CN110808616B - 一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法 - Google Patents

一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力系统自动化技术领域，提出一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法，包括以下步骤：采用集中控制器对微电网频率变化率和功率缺额进行实时跟踪并采集微电网运行信息；集中控制器根据微电网运行信息测算微电网的总有功功率缺额，然后分配到储能系统中，储能系统指定增发或减发的储能元件释放或接收其存储的能量；储能系统对总有功功率缺额进行分配得到相应的控制指令，然后分配到各个分布式电源和负荷中，分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发；集中控制器对微电网内部频率偏差进行测量并判断，当频率偏差大于预设的阈值时重复执行上述步骤，至频率偏差处于预设的阈值范围内。

Description

一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化技术领域，更具体地，涉及一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法。
背景技术
微电网是在电力系统内部将分布式能源储能装置、能量转换装置以及监控、保护装置等电力装置以一定方式集成的一种小型电网形式。微电网在一般正常运行条件下与主电网并网运行，在确保电能质量的前提下由微电网内部分布式电源向负荷提供电力电量，在负荷需求大于分布式能源出力时微电网从主电网吸收功率，在负荷需求小于分布式能源出力时可能向主电网注入功率；在主电网局部故障情况下或在邻近微电网故障情况下可以孤网运行，实现无故障微电网正常的供电状态，减小停电时间，提高供电可靠性。
目前，微电网仍然存在大量技术问题需要解决，包括分布式电源、负荷、储能设备及其与微电网系统之间的协调控制能力低，以及微电网频率稳定性低的问题。其中，频率稳定是决定微电网稳定运行的一个重要因素，微电网在与大电网断开进入孤岛模式时，其频率需要由微电网自身控制，而微电网内的分布式电源以小规模分散接入，其波动性、随机性相对于传统大电网的集中接入方式更为明显。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的微电网中分布式电源、负荷、储能设备及其与微电网系统之间的协调能力低的缺陷，提供一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法，包括以下步骤：
S1：采用集中控制器对微电网频率变化率和功率缺额进行实时跟踪，采集本地控制器中的微电网运行信息；
S2：所述集中控制器根据所述微电网运行信息测算微电网的总有功功率缺额，然后分配到储能系统中，所述储能系统指定增发或减发的储能元件释放或接收其存储的能量；
S3：所述储能系统将所述测算的总有功功率缺额进行缓冲后，对所述总有功功率缺额进行分配得到相应的控制指令，然后分配到各个分布式电源和负荷中，所述分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发，实现分布式电源的多源协同发电；
S4：所述集中控制器对微电网内部频率偏差进行测量并判断，当频率偏差大于预设的阈值时，跳转执行S1步骤，至频率偏差处于预设的阈值范围内。
本技术方案中，S1步骤实现微电网运行状态监测，通过集中控制器采集微电网运行信息，测算频率变化率、有功功率差率等数值，并应用于调频中；S2步骤实现微电网一次调频，微电网总有功功率缺额根据预设的对应关系分配至各个自储能系统，指定增发或减发的储能元件释放或接收其存储的能量，为微电网一次调频提供支撑，缓解微电网频率下降速度，提高微电网频率最低值；S3步骤实现微电网二次调频，将缺额功率分配到各个分布式电源和负荷中，电源出力增加或减少；S4步骤实现频率控制，当微电网内部频率偏差较大时，重复上述步骤至频率偏差控制在预设的阈值范围内，从而实现微电网协同控制。
优选地，S1步骤中，所采集的微电网运行信息包括但不仅限于微电网的额定频率fn、微电网的有功功率ΔP。
优选地，S2步骤中，所述集中控制器对微电网的总有功功率缺额ΔPT进行测算的计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000021
其中，ΔPT表示微电网有功功率ΔP波动时的总缺额；J为微电网的等效转动惯量；k为实时跟踪的时间段，tk为第k段时间段，且每个时间段的持续时长相等。
优选地，S2步骤中，所述集中控制器根据预设的储能系统对应关系将总有功功率缺额ΔPT分配到各个储能系统中，并指定增发或减发的储能元件释放或接收储存在其中的能量。
优选地，S3步骤中，所述储能系统对所述总有功功率缺额进行分配，其具体分配步骤如下：
S31：计算所述分布式电源参与因子
Figure BDA0002233074850000031
其计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000032
