專利名稱：適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法。
背景技術(shù)：
將分布式電源以微電網(wǎng)的形式構(gòu)成電氣“孤立”運(yùn)行，是并網(wǎng)型微電網(wǎng)在受擾動(dòng)時(shí)的一種運(yùn)行模式，也是適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)和海島的一種供電方式。孤立微電網(wǎng)是由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)于孤立型微電網(wǎng)的控制主要分為兩種模式對(duì)等控制模式和主從控制模 式。對(duì)等控制模式模擬同步電機(jī)的下垂特性對(duì)頻率和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，不同微源的下垂特性與外部系統(tǒng)的阻抗特性密切相關(guān)，其參數(shù)在實(shí)際工程中很難整定，目前該控制模式仍處于實(shí)驗(yàn)室階段；主從控制模式是目前孤立型微電網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用的一種模式，通常由主控電源提供系統(tǒng)頻率和電壓的參考，從屬電源僅起跟隨作用，系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)主控電源的依賴很大，當(dāng)系統(tǒng)功率波動(dòng)越出主控電源的備用范圍時(shí)，系統(tǒng)將面臨失穩(wěn)。目前國(guó)內(nèi)外主要圍繞風(fēng)光儲(chǔ)/光儲(chǔ)/風(fēng)儲(chǔ)互補(bǔ)微電網(wǎng)開展控制措施研究，這幾種類型的微電網(wǎng)通常規(guī)模小，且以儲(chǔ)能作為主控電源。對(duì)于負(fù)荷需求較大，而新能源發(fā)電量不足的孤立微電網(wǎng)，需要增加柴油發(fā)電機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)作為供電形式的補(bǔ)充。在含柴儲(chǔ)的孤立型微電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于柴油發(fā)電機(jī)具有很強(qiáng)的過(guò)載能力和頻率電壓調(diào)節(jié)能力，工程中通常以柴油發(fā)電機(jī)作為主控電源或平衡節(jié)點(diǎn)。從有關(guān)學(xué)者對(duì)該類型系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究結(jié)論中可以發(fā)現(xiàn)，微電網(wǎng)中熱備用較小，抗擾動(dòng)能力弱，功率波動(dòng)或系統(tǒng)故障主要引發(fā)頻率穩(wěn)定問(wèn)題，這使得快速、穩(wěn)定、易于操作的頻率控制方法顯得尤為重要。目前的頻率控制方法主要為分散就地控制在分散控制方式中，各微源當(dāng)?shù)乜刂破骱拓?fù)荷控制器搜集本地信息，進(jìn)行就地決策，其控制思想是要最大程度地實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)分布式單元和負(fù)荷的自治。雖然分散式控制降低了對(duì)微電網(wǎng)中央控制器MGCC的功能要求，但在整體協(xié)調(diào)控制功能上卻大大降低，難以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)整體性能的最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)方法存在的不足，本發(fā)明提出一種適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法，以提高孤立型微電網(wǎng)運(yùn)行的頻率穩(wěn)定性。該方法適用于由柴油發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能和新能源組成的孤立型微電網(wǎng)系統(tǒng)。一種適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法，其特征是頻率控制系統(tǒng)由中央決策層和就地決策層組成，通過(guò)微源間的相互協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻功能，其特征在于一次調(diào)頻由柴油發(fā)電機(jī)、中央決策層和儲(chǔ)能配合完成，當(dāng)系統(tǒng)功率波動(dòng)在柴油發(fā)電機(jī)的備用區(qū)間內(nèi)時(shí)，重新穩(wěn)定后功率波動(dòng)由柴油發(fā)電機(jī)承擔(dān)，系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定值50Hz ;系統(tǒng)功率波動(dòng)超出柴油發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)備用時(shí)，系統(tǒng)功率波動(dòng)與旋轉(zhuǎn)備用限值之間的功率缺額由中央決策層分配給儲(chǔ)能承擔(dān)，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定于中央決策層一次調(diào)頻死區(qū)下限；系統(tǒng)功率波動(dòng)超出柴油發(fā)電機(jī)調(diào)峰備用時(shí)，系統(tǒng)功率波動(dòng)與調(diào)峰備用限值的功率差值由中央決策層分配給儲(chǔ)能承擔(dān)，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定于中央決策層一次調(diào)頻死區(qū)上限，中央決策層輔助一次調(diào)頻方法如下第一步檢測(cè)系統(tǒng)頻率，當(dāng)測(cè)量頻率值越出輔助一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，啟動(dòng)中央決策層一次調(diào)頻功能，死區(qū)設(shè)置的原則是與柴油發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)特性相配合，并避免儲(chǔ)能有功參考值的頻繁調(diào)節(jié)，中央決策層一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)置的推薦值為49. 5Hz-50. 5Hz，可以根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的綜合頻率特性對(duì)死區(qū)范圍進(jìn)行調(diào)整；第二步頻率波動(dòng)Λ f通過(guò)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，將微網(wǎng)頻率采樣值與頻率額定值50Hz做差后經(jīng)低通濾波器，然后分別送入正偏差控制通道和負(fù)偏差控制通道，在正、負(fù)偏差控制通道中與頻率調(diào)節(jié)死區(qū)做差后送入PI控制器，PI控制器輸出進(jìn)行功率限幅后，最終將正偏差通道和負(fù)偏差通道輸出加和后作為儲(chǔ)能系統(tǒng)有功參考變化值Pf ；第三步檢測(cè)儲(chǔ)能S0C，設(shè)N臺(tái)儲(chǔ)能運(yùn)行于允許的SOC區(qū)間內(nèi)，將Pf按照下列原則分配至N臺(tái)儲(chǔ)能，作為儲(chǔ)能下一時(shí)刻有功參考值的變化值A(chǔ)Pi(t+l)
權(quán)利要求
1.ー種適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法，其特征是頻率控制系統(tǒng)由中央決策層和就地決策層組成，通過(guò)微源間的相互協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一次調(diào)頻和ニ次調(diào)頻功能，其特征在于一次調(diào)頻由柴油發(fā)電機(jī)、中央決策層和儲(chǔ)能配合完成，當(dāng)系統(tǒng)功率波動(dòng)在柴油發(fā)電機(jī)的備用區(qū)間內(nèi)時(shí)，重新穩(wěn)定后功率波動(dòng)由柴油發(fā)電機(jī)承擔(dān)，系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定值50HZ ;系統(tǒng)功率波動(dòng)超出柴油發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)備用時(shí)，系統(tǒng)功率波動(dòng)與旋轉(zhuǎn)備用限值之間的功率缺額由中央決策層分配給儲(chǔ)能承擔(dān)，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定于中央決策層一次調(diào)頻死區(qū)下限；系統(tǒng)功率波動(dòng)超出柴油發(fā)電機(jī)調(diào)峰備用時(shí)，系統(tǒng)功率波動(dòng)與調(diào)峰備用限值的功率差值由中央決策層分配給儲(chǔ)能承擔(dān)，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定于中央決策層一次調(diào)頻死區(qū)上限，中央決策層輔助一次調(diào)頻方法如下 第一歩檢測(cè)系統(tǒng)頻率，當(dāng)測(cè)量頻率值越出輔助一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，啟動(dòng)中央決策層一次調(diào)頻功能，死區(qū)設(shè)置的原則是與柴油發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)特性相配合，并避免儲(chǔ)能有功參考值的頻繁調(diào)節(jié)，中央決策層一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)置的推薦值為49. 5Hz-50. 5Hz，可以根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的綜合頻率特性對(duì)死區(qū)范圍進(jìn)行調(diào)整； 第二步頻率波動(dòng)Λ f通過(guò)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，將微網(wǎng)頻率采樣值與頻率額定值50Hz做差后經(jīng)低通濾波器，然后分別送入正偏差控制通道和負(fù)偏差控制通道，在正、負(fù)偏差控制通道中與頻率調(diào)節(jié)死區(qū)做差后送入PI控制器，PI控制器輸出進(jìn)行功率限幅后，最終將正偏差通道和負(fù)偏差通道輸出加和后作為儲(chǔ)能系統(tǒng)有功參考變化值Pf ； 