CN111555354A - 一种自主可再生微电网系统的控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种自主可再生微电网系统的控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN111555354A CN202010449655.2A CN202010449655A CN111555354A CN 111555354 A CN111555354 A CN 111555354A CN 202010449655 A CN202010449655 A CN 202010449655A CN 111555354 A CN111555354 A CN 111555354A
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Abstract

本发明公开了一种自主可再生微电网系统的控制方法、装置及存储介质，自主可再生微电网系统包括，顺次连接的光伏阵列、Boost变换器、直流链路电容、三相全桥逆变电路和滤波电感，滤波电感的输出端连接至电网；控制方法包括：根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；基于三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；根据光伏阵列的运行状况、光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定自主可再生微电网系统的控制信号。本发明方法能够实现调节直流母线电压和光伏阵列输出，可实现光伏系统发电量的增加或减少，改善微电网运行的性能，并且能够降低微电网控制的难度。

Description

一种自主可再生微电网系统的控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及电网控制技术领域，特别是一种自主可再生微电网系统的控制方法、以及一种自主可再生微电网系统的控制装置和执行上述控制方法的计算机可读存储介质。
背景技术
微电网由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业的发展潜力和利益空间巨大。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统可以实现稳态安全、经济运行分析。
微电网能够自主运行，它必须保持自己的供需平衡。如果供应与需求不匹配，则电网频率的变化速率将由微电网的惯性系数决定。这样一来，微电网的惯性系数则决定了微电网的频率对供需不匹配的敏感性。但是，由于集成了大量的电力电子接口分布式发电机，在高可再生能源渗透率下，自主型微电网的惯性系数通常很小。从而使得该系统很难控制。开发全新的快速而准确的微电网控制方案是非常具有挑战性，并且还有很长的路要走。在此阶段，仍然有必要去增加微电网的惯性以降低控制难度。这样，可以将在大型电力系统应用成功的解决方案引入自主微电网的控制中。对此，现有的相关控制方法如利用风力发电机的转子惯性来抵消电网频率的波动，这种方法下即使是很小的频率变化也会影响到风力机叶片，而且在较大的频率偏差后很难恢复转子转速。相关的其它控制方法，也并不能达到很好的效果。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种自主可再生微电网系统的控制方法、装置及计算机可读存储介质，用以改善微电网运行的性能，并且能够降低微电网控制的难度。
本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种自主可再生微电网系统的控制方法，所述控制方法包括：
根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；
基于所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；
根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号。
可选的，所述根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值，包括：
基于所述电网电压的频率确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，包括：
根据所述光伏阵列的运行状况确定所述光伏阵列的最大发电量；
根据所述光伏阵列的最大发电量和太阳能利用率计算协调控制器的发电设置值；
根据所述协调控制器的发电设置值以及所述光伏阵列发电调整值确定所述光伏阵列的发电设置值。
可选的，根据所述光伏阵列的最大发电量和太阳能利用率计算协调控制器的发电设置值之前，所述方法还包括：
根据所述光伏阵列的最大发电量计算太阳能利用率。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括：
根据所述光伏阵列的发电设置值与所述光伏阵列的输出电压确定所述光伏阵列的输出电流的参考值；
根据所述光伏阵列的输出电流的参考值、所述光伏阵列的发电设置值确定所述光伏阵列的输出电压的参考值；
基于调制后的所述光伏阵列的输出电压的参考值获取Boost变换器的控制信号。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，包括：
根据所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值、三相全桥逆变电路的输入端电压实际值以及三相全桥逆变电路的输出端无功功率确定电网电流dq分量的参考值；
根据经过坐标变换的电网电压dq分量、电网电流dq分量以及所述电网电流dq分量的参考值确定电网电压dq分量的参考值。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括：
对所述电网电压dq分量的参考值进行坐标变换获得电网电压参考值；
基于调制后的所述电网电压参考值获取所述三相全桥逆变电路的控制信号。
本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种自主可再生微电网系统的控制装置，所述控制装置包括：
数据处理单元，用于根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；
电压调整单元，用于基于所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；
控制信号生成单元，用于根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号。
