级负荷的主动控制系数。
进一步的，所述处理器，其被配置为：
根据调节负荷功率大小，得到负荷的运行功率，进而得到所需控制电压，通过控制电力电子变换器来控制负荷的功率消耗。
进一步的，所述频率检测装置，包括电流信号采集器，所述电流信号采集器用于实时采集微电网输出的电流信号；所述电流信号采集器与控制器相连，所述控制器根据接收到的电流信号来计算微电网的频率。
进一步的，所述处理器还与存储器相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明是微电网在孤岛运行模式下P/f下垂控制的基础上，通过对电力电子负荷中变换器进行控制，调节负荷的功率消耗的一种控制方法及系统。
(2)本发明控制原理简单，便于工程实现，是一种易于在孤岛微电网中实现的控制方法。
(3)本发明将电力电子负荷按照重要度进行分级并设定控制阈值，保护了重要负荷。
(4)本发明无需通讯，减少了储能单元容量，节省了投资。
(5)本发明电力电子负荷的控制方法及系统中相应主动控制系数为定值，保证了负荷按照频率的变化均匀控制。
(6)本发明使电力电子负荷能够参与孤岛微电网的功率调节，提高微电网孤岛运行模式的稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法流程图。
图2(a)是得到相对应等级的被控频率阈值后的有功功率控制原理图。
图2(b)是第3等级负荷控制原理图。
图2(c)是第2等级负荷控制原理图。
图2(d)是第1等级负荷控制原理图。
图3(a)为分布式电源和储能系统主动控制使用前功率输出变化图。
图3(b)为分布式电源和储能系统主动控制使用后功率输出变化图。
图4(a)为重要等级为2和等级为3的电力电子负荷主动控制使用前的运行功率情况。
图4(b)为重要等级为2和等级为3的电力电子负荷主动控制使用后运行功率情况。
图5(a)为电力电子负荷主动控制前的微电网的频率变化情况。
图5(b)为电力电子负荷主动控制后的微电网的频率变化情况。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，其使电力电子负荷能够参与孤岛微电网的功率调节，能够提高微电网孤岛运行模式的稳定性。
如图1所示，本发明的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，包括：
步骤1：按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数。
在该步骤中，负荷的重要度可以根据对于用户的重要程度来自己定义。
例如：负荷1对于用户来说，负荷1最为重要，那么其重要程度最高，例如重要度设置为100％，并则设置负荷1为第1等级；
负荷2对于用户来说，其重要程度仅次于负荷1，例如重要度设置为90％，则设置负荷2为第2等级。
步骤2：对于第2等级至第n等级负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值。
进一步的，第1等级负荷其控制所产生的影响是最大的，因而不参与微电网的功率平衡调节。
在本步骤中，以第2等级负荷为例：
第2等级负荷的重要度假设为a％，所有负荷的重要度总和为m％，那么第2等级负荷的权值，则为：(a％)/(m％)。
步骤3：计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值。
例如：当n为3时，如图2(a)所示，得到3个等级的被控频率阈值，分别为fset1、fset2和fset3。
在图2(a)中，P3_DG是在频率下降到fset3时，微电网所需要的有功功率值；
P2_DG是在频率下降到fset2时，微电网所需要的有功功率值。
步骤4：实时检测微电网频率f，并与相对应等级负荷的被控频率阈值比较，确定出微电网频率f所处的区间，如图2(b)-图2(d)；而利用微电网频率f所处的区间来计算第i等级负荷的负荷运行功率大小Pi：
Figure GDA0002453509460000051
Figure GDA0002453509460000061
其中，fseti为第i等级负荷的被控频率阈值，i＝2，3，…，n；f0和fmin分为孤岛微电网稳定运行的额定频率和允许的最低频率；PLi0为第i等级负荷的额定运行功率；PLimin为第i等级负荷的最小运行功率；ki为第i等级负荷的主动控制系数。
在另一实施例中，该方法还包括：
根据调节负荷功率大小，得到负荷的运行功率，通过控制电力电子变换器来控制负荷的功率消耗。
下面对于本申请的计及重要度的电力电子负荷主动控制方法进行仿真验证：
仿真中调节频率为50Hz-49.5Hz，仿真参数如表1所示。
表1仿真电路控制参数
Figure GDA0002453509460000062
在表1以及图3(a)-图3(b)中，DG1表示分布式电源1的功率；ESS1表示储能1的功率；ESS2表示储能2的功率。
在附图3(a)，图4(a)，图5(a)为不使用电力电子负荷主动控制产生的波形，图3(b)，图4(b)，图5(b)为使用电力电子负荷产生的波形情况。由图5(a)可以看出，负荷的需求不断增长的情况下，微电网下垂控制下，频率不断下降。当微电网频率低于三级负荷的被控频率阈值时，三级负荷启动主动控制，当频率低于二级负荷的被控频率阈值时，二级负荷启动主动控制，电力电子负荷运行功率对比如图4(a)和图4(b)所示。由图中对比可知，电力电子负荷启动主动控制，节省了储能系统的容量如图5(b)所示。
本发明还提供了一种计及重要度的电力电子负荷主动控制系统，其使电力电子负荷能够参与孤岛微电网的功率调节，能够提高微电网孤岛运行模式的稳定性。
本发明的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制系统，包括：
(1)频率检测装置，其被配置为实时检测微电网频率f。
具体地，所述频率检测装置，包括电流信号采集器，所述电流信号采集器用于实时采集微电网输出的电流信号；所述电流信号采集器与控制器相连，所述控制器根据接收到的电流信号来计算微电网的频率。
(2)处理器，其被配置为执行以下步骤：
按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数；
