CN111244975B - 一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，包括步骤：中央控制器根据光伏系统功率及负荷计算VF源和PQ源总应输出功率ΔPL‑PV；计算PQ源输出功率比例系数Kp；计算PQ源输出总功率ΔPPQ；计算得到每个PQ源的输出功率指令值PPQ,k，并将输出功率指令下发至每个PQ源；根据VF源实际输出功率及输出设定值计算ΔPVF；根据ΔPVF判断是否进行光伏调整或切负荷。本发明控制方法，通过预留主源裕量降低由于光伏或负荷波动造成的稳定性风险，并最大化利用光伏系统输出功率，保证重要负荷的最优供电时长，保证系统运行的经济性与稳定性。

Description

一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法
技术领域
本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法。
背景技术
微电网系统中包含分布式电源、储能系统、负荷系统以及监控、保护装置等，能够实现自我控制、保护和管理，既可以与外部电网并联运行，也可以脱离电网独立运行。对于并网型微电网，一般由光伏、储能及负荷组成，并网情况下其电压和频率由外部电网支撑，系统内部新能源及负荷的波动不会影响系统本身的稳定性。若外部电网异常，微网需要独立运行，维持系统中重要负荷的用电，此时系统中的主源及系统的控制策略就显得极其重要，尤其对于采用主从控制策略的微电网系统，主源容量有限，如何通过协调其他可调电源来提高系统的稳定性成为微电网离网运行模式控制的关键问题。由于在主从微电网中，主电源有且仅有一个，其容量有限，目前大多数文献提出的稳定控制方法大多是基于稳定性问题出现后的紧急恢复控制策略，极易引起系统内的电压或频率震荡，导致系统不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，以解决在主从微电网系统离网状态下，主源容量有限，功率平衡控制及暂态稳定控制困难的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，包括以下步骤：
步骤一：中央控制器根据光伏系统功率及负荷计算VF源和PQ源总应输出功率ΔPL-PV，所述ΔPL-PV为光伏系统功率及负荷的差值；
步骤二：计算PQ源输出功率比例系数Kp；
步骤三：根据步骤一中计算的总应输出功率ΔPL-PV及步骤二中比例系数Kp计算PQ源输出总功率ΔPPQ；
步骤四：计算得到每个PQ源的输出功率指令值PPQ,k，并将输出功率指令下发至每个PQ源；
步骤五：根据VF源实际输出功率及输出设定值计算ΔPVF；
步骤六：根据ΔPVF判断是否进行光伏调整或切负荷；
ΔPVF＝0时，不切负荷，然后判断此时光伏逆变器是否按MPPT进行控制，若是则不进行任何操作，若不是按MPPT进行控制则增加光伏系统调整量；
ΔPVF>0时，等待时间T1，若在T1时间内始终有ΔPVF>0成立，则切负荷；
ΔPVF<0时，等待时间T2，若在T2时间内始终有ΔPVF<0成立，则降低光伏系统调整量；
根据光伏系统总调整量ΔPPV，计算每个光伏逆变器的有功功率指令值PPV,j，并将有功功率指令下发至每个光伏逆变器。
具体的，步骤一中，ΔPL-PV的计算公式如下：
Figure GDA0003038476530000021
式中：M为负荷个数；PL,i为负荷i的实时功率，为正数；N为光伏逆变器个数；PPV,j为光伏逆变器j的实时输出功率，为正数。
具体的，步骤二中，PQ源的功率比例系数Kp的计算公式如下：
Figure GDA0003038476530000031
式中：H为PQ源个数；PPQ,rate,k为PQ源k的额定有功功率；KVF,co为VF源承担的功率比例，可根据系统需求设置；PVF,rate为VF源的额定有功功率。
具体的，步骤三中，PQ源总所需承担的功率ΔPPQ，计算公式如下：
ΔPPQ＝KpΔPL-PV。
具体的，步骤四中，每个PQ源k的输出功率指令值PPQ,k的计算公式如下：
Figure GDA0003038476530000032
式中，SOCk为PQ源k所对应电池的荷电状态；Sk为PQ源k当前的可用状态，若可用则为1，否则为0；PPQ,rate,k为PQ源k的额定有功功率。
具体的，步骤五中，
ΔPVF的计算公式如下：
ΔPVF＝PVF-PVF，lim，
式中：PVF为VF源实际输出功率，PVF，lim为VF源实际输出功率PVF经过限幅控制器的输出值；
VF源实际输出功率PVF，lim的计算公式如下：
Figure GDA0003038476530000033
式中：PVF,L,Set为VF源输出有功功率设置的下限值，PVF,H,Set为VF源输出有功功率设置的上限值。
进一步的，步骤六中，所述光伏系统调整量按步长ΔPPV,Step进行增加和减小，总调整量ΔPPV初始值为零，步长ΔPPV,Step根据中央控制器控制周期、光伏逆变器响应速度及系统稳定性分析得到。
具体的，步骤六中，PPV,j的计算公式如下：
Figure GDA0003038476530000041
式中，PPV,rate,j为光伏逆变器j的有功功率额定值；Rj为光伏逆变器当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。
