CN111245018B - 一种微电网并网联络线限功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电网并网联络线限功率控制方法及装置，所述方法通过计算实际联络线功率P_line超出设定值的差值ΔP_line得到P_O,1，进而计算得到P_O,2；然后计算各PCS的功率调整量ΔP_PCS,i，将所述各PCS功率调整量ΔP_PCS,i叠加到能量管理系统指令P_PCSrefi'中并下发至各PCS；计算P_PV,1，通过P_PV,1计算每个光伏逆变器的功率调整量ΔP_PV,j；将指令值P_PVrefj下发至各个光伏逆变器；根据ΔP_line大小判断是否使能切负荷标志F_l,g切除相应负荷；所述装置包括功率差额计算模块、储能系统控制器、光伏系统控制器、负荷系统控制器、储能系统执行模块、光伏系统执行模块和负荷系统执行模块；本发明对储能系统、光伏系统、负荷系统采用不同的控制策略，充分利用储能系统快速充放电的特点进行联络线功率的快速调整，保证联络线功率在目标范围之内。

Description

一种微电网并网联络线限功率控制方法及装置

技术领域

本发明属于微电网技术领域，一种微电网并网联络线限功率控制方法及装置。

背景技术

由于微电网系统中光伏、负荷等的不稳定性，导致微电网输送至电网的功率大小不确定，给电网的调度带来了新的挑战。尤其工商业园区中，采用两部制电价，可通过储能削峰填谷获得峰谷价差收益，此外可通过降低园区中的基准容量来节省一部分基本电费。若要降低园区的基准容量，需要实时控制微电网与电网之间的交换功率值大小。对于大型光伏电站系统中，由于电网调度限制系统输出功率时，如何通过控制算法保证系统输出功率满足电网调度的要求同时能有效转移光伏输出功率，成为当前解决新能源电站弃光问题研究的热点。现有技术中大多数以联络线功率跟踪控制为目标，很少涉及将联络线功率限制在指定范围之内的控制策略或方法。对于采用两部制电价且负荷变化较大的园区或微网系统，将增加由于基础容量短时增高带来的基础容量费。而且当前部分国标中明确规定微电网与大电网的交换功率应不超过电网调度机构规定的交换功率的上下限范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微电网并网联络线限功率控制方法及装置，以解决现有技术中，大多数以联络线功率跟踪控制为目标，无法将联络线功率限制在指定范围之内的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微电网并网联络线限功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1、功率差额计算模块计算实际联络线功率P_line超出设定值的差值ΔP_line；

步骤2、储能功率计算模块根据ΔP_line及P_O,2上次输出值P_{O,2_l}的大小进行计算得到P_O,1，并将P_O,1输入PI控制器，PI控制器对输入的P_O,1进行计算得到P_O,2，并将P_O,2输入储能功率分配模块；

储能功率分配模块根据输入的P_O,2、PCS数量、各PCS额定功率值大小、各PCS对应的电池荷电状态SOC值大小及各PCS当前的可用状态进行功率分配，计算各PCS的功率调整量ΔP_PCS,i；

储能系统执行模块将所述各PCS功率调整量ΔP_PCS,i叠加到能量管理系统指令P_PCSrefi'中，得到各PCS的有功功率指令值P_PCSrefi，并下发至各PCS；

步骤3、光伏功率计算模块根据ΔP_line及P_PV,1上次输出值P_{PV,1_l}的大小计算P_PV,1；

ΔP_line≥0时，判断光伏逆变器是否按MPPT控制，若按MPPT控制则不进行任何操作；若未按MPPT控制，则等待时间T1，若在T1时间内始终有ΔP_line≥0，则增加光伏系统调整量P_PV,1；

ΔP_line＜0时，等待时间T2，若在T2时间内始终有ΔP_line＜0，则降低光伏系统调整量P_PV,1；

光伏功率分配模块根据光伏功率计算模块输出P_PV,1、系统中光伏逆变器数量、各光伏逆变器的额定功率值大小及各光伏逆变器的可用状态计算每个光伏逆变器的功率调整量ΔP_PV,j；

光伏系统执行模块将各光伏逆变器功率调整量ΔP_PV,j叠加到能量管理系统指令P_PVrefj'中，得到各光伏逆变器的有功功率指令值P_PVrefj，并下发至各个光伏逆变器；

