风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统及方法，由分布式发电系统、无线通信系统和监控系统三部分组成，采用交直流混合拓扑结构，具体为：主发电单元由风力发电和光伏发电等微电源构成，储能装置采用铅酸蓄电池和超级电容器组成的混合储能方式，小型风力发电及太阳能光伏发电通过电力电子变换装置汇入直流母线，混合储能装置通过双向功率变换器与直流母线连接，直流母线经过DC/AC变换器与交流母线进行能量交换，中型风力发电机接入交流母线。本发明专利技术将多代理协调控制机制应用在微网监控系统上，基于JADE平台开发多代理系统，实现微网的能量管理优化调度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微网控制技术，具体地说，是一种风光分布式发电独立微网能量 管理协调控制系统及方法。
技术介绍
目前解决无电地区用电的主要方式是应用小型风力发电或光伏发电等单一能源 户用发电系统，也有少数户用风光互补系统。这些小型可再生能源发电方式从根本上说，存 在容量小、产品效率低、供电可靠性差、发电成本高等缺点，极大地阻碍了该类发电系统的 大规模推广应用和进一步发展。 如果将地理位置邻近的风光分布式电源组成自成体系的独立微电网（以下简称 微网），既能充分发挥可再生能源发电的重要潜力，降低发电成本，又能显著提高供电质量， 将会为无电地区实现电力自给提供一条便捷有效的途径。另外，针对广大农村地区低风速 资源和太阳能资源丰富的特点，在农村电网末端接入可再生能源发电的微网进行就近供 电，不仅能够降低负荷对大电网的依赖，而且可以减少线路损耗和提供线路末端电压支撑， 无疑会对提高供电安全性和可靠性起到至关重要的作用。 能量平衡控制是微网实际运行中需要解决的关键问题之一。目前微网控制有主从 控制、对等下垂控制和分层控制三类方法。现有文献的主从控制通过对储能系统进行主控 制，对微电源进行从控制实现能量平衡，稳定独立微网的电压和频率；给出了 一种微网在孤 岛模式下的主从控制策略，由微网中央控制器决定各个变流器的控制模式；提出了微网在 联网运行时，以外电网电压和频率为参考，采用恒定功率控制，而在孤岛运行中采用主从控 制的方式。现有文献的对等下垂控制对孤岛微网的电压源逆变器采用下垂控制调节系统无 功分配，电压下垂系数根据输出功率的变化自适应调整；采用小信号状态模型分析了下垂 控制的频率下垂系数对系统稳定性的影响；通过设置电压误差带，根据独立微网母线电压 的变化分阶段进行功率电压下垂控制；提出了一种多环反馈控制器的并网逆变器，利用下 垂特性实现微网内多逆变单元间均流；采用与传统发电机相类似的下垂特性曲线，但没有 考虑系统电压与频率的恢复问题。现有文献的分层控制需要通信线路传递采集和控制信 息，构建了多代理分层控制结构，每个代理控制微网中的一个元件，通过分层控制克服了单 一代理无法解决复杂问题的局限；应用多代理分层协调控制，在满足配电网电压与电流及 馈线容量等约束条件下进行供电恢复；用CAN总线进行通讯协调控制，实现各逆变器之间 均流和环流抑制，完成并网与孤岛方式之间平滑切换；在多代理系统中使用简单应答形式 的协议,实现孤岛模式下的微网频率恢复。 目前微网控制有主从控制、对等下垂控制和分层控制三类方法。主从控制可以实 现电压和频率的无差控制，但对主控单元有很强的依赖性。对等下垂控制属于有差控制，由 于缺少通信设备，无法有效调度所有单元协调动作，有时甚至会因为某个单元的动作加剧 微网系统的波动。分层控制需要通信线路传递采集和控制信息。由于独立微网中分布式电 源、储能、负载在空间上的分散，如果依赖于有线网络传输控制信号，施工复杂且铺设线路 经济成本、维护成本较高，安装设备灵活性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种风光分布式发电独立微 网能量管理协调控制系统及方法，对各发电单元进行动态能量管理，达到提高可再生能源 发电效率和增强系统可靠性的目的。采用多代理协调控制机制，结合无线通信对独立微网 进行分层控制，发挥代理的自治性和协作性，保证各分布式电源之间能量合理分配。利用 ZigBee无线通信方式形成多跳自组织网络系统，将各单元信息上传监控中心，数据在监控 中心分析处理完成后，将得出的控制信息通过无线网络下传给各发电单元，现场控制器实 现就地控制。 其具体技术方案为： -种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统，整个微网由分布式发电系 统、监控系统和无线通信系统三部分组成。具体为： 分布式发电系统由风力发电单元、太阳能光伏发电单元、储能单元、用电负荷单元 组成。