本發(fā)明涉及應急微電網(wǎng)的控制方法，尤其是一種由移動應急電源組成的應急微電網(wǎng)的分散分層控制方法。
背景技術：
：近年來，國內(nèi)外發(fā)生了不少由冰災、雪災、臺風等極端災害導致的大面積長時間停電事件。2008年年初中國南方大部分地區(qū)遭遇長時間、大范圍的低溫、雨雪和冰凍天氣，給輸電網(wǎng)造成嚴重的破壞，導致部分城市大面積長時間停電，對該地區(qū)居民的生產(chǎn)生活造成巨大的影響。2011年3月日本福島地區(qū)的地震和海嘯，導致福島周邊地區(qū)大范圍停電，且長時間未能恢復供電，給當?shù)貛砭薮蟮慕?jīng)濟損失。隨著特高壓輸電通道的建設，由于其輸送距離遠、輸送能力強，線路受到毀壞而停運帶來的經(jīng)濟損失將更加巨大；并且在全球氣候惡化的大背景下，極端災害導致的電力系統(tǒng)停電事故將會頻繁發(fā)生。長期以來，中國電力系統(tǒng)對穩(wěn)定破壞引起的電網(wǎng)事故研究較多，重點大多集中在電力系統(tǒng)三大防線的建立等方面，提出了許多保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的措施與建議，但對因冰災、臺風、戰(zhàn)爭等災害造成電網(wǎng)崩潰，導致的城市配電網(wǎng)大面積停電情況下應急措施的研究不足。現(xiàn)代城市是重要負荷(醫(yī)院、學校等)的聚集地，遭遇極端災害導致的大面積停電事故后，如果不采取應急措施對重要負荷進行應急供電，而等待城市電網(wǎng)重新并網(wǎng)后恢復供電，會造成巨大的經(jīng)濟損失甚至可能威脅到居民的生命安全。微電網(wǎng)的概念最早由美國CERTS提出，CERTS為了進一步驗證所提出的微電網(wǎng)概念的準確性和合理性，于2006年11月開始在美國電力公司的多蘭技術中心搭建微電網(wǎng)實驗平臺，以及智能配用電系統(tǒng)實驗平臺。此外，CERTS也詳細的闡述了微電網(wǎng)的主要思想和關鍵技術。微電網(wǎng)將發(fā)電機、負荷及控制裝置等有效結合，重新組成一個小型的發(fā)配電系統(tǒng)，既可以連接電網(wǎng)并網(wǎng)運行又可以脫離電網(wǎng)孤島運行。相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)具有諸多優(yōu)勢，如控制策略豐富、運行方式靈活等。目前，集中控制和分散控制是微電網(wǎng)采用的兩種主要控制方式，集中控制通常需要建立龐大的通信網(wǎng)絡以滿足中央控制器和各發(fā)電機本地控制器信息交互的要求，并且任意節(jié)點故障容易導致全網(wǎng)性故障。相比集中控制，分散控制利用電力系統(tǒng)的天然耦合特性，不需要通信，僅利用本地信息即可實現(xiàn)微電網(wǎng)控制，可靠性更高。技術實現(xiàn)要素：為提高災害條件下城市配電網(wǎng)應急供電的能力，本發(fā)明提供一種由移動應急電源組成的應急微電網(wǎng)的分散分層控制方法，其在災害導致城市配電網(wǎng)大面積停電后，對城市配電網(wǎng)進行區(qū)域劃分，利用移動應急電源組成應急微電網(wǎng)為某一區(qū)域的重要負荷應急供電；并且可使移動應急電源在不借助中央控制器和集中通信系統(tǒng)的情況下，參與系統(tǒng)二次調(diào)頻和調(diào)壓，并且能夠按其容量等比例分攤有功負荷。本發(fā)明采用的技術方案如下：由移動應急電源組成的應急微電網(wǎng)的分散分層控制方法，其包括：1)在災害導致配電網(wǎng)大面積停電后，對城市配電網(wǎng)進行區(qū)域劃分，利用移動應急電源組成應急微電網(wǎng)為某一區(qū)域的重要負荷應急供電；2)通過頻率分散分層控制得到應急微電網(wǎng)目標頻率firef，然后根據(jù)目標頻率firef，利用調(diào)速器調(diào)節(jié)汽輪機的轉(zhuǎn)速，進而改變移動應急電源輸出的有功功率，完成對系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)；3)通過電壓分散分層控制得到目標電壓Viref，然后根據(jù)目標電壓Viref，利用勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)勵磁電壓，從而控制移動應急電源機端電壓在允許范圍內(nèi)。進一步地，步驟2)中的移動應急電源目標頻率firef通過以下公式得到：firef＝fpri(Pi)+fsec(α,firef)/(1+T1s)，其中，fpri(Pi)、fsec(α,firef)分別為通過頻率一次控制方法、頻率二次控制方法得到的頻率；s表示復頻域中的復變量，i為移動應急電源的序數(shù)，α為頻率二次控制方法的增益系數(shù)，Pi為第i臺移動應急電源輸出的有功功率，T1為頻率二次控制中低通濾波器的時間常數(shù)。