步骤4、负荷系统控制器根据ΔP_line大小判断是否使能切负荷标志F_l,g切除相应负荷；

当ΔP_line>0且持续时间T3时，则使能切负荷标志F_l,g，切除负荷；

负荷系统执行模块根据负荷系统控制器输出的切负荷标志位F_l,g及各负荷的等级、当前状态、输出功率选择需要切除的负荷，并发出控制指令切除相应的负荷。

具体的，步骤1中，所述ΔP_line的计算公式如下：

ΔP_line＝P_line，lim-P_line，

式中：P_line，lim为实际联络线功率P_line经过限幅控制器的输出值，P_line为实际联络线功率采样值；

所述P_line，lim的计算公式如下：

式中：P_line,L,Set为联络线功率设置的下限值，P_line,H,Set为联络线功率设置的上限值。

具体的，步骤2中，储能功率计算模块根据ΔP_line及P_{O,2_l}计算P_O,1，P_O,1的计算公式如下：

式中：P_{O,2_l}为PI控制器上一次的输出值，sign(ΔP_step)为有符号调整量；

sign(ΔP_step)的计算公式如下：

式中：P_step为调整步长设置值，为正数。

具体的，步骤2中，P_O,2的计算公式如下：

式中：K_p为PI控制器的比例，K_i为PI控制器的积分系数。

具体的，步骤2中，功率调整量ΔP_PCS,i的计算公式如下：

式中：M为PQ源个数；P_PQ,rate,i为PQ源i的额定有功功率；SOC_i为PQ源i所对应电池的荷电状态；S_i为PQ源i当前的可用状态，若PQ源i可用则为1，若PQ源i不可用则为0。

具体的，步骤2中，各PCS的有功功率指令值P_PCSrefi的计算公式如下：

P_PCSrefi＝P_PCSrefi'+ΔP_PCS,i；

式中：ΔP_PCS,i为各PCS功率调整量，P_PCSrefi'为能量管理系统指令。

具体的，步骤3中，光伏功率计算模块根据ΔP_line及P_{PV,1_l}计算P_PV,1；

ΔP_line≥0时，P_PV,1＝P_{PV,1_l}+ΔP_PV,Step，

式中：ΔP_PV,Step为光伏系统调整量步长，为正数；

ΔP_line＜0时，P_PV,1＝P_{PV,1_l}-ΔP_PV,Step，

式中：ΔP_PV,Step为光伏系统调整量步长，为正数。

具体的，步骤3中，功率调整量ΔP_PV,j的计算公式如下：

式中：P_PV,rate,j为光伏逆变器j的有功功率额定值；R_j为光伏逆变器当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。

具体的，步骤3中，各PCS的有功功率指令值P_PVrefj的计算公式如下：

P_PVrefj＝P_PVrefj'+ΔP_PV,j，

式中：ΔP_PV,j为各光伏逆变器功率调整量，P_PVrefj'为能量管理系统指令。

本发明的另一个技术方案为，一种微电网并网联络线限功率控制装置，用于实施所述的微电网并网联络线限功率控制方法，包括集成在中央控制器内的功率差额计算模块、储能系统控制器、光伏系统控制器、负荷系统控制器、储能系统执行模块、光伏系统执行模块和负荷系统执行模块；所述储能系统控制器包括储能功率计算模块、PI控制器、储能系统功率分配模块；所述光伏系统控制器包括光伏功率计算模块和光伏功率分配模块；

所述功率差额计算模块的输出端分别连接储能功率计算模块的输入端、光伏功率计算模块的输入端和负荷系统控制器的输入端；所述储能功率计算模块的输出端连接PI控制器的输入端，所述PI控制器的输出端连接储能功率分配模块的输入端，并将本次PI控制器的输出端作为储能功率计算模块下一次计算的其中一个输入端，所述储能功率分配模块的输出端连接储能系统执行模块的输入端；所述光伏功率计算模块的输出端连接光伏功率分配模块的输入端，并将本次光伏功率计算模块的输出端作为光伏功率计算模块下一次计算的其中一个输入端；所述光伏功率分配模块的输出端连接光伏系统执行模块的输入端；负荷系统控制器的输出端连接负荷系统执行模块的输入端。

本发明的有益效果如下：

1、本发明控制方法对储能系统、光伏系统、负荷系统采用不同的控制策略，可充分利用储能系统快速充放电的特点进行联络线功率的快速调整，保证联络线功率在目标范围之内。

2、本发明控制方法在切负荷时，负荷系统执行模块根据负荷系统控制器输出的切负荷标志位F_l,g及各负荷的等级、当前状态、输出功率选择需要切除的负荷，并发出控制指令切除相应的负荷，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。

