CN109314394B - 微电网的分布式网络控制 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于功率微电网(1)的微电网控制系统，该微电网被配置为经由至少一个公共耦合点(3)而被连接至配电网(2)，该微电网包括呈分布式发电机(6)、负载(7)和/或能量存储形式的多个资产。该控制系统包括微电网控制器装置和网络控制器装置。该网络控制器装置是分布式的并且包括多个网络控制器(4)，每个网络控制器(4)被配置为：对该微电网执行测量，基于所执行的测量将信息发送到该多个网络控制器中的至少一个其他网络控制器，并且基于所执行的测量将信息发送到该微电网控制器装置。发送到该微电网控制器装置的该信息涉及该多个资产中被包括在该微电网的分段(5)中的资产，该网络控制器与该分段(5)相关联。该微电网控制器装置被配置为：基于来自该多个网络控制器的该信息，通过指示该多个资产中的每个资产的相应变流器控制器来控制该多个资产。

Description

微电网的分布式网络控制
技术领域
本公开涉及一种用于功率微电网的微电网控制系统，该微电网被配置为经由至少一个公共耦合点(PCC)而被连接至配电网。该微电网包括呈分布式发电机(DG)、负载和/或能量存储形式的多个资产。
背景技术
微电网是发电、能量存储和负载的正常操作的本地分组，该本地分组经由公共耦合点(PCC)而被连接至传统集中式电网(配电网或宏电网)。与宏电网的单个公共耦合点可以被断开连接，从而孤岛化微电网。微电网是旨在从许多小型能量源(分布式发电机(DG))本地产生电力的结构的一部分。在微电网中，DG经由控制DG的输出(即，注入微电网中的电流)的变流器而被连接。
微电网(在电网连接模式下，即被连接至宏电网)供给来自连接的DG站点的最佳或最大功率输出，而其余的功率由宏电网供给。微电网通过可控开关而在PCC处被连接至宏电网。在电网故障期间会失去该电网连接，并且微电网被孤岛化。
微电网由可以是集中式或分布式的控制器控制，例如，该控制器根据电压或电流控制方案来控制DG。微电网控制的其中一个方面是对PCC处的电网接口的高效控制。在PCC处的各种条件(例如，功率流、电压、断开连接或功率因子)在微电网内施加了不同的控制要求。
存在各种各样的方法来控制电网接口，并且其中一种方法是具有专用网络控制器。网络控制器可以监测不同的系统条件，并且将这些不同的系统条件传送给微电网内的其它控制器(例如，电网断路器的状态)。网络控制器可以参与各种功能，诸如针对微电网的黑启动、再同步、计划的孤岛化、电压下降以及功率因子校正。
CN 104467010公开了一种微电网，该微电网被划分为多个子微电网，每个子微电网具有与主微电网控制器通信的微电网控制器。
发明内容
根据本发明，已经认识到在某些情况下可能方便使用包括多个网络控制器(这里也称为N控制器)的分布式网络控制器装置。使用多个网络控制器的潜在益处包括：
1.尺寸：利用更大的微电网，例如，利用大量的(分布式)微电网控制器和地理距离(导致更复杂的通信路径)可能会给单个网络控制器造成挑战。
2.多个PCC：利用多个电网连接(在微电网与一个或多个其它(例如分布式)电网之间的接口)，可能需要多个网络控制器，每个PCC需要至少一个网络控制器。
3.扩展：可以利用向微电网中增加(一个或多个)额外网络控制器的可能性来促进微电网的扩展和电网结构中的变化。
根据本发明，网络控制器装置可以是分布式控制器，该分布式控制器被配置为：利用在微电网与该分布式控制器连接的主电网/配电网之间、或者在微电网的不同分段之间的可控开关来控制并监测电接口。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于功率微电网的微电网控制系统，该微电网配置为经由至少一个公共耦合点而被连接至配电网，该微电网包括呈分布式发电机、负载和/或能量存储形式的多个资产。该控制系统包括微电网控制器装置和网络控制器装置。该网络控制器装置是分布式的并且包括多个网络控制器4，每个网络控制器被配置为：对微电网执行测量，基于所执行的测量将信息发送到多个网络控制器中的至少一个其他网络控制器，并且基于所执行的测量将信息发送到微电网控制器装置。发送到微电网控制器装置的信息涉及该多个资产中被包括在该微电网的分段中的资产，该网络控制器与该分段相关联。微电网控制器装置被配置为：基于来自多个网络控制器的信息，通过指示多个资产中的每个资产的相应变流器控制器(也称为主控制器)来控制该多个资产。