进一步的，步骤六中，在T1时间内始终有ΔPVF>0成立，则按当前负荷等级的顺序切除负荷，具体为：按照顺序先切除负荷等级较低的负荷。
具体的，所述的PQ源为至少一个采用PQ控制的储能变流器PCS组成的储能系统；所述的VF源为采用无差控制的储能变流器PCS组成的储能系统。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
1、本发明控制方法中的中央控制器通过调节PQ储能系统、光伏系统及负荷系统来保证主源留有一定裕量，进而使得主源可以平抑来自光伏或负荷的实时功率波动，保证系统的稳定性。
2、本发明控制方法保证光伏系统的最大化利用，在必要时限制光伏输出功率，并在系统功率恢复至稳定值尝试恢复光伏功率。
3、本发明控制方法在切负荷时，负荷按照其重要等级进行切除，即在需要切除负荷时，优先切除最不重要负荷，以保证重要负荷供电时长的最大化。
4、本发明控制方法，通过预留主源裕量降低由于光伏或负荷波动造成的稳定性风险，最大化利用光伏系统输出功率，保证重要负荷的最优供电时长，保证系统运行的经济性与稳定性。
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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明方法典型应用微电网系统的拓扑图；
图2是本发明方法ΔPVF的控制框图；
图3是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图3所示，一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，中央控制器根据当前系统中负荷与光伏系统功率计算VF源和PQ源总应输出功率ΔPL-PV；根据VF源和PQ源额定有功功率及其当前可用状态计算PQ源输出功率比例系数Kp；计算PQ源储能输出总功率ΔPPQ；计算得到每个PQ源的输出功率指令值PPQ,k；根据VF源当前实际输出功率及输出设定值计算ΔPVF；根据ΔPVF判断是否需要调整光伏或切负荷。具体步骤如下：
步骤一：中央控制器计算负荷与光伏功率差值ΔPL-PV，
Figure GDA0003038476530000051
其中M为负荷个数；PL,i为负荷i的实时功率，为正数；N为光伏逆变器个数；PPV,j为光伏逆变器j的实时输出功率，为正数。ΔPL-PV是VF源和PQ源总应输出功率。
步骤二：计算PQ源总所需承担的功率比例Kp，
Figure GDA0003038476530000061
其中，H为PQ源个数；PPQ,rate,k为PQ源k的额定有功功率；KVF,co为VF源承担的功率比例，可根据系统需求设置；PVF,rate为VF源的额定有功功率。
步骤三：根据步骤一中计算的总应输出功率ΔPL-PV及步骤二中比例系数Kp，计算PQ源总所需承担的功率为ΔPPQ，ΔPPQ＝KpΔPL-PV。
步骤四：计算PQ源k的输出功率指令值为PPQ,k，并将输出功率指令下发至每个PQ源；
Figure GDA0003038476530000062
其中，SOCk为PQ源k所对应电池的荷电状态；Sk为PQ源k当前的可用状态，若可用则为1，否则为0；PPQ,rate,k为PQ源k的额定有功功率。
步骤五：为了保证VF源具备一定的抗扰能力，本控制方法中通过控制PQ源及光伏逆变器、负荷使VF在运行过程中始终留存一部分裕量；若检测到VF输出功率超出设置值，则进行光伏和负荷调整，其中负荷只进行自动切除，不进行自动投入。
根据VF源实际输出功率计算ΔPVF，ΔPVF＝PVF-PVF，lim，其中PVF为VF源实际输出功率，PVF，lim为VF源实际输出功率PVF经过限幅控制器的输出，
Figure GDA0003038476530000063
其中，PVF,L,Set为VF源输出有功功率设置的上限值，PVF,H,Set为VF源输出有功功率设置的下限值。
步骤六：根据ΔPVF大小来判断是否需要调节光伏和切负荷：
ΔPVF＝0时，表明系统处于稳定状态，无需切负荷；然后判断此时光伏逆变器是否按MPPT进行控制，若是则不进行任何操作，否则增加光伏系统调整量。
ΔPVF>0时，表明负荷较大，为防止由于扰动造成的数据不可靠性问题，等待时间T1，T1可根据系统设计需求进行设定或更改，若在T1时间内ΔPVF>0始终成立，则切负荷。
ΔPVF<0时，表明光伏输出功率较大，同样等待时间T2，T2可根据系统设计需求进行设定或更改，若在T2时间内ΔPVF<0始终成立，则降低光伏系统调整量。
所述光伏系统调整量按步长ΔPPV,Step进行增加和减小，总调整量ΔPPV初始值为零，步长ΔPPV,Step可根据中央控制器控制周期、光伏逆变器响应速度及系统稳定性分析得到。
根据光伏系统总调整量ΔPPV，计算每个光伏逆变器的有功功率指令值PPV,j，并将有功功率指令下发至每个光伏逆变器；
Figure GDA0003038476530000071
其中，PPV,rate,j为光伏逆变器j的有功功率额定值，Rj为光伏逆变器当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。
切负荷时则按当前负荷等级，负荷等级较低的负荷被优先切除。