3、由于光伏发电为清洁能源，本发明控制方法中最大化利用光伏输出功率，当由于控制需求限制光伏输出功率时，光伏功率分配模块根据光伏功率计算模块输出P_PV,1、系统中光伏逆变器数量、各光伏逆变器的额定功率值大小及各光伏逆变器的可用状态计算每个光伏逆变器的功率调整量ΔP_PV,j；光伏系统执行模块将各光伏逆变器功率调整量ΔP_PV,j叠加到能量管理系统指令P_PVrefj'中，得到各光伏逆变器的有功功率指令值P_PVrefj，并下发至各个光伏逆变器；在联络线功率满足系统要求时缓慢增加光伏输出功率，最大化利用。

4、本发明控制装置，包括集成在中央控制器内的功率差额计算模块、储能系统控制器、光伏系统控制器、负荷系统控制器、储能系统执行模块、光伏系统执行模块和负荷系统执行模块；所述储能系统控制器包括储能功率计算模块、PI控制器、储能系统功率分配模块；所述光伏系统控制器包括光伏功率计算模块和光伏功率分配模块；所述功率差额计算模块的输出端分别连接储能功率计算模块的输入端、光伏功率计算模块的输入端和负荷系统控制器的输入端；所述储能功率计算模块的输出端连接PI控制器的输入端，所述PI控制器的输出端分别连接储能功率分配模块的输入端及储能功率计算模块的输入端，所述储能功率计算模块和PI控制器形成闭环，所述储能功率分配模块的输出端连接储能系统执行模块的输入端；所述光伏功率计算模块的输出端连接光伏功率分配模块的输入端；所述光伏功率计算模块的输出端连接输入端形成闭环，所述光伏功率分配模块的输出端连接光伏系统执行模块的输入端；负荷系统控制器的输出端连接负荷系统执行模块的输入端，结合能量管理系统长时间尺度的经济优化控制，可保证系统运行的经济性。

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为本发明控制方法适用的微电网系统拓扑示意图；

图2为本发明控制装置结构示意图；

图3为所述控制方法中储能系统控制原理示意图；

图4为所述控制方法中光伏系统控制原理示意图。

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1所示，本发明微电网并网联络线限功率控制方法适用的典型微电网系统包括一次系统和二次系统。所述一次系统包括至少一个采用PQ控制的储能变流器组成的储能系统、新能源发电中的光伏系统或风力发电系统、用电负荷系统及与电网连接的并网开关。所述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，中央控制器再上传至能量管理系统。由能量管理系统实现系统中长时间尺度的经济优化控制，由中央控制器实现毫秒级别甚至微秒级别的实时控制。本发明仅就中央控制器实时控制方法进行阐述。本文规定功率以流向电网方向为正向。

如图2、3、4所示，本发明一种微电网并网联络线限功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1、功率差额计算模块计算实际联络线功率P_line超出设定值的差值ΔP_line，ΔP_line＝P_line，lim-P_line，P_line，lim为实际联络线功率采样值，P_line经过限幅控制器的输出；

其中，P_line,L,Set为联络线功率设置的下限值，P_line,H,Set为联络线功率设置的上限值。

步骤2、将ΔP_line分别送入储能系统控制器、光伏系统控制器和负荷系统控制器。

步骤3、所述储能系统控制器包括储能功率计算模块、PI控制器、储能系统功率分配模块。

1)储能功率计算模块根据步骤1中ΔP_line及P_O,2上次输出值P_{O,2_l}的大小进行计算；

其中P_{O,2_l}PI控制器上一次的输出值；sign(ΔP_step)为有符号调整量，

其中P_step为调整步长设置值，为正数。

2)PI控制器对输入P_O,1进行计算得到P_O,2，

其中：K_p为PI控制器的比例，K_i为PI控制器的积分系数。

3)储能功率分配模块根据输入的P_O,2、PCS数量、各PCS额定功率值大小、各PCS对应的电池荷电状态SOC值大小及各PCS当前的可用状态进行功率分配，计算各PCS的功率调整量ΔP_PCS,i，

其中M为PQ源个数；P_PQ,rate,i为PQ源i的额定有功功率；SOC_i为PQ源i所对应电池的荷电状态；S_i为PQ源i当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。

4)储能系统执行模块根据上述各PCS功率调整量ΔP_PCS,i及能量管理系统指令P_PCSrefi'计算各PCS的有功功率指令值P_PCSrefi并下发至各PCS；P_PCSrefi＝P_PCSrefi'+ΔP_PCS,i。

步骤4、光伏系统控制器包括光伏功率计算模块和光伏功率分配模块，光伏功率计算模块为闭环控制。

1)光伏功率计算模块根据ΔP_line及P_{PV,1_l}计算P_PV,1。

①ΔP_line≥0时，表明联络线功率满足系统要求或微网系统从电网吸收的功率较大，此时判断光伏逆变器是否按MPPT控制，若是则不进行任何操作，否则等待时间T1，T1可根据系统设计需求进行设定或更改，若在T1时间内该条件始终成立，则尝试增加光伏系统调整量P_PV,1，P_PV,1＝P_{PV,1_l}+ΔP_PV,Step，其中ΔP_PV,Step为光伏系统调整量步长，为正数。