頻率二次控制中低通濾波器的設計是為了實現(xiàn)與頻率一次控制在時間尺度上的解耦，使整個控制系統(tǒng)保留一次線性控制良好的動態(tài)特性，同時避免一次、二次控制同時動作可能引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。更進一步地，所述的頻率一次控制方法采用以下公式表示的線性頻率下垂控制方法：fpri(Pi)＝fmax-miPi，其中，fmax和fmin分別為應急微電網(wǎng)頻率的上限和下限，Pi和Pimax分別為移動應急電源輸出的有功功率和輸出有功功率最大值。更進一步地，所述的頻率二次控制方法采用以下公式：fsec(α,firef)＝α(f0-firef)，其中，α為頻率二次控制方法的增益系數(shù)，f0和firef分別為移動應急電源額定頻率和目標頻率。頻率二次控制的作用是通過選擇合適的α值，使系統(tǒng)頻率維持在允許的范圍內(nèi)。進一步地，步驟3)中的移動應急電源目標電壓Viref通過以下公式得到：Viref＝Vpri(Qi)+Vsec(β,Viref)/(1+T2s)，其中，Vpri(Qi)、Vsec(α,Viref)分別為通過電壓一次控制方法、電壓二次控制方法得到的電壓；s表示復頻域中的復變量，i為移動應急電源的序數(shù)，β為電壓二次控制方法的增益系數(shù)，Qi為第i臺移動應急電源輸出的無功功率，T2為電壓二次控制中低通濾波器的時間常數(shù)。更進一步地，所述的電壓一次控制方法采用以下公式表示的線性電壓下垂控制方法：Vpri(Qi)＝Vmax-niQi，其中，Vmax和Vmin分別為移動應急電源機端電壓的上限和下限，Qi和Qimax分別為第i臺移動應急電源的輸出無功功率和輸出無功功率最大值。更進一步地，所述的電壓二次控制方法采用以下公式：Vsec(β,Viref)＝β(V0-Viref)，其中，V0為額定電壓，Viref是目標電壓，β為電壓二次控制方法的增益系數(shù)。本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明能夠提高城市電網(wǎng)遭遇極端災害導致配電網(wǎng)大面積停電后的應急供電的能力，并且本發(fā)明所述的控制方法不需要借助中央控制器和通信網(wǎng)絡，僅利用本地信息即可實現(xiàn)系統(tǒng)頻率、電壓的二次調(diào)節(jié)，能夠使移動應急電源按其容量等比例分攤有功負荷，使應急微電網(wǎng)穩(wěn)定裕度最大，同時實現(xiàn)了移動應急電源的即插即用，提高了應急微電網(wǎng)運行的靈活性，此外，還具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。本發(fā)明適用于冰災、臺風、戰(zhàn)爭等災害導致城市配電網(wǎng)大面積停電后的應急供電，并且也可進一步推廣應用于以逆變器為接口的分布式電源的控制。附圖說明圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明應用例的仿真驗證中移動應急電源組網(wǎng)供電模型圖。圖3為本發(fā)明應用例仿真驗證中移動應急微電網(wǎng)頻率變化曲線。圖4為本發(fā)明應用例仿真驗證中移動應急電源機端電壓變化曲線。圖5為本發(fā)明應用例仿真驗證中移動應急電源穩(wěn)定運行時輸出的有功功率。圖6為本發(fā)明應用例仿真驗證中移動應急電源穩(wěn)定運行時輸出的無功功率。具體實施方式下面結合說明書附圖及具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明包括以下部分：1)在災害導致電網(wǎng)崩潰后，對城市配電網(wǎng)進行區(qū)域劃分，利用移動應急電源組成應急微電網(wǎng)為某一區(qū)域的重要負荷應急供電；2)通過頻率分散分層控制得到應急微電網(wǎng)目標頻率firef，然后根據(jù)目標頻率firef，利用調(diào)速器調(diào)節(jié)汽輪機的轉(zhuǎn)速，進而改變移動應急電源輸出的有功功率，完成對系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)；3)通過電壓分散分層控制得到目標電壓Viref，然后根據(jù)目標電壓Viref，利用勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)勵磁電壓，從而控制移動應急電源機端電壓在允許范圍內(nèi)。如圖1所示，所述的第2)部分中的移動應急電源目標頻率firef采用以下公式得到：firef＝fpri(Pi)+fsec(α,firef)/(1+T1s)，其中，fpri(Pi)、fsec(α,firef)分別為通過頻率一次控制方法(DFPC,DecentralizedFrequencyPrimaryControl)、頻率二次控制方法(DFSC,DecentralizedFrequencySecondaryControl)得到的頻率；s表示復頻域中的復變量，i為移動應急電源的序數(shù)，α為頻率二次控制的增益系數(shù)，Pi為第i臺移動應急電源輸出的有功功率，T1為頻率二次控制中低通濾波器的時間常數(shù)。