CN112636337A - 一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，包括大扰动故障动态鉴别元件、功率紧急控制元件，大扰动故障动态鉴别元件实时监测独立微电网内主发电机机端功率、机端电压、机端频率，当机端功率、机端电压、机端频率超出门限值时，启动异常工况持续时间判定，当异常工况时间超过延迟确认时间T0之后，置位大扰动故障标志字，判定独立微电网有大扰动故障事件发生，独立微电网大扰动故障事件发生后，启动功率紧急控制元件，优化控制独立微电网内部发电及储能设备的功率输出。本策略提高了独立微电网大扰动故障鉴别的灵敏性、准确性及功率紧急控制动作的可靠性，同时为独立微电网系统的安全、经济、环保运行提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及独立微电网大扰动故障鉴别及功率紧急控制策略领域，尤其是涉及一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略。
背景技术
随着电力自动化技术和电力电子技术的不断发展，独立型微电网智能化运行控制技术方面有了较好的技术支撑。间接的促进了独立微电网的自动化水平及应用的广泛性，独立微电网的经济、高效运行需要基于广泛的优化控制策略来实现，独立微电网日常运行过程中，在所难免的会遇到大容量负荷的突然投切、主电源的突然故障退出等大扰动故障事件，准确及时高效的鉴别到独立微电网大扰动故障事件的发生对于实现系统的安全、经济运行至关重要。因此，有充分的必要针对于独立微电网大扰动故障动态鉴别进行研究。
同时，在独立微电网中，分布式电源组合方式、资源情况、用户关注重点及系统控制水平等均不尽相同，尤其是当独立微电网面临大扰动故障状态时，常规稳态功率控制策略及控制手段，已不再适用于独立微电网的运行控制，需要采用适用于大扰动故障时的独立微电网功率紧急控制策略。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，提高独立微电网大扰动故障鉴别的灵敏性、准确性及功率紧急控制动作的可靠性，同时为独立微电网系统的安全、经济、环保运行提供了技术保障。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其包括大扰动故障动态鉴别元件、功率紧急控制元件，其中：
大扰动故障动态鉴别元件实时监测独立微电网内主发电机机端功率、机端电压、机端频率，并按照预先设定的机端功率、机端电压、机端频率门限值进行判定，当机端功率、机端电压、机端频率超出门限值时，启动异常工况持续时间判定，当异常工况时间超过延迟确认时间T0之后，置位大扰动故障标志字，判定独立微电网有大扰动故障事件发生；
对于功率紧急控制元件，当独立微电网大扰动故障事件发生后，优化控制独立微电网内部发电及储能设备的功率输出，经过T1控制周期之后，使独立微电网进入新的稳态工况。
进一步的，所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，大扰动故障动态鉴别元件对独立微电网主发电机机端多变量参数进行门限监测，包括机端功率、机端电压、机端频率。
进一步的，所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其大扰动故障动态鉴别元件包含以下步骤：
步骤3.1，预先设定机端功率门限值Pset、机端电压门限值Uset、机端频率门限值Fset及故障延时确认时间T0，执行步骤3.2；
步骤3.2，监测记录主发电机机端功率P、机端电压U、机端频率F实时值，执行步骤3.3；
步骤3.3，将主发电机机端功率P与机端功率门限值Pset进行比较，当主发电机机端功率P超出机端功率门限值Pset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.4，将主发电机机端电压U与机端电压门限值Uset进行比较，当主发电机机端电压U超出机端电压门限值Uset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.5，将主发电机机端频率F与机端频率门限值Fset进行比较，当主发电机机端频率F超出机端频率门限值Fset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.6，延时确认，判定异常时间是否大于故障延时确认时间T0，若大于则置位微电网大扰动故障标志字FLAG为1，否则，执行步骤3.2。
进一步的，所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其功率紧急控制元件包含以下步骤：
步骤4.1，实时判定微电网大扰动故障标志字FLAG，若FLAG＝1，记录当前状态为故障状态S1，并执行步骤4.2，否则执行步骤4.1，记录当前状态为稳定状态S0；
步骤4.2，启动功率紧急控制模式；优化控制电池储能单元的快速充放电功率控制，优先为独立微电网系统提供紧急功率缺口，生物质发电和风电单元继续维持原优化运行工况，记录当前状态为功率紧急控制状态S2，S2状态持续时间T1之后，执行步骤4.3；
步骤4.3，功率紧急控制结束，对生物质发电单元、电池储能单元和风电单元运行工况进行重新调整，微电网大扰动故障标志字FLAG清零，系统达到新的稳定状态S3，并返回到步骤4.1。