本发明方法由PQ源跟踪负荷与光伏功率差值，使VF源承担尽量小的功率。中央控制器通过协调其它微源出力及分级负荷投切，保证离网模式下微电网系统的稳定。所述其他微源包含采用电流源型控制的PCS(PQ源)及光伏逆变器。
如图1所示，本发明方法适用的典型微网系统包括一次系统和二次系统。一次系统中包含采用无差控制(VF)的储能变流器组成的储能系统，称为VF源，此VF源在其额定工作范围内能维持系统内母线电压和频率的恒定；以及至少一个采用PQ控制的储能变流器组成的储能系统，称为PQ源，用于辅助主源进行快速的功率调节；以及光伏系统及负荷系统。二次系统通过通信线路采集一次系统中各设备的数据传输至中央控制器，由中央控制器对所采集数据进行运算与处理，本发明方法集成在中央控制器中实现。
本发明方法除上述典型“光储荷”系统外，对于离网型微网中新能源发电(光伏、风电等)、储能系统、负荷系统中几种设备的任意组合，所述控制在稍加变动后仍然适用。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：中央控制器根据光伏系统功率及负荷计算VF源和PQ源总应输出功率ΔPL-PV，所述ΔPL-PV为光伏系统功率及负荷的差值；所述的PQ源为至少一个采用PQ控制的储能变流器PCS组成的储能系统；所述的VF源为采用无差控制的储能变流器PCS组成的储能系统；
步骤二：计算PQ源输出功率比例系数Kp；
步骤三：根据步骤一中计算的总应输出功率ΔPL-PV及步骤二中比例系数Kp计算PQ源输出总功率ΔPPQ；
步骤四：计算得到每个PQ源的输出功率指令值PPQ,k，并将输出功率指令下发至每个PQ源；每个PQ源k的输出功率指令值PPQ,k的计算公式如下：
Figure FDA0003067438320000011
式中，SOCk为PQ源k所对应电池的荷电状态；Sk为PQ源k当前的可用状态，若可用则为1，否则为0；PPQ,rate,k为PQ源k的额定有功功率；H为PQ源个数；
步骤五：根据VF源实际输出功率及输出设定值计算ΔPVF；ΔPVF的计算公式如下：
ΔPVF＝PVF-PVF，lim，
式中：PVF为VF源实际输出功率，PVF，lim为VF源实际输出功率PVF经过限幅控制器的输出值；
VF源实际输出功率PVF，lim的计算公式如下：
Figure FDA0003067438320000012
式中：PVF,L,Set为VF源输出有功功率设置的下限值，PVF,H,Set为VF源输出有功功率设置的上限值；
步骤六：根据ΔPVF判断是否进行光伏调整或切负荷；
ΔPVF＝0时，不切负荷，然后判断此时光伏逆变器是否按MPPT进行控制，若是则不进行任何操作，若不是按MPPT进行控制则增加光伏系统调整量；
ΔPVF>0时，等待时间T1，若在T1时间内始终有ΔPVF>0成立，则切负荷；
ΔPVF<0时，等待时间T2，若在T2时间内始终有ΔPVF<0成立，则降低光伏系统调整量；
根据光伏系统总调整量ΔPPV，计算每个光伏逆变器的有功功率指令值PPV,j，并将有功功率指令下发至每个光伏逆变器，PPV，j的计算公式如下：
Figure FDA0003067438320000021
式中，PPV,rate,j为光伏逆变器j的有功功率额定值；N为光伏逆变器个数；Rj为光伏逆变器当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。
2.根据权利要求1所述的基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，其特征在于，步骤一中，ΔPL-PV的计算公式如下：
Figure FDA0003067438320000022
式中：M为负荷个数；PL,i为负荷i的实时功率，为正数；N为光伏逆变器个数；PPV,j为光伏逆变器j的实时输出功率，为正数。
3.根据权利要求1所述的基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，其特征在于，步骤二中，PQ源的功率比例系数Kp的计算公式如下：
Figure FDA0003067438320000031
式中：H为PQ源个数；PPQ,rate,k为PQ源k的额定有功功率；KVF,co为VF源承担的功率比例，根据系统需求设置；PVF,rate为VF源的额定有功功率。
4.根据权利要求1所述的基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，其特征在于，步骤三中，PQ源总所需承担的功率ΔPPQ，计算公式如下：
ΔPPQ＝KpΔPL-PV。
5.根据权利要求1所述的基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，其特征在于，步骤六中，所述光伏系统调整量按步长ΔPPV,Step进行增加和减小，总调整量ΔPPV初始值为零，步长ΔPPV,Step根据中央控制器控制周期、光伏逆变器响应速度及系统稳定性分析得到。
6.根据权利要求1所述的基于主从微电网系统离网运行模式的稳定控制方法，其特征在于，步骤六中，在T1时间内始终有ΔPVF>0成立，切除负荷时，按照顺序先切除负荷等级较低的负荷。
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