其中，
Figure BDA0002233074850000033
表示第i个分布式电源的参与因子，λ表示分布式电源的能量变化率；
S32：计算所述负荷参与因子
Figure BDA0002233074850000034
其计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000035
其中，
Figure BDA0002233074850000036
Figure BDA0002233074850000037
表示第j个负荷的参与因子，
Figure BDA0002233074850000038
为一级负荷参与因子，且其取值始终为0，
Figure BDA0002233074850000039
表示二级负荷参与因子，
Figure BDA00022330748500000310
表示三级符合参与因子；ΔPL表示需要切负荷需求的总容量，n为分布式电源的总数；
S33：将所述总有功功率缺额ΔPT，根据所述计算得到的分布式电源参与因子
Figure BDA00022330748500000311
和负荷参与因子
Figure BDA00022330748500000312
分配至各个分布式电源和负荷，并调整各个分布式电源的发电出力，所述分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发，实现分布式电源的多源协同发电。
优选地，S33步骤中，当所述切负荷需求的总容量ΔPL为正数时进行切负荷控制：
Figure BDA00022330748500000313
其中，
Figure BDA00022330748500000314
表示第i个分布式电源的负载容量，ζi为分布式电源的容量限定参数；
Figure BDA00022330748500000315
表示第j个负荷的负载容量，ζj为负荷的容量限定参数，其根据分布式电源的总容量进行调整。
优选地，S4步骤中，还包括以下步骤：所述集中控制器对微电网内部频率偏差进行测量并判断，当微电网中分布式电源的可用功率无法满足功率缺额时，或当分布式电源的频率下降至低频减载值时，根据所述负荷负载容量ΔPj L进行负荷减载。
优选地，S4步骤中，所述分布式电源根据其所接收的控制指令对有功出力进行频率修正，其计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000041
其中，Δf表示分布式电源的有功出力变化与负荷变化的总有功功率容量引起的频率修正量；KG表示分布式电源输出功率变化时的频率变化，KL表示负荷减载时频率发生的变化。
优选地，S4步骤中，所述预设的频率偏差阈值范围为-0.5～+0.5。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：通过对微电网进行二次调频，分别对微电网内负荷的短期波动进行调节，减少设备损耗，保证微电网频率稳定，再根据分布式电源的参与因子对总有功功率缺额进行分配，实现分布式电源的协同发电，并在微电网系统中形成多级负荷优化减载，实现微电网的协同控制，有效提高频率控制能力，提高微电网的频率稳定性，能够使频率快速恢复至可接受范围内。
附图说明
图1为本实施例的基于功率缺额分配的微电网频率控制方法的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，为本实施例的基于功率缺额分配的微电网频率控制方法的流程图。
本实施例中，针对由小水电机组、小风电机组组成的微电网系统应用本实施例提出的一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法，实现微电网频率控制，包括以下步骤：
S1：采用集中控制器对微电网频率变化率和功率缺额进行实时跟踪，采集本地控制器中的微电网运行信息。
本实施例中，通过集中控制器采集其运行信息，所采集的运行信息包括微电网的额定频率fn、微电网的有功功率ΔP。
S2：所述集中控制器根据所述微电网运行信息测算微电网的总有功功率缺额，然后分配到储能系统中，所述储能系统指定增发或减发的储能元件释放或接收其存储的能量。
本步骤中，集中控制器对微电网的总有功功率缺额ΔPT进行测算的计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000051
其中，ΔPT表示微电网有功功率ΔP波动时的总缺额；J为微电网的等效转动惯量；k为实时跟踪的时间段，tk为第k段时间段，且每个时间段的持续时长相等。
本实施例中，集中控制器根据预设的储能系统对应关系将总有功功率缺额ΔPT分配到各个储能系统中，并指定增发或减发的储能元件释放或接收储存在其中的能量，为微电网一次调频提供支撑，缓解微电网频率下降速度，提升微电网频率最低值。
S3：所述储能系统将所述测算的总有功功率缺额ΔPT进行缓冲后，对所述总有功功率缺额ΔPT进行分配得到相应的控制指令，然后分配到各个分布式电源和负荷中，所述分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发，实现分布式电源的多源协同发电。
