用于生产和分配来自不同类型的多个生产源的电功率的微电网的控制系统及其控制方法技术方案

提供了一种用于微电网的控制系统，用于产生和分配来自间歇和/或随机和/或可编程和/或蓄电‑系统类型的多个电源的电功率，微电网控制系统在两个级别上组织有分层控制结构，包括用于来自所述多个电源的电功率的功率转换系统(PCS)的第一控制级，用于适于与所述第一控制级协作的微电网控制器(MC)的第二控制级，所述第二控制级适于控制将被供应给配电网的电功率(并网状况)和/或将被供应为初级发电来为隔离的负载供电的电功率(离网状况)，和/或控制智能分布式电功率蓄电系统(ACC)，用于微电网控制器(MC)的所述第二控制级包括：‑监控系统(MON)，适于与由所述控制系统生成的物理信号对接，并对所述功率转换系统(PCS)和所述微电网执行操作；‑控制功能(FC)系统，适于在输入端处接收控制系统的测量和状态，并在输出端处提供所述监控系统(MON)通过其作用于所述功率转换系统(PCS)的参数和设定点，以便管理微电网的功率流；‑状态机(MAS)，适于与所述监控系统(MON)和所述控制功能(FC)协作，以便控制微电网的操作状况并基于所述状况决定哪些控制功能(FC)将被启用；功率转换系统(PCS)的所述第一控制级(CPCS)适于控制由所述微电网生成的电压(V)、频率(f)、有功功率(P)和无功功率(Q)的值，并且包括：‑在所述并网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述有功功率和无功功率(P0和Q0)的值，通过分别增加或减小频率和电压基于第一下垂曲线将有功功率和无功功率的值保持在设定点值(Pref和Qref)；‑在所述离网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述电压(V)和频率(f)的值，基于第二下垂曲线将f和V的值保持在设定点值(fref和Vref)。

Control system and its control method for microgrid used to produce and distribute power from different types of multiple production sources

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产和分配来自不同类型的多个生产源的电功率的微电网的控制系统及其控制方法
本专利技术涉及一种用于生产和分配来自不同类型的多个生产源(无论是连接到配电网还是隔离)的电功率的微电网(microgrid)的控制系统，以及其控制方法。
技术介绍
本专利技术所针对和解决的主要技术问题是控制用于生产和分配电功率的微电网，包括用于生成来自不同类型的多个生产源的电功率的系统，其中生产源诸如随机可再生源、燃料操作的发电机系统(柴油发电机组)和蓄电系统，无论是隔离的还是连接到配电网络(其可能遭受中断、停电和稳定性问题)并包括现有部件(通常是燃料操作的发电机)和新部件(通常是可再生源发电机、蓄电系统和电网控制器)。配电网络可能无法充当平衡节点，例如在中断期间或者如果它特别弱(低短路功率)。平衡节点是电网络的节点，平衡节点使在网络中吸收和生成的有功功率和无功功率平衡。在平衡节点中，施加电压(V)和频率(f)，而功率和电流取决于网络的各个分支中的瞬时功率和电流值。网络中的任何有功功率和无功功率不平衡将从其标称值转变为电压和频率的变化。因此，为了保持系统的稳定性，必须以准确和快速的方式控制在平衡节点中被生成或吸收的有功功率和无功功率，以调整网络中的频率和电压。可再生源发电机无法确保对其输出功率的控制，因为它们遵循主要来源的不确定性。燃料操作的发电机可以部分补偿可再生源发电机和负载的功率变化，但它们受到一些限制：它们不能吸收功率，与频率和电压调整动态相比，它们的响应时间通常慢，并且关于输出功率调整范围(最小操作功率、最大过载……)存在技术限制。蓄电系统集成到这种微电网中，具有两个可能的功能：-充当正或负可调负载，以补偿由可再生源和负载引起的功率波动。-充当平衡节点，瞬间维持电网功率平衡，并调整频率和电压。