根据本发明的一个方面，提供了一种微电网，其包括本公开的控制系统的实施例。
需要注意的是，微电网包括若干不同类型的控制器，包括：
-网络控制器(本公开的主要重点)，该网络控制器可以主要例如通过检测接口的功率流和/或通过接口的电连接(例如，检查接口处的断路器或其它开关是否断开或闭合，孤岛化或连接微电网或其分段)，来监测微电网的接口(例如，在微电网与PCC处的另一电网之间的接口，或者在微电网的不同分段之间的接口)。
-(一个或多个)微电网控制器，其主要负责例如通过保持控制模式(例如，功率/电压控制模式)来控制微电网的资产(DG、负载等)，并且指示每个资产的主控制器/变流器控制器。微电网控制器可以是集中式和/或分布式的，其中每个资产可以具有自己的微电网控制器，该微电网控制器与微电网中的其它微电网控制器通信，而不必经由中央微电网或网络控制器来通信。
-每个资产的主控制器/变流器控制器，其被配置用于：通过基于来自微电网的相关联的微电网控制器的指令来向变流器接口的开关发送触发脉冲，操作微电网中的资产的变流器接口。
需要注意的是，在任何适当的情况下，任何方面的任何特征都可以适用于任何其它方面。同样，任何方面的任何优点都可以适用于任何其它方面。所公开的实施例的其它目的、特征和优点将从下面的详细描述、所附从属权利要求以及附图中变得显而易见。
通常，除非本文另有明确规定，否则权利要求书中使用的所有术语都根据技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一个/该元件、设备、组件、部件、步骤等”的所有引用都将被开放地解释为引用该元件、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。对本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅用于将这些特征/组件与其它相似的特征/部件区分开，而不是对这些特征/组件赋予任何顺序或等级。
附图说明
下面将参照附图通过示例对实施例进行描述，其中：
图1是根据本发明的微电网的实施例的示意图。
图2是根据本发明的网络控制器装置的实施例的示意性功能框图。
图3是根据本发明的分段网络控制器的实施例的示意性功能框图。
图4是根据本发明的网络控制器装置的实施例的示意性功能框图。
图5是根据本发明的具有多个PCC的微电网的实施例的示意图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图对实施例进行更全面说明，在附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内可以有许多不同形式的其它实施例。相反，通过示例的方式提供以下实施例以便将彻底并完全理解本公开，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。贯穿整个说明书，相同的附图标记表示相同的元件。
图1示意性地图示了本发明的微电网1的实施例。微电网1经由断路器或其它开关3而被连接至配电网(宏电网)2(通常为AC电网)。当断路器3断开时，微电网1被孤岛化。微电网可以包括一个或多个相。微电网包括连接在该微电网中的多个DG 6和负载7、以及微电网内部开关8。根据本发明，微电网包括被配置为执行微电网1中一些网络控制功能的多个分布式网络(N)控制器4。在图中，图示了三个N控制器：位于PCC处的并且尤其监测断路器3的PCC N控制器4a，位于微电网内的任何位置处(但是在这种情况下不位于PCC处)、并且负责针对微电网的一部分或分段来执行N控制器的功能的分段N控制器4b，以及与分段N控制器4b相似、但是针对微电网中由于其集中式的拓扑而可以被称为母线的一部分母线的母线N控制器4c。