本发明的有益效果为：提高了独立微电网大扰动故障鉴别的灵敏性、准确性及功率紧急控制动作的可靠性，同时为独立微电网系统的安全、经济、环保运行提供了技术保障。
附图说明
图1为本发明一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略流程图。
图2是本发明实施例所使用的风/柴/储/生物质能源独立微电网算例系统。
图3是本发明实施例提供的生物质系统意外退出时的系统暂态过程。
图4是本发明实施例提供的单台WTG意外退出时的系统暂态过程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，该系统包括大扰动故障动态鉴别元件、功率紧急控制元件，其中：
大扰动故障动态鉴别元件实时监测独立微电网内主发电机机端功率、机端电压、机端频率，并按照预先设定的机端功率、机端电压、机端频率门限值进行判定，当机端功率、机端电压、机端频率超出门限值时，启动异常工况持续时间判定，当异常工况时间超过延迟确认时间T0之后，置位大扰动故障标志字FLAG，判定独立微电网有大扰动故障事件发生；
对于功率紧急控制元件，当独立微电网大扰动故障事件发生后，优化控制独立微电网内部发电及储能设备的功率输出，经过T1控制周期之后，使独立微电网进入新的稳态工况S3；
所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，大扰动故障动态鉴别元件对独立微电网主发电机机端多变量参数进行门限监测，包括机端功率、机端电压、机端频率；
所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其大扰动故障动态鉴别元件包含以下步骤：
步骤3.1，预先设定机端功率门限值Pset、机端电压门限值Uset、机端频率门限值Fset及故障延时确认时间T0，执行步骤3.2；
步骤3.2，监测记录主发电机机端功率P、机端电压U、机端频率F实时值，执行步骤3.3；
步骤3.3，将主发电机机端功率P与机端功率门限值Pset进行比较，当主发电机机端功率P超出机端功率门限值Pset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.4，将主发电机机端电压U与机端电压门限值Uset进行比较，当主发电机机端电压U超出机端电压门限值Uset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.5，将主发电机机端频率F与机端频率门限值Fset进行比较，当主发电机机端频率F超出机端频率门限值Fset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.6，延时确认，判定异常时间是否大于故障延时确认时间T0，若大于则置位微电网大扰动故障标志字FLAG为1，否则，执行步骤3.2；
所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其功率紧急控制元件包含以下步骤：
步骤4.1，实时判定微电网大扰动故障标志字FLAG，若FLAG＝1，记录当前状态为故障状态S1，并执行步骤4.2，否则执行步骤4.1，记录当前状态为稳定状态S0；
步骤4.2，启动功率紧急控制模式；优化控制电池储能单元的快速充放电功率控制，优先为独立微电网系统提供紧急功率缺口，生物质发电和风电单元继续维持原优化运行工况，记录当前状态为功率紧急控制状态S2，S2状态持续时间T1之后，执行步骤4.3；
步骤4.3，功率紧急控制结束，对生物质发电单元、电池储能单元和风电单元运行工况进行重新调整，微电网大扰动故障标志字FLAG清零，系统达到新的稳定状态S3，并返回到步骤4.1。
为验证本文提出的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，在风/柴/储/生物质能源独立微电网算例系统进行测试。图2是验证本发明所使用的风/柴/储/生物质能源独立微电网算例系统，在案例计算中，柴油发电机的最大短时功率输出PD_max、最小功率输出PD_min和基准出力PD_base分别取为1.5PDn、0.3PDn和0.5PDn：
PD,res_nor＝PDn-PD_base＝PDn-0.5PDn＝0.5PDn (1)
PD,res_em＝PD_max-PD_base＝1.5PDn-0.5PDn＝PDn (2)
电池储能单元，SOCmin、SOCdown、SOCup、SOCmax、rl和rh分别取0.1、0.3、0.85、0.9、0.2和0.6，储能单元能提供的紧急功率最小PE,res_em为：
PE,res_em＝PE_hi-PE_low＝0.6PEn-0.2PEn＝0.4PEn (3)
PE_hi为储能单元较大充放电功率上限；PE_low为较小充放电时功率下限；
Pset＝50kW，Uset＝0.05pu，Fset＝0.03pu，T0＝2s，T1＝10s。
图3是本发明实施例提供的生物质系统意外退出时的系统暂态过程。
图4是本发明实施例提供的单台WTG意外退出时的系统暂态过程。
对于本发明实施例提供的生物质系统意外退出造成的独立微电网大扰动故障，下表为对应过程状态序列的具体说明：
表1生物质系统意外退出造成大扰动故障时的状态序列