本步骤中，储能系统对所述总有功功率缺额进行分配，其具体分配步骤如下：
S31：计算所述分布式电源参与因子
Figure BDA0002233074850000052
其计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000061
其中，
Figure BDA0002233074850000062
表示第i个分布式电源的参与因子，λ表示分布式电源的能量变化率；
S32：计算所述负荷参与因子
Figure BDA0002233074850000063
其计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000064
其中，
Figure BDA0002233074850000065
Figure BDA0002233074850000066
表示第j个负荷的参与因子，
Figure BDA0002233074850000067
为一级负荷参与因子，且其取值始终为0，
Figure BDA0002233074850000068
表示二级负荷参与因子，
Figure BDA0002233074850000069
表示三级符合参与因子；ΔPL表示需要切负荷需求的总容量，n为分布式电源的总数；
S33：将所述总有功功率缺额ΔPT，根据所述计算得到的分布式电源参与因子
Figure BDA00022330748500000610
和负荷参与因子
Figure BDA00022330748500000611
分配至各个分布式电源和负荷，并调整各个分布式电源的发电出力，所述分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发，实现分布式电源的多源协同发电；
本步骤中，当所述切负荷需求的总容量ΔPL为正数时，即当微电网中分布式电源的可用功率无法满足功率缺额时，或频率下降至低频减载值时，进行切负荷控制，从而实现多级优化减载，实现微电网中各分布式电源的多源协调发电与多级负荷优化减载的协同频率控制。其实现公式如下：
Figure BDA00022330748500000612
其中，
Figure BDA00022330748500000613
表示第i个分布式电源的负载容量，ζi为分布式电源的容量限定参数；
Figure BDA00022330748500000614
表示第j个负荷的负载容量，ζj为负荷的容量限定参数，其根据分布式电源的总容量进行调整。
本实施例中，由于微电网系统由小水电机组和小风电机组组成，因此本实施例中的分布式电源参与因子
Figure BDA0002233074850000071
包括小风电机组调频参与因子
Figure BDA0002233074850000072
和小水电调频参与因子；
所述小风电机组调频参与因子
Figure BDA0002233074850000073
的计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000074
Δv＝v-v0
其中，
Figure BDA0002233074850000075
表示第i台小风电机组的参与因子，κ为调整系数，Δv表示风速差，v为当前小风电机组的风速，v0为小风电机组的参考风速，
Figure BDA0002233074850000076
为第i台小风电机组的可用容量；
所述小水电机组调频参与因子
Figure BDA0002233074850000077
的计算公式如下：
Figure BDA0002233074850000078
Δh＝h-h0
其中，
Figure BDA0002233074850000079
表示第i台小水电机组的参与因子，Δh表示水头差，h为当前小水电机组的水头，h0为小水电机组的参考水头，
Figure BDA00022330748500000710
表示第i台水电机组的可用容量。
在本实施例中，分布式电源的能量变化率λ为小风电机组的风速变化率
Figure BDA00022330748500000711
或水头变化率
Figure BDA00022330748500000712
S4：分布式电源还根据其所接收的控制指令对有功出力进行频率修正，负荷会发生变化，其计算公式如下：
Figure BDA00022330748500000713
其中，Δf表示分布式电源的有功出力变化与负荷变化的总有功功率容量引起的频率修正量；KG表示分布式电源输出功率变化时的频率变化，KL表示负荷减载时频率发生的变化。
根据分配功率引起的频率修正，重新测量微电网内部的频率偏差，当频率偏差大于预设的阈值时，跳转执行S1步骤，至频率偏差控制在-0.5～+0.5的频率偏差阈值范围内。