如本文所讨论的，N控制器4专用于执行微电网1中与微电网和配电网2的接口(针对PCC N控制器4a)相关、或者与微电网的一部分(母线或分段)和微电网的另一部分的接口(针对分段N控制器4b和母线N控制器4c)相关的一些控制功能。N控制器并不负责例如保持微电网的微电网资产(诸如DG 6、负载7和任何能量存储(未示出))的控制模式(例如，电流控制或电压控制)，因为这些功能由另一类型控制器(在本文中称为微电网控制器)执行。微电网控制器可以是集中式的，但是在一些实施例中，微电网控制器优选为分布式的，使得每个微电网资产(DG 6、负载7)包括其自己的分布式微电网控制器，该分布式微电网控制器被配置用于例如计算针对该资产的功率和电压参考并且根据计算得到的参考来控制该资产的主(变流器)控制器。分布式微电网控制器可以彼此直接通信，而不必经由中央微电网控制器或N控制器4来通信。
由PCC N控制器4a执行的功能可以包括：根据以下项中的任何项的目的来对微电网执行测量：
监测断路器3(断开或闭合)，
监测(包括测量)通过PCC的功率流，
使通过PCC处的功率流为零，
为PCC提供电压下降参考，
测量频率和电压差，并且将频率和电压差传送给微电网控制器装置，以及
将关于监测结果的信息发送给该PCC N控制器4a的相关联的资产(根据该图的示例，这些资产包括DG 6a、6b和6c以及负载7a、7b、7c和7d，并且还可能包括内部开关8a、8b和8c)的(一个或多个)分布式或集中式微电网控制器。因此，PCC N控制器可以将控制任务分配给其它N控制器4b和4c。
同样，由分段N控制器4b执行的功能可以包括：根据以下项中的任何项的目的来对微电网执行测量：
监测开关8e和/或8d(断开或闭合)，
监测(包括测量)通过开关8e的功率流，
使通过开关8e处的功率流为零，
为开关8e提供电压下降参考，
测量频率和电压差，并且将频率和电压差传送给微电网控制器装置，以及
将关于监测结果的信息发送给该分段N控制器4b的相关联的资产(根据该图的示例，这些资产包括DG 6d和6e以及负载7e、7f和7g)的(一个或多个)分布式或集中式微电网控制器。
同样，由母线N控制器4c执行的功能可以包括：根据以下项中的任何项的目的来对微电网执行测量：
监测(包括测量)至母线/来自母线的功率流，
使通过开关8f处的功率流为零，
为开关8f提供电压下降参考，
测量频率和电压差，并且将频率和电压差传送给微电网控制器装置，以及
将关于监测结果的信息发送给该母线N控制器4c的相关联的资产(根据该图的示例，这些资产包括DG 6f和6g以及负载7h)的(一个或多个)分布式或集中式微电网控制器。
图2和图3图示了网络控制装置可以如何操作。控制方法可以不同，但是概念包括彼此通信的分布式网络控制器。PCC N控制器4a(至少一个PCC N控制器4a用于电网连接的微电网1)可以计算和/或确定下游N控制器4b和4c的设定点和/或控制模式。这些设定点和/或控制模式指令(或其它信息，例如，开关8/断路器3在断开或闭合时的测量值或状态)可以被传送给相应的下游N控制器作为分布式任务。然后，下游N控制器4b和4c计算针对每个资产6或7的单独的参考，并且将控制任务分配给微电网资产(DG 6、负载7等)(一个或多个)微电网控制器以实现控制目标。选择性信息作为反馈而从下游N控制器传送到上游(PCC)N控制器4a。
示例1
在图4中图示了利用分布式N控制器的无凸块(bump-less)计划孤岛化的一个示例。同理，可以借助于根据本发明的分布式N控制器4来实施网络控制器的所有功能(例如，黑启动、旋转备用、电压下降、功率因子校正等)。
从图4中可以看出，在PCC 3处的功率流的所要求的变化被分布在用于控制微电网资产(DG 6、负载7等)的N控制器4a、4b和4c当中。P表示有功功率，而Q表示无功功率。每个网络控制器4将关于所要求的P和Q的变化的指令发送到分段5中的每个资产的相应分布式微电网控制器，该网络控制器与该分段5相关联。微电网控制器可以响应于该指令来反馈关于可用(可能的或执行的)P和Q的变化的信息。
