一种储配一体化设计微网控制方法技术

本发明专利技术公开了一种储配一体化设计微网控制方法。它以分布于各微网内的储能阵列为核心控制对象，实现相连微网群的有功、无功自动平衡控制，其具体步骤为：在联网、并网状态下，通过能量管理模块计算交换功率定值并分配给各微网控制模块；各微网控制模块可在孤网状态下独立维持网内功率平衡，并与能量管理模块协同实现联网、并网状态下的各分布式发电单元的定值分配。本发明专利技术在无外网电源支持的邻近微网间通过低压和中压两级配网实现功率互济，提高了微网运行可靠性；使微网能在多种工况间不断电迁移，自动保持发电用电功率的平衡，提高电能质量，满足安全用电要求。最大化利用风、光等清洁发电资源，最小化利用油电以减少对环境的污染。

【技术实现步骤摘要】
一种储配一体化设计微网控制方法
本专利技术属于微型配电网
，具体涉及一种储配一体设计微型配电网控制方法。
技术介绍
在孤立运行的微型配电网中接入分布式风力、光伏发电单元，能提高用能环保性，解决过度依赖柴油发电带来的污染和成本高企的问题。但与此同时，用户面临发电出力间歇、电能质量不高的问题。通过加入储能单元能缓解上述问题，但容易因风、光发电量或储能容量不足、储能单元出现故障导致无法向用户可靠供电，频繁启动油电单元则与降低用电成本的目的相违背，同时环境污染问题也得不到彻底解决。在电网接入条件较好地区的配电网一般都具备连接输电网的能力，可经由配电网，利用远方电源的发电能力提高微型配电网用户的用电经济性、在配电网故障或电力供需失衡时实现功率支援、吸收配电网内过剩的电量。但国内输电网中传输电量的绝大部分仍来源于燃煤发电，碳排放量巨大。在大型输电网中高比例的接入可再生能源发电的技术尚不成熟，短期内难以实现，并不利于国家节能减排目标的早日实现。
技术实现思路
为克服上述技术的缺点，本专利技术旨在提供一种以协调外部电源及多个含风光油储的微型配电网、实现多种运行状态间不断电迁移、自动实现网间和网内发电用电功率平衡，最大化利用风、光等分布式清洁发电单元，利用储能容量实现不增加配电网改造投资的动态增容，在用户高峰用电、储能等关键元件故障情况时利用低压和中压两级互联配电网实现功率互济，提高用电可靠性、经济性、环保性的微型配电网系统。为解决上述技术问题，本专利技术是采用以下技术方案实现：一种储配一体设计微型配电网控制方法，具体包括以下过程：使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于低压（特指380-420V）部分的储配一体化设计微型配电网（以下简称微网）可以实现联网运行；反之所述微网进入孤网运行。当处于联网运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关，使联网运行的所述微网再通过中压（特指10kV）交流网与外界输电网及电源（以下简称为外网电源）相连接，则所述微网进入并网运行状态。多个处于联网或并网运行状态的微网如果通过配电网相连，则合并称为相连微网群。所述微网内储能阵列的最大放电总功率PD应不小于网内全部交流负荷的最大用电总功率PM。为减少对油电单元的利用，储能阵列存储的最大电量应不小于1个计划内外网停电周期的负荷用电量。要保证孤网条件下的长时间供电，所述微网内油电单元1个周期（如1个典型日）的发电量（额定功率PO与周期时长的乘积）不应小于该周期内负荷的用电量。同时，如果所述外网电源按预定计划主动调整出力，称为“协议内外源调整”；否则称为“协议外外源调整”。为控制上述并网、联网或孤网运行状态下的微网，按照“就近互济、并网充电、风光储油依次调度”为目标实施全网有功平衡控制策略，将所述相连微网群的功率平衡需求实时分配到每个分布式发电元件。能量管理模块负责所述相连微网群的有功功率互济及所述中压交流网的监控和保护，同时管理员通过其中的能量监控与显示模块观察全网运行情况，发出调度和控制指令，通过拓扑控制模块实现对全网断路开关的控制。每过Δt的时间间隔，通过能量管理模块中网控信息模块收集所述外网发电功率信息、所述相连微网群中各微网发电、用电功率信息以及网络拓扑信息。上述信息不仅通过能量监控与显示模块以数字和图形的方式向管理员展示，其结果也送入功率互济模块。所述功率互济模块根据所述网控信息模块传入的信息，按照如下规则计算得出所述相连微网群各网的交换功率定值：1）将并网状态先分为协议外源非调整期和多个协议外源调整期，通过所述能量监控与显示模块增减协议外源调整期及设置其起止时间、调整功率等信息：1.1）在协议外源非调整期，对所述相连微网群中任一微网，由所述外网电源满足各微网负荷用电及所述储能阵列充电需求，风光发电功率仍优先利用，具体为：其交换功率定值PT(负值表示流入微网的功率)取-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；PC为该微网交流变压器的最大通过容量，PA等于-(PL+PR-PW)，其中PL为网内全部交流负荷实测总功率，PW为网内全部风、光出力参考值之和，PR为网内储能阵列的最大可用充电总功率（已充满的储能阵列功率应计为0）；1.2）在协议外源调整期，当所述外网电源不足以满足全部用电、充电需求时，等比例降低各微网的交换功率；同时在调整期逐步释放功率调整量以减缓对电能质量的冲击，如果为功率向上调整（即外网电源增加供给），应在调整期内逐步减小储能阵列发出的功率；反之如果为功率向下调整（即外网电源减少供给），应在调整期内逐步增加储能阵列发出的功率，具体调整方法包括但不限于下述线性调整方法：按照时间-功率平面上（当前时刻，当前外网功率）、（调整期结束时刻，调整后功率）2点连线，在直线上取对应时刻的功率作为外网功率定值PX；如果PX大于所有微网的Gi值之和，则将PX设置为所有微网的Gi值之和，Gi为-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；对所述相连微网群中