本实施例中，针对由小水电机组、小风电机组和小光伏发电机组组成的微电网系统，通过集中控制器采集其运行信息，测算频率变化率、有功功率差率等。在微电网一次调频中，即S2步骤，储能系统对微电网内负荷的短期波动进行调节，减少其他其他分布式电源因出力供给相应不足、调节次数、反复启停运行导致的设备损耗增加，能够保证微电网频率稳定，在一定程度上减少能源损耗。在微电网二次调频中，即S3步骤中，由集中控制器分配功率控制参考指令到各分布式电源的本地控制器中，微电网电源出力增加或减少，实现分布式电源的多源协同发电。当微电网中可用功率无法弥补有功功率缺额时，微电网进行负荷减载，形成多级负荷优化减载。本实施例提出的基于功率缺额分配的微电网频率控制方法能够实现微电网的协同控制，有效提高频率控制能力，提高微电网的频率稳定性。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于功率缺额分配的微电网频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用集中控制器对微电网频率变化率和功率缺额进行实时跟踪，采集本地控制器中的微电网运行信息；所采集的微电网运行信息包括但不仅限于微电网的额定频率fn、微电网的有功功率ΔP；
S2：所述集中控制器根据所述微电网运行信息测算微电网的总有功功率缺额，然后分配到储能系统中，所述储能系统指定增发或减发的储能元件释放或接收其存储的能量；其中，所述集中控制器对微电网的总有功功率缺额ΔPT进行测算的计算公式如下：
Figure FDA0004101726470000011
其中，ΔPT表示微电网有功功率ΔP波动时的总缺额；J为微电网的等效转动惯量；k为实时跟踪的时间段，tk为第k段时间段，且每个时间段的持续时长相等；
S3：所述储能系统将所述测算的总有功功率缺额进行缓冲后，对所述总有功功率缺额进行分配得到相应的控制指令，然后分配到各个分布式电源和负荷中，所述分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发；其中，所述储能系统对所述总有功功率缺额进行分配，其具体分配步骤如下：
S31：计算所述分布式电源参与因子
Figure FDA0004101726470000015
其计算公式如下：
Figure FDA0004101726470000012
其中，
Figure FDA0004101726470000014
表示第i个分布式电源的参与因子，λ表示分布式电源的能量变化率；
S32：计算所述负荷参与因子
Figure FDA0004101726470000013
其计算公式如下：
Figure FDA0004101726470000021
其中，
Figure FDA0004101726470000022
Figure FDA0004101726470000023
表示第j个负荷的参与因子，
Figure FDA0004101726470000024
为一级负荷参与因子，且其取值始终为0，
Figure FDA0004101726470000025
表示二级负荷参与因子，
Figure FDA0004101726470000026
表示三级符合参与因子；ΔPL表示需要切负荷需求的总容量，n为分布式电源的总数；
S33：将所述总有功功率缺额ΔPT，根据所述计算得到的分布式电源参与因子
Figure FDA0004101726470000027
和负荷参与因子
Figure FDA0004101726470000028
分配至各个分布式电源和负荷，并调整各个分布式电源的发电出力，所述分布式电源和负荷根据所接收的控制指令进行增发或减发，实现分布式电源的多源协同发电；
S4：所述集中控制器对微电网内部频率偏差进行测量并判断，当频率偏差大于预设的阈值时，跳转执行S1步骤，至频率偏差处于预设的阈值范围内。
2.根据权利要求1所述的微电网频率控制方法，其特征在于：所述S2步骤中，所述集中控制器根据预设的储能系统对应关系将总有功功率缺额ΔPT分配到各个储能系统中，并指定增发或减发的储能元件释放或接收储存在其中的能量。
3.根据权利要求1所述的微电网频率控制方法，其特征在于：所述S33步骤中，当所述切负荷需求的总容量ΔPL为正数时进行切负荷控制：
Figure FDA0004101726470000029
其中，
Figure FDA00041017264700000210
表示第i个分布式电源的负载容量，ζi为分布式电源的容量限定参数；
Figure FDA00041017264700000211
表示第j个负荷的负载容量，ζj为负荷的容量限定参数，其根据分布式电源的总容量进行调整。
4.根据权利要求3所述的微电网频率控制方法，其特征在于：所述S4步骤中，还包括以下步骤：所述集中控制器对微电网内部频率偏差进行测量并判断，当微电网中分布式电源的可用功率无法满足功率缺额时，或当分布式电源的频率下降至低频减载值时，根据所述负荷负载容量
Figure FDA0004101726470000031
进行负荷减载。
5.根据权利要求3所述的微电网频率控制方法，其特征在于：所述S4步骤中，所述分布式电源根据其所接收的控制指令对有功出力进行频率修正，其计算公式如下：
Figure FDA0004101726470000032
其中，Δf表示分布式电源的有功出力变化与负荷变化的总有功功率容量引起的频率修正量；KG表示分布式电源输出功率变化时的频率变化，KL表示负荷减载时频率发生的变化。
6.根据权利要求1～5任一项所述的微电网频率控制方法，其特征在于：所述S4步骤中，所述预设的频率偏差阈值范围为-0.5～+0.5。
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