对于第2等级至第n等级负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值；
计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值；
将微电网频率f与相对应等级负荷的被控频率阈值比较，确定出其所处的区间；进而利用微电网频率f所处的区间来计算第i等级负荷的负荷运行功率大小Pi：
Figure GDA0002453509460000071
Figure GDA0002453509460000072
其中，fseti为第i等级负荷的被控频率阈值，i＝2，3，…，n；f0和fmin分为孤岛微电网稳定运行的额定频率和允许的最低频率；PLi0为第i等级负荷的额定运行功率；PLimin为第i等级负荷的最小运行功率；ki为第i等级负荷的主动控制系数。
在另一实施例中，所述处理器，其被配置为：
根据调节负荷功率大小，得到负荷的运行功率，通过控制电力电子变换器来控制负荷的功率消耗。
具体实施中，所述处理器还与存储器相连。
与现有技术相比，本发明产生了以下积极效果：
本发明是微电网在孤岛运行模式下P/f下垂控制的基础上，通过对电力电子负荷中变换器进行控制，调节负荷的功率消耗的一种控制方法及系统。
本发明控制原理简单，便于工程实现，是一种易于在孤岛微电网中实现的控制方法。
本发明将电力电子负荷按照重要度进行分级并设定控制阈值，保护了重要负荷。
本发明无需通讯，减少了储能单元容量，节省了投资。
本发明电力电子负荷的控制方法及系统中相应主动控制系数为定值，保证了负荷按照频率的变化均匀控制。
本发明使电力电子负荷能够参与孤岛微电网的功率调节，提高微电网孤岛运行模式的稳定性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，其特征在于，包括：
按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数；
负荷的重要度根据负荷对于用户的重要程度进行自定义，对于第1等级负荷重要度设置为100％；
对于第2等级至第n等级负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值；当某一负荷的重要度为a％，所有负荷的重要度总和为m％时，则该负荷的权值为a％/m％；
计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值；
实时检测微电网频率f，并与相对应等级负荷的被控频率阈值比较，确定出微电网频率f所处的区间；进而利用微电网频率f所处的区间来计算第i等级负荷的负荷运行功率大小Pi：
Figure FDA0002453509450000011
Figure FDA0002453509450000012
其中，fseti为第i等级负荷的被控频率阈值，i＝2，3，…，n；f0和fmin分为孤岛微电网稳定运行的额定频率和允许的最低频率；PLi0为第i等级负荷的额定运行功率；PLimin为第i等级负荷的最小运行功率；ki为第i等级负荷的主动控制系数；
负荷的需求不断增长的情况下，微电网下垂控制下，频率不断下降；当微电网频率低于第3等级负荷的被控频率阈值时，第3等级负荷启动主动控制，当频率低于第2等级负荷的被控频率阈值时，第2等级负荷启动主动控制；
该方法还包括：
根据调节负荷功率大小，得到负荷的运行功率，通过控制电力电子变换器来控制负荷的功率消耗；
所述实时检测微电网频率f通过频率检测装置实现；所述频率检测装置，包括电流信号采集器，所述电流信号采集器用于实时采集微电网输出的电流信号；所述电流信号采集器与控制器相连，所述控制器根据接收到的电流信号来计算微电网的频率。
2.如权利要求1所述的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制方法，其特征在于，第1等级负荷不参与微电网的功率平衡调节。
3.一种计及重要度的电力电子负荷主动控制系统，其特征在于，包括：
频率检测装置，其被配置为实时检测微电网频率f；
处理器，其被配置为执行以下步骤：
按照预先设定且量化的负荷重要度，将负荷从高到低依次划分第1等级，第2等级，…，第n等级；其中，n为大于或等于3的正整数；
负荷的重要度根据负荷对于用户的重要程度进行自定义，对于第1等级负荷重要度设置为100％；
对于第2等级至第n等级负荷，将相应负荷的重要度占所有负荷的重要度总和比值作为相应负荷的权值；当某一负荷的重要度为a％，所有负荷的重要度总和为m％时，则该负荷的权值为a％/m％；
计算相应负荷的权值与负荷开始控制时有功功率的乘积，再获取该乘积在P/f下垂控制曲线中对应的频率值，得到相对应等级的被控频率值；
将微电网频率f与相对应等级负荷的被控频率阈值比较，确定出其所处的区间；进而利用微电网频率f所处的区间来计算第i等级负荷的负荷运行功率大小Pi：
Figure FDA0002453509450000021
Figure FDA0002453509450000022
其中，fseti为第i等级负荷的被控频率阈值，i＝2，3，…，n；f0和fmin分为孤岛微电网稳定运行的额定频率和允许的最低频率；PLi0为第i等级负荷的额定运行功率；PLimin为第i等级负荷的最小运行功率；ki为第i等级负荷的主动控制系数；
负荷的需求不断增长的情况下，微电网下垂控制下，频率不断下降；当微电网频率低于第3等级负荷的被控频率阈值时，第3等级负荷启动主动控制，当频率低于第2等级负荷的被控频率阈值时，第2等级负荷启动主动控制；所述处理器，其被配置为：
根据调节负荷功率大小，得到负荷的运行功率，通过控制电力电子变换器来控制负荷的功率消耗；
所述频率检测装置，包括电流信号采集器，所述电流信号采集器用于实时采集微电网输出的电流信号；所述电流信号采集器与控制器相连，所述控制器根据接收到的电流信号来计算微电网的频率。
4.如权利要求3所述的一种计及重要度的电力电子负荷主动控制系统，其特征在于，所述处理器还与存储器相连。
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