储能单元采用铅酸蓄电池和超级电容器组成的混合储能方式。微网主电路采用交直 流混合拓扑结构。小型风力发电及太阳能光伏发电单元通过电力电子变换装置汇入直流母 线，混合储能装置通过双向功率变换器与直流母线连接，直流母线经过DC/AC变换器与交 流母线进行能量交换，中型风力发电机接入交流母线。除此之外根据实际需求，可弹性加入 其它种类再生能源发电或柴油发电机作为辅助供电模式，在条件允许时，微网通过共连接 点可与公用配电网连接。 监控系统采用集散控制方式，由工控机构成的中央控制器负责监视各单元的工作 情况，协调控制各单元设备的并列运行；本地控制器负责对各单元设备进行优化控制。监控 系统基于JADE(JavaAgentDevelopmentFramework)的多代理控制方式实现。具体过程为： 由传感器采集现场信息，通过ZigBee无线通信网络上传至监控中心，由监控中心将分析与 处理后获得的控制指令通过ZigBee网络下传到现场控制器，现场控制器再按监控系统发 出的指令实时调控现场发电设备，实现微网系统的能量平衡，保证系统安全可靠运行。 无线通信系统利用ZigBee技术实现数据通信。针对微网的特点采用树形拓扑结 构，网络由终端节点、路由器、协调器三类设备构成。该树形网络由三层结构组成，第一层是 终端节点，主要采集现场设备运行中的各种信息，如：电压、电流、功率、转速等；第二层是 路由器节点，主要将终端节点的信息转发到上一层；第三层是协调器节点，主要负责网络的 组建，接受路由器节点传来的数据信息，并汇总后将数据通过串行数据总线上传至工控机。 工控机实现系统监控，通过综合整个系统的各种信息，完成系统能量管理的优化运算，再经 过协调器下传给就地设备。ZigBee组网时采取就近优先接入信道能量峰值高的节点入网方 式，数据包采用动态分配地址与虚拟物理地址结合的结构方式。虚拟物理地址'可以避 免ZigBee通信中的动态分配地址对数据传输的影响，将微网各单元的实际物理地址与传 输的数据绑定，确保多代理协调控制中各代理地址的唯一性，从而方便实现发电单元的即 插即用，增加系统扩展的灵活性，提高系统冗余度，满足独立微网控制适时性的需要。 一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制方法，包括以下步骤： 监控系统工作流程： 1)当有负载接入微网时，微网系统的能量平衡被打破，负载代理通过ZigBee网络 向工控机中的总控制代理发送支援请求； 2)总控制代理在接收到负载代理的请求后，向风力发电、光伏发电代理、储能代理 发送信息，询问各代理是否能增发电量； 3)各发电代理在接收到总控制代理的查询请求指令后，根据现场气象条件、设备 的运行情况，计算出当前状态的信息，主要有是否能增发电量和能增发电量的余度等信息。 各代理再将自己的信息上传给总控制代理； 4)总控制代理在得到各发电代理反馈的信息后，根据负载代理的请求和各发电代 理的信息进行综合逻辑判断。代理间协议的编制以负荷跟踪为目标，以储能装置充放电状 态为约束条件，控制系统各部分的运行状态，实现能量平衡，并对有能力增发电量的代理给 予增发电量指令。各代理增发电量的多少根据各发电设备容量和可以增发电量的余度综合 确定； 5)总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统，其特征在于整个微网由分布式发电系统、无线通信系统和监控系统三部分组成；具体为：分布式发电系统由风力发电单元、太阳能光伏发电单元、储能单元、用电负荷单元组成；储能单元采用铅酸蓄电池和超级电容器组成的混合储能方式；微网主电路采用交直流混合拓扑结构；小型风力发电及太阳能光伏发电单元通过电力电子变换装置汇入直流母线，混合储能装置通过双向功率变换器与直流母线连接，直流母线经过DC/AC变换器与交流母线进行能量交换，中型风力发电机接入交流母线；除此之外根据实际需求，可弹性加入其它种类再生能源发电或柴油发电机作为辅助供电模式，在条件允许时，微网通过共连接点可与公用配电网连接；监控系统采用集散控制方式，中央控制器负责监视各单元的工作情况，协调控制各单元设备的并列运行；本地控制器负责对各单元设备进行优化控制；由传感器采集现场信息通过无线通信系统上传到监控中心；监控中心将分析与处理后获得的控制指令通过无线通信系统下传到现场控制器，控制器按监控系统发出的指令实时调控现场发电设备，实现微网系统的能量平衡，保证系统安全可靠运行；无线通信系统利用ZigBee技术实现数据通信；针对微网交直流混合结构的特点，ZigBee无线通信采用树形网络拓扑结构；整个网络由终端节点、路由器、协调器三类设备构成，对应多代理结构中的本地控制层、协调层、管理层；工控机担任网络协调器功能，通过应用软件完成网络数据的维护管理。...