微电网控制器用于处置功率流并确保系统的稳定性：微电网控制器测量电网各个点处的电量、接收关于各种连接的设备的状态的信息，并建立发电机和蓄电系统的功率设定点。当以合适的模式进行控制时，诸如旋转发电机和逆变器(inverter)之类的设备设有下垂(droop)(将在下文中定义)并且可以与其它平衡节点并行地充当平衡节点。使用多个平衡节点的可能性允许：-具有灵活的配置，以便一些部件可以停止服务或受到操作限制而不会危及网络的稳定性；-减小充当平衡节点的部件的尺寸，因为事实上，峰值功率和能量储备要求在各种有源(active)平衡节点之间划分；-增加网络的安全性，因为在充当平衡节点的部件发生故障的情况下，相同的功能可以由其它系统执行。微电网控制系统在本领域中是已知的。具有最先进特征的已知系统是具有所谓的分层配置(Hierarchicalconfiguration)的系统，例如在J.C.Vasques等人在2010年12月在IEEE工业电子杂志第23-29页的文章“HierarchicalControlofIntelligentMicrogrids”中所描述的，其特征在于：-多个平衡节点，包括下垂配置的多个逆变器以及柴油发电机。在本身已知的下垂控制模式下，根据电压-无功功率(V-Q)和频率-有功功率(f-P)之间的线性关系在外加电压下控制逆变器。以下垂模式控制的逆变器充当平衡节点，根据要供应的无功功率和有功功率来调制输出电压和频率，并且对由网络施加的功率变化(负载阶跃、发电机关闭、功率波动)等)立即响应；-微电网控制器，为不充当平衡节点的单元定义功率和起动/停止设定点；-结果是具有多个平衡节点的微电网，该微电网反映了具有频率和电压调整的最先进的配电网络的已知调整结构。为了实现分层配置，充当平衡节点(逆变器，有时是发电机)的部件被设计为具有兼容的调整特点(动态和下垂)，以便获得调整功率的设计划分。电网的基本部分也是微电网的主要部件与微电网控制器之间的通信网络，微电网控制器定义各个单元的设定点和起动/停止参数。当所有调整部件具有被专门构建为在微电网中工作的控制特点时，或者至少在设计阶段已知时，上面提到的已知的分层配置正确地操作。但是，这种配置无法适用于必须从一个或多个已安装的发电系统开始构建微电网的情况，其可能具有以下一个或多个限制：-未知和不可修改的调整特点(下垂和动态)；-操作模式限制(只能在孤岛(islanded)配置或网络并行配置下工作)；-不可能与微电网控制器通信。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提出一种用于微电网的控制系统，用于生产和分配来自不同类型的多个生产源(无论是连接到配电网络还是隔离)的电功率，以及其控制方法，旨在克服所有上面提到的问题。本专利技术涉及一种用于生产和分配来自不同类型的多个生产源的电功率的微电网控制系统，其具有以下主要特征：控制系统是集成的多级类型，并且包括微电网控制器以及专用于每个电源和每个蓄电系统的功率转换系统的控制器。功率转换系统控制器：-具有可以从外部启用或禁用的不同操作模式；-所有调整量(下垂、动态等)均可参数化并可从外部调整；-包含实现控制不同操作模式之间的过渡而没有任何可能导致网络不稳定的突然瞬变的算法的软件程序。因此，可以动态地改变连接在网络中的不同发电机和蓄电系统的作用，从单个节点到与其它平衡节点并联(parallel)的平衡节点或者到有源或无源负载。微电网控制器：-包含实现负载预测算法的软件程序；-包含实现用于基于本地测量和/或外部信息预测可再生源的可生产性的算法的软件程序；-计算确保微电网始终稳定所需的“向上旋转备用(up-spinningreserve)”和“向下旋转备用(down-spinningreserve)”。术语“向上旋转备用”是指在电网中立即可用的有功功率，以在所需功率快速增加(例如，负载阶跃、发电机的关闭或功率变化……)之后维持发电和负载之间的平衡。“向上旋转备用”通常被计算为连接并激活的蓄电系统和发电机的最大功率(在没有任何激活和同步延迟的情况下立即可用的最大功率)与负载功率(微电网中存在但是“保留”用于供应负载的发电功率)之间的差。术语“向下旋转备用”是指在微电网中立即可用的有功功率，以在所需功率快速降低(例如，负载减小、开路线……)之后维持发电和负载之间的平衡。