本发明的目的之三是通过这样的技术方案实现的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现前述的自主可再生微电网系统的控制方法。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明方法根据光伏阵列的运行状况、光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定自主可再生微电网系统的控制信号，能够实现调节直流母线电压和光伏阵列输出，可实现光伏系统发电量的增加或减少，改善微电网运行的性能，并且能够降低微电网控制的难度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明实施例流程图；
图2为本发明实施例自主可再生微电网系统结构示意图；
图3为本发明实施例自主可再生微电网系统的控制方法结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本发明第一实施例提出一种自主可再生微电网系统的控制方法，如图2所示，所述自主可再生微电网系统包括，顺次连接的光伏阵列、Boost变换器、直流链路电容、三相全桥逆变电路和滤波电感，所述滤波电感的输出端连接至电网；
在本实施例中，如图2所示，自主可再生微电网系统，包括光伏阵列1，Boost变换器2，直流链路电容CDC，三相全桥逆变电路3和滤波电感Lg；
其中，光伏阵列1的正负极与Boost变换器2的输入端连接，所述Boost变换器2的输出端与直流链路电容CDC的两端及三相全桥逆变电路3的输入端连接，三相全桥逆变电路3的输出端与滤波电感Lg连接，滤波电感Lg与电网连接。
如图1所示，所述控制方法包括：
根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；
基于所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；
具体的说，本实施例中，通过电网电压的频率f及三相全桥逆变电路3的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000042
计算光伏阵列发电调整值ΔPPV。
根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号。
具体的说，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值ΔPPV、三相全桥逆变电路的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000041
确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，其中，自主可再生微电网系统的控制信号包括Boost变换器2的控制信号以及三相全桥逆变电路3的控制信号。
本发明方法根据光伏阵列的运行状况、光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定自主可再生微电网系统的控制信号，能够实现调节直流母线电压和光伏阵列输出，可实现光伏系统发电量的增加或减少，改善微电网运行的性能，并且能够降低微电网控制的难度。
可选的，所述根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值，包括：
基于所述电网电压的频率确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值。
具体的说，本实施例中，可以通过锁相环获取电网电压的频率f和相位θ，通过电网电压的频率f计算三相全桥逆变电路3的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000051
更为具体的，本实施例中，三相全桥逆变电路的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000052
满足：
Figure BDA0002507059080000053
其中，
Figure BDA0002507059080000054
式中，WE为要模拟的动能，SPV为光伏系统的额定功率，f为电网电压的频率，f0为标称频率，VDC0为直流母线的标称电压。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，包括：
根据所述光伏阵列的运行状况确定所述光伏阵列的最大发电量；
根据所述光伏阵列的最大发电量和太阳能利用率计算协调控制器的发电设置值；
根据所述协调控制器的发电设置值以及所述光伏阵列发电调整值确定所述光伏阵列的发电设置值。
可选的，根据所述光伏阵列的最大发电量和太阳能利用率计算协调控制器的发电设置值之前，所述方法还包括：
根据所述光伏阵列的最大发电量计算太阳能利用率。
具体的说，在本实施例中，如图3所示，获取Boost变换器的控制信号包括：
根据光伏阵列的运行状况估算光伏阵列的最大发电量
Figure BDA0002507059080000055
将光伏阵的最大发电量
Figure BDA0002507059080000056
通过上层优化得到太阳能利用率u*；
根据
Figure BDA0002507059080000057
和u*计算得协调控制器发电设置值PPV0；
将协调控制器发电设置值PPV0与光伏阵列的发电调整值ΔPPV求差获得光伏阵列的发电设置值PPV。
其中，在本实施例中，光伏阵列的发电调整值ΔPPV通过电网电压的频率f及三相全桥逆变电路3的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000058
计算获得，具体的：
根据所述电网电压的频率f计算获得惯性仿真的光伏系统有功功率的变化量ΔPIE，满足：
Figure BDA0002507059080000059
根据所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000061
计算获得直流母线电压控制对惯性仿真的贡献值ΔPC，满足：
Figure BDA0002507059080000062
其中，VDC为直流链路电容CDC上的电压
最后将ΔPC与ΔPIE相加得光伏阵列的发电调整值ΔPPV。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括：
根据所述光伏阵列的发电设置值与所述光伏阵列的输出电压确定所述光伏阵列的输出电流的参考值；
根据所述光伏阵列的输出电流的参考值、所述光伏阵列的发电设置值确定所述光伏阵列的输出电压的参考值；
基于调制后的所述光伏阵列的输出电压的参考值获取Boost变换器的控制信号。
具体的说，在本实施例中，获取Boost变换器的控制信号，还包括：
根据获得的光伏阵列的发电设置值PPV除以光伏阵列输出电压VPV得光伏阵列输出电流IPV的参考值
Figure BDA0002507059080000063
将
Figure BDA0002507059080000064
IPV及PPV经过PI控制器得光伏阵列输出电压VPV的参考值
Figure BDA0002507059080000065
光伏阵列输出电压VPV的参考值
Figure BDA0002507059080000066
经过调制后得Boost变换器的控制信号。