图3中，在T＝3s时，额定功率下的生物质发电机组意外迭机，造成系统大的功率缺额，柴油发电机第一时间承担该部分功率缺额，大扰动故障动态鉴别元件启动，并监测到发电机机端电压、机端功率、机端频率越限，启动异常工况持续时间判定，当异常工况时间超过延迟确认时间T0＝2s之后，即T＝5s时，置位大扰动故障标志字FLAG＝1，判定独立微电网有大扰动故障事件发生；触发功率紧急控制，在T＝5s到T＝15s的10s调控周期内，电池储能单元以大的放电倍率进行功率快速支持，柴油发电机逐步恢复到合理运行工况，T＝15s时，功率紧急控制模式退出，进入正常稳态运行。
对于本发明实施例提供的单台WTG意外退出造成的独立微电网大扰动故障，下表为对应过程状态序列的具体说明：
表2单台WTG意外退出造成大扰动故障时的状态序列
图4中，T＝3s时，单风机故障切除瞬间，系统功率的瞬时缺额由柴油发电机和生物质发电机组第一时间承担，随着生物质发电机组出力迅速调节至故障前水平，系统全部功率缺额将由主柴油发电机全部承担，造成发电机机端电压、机端功率、机端频率越限，并瞬时启动大扰动故障动态鉴别元件，经过T0＝2s之后，在T＝5s时，置位大扰动故障标志字FLAG＝1，并触发功率紧急控制单元，进入功率紧急调控周期；T＝15s时，剩余两台风机由之前的限功率状态改为最大功率跟踪控制，桨距角迅速降低到0°，电池储能系统又恢复为充电状态，存储部分风电的输出；功率紧急调控周期的暂态过程中，柴油发电机组和生物质发电机组同为同步电机，两者转速标幺值曲线基本重合，整个系统的电压幅值和频率更为稳定。
本发明提出的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，针对生物质系统意外退出及单台WTG意外退出造成微电网大扰动故障两种工况分别进行验证，结果表明：本发明提高了独立微电网大扰动故障鉴别的灵敏性、准确性及功率紧急控制动作的可靠性，同时为独立微电网系统的安全、经济、环保运行提供了技术保障。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其包括大扰动故障动态鉴别元件、功率紧急控制元件，其中：
大扰动故障动态鉴别元件实时监测独立微电网内主发电机机端功率、机端电压、机端频率，并按照预先设定的机端功率、机端电压、机端频率门限值进行判定，当机端功率、机端电压、机端频率超出门限值时，启动异常工况持续时间判定，当异常工况时间超过延迟确认时间T0之后，置位大扰动故障标志字，判定独立微电网有大扰动故障事件发生；
对于功率紧急控制元件，当独立微电网大扰动故障事件发生后，优化控制独立微电网内部发电及储能设备的功率输出，经过T1控制周期之后，使独立微电网进入新的稳态工况。
2.基于权利要求1所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其特征在于：
大扰动故障动态鉴别元件对独立微电网主发电机机端多变量参数进行门限监测，包括机端功率、机端电压、机端频率。
3.基于权利要求1所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其特征在于，大扰动故障动态鉴别元件包含以下步骤：
步骤3.1，预先设定机端功率门限值Pset、机端电压门限值Uset、机端频率门限值Fset及故障延时确认时间T0，执行步骤3.2；
步骤3.2，监测记录主发电机机端功率P、机端电压U、机端频率F实时值，执行步骤3.3；
步骤3.3，将主发电机机端功率P与机端功率门限值Pset进行比较，当主发电机机端功率P超出机端功率门限值Pset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.4，将主发电机机端电压U与机端电压门限值Uset进行比较，当主发电机机端电压U超出机端电压门限值Uset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.5，将主发电机机端频率F与机端频率门限值Fset进行比较，当主发电机机端频率F超出机端频率门限值Fset之后，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.2；
步骤3.6，延时确认，判定异常时间是否大于故障延时确认时间T0，若大于则置位微电网大扰动故障标志字FLAG为1，否则，执行步骤3.2。
4.基于权利要求1所述的一种独立微电网大扰动故障动态鉴别及功率紧急控制策略，其特征在于，功率紧急控制元件包含以下步骤：
步骤4.1，实时判定微电网大扰动故障标志字FLAG，若FLAG=1，记录当前状态为故障状态S1，并执行步骤4.2，否则执行步骤4.1，记录当前状态为稳定状态S0；
步骤4.2，启动功率紧急控制模式；优化控制电池储能单元的快速充放电功率控制，优先为独立微电网系统提供紧急功率缺口，生物质发电和风电单元继续维持原优化运行工况，记录当前状态为功率紧急控制状态S2，S2状态持续时间T1之后，执行步骤4.3；
步骤4.3，功率紧急控制结束，对生物质发电单元、电池储能单元和风电单元运行工况进行重新调整，微电网大扰动故障标志字FLAG清零，系统达到新的稳定状态S3，并返回到步骤4.1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210409 |
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