第三步檢測(cè)儲(chǔ)能SOC，設(shè)N臺(tái)儲(chǔ)能運(yùn)行于允許的SOC區(qū)間內(nèi)，將Pf按照下列原則分配至N臺(tái)儲(chǔ)能，作為儲(chǔ)能下ー時(shí)刻有功參考值的變化值A(chǔ)Pi(t+l) +i)=±#is -β ω -取):".:ネ順-Q2xm-pMmち >0，取 + ;Pf <0， 取下一時(shí)刻第i臺(tái)儲(chǔ)能參考值Pi (t+1) = Pi ω + ΔΡ, (t+1)； 第四步檢查儲(chǔ)能新的有功參考值Pi (t+1)是否超過(guò)儲(chǔ)能限值，如果有M臺(tái)儲(chǔ)能功率越限，則將儲(chǔ)能有功參考值按照限值設(shè)置，設(shè)N = N-M, Pf = Pf-M臺(tái)儲(chǔ)能有功變化值之和，返回第三歩；否則，轉(zhuǎn)到第四歩； 第五步將儲(chǔ)能新的有功參考值下達(dá)至相應(yīng)的PCS，儲(chǔ)能輸出功率跟隨新的有功參考值變化； 上述步驟中，Pf為儲(chǔ)能系統(tǒng)有功變化值的總和，N為運(yùn)行于SOC允許區(qū)間內(nèi)的儲(chǔ)能數(shù)，Si為第i臺(tái)儲(chǔ)能PCS的額定視在功率，Pi (t+Ι)為第i臺(tái)儲(chǔ)能在t+Ι時(shí)刻恒P-Q控制模式中的有功參考值，充電功率取負(fù)值，放電功率取正值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于二次調(diào)頻由中央決策層與就地決策層配合完成，設(shè)置一定的延時(shí)，避開一次調(diào)頻的動(dòng)作時(shí)間區(qū)間，為使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定頻率并使柴油發(fā)電機(jī)留有一定的旋轉(zhuǎn)備用或調(diào)峰備用，當(dāng)系統(tǒng)頻率小于輔助一次調(diào)頻死區(qū)下限且持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的啟動(dòng)延吋，頻率按照重新分配分布式儲(chǔ)能的功率、増加新能源出力、柴油發(fā)電機(jī)啟機(jī)的順序進(jìn)行二次調(diào)整；當(dāng)系統(tǒng)頻率大于輔助一次調(diào)頻死區(qū)上限且持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的啟動(dòng)延吋，頻率按照重新分配分布式儲(chǔ)能的功率、柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)、限制新能源出力的順序進(jìn)行二次調(diào)整，中央決策層ニ次調(diào)頻方法如下第一歩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)頻率f·，若f≥fupl或f≤fdOTnl，跳轉(zhuǎn)第二步； 第二步計(jì)算時(shí)間延時(shí)T，若TH，t為二次調(diào)頻動(dòng)作延時(shí)，跳轉(zhuǎn)第三歩；否則，返回第一 少； 第三步若f≥fupl，跳轉(zhuǎn)第四步ば≤(fdOTnl，跳轉(zhuǎn)第五步； 第四歩設(shè)
全文摘要
一種適用于含柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)的頻率分層協(xié)調(diào)控制方法，頻率控制系統(tǒng)由中央決策層和就地決策層組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻功能，一次調(diào)頻由就地決策層的柴油發(fā)電機(jī)作為主調(diào)節(jié)單元，中央決策層中設(shè)置死區(qū)的PI控制器和就地決策層的分布式儲(chǔ)能組成輔助一次調(diào)頻單元，兩個(gè)層級(jí)相互協(xié)調(diào)配合完成對(duì)頻率的一次調(diào)節(jié)。當(dāng)頻率穩(wěn)定于輔助一次調(diào)頻死區(qū)上限或下限時(shí)，啟動(dòng)二次調(diào)頻功能；二次調(diào)頻由中央決策層二次調(diào)頻模塊和就地決策層的微源協(xié)調(diào)配合完成，通過(guò)重新設(shè)置分布式儲(chǔ)能的有功參考值、調(diào)整新能源出力、啟停柴油發(fā)電機(jī)、負(fù)荷控制等方式，調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)備用或調(diào)峰備用，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定頻率運(yùn)行。本發(fā)明可以充分協(xié)調(diào)利用不同微源的響應(yīng)特性對(duì)系統(tǒng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)孤立微電網(wǎng)簡(jiǎn)單、快捷的穩(wěn)定控制，具有較強(qiáng)的魯棒性和靈活性，能夠滿足孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。
文檔編號(hào)H02J3/28GK102709906SQ201210148650
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者習(xí)偉, 付超, 柳勇軍, 段衛(wèi)國(guó), 王科, 董旭柱, 金小明, 陸志剛, 陳建斌, 陳柔伊, 雷金勇 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司