②ΔP_line＜0时，表明微网系统向电网输送功率较大，需降低光伏输出功率。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时间内该条件始终成立，则降低光伏系统调整量P_PV,1，P_PV,1＝P_{PV,1_l}-ΔP_PV,Step。

2)光伏功率分配模块根据光伏功率计算模块输出P_PV,1及微电网系统中光伏数量及各自的参计算每个光伏逆变器的功率调整量ΔP_PV,j，

其中P_PV,rate,j为光伏逆变器j的有功功率额定值；R_j为光伏逆变器当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。

3)光伏系统执行模块根据上述各光伏逆变器功率调整量ΔP_PV,j及能量管理系统指令P_PVrefj'计算各PCS的有功功率指令值P_PVrefj，P_PVrefj＝P_PVrefj'+ΔP_PV,j。

步骤5、所述负荷系统控制器根据ΔP_line大小判断是否使能切负荷标志F_l,g。

1)当ΔP_line>0时且持续时间T3,T3可根据系统设计需求进行设定或更改，表明微网系统从电网吸收的功率较大，则使能切负荷标志F_l,g。

2)负荷系统执行模块则根据负荷系统控制器输出的切负荷标志位F_l,g及各负荷等级、当前状态、输出功率等参数选择需要切除的负荷，并发出控制指令切除相应的负荷。

如图2所示，本发明的另一个技术方案是，一种微电网并网联络线限功率控制装置，用于实施所述的微电网并网联络线限功率控制方法，包括集成在中央控制器内的功率差额计算模块、储能系统控制器、光伏系统控制器、负荷系统控制器、储能系统执行模块、光伏系统执行模块和负荷系统执行模块；所述储能系统控制器包括储能功率计算模块、PI控制器、储能系统功率分配模块；所述光伏系统控制器包括光伏功率计算模块和光伏功率分配模块；

所述功率差额计算模块的输出端分别连接储能功率计算模块的输入端、光伏功率计算模块的输入端和负荷系统控制器的输入端；所述储能功率计算模块的输出端连接PI控制器的输入端，所述PI控制器的输出端连接储能功率分配模块的输入端，并将本次PI控制器的输出端作为储能功率计算模块下一次计算的其中一个输入端，形成闭环控制所述储能功率分配模块的输出端连接储能系统执行模块的输入端；所述光伏功率计算模块的输出端连接光伏功率分配模块的输入端，并将本次光伏功率计算模块的输出端作为光伏功率计算模块下一次计算的其中一个输入端；所述光伏功率计算模块的输出端连接输入端形成闭环控制，所述光伏功率分配模块的输出端连接光伏系统执行模块的输入端；负荷系统控制器的输出端连接负荷系统执行模块的输入端。结合能量管理系统长时间尺度的经济优化控制，可保证系统运行的经济性。

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 (10)

1.一种微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、功率差额计算模块计算实际联络线功率P_line超出设定值的差值ΔP_line；

步骤2、储能功率计算模块根据ΔP_line及P_O,2上次输出值P_{O,2_l}的大小进行计算得到P_O,1，并将P_O,1输入PI控制器，PI控制器对输入的P_O,1进行计算得到P_O,2，并将P_O,2输入储能功率分配模块；

储能功率分配模块根据输入的P_O,2、PCS数量、各PCS额定功率值大小、各PCS对应的电池荷电状态SOC值大小及各PCS当前的可用状态进行功率分配，计算各PCS的功率调整量ΔP_PCS,i；

储能系统执行模块将所述各PCS功率调整量ΔP_PCS,i叠加到能量管理系统指令P_PCSrefi'中，得到各PCS的有功功率指令值P_PCSrefi，并下发至各PCS；

步骤3、光伏功率计算模块根据ΔP_line及P_PV,1上次输出值P_{PV,1_l}的大小计算P_PV,1；

ΔP_line≥0时，判断光伏逆变器是否按MPPT控制，若按MPPT控制则不进行任何操作；若未按MPPT控制，则等待时间T1，若在T1时间内始终有ΔP_line≥0，则增加光伏系统调整量P_PV,1；

ΔP_line＜0时，等待时间T2，若在T2时间内始终有ΔP_line＜0，则降低光伏系统调整量P_PV,1；

光伏功率分配模块根据光伏功率计算模块输出P_PV,1、系统中光伏逆变器数量、各光伏逆变器的额定功率值大小及各光伏逆变器的可用状态计算每个光伏逆变器的功率调整量ΔP_PV,j；