任一微网（下列以符号i表示受关注的枚举个体），其交换功率定值PT等于权重系数Wi与PX的乘积，其中Wi取Gi除以所有微网的Gi值之和；2）在联网状态下，对所述相连微网群中任一微网，PT按照以下规则计算：2.1）在第1次计算时，获得各微网的功率不平衡量：2.1.1）如果连接风、光、油电单元与逆变单元的断路开关闭合，并且风、光、油电最大出力超过负荷，即PW+PO>PL+ε（ε为足够小正数）时，PT设置为0，同时设置不平衡功率辅助变量ΔP为PW+PO-PL和PC之中的较小值；2.1.2）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风、光、油最大出力不大于负荷，即PW+PO≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PW+PO-PL与-PC之中的较大值；2.1.3）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率大于负荷，即PD>PL+ε时，PT设置为0，ΔP设置为PD-PL和PC之中的较小值；2.1.4）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率不大于负荷，即PD≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PD-PL与-PC之中的较大值；2.2）在第2次计算时，实现各微网功率不平衡量在具备互济条件的邻近微网的分配：2.2.1）如果需向外寻求功率互济，即ΔP<-ε时，记Δ=-ΔP，读取互济队列（每个微网的互济队列并不相同，由管理员根据就近互济原则事先设置，通常按照电气距离或其它决定网损的指标按更有利于降低互济时网损的顺序排列），按照队列次序，对遍历到的任一队列中的微网，根据以下规则修改PT：2.2.1.1）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应不大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP≤Δ时，将ΔP累加到PT，Δ设置为Δ-ΔP，ΔP设置为0；2.2.1.2）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP>Δ时，将Δ累加到PT，Δ设置为0，ΔP设置为ΔP-Δ；2.2.1.3）如果遍历结束并且Δ>ε，通过所述能量监控与显示模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；3）在孤网状态下，对所述微网，PT设置为0，并进行如下计算：3.1）如果连接风、光、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储配一体设计微网控制方法，其特征在于，具体包括以下过程：使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于低压（特指380‑420V）部分的储配一体化设计微型配电网（以下简称微网）可以实现联网运行；反之所述微网进入孤网运行。

【技术特征摘要】
1.一种储配一体化设计微网控制方法，其特征在于，具体包括以下过程：使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于380-420V低压部分的储配一体化设计微网可以实现联网运行；反之该微网进入孤网运行；当处于联网运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关，使联网运行的所述微网再通过中压交流网与外网电源相连接，则所述微网进入并网运行状态；多个处于联网或并网运行状态的所述微网如果通过配电网相连，则合并构成相连微网群；所述微网内储能阵列的最大放电总功率PD应不小于网内全部交流负荷的最大用电总功率PM；所述储能阵列存储的最大电量应不小于1个计划内外网停电周期的负荷用电量，以减少对油电单元的利用；所述微网内油电单元1个周期的发电量不应小于该周期内负荷的用电量，以保证孤网条件下的长时间供电；同时，如果所述外网电源按预定计划主动调整出力，称为“协议内外源调整”，否则称为“协议外外源调整”；将所述相连微网群的功率平衡需求实时分配到每个分布式发电元件，实施全网有功平衡控制策略，用以控制上述并网、联网或孤网运行状态下的微网；能量管理模块负责所述相连微网群的有功功率互济及所述中压交流网的监控和保护，同时管理员通过其中的能量监控与显示模块观察全网运行情况，发出调度和控制指令，通过拓扑控制模块实现对全网断路开关的控制；每过Δt的时间间隔，通过能量管理模块中网控信息模块收集外网发电功率信息、所述相连微网群中各微网发电、用电功率信息以及网络拓扑信息；上述信息通过能量监控与显示模块以数字和图形的方式向管理员展示，其结果同时被送入功率互济模块；功率互济模块根据所述网控信息模块传入的信息，按照如下规则计算得出所述相连微网群各网的交换功率定值：1）将并网状态先分为协议内外源非调整期和多个协议内外源调整期，通过所述能量监控与显示模块增减协议内外源调整期及设置其起止时间、调整功率信息：1.1）在协议内外源非调整期，对所述相连微网群中任一微网，由所述外网电源满足各微网负荷用电及所述储能阵列充电需求，风光发电功率仍优先利用，具体为：其交换功率定值PT取-PC和最大可吸收功率PA中的较大值，负值表示流入微网的功率；PC为该微网交流变压器的最大通过容量，PA等于=-(PL+PR-PW)，其中PL为网内全部交流负荷实测总功率，PW为网内全部风、光出力参考值之和，PR为网内储能阵列的最大可用充电总功率，已充满的储能阵列功率应计为0；1.2）在协议内外源调整期，当所述外网电源不足以满足全部用电、充电需求时，等比例降低各微网的交换功率；同时在调整期逐步释