【技术特征摘要】
1. 一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统，其特征在于整个微网由分布 式发电系统、无线通信系统和监控系统三部分组成；具体为： 分布式发电系统由风力发电单元、太阳能光伏发电单元、储能单元、用电负荷单元组 成；储能单元采用铅酸蓄电池和超级电容器组成的混合储能方式；微网主电路采用交直流 混合拓扑结构；小型风力发电及太阳能光伏发电单元通过电力电子变换装置汇入直流母 线，混合储能装置通过双向功率变换器与直流母线连接，直流母线经过DC/AC变换器与交 流母线进行能量交换，中型风力发电机接入交流母线；除此之外根据实际需求，可弹性加入 其它种类再生能源发电或柴油发电机作为辅助供电模式，在条件允许时，微网通过共连接 点可与公用配电网连接； 监控系统采用集散控制方式，中央控制器负责监视各单元的工作情况，协调控制各单 元设备的并列运行；本地控制器负责对各单元设备进行优化控制；由传感器采集现场信息 通过无线通信系统上传到监控中心；监控中心将分析与处理后获得的控制指令通过无线通 信系统下传到现场控制器，控制器按监控系统发出的指令实时调控现场发电设备，实现微 网系统的能量平衡，保证系统安全可靠运行； 无线通信系统利用ZigBee技术实现数据通信；针对微网交直流混合结构的特点， ZigBee无线通信采用树形网络拓扑结构；整个网络由终端节点、路由器、协调器三类设备 构成，对应多代理结构中的本地控制层、协调层、管理层；工控机担任网络协调器功能，通过 应用软件完成网络数据的维护管理。2. 根据权利要求1所述的风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统，其特征在 于： 微网主电路采用交直流混合拓扑结构，可以方便各种可再生能源分布式发电单元的接 入；监控系统采用集散控制方式，在微网的通信网络正常工作情况下，监控中心采用多代理 技术控制各单元协调工作，提高系统负荷跟踪能力，共同维持系统的能量平衡，实现系统高 效安全运行；当某一发电单元的通信链路受到干扰与监控中心失去联系时，现场控制器按 提前设定的控制方案调节就地设备工作，保证整个微网系统受到的扰动最小；采用ZigBee 技术实现无线数据通信，无需考虑布线问题，而且还可以实现远距离数据传输；每个分布式 电源借助于ZigBee通信技术实现即插即用，增加系统扩展的灵活性，提高系统冗余度。3. -种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制方法，其特征包括以下步骤： 监控系统部分： 1) 当有负载接入微网时，负载代理通过ZigBee网络向工控机中的总控制代理发送支 援请求； 2) 总控制代理接收到负载代理的请求后，向风力发电、光伏发电代理、储能代理发送信 息，询问各代理是否能增发电量； 3) 各发电代理接收到总控制代理的查询请求指令后，根据现场气象条件、设备的运行 情况，计算出当前状态的信息，主要有是否能增发电量和能增发电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐志远，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15