光伏系统执行模块将各光伏逆变器功率调整量ΔP_PV,j叠加到能量管理系统指令P_PVrefj'中，得到各光伏逆变器的有功功率指令值P_PVrefj，并下发至各个光伏逆变器；

步骤4、负荷系统控制器根据ΔP_line大小判断是否使能切负荷标志F_l,g切除相应负荷；

当ΔP_line>0且持续时间T3时，则使能切负荷标志F_l,g，切除负荷；

负荷系统执行模块根据负荷系统控制器输出的切负荷标志位F_l,g及各负荷的等级、当前状态、输出功率选择需要切除的负荷，并发出控制指令切除相应的负荷。

2.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤1中，所述ΔP_line的计算公式如下：

ΔP_line＝P_line，lim-P_line，

式中：P_line，lim为实际联络线功率P_line经过限幅控制器的输出值，P_line为实际联络线功率采样值；

所述P_line，lim的计算公式如下：

式中：P_line,L,Set为联络线功率设置的下限值，P_line,H,Set为联络线功率设置的上限值。

3.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤2中，储能功率计算模块根据ΔP_line及P_{O,2_l}计算P_O,1，P_O,1的计算公式如下：

式中：P_{O,2_l}为PI控制器上一次的输出值，sign(ΔP_step)为有符号调整量；

sign(ΔP_step)的计算公式如下：

式中：P_step为调整步长设置值，为正数。

4.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤2中，P_O,2的计算公式如下：

式中：K_p为PI控制器的比例，K_i为PI控制器的积分系数。

5.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤2中，功率调整量ΔP_PCS,i的计算公式如下：

式中：M为PQ源个数；P_PQ,rate,i为PQ源i的额定有功功率；SOC_i为PQ源i所对应电池的荷电状态；S_i为PQ源i当前的可用状态，若PQ源i可用则为1，若PQ源i不可用则为0。

6.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤2中，各PCS的有功功率指令值P_PCSrefi的计算公式如下：

P_PCSrefi＝P_PCSrefi'+ΔP_PCS,i；

式中：ΔP_PCS,i为各PCS功率调整量，P_PCSrefi'为能量管理系统指令。

7.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤3中，光伏功率计算模块根据ΔP_line及P_{PV,1_l}计算P_PV,1；

ΔP_line≥0时，P_PV,1＝P_{PV,1_l}+ΔP_PV,Step，

式中：ΔP_PV,Step为光伏系统调整量步长，为正数；

ΔP_line＜0时，P_PV,1＝P_{PV,1_l}-ΔP_PV,Step，

式中：ΔP_PV,Step为光伏系统调整量步长，为正数。

8.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤3中，功率调整量ΔP_PV,j的计算公式如下：

式中：P_PV,rate,j为光伏逆变器j的有功功率额定值；R_j为光伏逆变器当前的可用状态，若可用则为1，否则为0。

9.根据权利要求1所述的微电网并网联络线限功率控制方法，其特征在于，步骤3中，各PCS的有功功率指令值P_PVrefj的计算公式如下：

P_PVrefj＝P_PVrefj'+ΔP_PV,j，

式中：ΔP_PV,j为各光伏逆变器功率调整量，P_PVrefj'为能量管理系统指令。

10.一种微电网并网联络线限功率控制装置，用于实施权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，包括集成在中央控制器内的功率差额计算模块、储能系统控制器、光伏系统控制器、负荷系统控制器、储能系统执行模块、光伏系统执行模块和负荷系统执行模块；所述储能系统控制器包括储能功率计算模块、PI控制器、储能系统功率分配模块；所述光伏系统控制器包括光伏功率计算模块和光伏功率分配模块；

所述功率差额计算模块的输出端分别连接储能功率计算模块的输入端、光伏功率计算模块的输入端和负荷系统控制器的输入端；所述储能功率计算模块的输出端连接PI控制器的输入端，所述PI控制器的输出端连接储能功率分配模块的输入端，并将本次PI控制器的输出端作为储能功率计算模块下一次计算的其中一个输入端，所述储能功率分配模块的输出端连接储能系统执行模块的输入端；所述光伏功率计算模块的输出端连接光伏功率分配模块的输入端，并将本次光伏功率计算模块的输出端作为光伏功率计算模块下一次计算的其中一个输入端；所述光伏功率分配模块的输出端连接光伏系统执行模块的输入端；负荷系统控制器的输出端连接负荷系统执行模块的输入端。

Images