頻率二次控制中低通濾波器的設計是為了實現(xiàn)與一次控制在時間尺度上的解耦，使整個控制系統(tǒng)(見圖1)保留一次線性控制良好的動態(tài)特性，同時避免一次、二次控制同時動作可能引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。所述的頻率一次控制方法采用如下公式所示的線性頻率下垂控制方法：fpri(Pi)＝fmax-miPi，其中，fmax和fmin分別為應急微電網(wǎng)頻率的上限和下限，Pi和Pimax分別為移動應急電源輸出的有功功率和輸出有功功率最大值。所述的頻率二次控制方法采用以下公式表示：fsec(α,firef)＝α(f0-firef)，其中，α為頻率二次控制方法的增益系數(shù)，f0和fi分別為移動應急電源額定頻率和目標頻率。頻率二次控制的作用是通過選擇合適的α，使系統(tǒng)頻率維持在允許的范圍內(nèi)。所述的第3)部分中的移動應急電源目標電壓Viref通過以下公式得到：Viref＝Vpri(Qi)+Vsec(α,Viref)/(1+T2s)，其中，Vpri(Qi)、Vsec(α,Viref)分別為通過電壓一次控制方法(DVPC,DecentralizedVoltagePrimaryControl)、電壓二次控制方法(DVSC,DecentralizedVoltageSecondaryControl)得到的電壓；s表示復頻域中的復變量，i為移動應急電源的序數(shù)，β為電壓二次控制方法的增益系數(shù)，Qi為第i臺移動應急電源輸出的無功功率，T2為電壓二次控制中低通濾波器的時間常數(shù)。所述的電壓一次控制方法采用如下公式所示的線性電壓下垂控制方法：Vpri(Qi)＝Vmax-niQi，其中，Vmax和Vmin分別為移動應急電源機端電壓的上限和下限，Qi和Qimax分別為第i臺移動應急電源輸出的無功功率和輸出的無功功率最大值。所述的電壓二次控制方法采用以下公式：Vsec(β,Viref)＝β(V0-Viref)，其中，V0為額定電壓，Viref是目標電壓，β為增益系數(shù)。本發(fā)明的應用例如下：假設災害導致城市配電網(wǎng)大面積停電后，配電網(wǎng)區(qū)域劃分的一個小區(qū)域如圖2所示，由4臺移動應急電源組成應急微電網(wǎng)對其中的重要負荷進行應急供電仿真測試。算例參數(shù)如表1所示。表1應用例仿真系統(tǒng)主要參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)值應急電源1(G1)容量/MW1應急電源2(G2)容量/MW0.7應急電源3(G3)容量/MW0.8應急電源4(G4)容量/MW0.9負荷L1/MW0.4+j0.2負荷L2/MW0.3+j0.05負荷L3/MW0.2+j0.1負荷L4/MW0.3+j0.1負荷L5/MW0.3+j0.2負荷L6/MW0.4+j0.3fmax50.5Hzfmin49.5HzVmax1.125Vmin0.875α,β20T1、T2/s1系統(tǒng)初始負荷如表1所示，應用例考慮以下4種情況：第30s時，在節(jié)點6處，投入0.5MW有功負荷；第40s時，在節(jié)點6處，切除0.5MW有功負荷；第50s時，在節(jié)點6處，投入0.5MVar無功負荷；第60s時，在節(jié)點6處，切除0.5MVar無功負荷。圖3-圖6為仿真測試結果。圖3為應急微電網(wǎng)頻率變化情況，圖4為移動應急電源機端電壓變化曲線，圖5為移動應急電源輸出的有功功率，圖6為移動應急電源輸出的無功功率。從圖3和圖4中可以看出，應急微電網(wǎng)頻率和移動應急電源機端電壓最大偏差分別發(fā)生在有功負荷投切和無功負荷投切時，但很快恢復到穩(wěn)態(tài)，且穩(wěn)態(tài)時頻率偏差小于0.025Hz，機端電壓偏差小于0.625％。從圖5中可以看出，應急電源輸出有功功率(標幺值，以各移動應急電源的容量為基準)相等，即移動應急電源能夠按其容量等比例分配有功負荷。因此，本發(fā)明能夠應用于災害導致電網(wǎng)崩潰后城市配電網(wǎng)的應急供電，并且本發(fā)明不需要微電網(wǎng)中央控制器和通信系統(tǒng)，僅利用本地信息即可實現(xiàn)應急微電網(wǎng)的二次頻率、電壓調(diào)節(jié)功能，又能夠協(xié)調(diào)各移動應急電源按其容量等比例分配有功負荷，使微電網(wǎng)穩(wěn)定裕度最大，還保持了一次線性下垂控制策略良好的動態(tài)特性。此外，移動應急電源具備即插即用功能，提高了災害條件下應急微電網(wǎng)運行的靈活性，有利于應對災害條件下的各種緊急情況，具有突出顯著的技術效果。上述具體實施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3