放功率调整量以减缓对电能质量的冲击，如果为功率向上调整，应在调整期内逐步减小储能阵列发出的功率；反之如果为功率向下调整，应在调整期内逐步增加储能阵列发出的功率，具体调整方法包括下述线性调整方法：按照时间-功率平面上当前时刻的当前外网功率和调整期结束时刻的调整后功率的这2点连线，在直线上取对应时刻的功率作为外网功率定值PX；如果PX大于所有微网的Gi值之和，则将PX设置为所有微网的Gi值之和，Gi为-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；对所述相连微网群中任一微网，其交换功率定值PT等于权重系数Wi与PX的乘积，其中Wi取Gi除以所有微网的Gi值之和；以符号i表示受关注的枚举个体；2）在联网状态下，对所述相连微网群中任一微网，PT按照以下规则计算：2.1）在第1次计算时，获得各微网的功率不平衡量：2.1.1）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力超过负荷，即PW+PO>PL+ε，且ε为足够小正数时，PT设置为0，同时设置不平衡功率辅助变量ΔP为PW+PO-PL和PC之中的较小值；2.1.2）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力不大于负荷，即PW+PO≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PW+PO-PL与-PC之中的较大值；2.1.3）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率大于负荷，即PD>PL+ε时，PT设置为0，ΔP设置为PD-PL和PC之中的较小值；2.1.4）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率不大于负荷，即PD≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PD-PL与-PC之中的较大值；2.2）在第2次计算时，实现各微网功率不平衡量在具备互济条件的邻近微网的分配：2.2.1）如果需向外寻求功率互济，即ΔP<-ε时，记Δ=-ΔP，读取互济队列，按照队列次序，对遍历到的任一队列中的微网，根据以下规则修改PT：2.2.1.1）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应不大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP≤Δ时，将ΔP累加到PT，Δ设置为Δ-ΔP，ΔP设置为0；2.2.1.2）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP>Δ时，将Δ累加到PT，Δ设置为0，ΔP设置为ΔP-Δ；2.2.1.3）如果遍历结束并且Δ>ε，通过所述能量监控与显示模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；3）在孤网状态下，对所述微网，PT设置为0，并进行如下计算：3.1）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力小于负荷，即PW+PO<PL-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；3.2）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率小于负荷，即PD<PL-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；所述功率互济模块将计算得到的所述相连微网群中各个微网的交换功率定值PT送入信息总线；此外，如果处于联网或并网状态、外网电源未停止供电时，所述能量管理模块内的相位同步模块从中压交流量测单元获取交流电压的相位信号；如果外网电源停止供电，周边输电网停电时，所述相位同步模块利用自身产生的工频交流信号作为所述逆变单元的相位信号；该信号用于同步所述相连微网群各微网逆变单元的相位；当由所述相位同步模块产生相位信号时，以最后1次接收到来自外网电源的相位信号为起点，产生工频交流信号及其相位信号；所述能量管理模块内的保护控制模块负责监测所述中压交流网及所述外网电源的各类电压、频率的异常波动，若通过所述中压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块断开连接各微网与所述中压交流网的开关，实施保护；当通过所述中压交流量测单元获得的电压、频率满足安全要求，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块闭合连接各微网与所述中压交流网的开关；微网控制模块负责所述微网内部的有功和无功功率平衡，执行所述能量管理模块通过所述信息总线下发的交换功率定值和其它调度、保护指令，同时对低压交流网及网内储能阵列、各分布式发电单元和负荷进行实现监控和保护；其中，功率调节模块按Δt的周期刷新控制策略，通过交流变压容量限制模块确定交换功率增量ΔPT，步骤如下：1）从所述信息总线获取所述微网的交换功率定值PT；如果从所述信息总线上在设定时长内检测不到PT的刷新，采用最后1次刷新值；如果在设定时长外仍检测不到PT的刷新，则立即判断所述微网进入孤网运行状态，设置PT为0；2）输入通过所述中压交流量测单元得到的所述微网与中压交流网的实际交换功率Pt；3）如果|Pt-PT|不超...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊朝晖，李庄，彭旭华，谢东亮，
申请(专利权)人：樊朝晖，李庄，彭旭华，谢东亮，
类型：发明
国别省市：重庆;85