“向下旋转备用”通常被计算为连接并激活的蓄电系统和发电机的最小功率(由于例如发电机的最小关闭时间而可以立即达到而没有任何延迟的最小功率，甚至是负值)与当前用于供应负载的发电机和蓄电系统的功率之间的差。-包含进行计算以便定义各个发电站的设定点以及必须打开或关闭哪些单元(调度计算、初级、二级和三级频率调整、备用管理、功率流优化)的软件程序。术语“调度计算”是指为定义网络的生产计划而进行的计算，即哪些发电机将是活动的以及其功率分布。-将“调度计算”的结果变换为设定点、参数和命令，专门发送给能够通信的那些部件，以便获得对与微电网控制器进行通信的单元的直接控制，并且还获得对微电网控制器不可能与之通信的连接单元的输出功率的间接控制。上述优化计算的结果是在任何给定时间将微电网的平衡节点动态分配给最合适的发电机。本专利技术涉及一种用于微电网的控制系统，用于产生和分配来自间歇和/或随机和/或可编程和/或蓄电-系统类型的多个电源的电功率，微电网控制系统在两个级别上组织有分层控制结构，包括用于来自所述多个电源的电功率的功率转换系统的第一控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微电网的控制系统，用于产生和分配来自间歇和/或随机和/或可编程和/或蓄电‑系统类型的多个电源的电功率，微电网控制系统在两个级别上组织有分层控制结构，包括用于来自所述多个电源的电功率的功率转换系统(PCS)的第一控制级，用于适于与所述第一控制级协作的微电网控制器(MC)的第二控制级，所述第二控制级适于控制将被供应给配电网的电功率(并网状况)和/或将被供应为初级发电来为隔离的负载供电的电功率(离网状况)，和/或控制智能分布式电功率蓄电系统(ACC)，用于微电网控制器(MC)的所述第二控制级包括：‑监控系统(MON)，适于与由所述控制系统生成的物理信号对接，并对所述功率转换系统(PCS)和所述微电网执行操作；‑控制功能(FC)系统，适于在输入端处接收控制系统的测量和状态，并在输出端处提供所述监控系统(MON)通过其作用于所述功率转换系统(PCS)的参数和设定点，以便管理微电网的功率流；‑状态机(MAS)，适于与所述监控系统(MON)和所述控制功能(FC)协作，以便控制微电网的操作状况并基于所述状况决定哪些控制功能(FC)将被启用；功率转换系统(PCS)的所述第一控制级(CPCS)适于控制由所述微电网生成的电压(V)、频率(f)、有功功率(P)和无功功率(Q)的值，并且包括：‑在所述并网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述有功功率和无功功率(P0和Q0)的值，通过分别增加或减小频率和电压基于第一下垂曲线将有功功率和无功功率的值保持在设定点值(Pref和Qref)；‑在所述离网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述电压(V)和频率(f)的值，基于第二下垂曲线将f和V的值保持在设定点值(fref和Vref)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.28 IT 1020160001318781.一种用于微电网的控制系统，用于产生和分配来自间歇和/或随机和/或可编程和/或蓄电-系统类型的多个电源的电功率，微电网控制系统在两个级别上组织有分层控制结构，包括用于来自所述多个电源的电功率的功率转换系统(PCS)的第一控制级，用于适于与所述第一控制级协作的微电网控制器(MC)的第二控制级，所述第二控制级适于控制将被供应给配电网的电功率(并网状况)和/或将被供应为初级发电来为隔离的负载供电的电功率(离网状况)，和/或控制智能分布式电功率蓄电系统(ACC)，用于微电网控制器(MC)的所述第二控制级包括：-监控系统(MON)，适于与由所述控制系统生成的物理信号对接，并对所述功率转换系统(PCS)和所述微电网执行操作；-控制功能(FC)系统，适于在输入端处接收控制系统的测量和状态，并在输出端处提供所述监控系统(MON)通过其作用于所述功率转换系统(PCS)的参数和设定点，以便管理微电网的功率流；-状态机(MAS)，适于与所述监控系统(MON)和所述控制功能(FC)协作，以便控制微电网的操作状况并基于所述状况决定哪些控制功