下面是关于本发明的实施例面临的挑战和高级解决方法的一些示例。
示例2—尺寸
具有地理上分散的资产6和7的大尺寸微电网1可以得益于使用分布式网络控制器来处理增加的控制信令、分段等的量。如本文所述，网络控制器借助于内部通信(例如，向上游和下游发送信息或指令)来配合。
示例3—扩展
随着多个网络控制器4的扩展和使用，不同网络控制器之间的任何层级关系可以通过它们在微电网1中的相应位置而被确定。例如，在当前电网连接的PCC接口处的网络控制器4a可以充当其它(从或下游)网络控制器4b和4c的主(上游)控制器。如果微电网具有多个PCC，可以动态地确定哪个网络控制器4为主控制器，从而使当前电网连接的PCC处的PCCN控制器为主控制器(也参见示例4)。
示例4—多个电网连接、PCC
如图5所例示的，多个电网连接可能导致系统操作问题，诸如功率流控制、电网损耗的影响、稳定性等。一种解决方案是使用微电网资产6和7来控制在PCC 3处的功率流，而另一种选择是使用专用变流器来完成此操作。在多电网连接场景中的电网损耗可以利用另一电网连接中的临时过载来处理。可以基于电网连接来重新调度微电网控制器的反馈增益，以在不会跨越稳定裕度的情况下获得最佳性能。然而，当多个电网连接改变了微电网内的电力系统操作和控制的方面时，可以检查整个微电网操作、控制和稳定性。
但是，需要注意的是，存在至微电网1的多个电网连接(即PCC)的固有问题，即，虽然由微电网供给/汲取的总功率能够通过微电网内的资产6和7而可控制，但是通过微电网的功率流由微电网外部的配电网2来控制。因此，在第一PCC 3a处的网络控制器4a可能力求减少进入微电网1中的功率流，但是这可能会引起在第二PCC 3b处的功率流的增加。除非在所有PCC 3a、3b和3c(可能除了一个PCC之外)处使用功率流控制器，否则这可能是不可避免的。前一段中提及的一些技术可以以有限的性能工作。
如图5所例示，多个PCC 3与分布式网络控制器4结合的优点可以包括：
-允许可扩展性：在微电网1的PCC 3方面的可扩展性。
-减少的控制器之间的通信：资产6&7的微电网控制器与用于各种微电网功能的网络控制器4之间的通信。
-允许多网络连接(PCC)：这可以提高电网连接可靠性。
-通过使用多个连接而增加了从配电网2到微电网1的功率流或者从微电网1到配电网2的功率流。这可以避免超过单个PCC 3的电网功率限制。
实施例
下面是本发明的一些实施例，它们根据情况可以是优选实施例。
在一些实施例中，微电网控制装置是分布式的并且包括多个微电网控制器，每个微电网控制器与多个资产中的相应资产6或7相关联。每个资产既可以包括其自己的微电网控制器。在一些实施例中，多个微电网控制器中的每个微电网控制器可以被配置用于与多个我电网控制器中的其它微电网控制器(例如，直接地并且不经由中央控制器)通信。
在一些实施例中，多个网络控制器4中的每个网络控制器被配置为：在至分段5的接口处的微电网1中执行测量，该网络控制器与该分段5相关联。如果网络控制器是PCC网络控制器4a，那么该接口可以例如是PCC 3、或者微电网的不同分段(包括母线)5之间的微电网内部接口。
在一些实施例中，多个网络控制器4中的至少一个网络控制器被配置为在至少一个PCC 3中的一个PCC处执行测量。该PCC网络控制器4a可以充当被配置为向多个网络控制器4b和/或4c中的至少一个其他网络控制器发送指令的主控制器。
PCC网络控制器4a可以被配置为：基于其执行的测量(例如，对PCC3的断路器的测量)来确定微电网1是否被孤岛化。
在一些实施例中，微电网包括多个PCC 3a、3b和3c，并且多个网络控制器中的至少一个相应网络控制器被配置为在多个PCC中的每个相应PCC处执行测量。因此，在PCC 3与关联于该PCC 3的网络控制器4之间可以存在一对一关系。
在一些实施例中，由每个网络控制器4执行的测量包括以下项中的任意项或全部：对至分段5的接口处的开关3或8的测量、至分段5的接口的功率流、以及至分段5的接口的电压。
在一些实施例中，每个网络控制器4被配置为：基于其执行的测量和来自多个网络控制器中的(一个或多个)其它网络控制器的信息，计算用于被包括在分段5中的多个资产6和7的设定点，并且将所述设定点包括在被发送到微电网控制器装置(例如，被发送到所述资产的相应分布式微电网控制器)的信息中。备选地，网络控制器4可以将信息(例如，需要的总功率)传送到网络控制器，网络控制器基于该信息可以计算其自己的设定点。
上面已经主要参照附图对本公开进行了说明。但是，本领域技术人员容易理解的是，除了上述实施例之外的其它实施例同样可以在由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种用于功率微电网(1)的微电网控制系统，所述微电网(1)被配置为经由至少一个公共耦合点PCC(3)而被连接至配电网(2)，所述微电网包括呈分布式发电机DG(6)、负载(7)和/或能量存储形式的多个资产，所述控制系统包括：
微电网控制器装置；以及
网络控制器装置；
其中所述网络控制器装置是分布式的、并且包括多个网络控制器(4)，每个网络控制器(4)被配置为：
与所述微电网的分段(5)的接口相关联并对所述微电网(1)执行测量，所述测量包括测量所述接口的功率流，
基于所执行的所述测量来将信息发送到所述多个网络控制器(4)中的至少一个其他网络控制器，以及
基于所执行的所述测量来将包括频率和电压差的信息发送到所述微电网控制器装置，所述信息与被包括在所述微电网的所述分段(5)中的所述多个资产中的资产(6、7)相关，所述网络控制器(4)与所述分段(5)相关联；
其中所述微电网控制器装置被配置为：基于来自所述多个网络控制器(4)的所述信息、计算针对所述多个资产中的每个功率和电压参考并且通过指示所述多个资产中的每个资产的相应变流器控制器来控制所述多个资产(6、7)，
其中所述微电网控制器装置是分布式的、并且包括多个微电网控制器，每个微电网控制器与所述多个资产中的相应资产(6、7)相关联，使得每个资产包括其自己的分布式微电网控制器，所述每个资产的自己的分布式微电网控制器被配置为计算针对所述资产的功率和电压参考并且根据计算得到的参考来控制所述资产的变流器。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述多个微电网控制器中的每个微电网控制器被配置用于与所述多个微电网控制器中的其它微电网控制器直接通信，而不必经由中央微电网控制器或网络控制器来通信。
3.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中所述多个网络控制器(4)中的至少一个网络控制器被配置为在所述至少一个PCC(3)中的一个PCC处执行所述测量。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中所述至少一个网络控制器(4a)是主网络控制器，并且被配置为将指令发送到所述多个网络控制器(4b、4c)中的至少一个其他网络控制器。
5.根据权利要求3或4所述的控制系统，其中所述至少一个网络控制器(4a)被配置为：基于所述至少一个网络控制器(4a)执行的测量来确定所述微电网(1)是否被孤岛化。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的控制系统，其中所述至少一个PCC(3)包括多个PCC(3a、3b、3c)，并且其中所述多个网络控制器中的至少一个相应网络控制器(4)被配置为在所述多个PCC中的每个相应PCC处执行所述测量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其中所述测量还包括以下项中的任何项：对至所述分段(5)的接口处的开关(3、8)的测量；以及在至所述分段(5)的接口处的电压。
8.一种微电网(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的控制系统。
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