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，包括：
根据所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值、三相全桥逆变电路的输入端电压实际值以及三相全桥逆变电路的输出端无功功率确定电网电流dq分量的参考值；
根据经过坐标变换的电网电压dq分量、电网电流dq分量以及所述电网电流dq分量的参考值确定电网电压dq分量的参考值。
具体的说，在本实施例中，如图3所示，获取三相全桥逆变电路的控制信号，包括：
将电网电压vabc经过abc/dq坐标变换得电网电压dq分量vdq，将电网电流iabc经过abc/dq坐标变换得电网电流dq分量idq；
将所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值
Figure BDA0002507059080000067
三相全桥逆变电路的输入端电压实际值VDC及三相全桥逆变电路的输出端无功功率Q*通过PI控制器获得电网电流dq分量idq的参考值
Figure BDA0002507059080000071
根据所述电网电流dq分量idq的参考值
Figure BDA0002507059080000072
电网电压dq分量vdq及电网电流dq分量idq通过PI控制器获得电网电压dq分量vdq的参考值
Figure BDA0002507059080000073
可选的，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括：
对所述电网电压dq分量的参考值进行坐标变换获得电网电压参考值；
基于调制后的所述电网电压参考值获取所述三相全桥逆变电路的控制信号。
具体的说，在前述获得电网电压dq分量vdq的参考值
Figure BDA0002507059080000074
的基础上，在本实施例中，获取三相全桥逆变电路的控制信号，还包括：
将所述电网电压dq分量vdq的参考值
Figure BDA0002507059080000075
经过dq/abc坐标变换后得电网电压参考值
Figure BDA0002507059080000076
根据电网电压参考值
Figure BDA0002507059080000077
经过调制后得三相全桥逆变电路的控制信号。
本发明通过调节直流母线电压和光伏阵列输出，可实现光伏系统发电量的增加或减少。通过将提出的解决方案与先前开发的基于分布式梯度的协调算法相集成，可以改善暂态性能，并可以放宽对频率变化的苛刻要求。本发明方法使微电网工作起来像一个具有大惯性的大型电网，降低了控制的难度。
实施例二
本发明第二实施例提出一种自主可再生微电网系统的控制装置，所述控制装置包括：
数据处理单元，用于根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；
电压调整单元，用于基于所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；
控制信号生成单元，用于根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号。
本发明装置可根据光伏阵列的运行状况、光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定自主可再生微电网系统的控制信号，能够实现调节直流母线电压和光伏阵列输出，能够实现光伏系统发电量的增加或减少，改善微电网运行的性能，并且能够降低微电网控制的难度。
实施例三
本发明第三实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现第一实施例的自主可再生微电网系统的控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自主可再生微电网系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；
基于所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；
根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值，包括：
基于所述电网电压的频率确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括如下步骤：
根据所述光伏阵列的运行状况确定所述光伏阵列的最大发电量；
根据所述光伏阵列的最大发电量和太阳能利用率计算协调控制器的发电设置值；
根据所述协调控制器的发电设置值以及所述光伏阵列发电调整值确定所述光伏阵列的发电设置值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述光伏阵列的最大发电量和太阳能利用率计算协调控制器的发电设置值之前，还包括：
根据所述光伏阵列的最大发电量计算太阳能利用率。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括：
根据所述光伏阵列的发电设置值与所述光伏阵列的输出电压确定所述光伏阵列的输出电流的参考值；
根据所述光伏阵列的输出电流的参考值、所述光伏阵列的发电设置值确定所述光伏阵列的输出电压的参考值；
基于调制后的所述光伏阵列的输出电压的参考值获取Boost变换器的控制信号。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，包括：
根据所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值、三相全桥逆变电路的输入端电压实际值以及三相全桥逆变电路的输出端无功功率确定电网电流dq分量的参考值；
根据经过坐标变换的电网电压dq分量、电网电流dq分量以及所述电网电流dq分量的参考值确定电网电压dq分量的参考值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号，还包括：
对所述电网电压dq分量的参考值进行坐标变换获得电网电压参考值；
基于调制后的所述电网电压参考值获取所述三相全桥逆变电路的控制信号。
8.一种自主可再生微电网系统的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
数据处理单元，用于根据电网电压确定三相全桥逆变电路的输入端电压参考值；
电压调整单元，用于基于所述三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定光伏阵列的发电调整值；
控制信号生成单元，用于根据所述光伏阵列的运行状况、所述光伏阵列的发电调整值以及三相全桥逆变电路的输入端电压参考值确定所述自主可再生微电网系统的控制信号。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的自主可再生微电网系统的控制方法。
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