能(FC)将被启用；功率转换系统(PCS)的所述第一控制级(CPCS)适于控制由所述微电网生成的电压(V)、频率(f)、有功功率(P)和无功功率(Q)的值，并且包括：-在所述并网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述有功功率和无功功率(P0和Q0)的值，通过分别增加或减小频率和电压基于第一下垂曲线将有功功率和无功功率的值保持在设定点值(Pref和Qref)；-在所述离网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述电压(V)和频率(f)的值，基于第二下垂曲线将f和V的值保持在设定点值(fref和Vref)。2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述控制功能(FC)系统包括按以下优先级执行的以下功能中的一个或多个：-预反马达(PAM)功能，适于在最大优先级状况下防止所述电源中的发电机组的功率流反转，还能够确定连接到微电网的其它发电机的快速停止；-旋转备用管理(SRM)功能，适于始终确保微电网的稳定性，SRM功能包括“向上旋转备用”功能，作为微电网中即时可用的有功功率，以在所需功率快速增加后维持发电与负载之间的平衡，被计算为发电机和连接到该发电机并被激活的蓄电系统的最大功率与用于供应负载的功率之间的差，并且SRM功能包括“向下旋转备用”，作为微电网中即时可用的有功功率，以在所需功率快速下降后维持发电与负载之间的平衡，被计算为发电机和连接到该发电机并被激活的蓄电系统的最小功率与当前用于供应负载的发电机和蓄电系统的功率之间的差；-频率初级调整功能(FPF)，根据频率初级调整功能，发电机根据当前频率值相对于参考值的偏差来供应或吸收有功功率，以及频率(FPF)和电压(FQV)初级调整功能，根据频率和电压初级调整功能，发电机根据当前电压值相对于参考值的偏差来供应或吸收无功功率。3.如权利要求1所述的控制系统，其中功率转换系统(PCS)的所述第一控制级(CPCS)包括以下功能中的一个或多个：-在所述并网状况下的“电网跟随”控制系统，适于通过对应的功率转换系统(PCS)根据给定的设定点(Pref和Qref)来供应有功功率和无功功率，输出频率和电压是PCS所连接的网络的输出频率和电压；-在所述离网状况下的“电网形成”控制系统，适于通过对应的功率转换系统(PCS)将输出电压和频率维持在设定点值(Vref和fref)，所供应或吸收的有功功率和无功功率由连接在输出端处的无源(或有源)负载定义；-在所述微电网与所述公共配电网并行连接的状况下的“DC母线电压”控制系统，适于调整输出有功功率，以便将电压维持在设定点值(Vdcref)，从微电网输出的频率和电压是所述公共配电网的频率和电压；-“MPPT或RPPT”控制系统，用于控制包括在所述电源中的光伏电站的发电，适于调整电压以便从光伏电站提取最大可用功率(MPPT)或量等于设定点值(RPPT)的功率；-基本下垂控制系统，适于调整所述电压和所述频率，使得电压和频率的值基于第三下垂曲线根据有功功率P(对于频率f)和无功功率Q(对于电压V)而定义。4.一种用于微电网的控制方法，用于产生和分配来自间歇和/或随机和/或可编程和/或蓄电-系统类型的多个电源的电功率，微电网控制方法在两个级别上组织有分层控制结构，包括用于来自所述多个电源的电功率的功率转换系统(PCS)的第一控制级，用于适于与所述第一控制级协作的微电网控制器(MC)的第二控制级，所述第二控制级适于控制将被供应给公共配电网的电功率(并网状况)和/或将被供应为初级发电来为隔离的负载供电的电功率(离网状况)，和/或控制智能分布式电功率蓄电系统(ACC)，微电网控制器(MC)的所述第二控制级包括：-监控系统(MON)，适于与由所述控制系统生成的物理信号对接，并对所述功率转换系统(PCS)和所述微电网执行操作；...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·马切吉亚尼，L·弗洛希欧，D·罗萨蒂，C·罗萨蒂，
申请(专利权)人：电力系统制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT