一种基于多元能源协同的配电网优化系统的制作方法

本发明涉及电能存储，具体为一种基于多元能源协同的配电网优化系统。

背景技术：

1、现有配电网在主干线路发生故障而脱离主网时，内部常面临巨大的功率供需失衡，极易引发大面积停电。传统的离网控制策略通常依赖单一备用电源的被动响应，由于各类发电主体的动态调节时间尺度极不一致，导致系统在功率骤变初期的暂态过程中面临严重的电压和频率越限风险。此外，传统的负荷切除手段多采用断路器直接跳闸的粗暴方式，缺乏精细化的需求侧管理，这不仅严重影响终端用户的用电体验，还会给微电网带来剧烈的二次电气冲击，难以保障区域供电的平滑过渡与长效稳定。

2、如何在配电网突发断网形成孤岛的暂态冲击初期，克服各类调节资源响应时间尺度不一致的物理壁垒，在避免对用户侧造成突兀断电冲击的前提下，填补初期巨大的暂态功率缺口，并消除慢速旋转发电机组因机械迟滞引发的功率反向跌落对电网造成的二次扰动，实现微电网从暂态紧急支撑到稳态互补供电的无缝衔接。

3、为此，提出了一种基于多元能源协同的配电网优化系统。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于多元能源协同的配电网优化系统，通过储能暂态支撑、柔性负荷削减与水电稳态爬坡的时序解耦与控制交接，保障配电网在孤岛工况下的全过程电压与频率稳定。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于多元能源协同的配电网优化系统，所述系统包括；

4、状态监测模块：用于在主干线路故障分段后，基于联络开关机械变位信号、关联断路器辅助触点状态以及并网点电压、频率变化率和穿越功率，确认形成孤岛微电网并生成包含孤岛确认时间戳和电气量快照的触发指令；

5、储能控制模块：用于响应所述触发指令，依据孤岛微电网母线频率偏差、频率变化率和电压偏差生成经储能荷电状态及变流器额定功率限幅的补偿指令，并控制变流器向母线注入对应补偿功率；

6、负载控制模块：用于依据分布式电源即时总出力、区域基础负荷功率和储能补偿功率计算实时有功功率缺额，并基于各智能充电桩的动力电池荷电状态和实时充电功率确定削载调用优先级，按所述削载调用优先级下发动态限功率指令，使智能充电桩以阶梯式电流参考降低充电功率；

7、水电控制模块：用于在检测到小水电机组导叶开度增大且经滤波的机端有功功率变化率由负转正并在确认窗口内维持大于正向斜率阈值时，生成稳态功率缺口基准，并按照小水电机组有功功率增量及偏差修正量下调所述变流器的补偿功率，直至小水电机组实际有功功率与分布式光伏当前有功出力满足所述稳态功率缺口基准。

8、优选的，所述状态监测模块生成触发指令的步骤具体包括：

9、实时采集主干线路与配电网并网点处联络开关的机械变位信号以及关联断路器的辅助触点状态，以监测配电网的物理拓扑连接状态；同步采集并网点母线侧的三相电压瞬时值与电流瞬时值，提取三相电压有效值、电压相角跳变度以及系统频率变化率，并计算所述并网点处的有功功率与无功功率的穿越流动状态；

10、当通过所述机械变位信号与所述辅助触点状态监测到所述物理拓扑连接断开，且在预设的抗干扰延时窗口期内，监测到三相电压有效值越过欠压保护定值下限和/或系统频率变化率超出系统频率稳态死区，并且并网点处的有功功率与无功功率均跌落至零值死区范围内时，确认配电网被动脱离主网并正式形成所述孤岛微电网，生成触发指令。

11、优选的，所述储能控制模块生成有功瞬态补偿功率指令的步骤具体包括：

12、实时采集所述孤岛微电网母线处的实际电压与实际频率，并分别计算所述实际电压与预设额定电压的电压动态偏差量，以及所述实际频率与预设额定频率的频率动态偏差量和频率瞬时变化率；建立模拟同步发电机机电特性的虚拟惯量与阻尼调节机制，基于所述频率瞬时变化率与预设的虚拟惯性系数计算有功功率的惯量支撑部分，并基于所述频率动态偏差量与预设的下垂调节系数计算有功功率的阻尼调节部分，将所述惯量支撑部分与所述阻尼调节部分叠加，生成有功瞬态补偿功率指令。

13、优选的，所述抑制所述孤岛微电网母线电压和频率的跌落的具体步骤包括：

14、同步基于所述电压动态偏差量与预设的电压下垂增益计算无功瞬态补偿功率指令；将所述有功瞬态补偿功率指令与所述无功瞬态补偿功率指令，转化为变流器的内生电压幅值与相角调制信号，通过控制变流器内部功率开关管的导通与截止，驱动所述电化学储能设备在四象限内动态注入对应的有功功率与无功功率，以抑制所述孤岛微电网母线电压和频率的跌落。

15、优选的，所述负载控制模块确定削载调用优先级的步骤具体包括：

16、实时统计所述孤岛微电网内的分布式电源即时总出力与区域基础负荷总功率，并结合所述变流器输出的瞬态补偿功率，计算所述孤岛微电网的实时有功功率缺额；通过所述台区通信网络并发采集各所述智能充电桩当前挂载车辆的动力电池荷电状态以及实时充电功率，将所述动力电池荷电状态高于预设充裕度阈值的智能充电桩划分为可调控集群；

17、在所述可调控集群内，按照所述动力电池荷电状态由高到低、且所述实时充电功率由大到小的交叉权重顺序，依次赋予降序排列的削载调用优先级。

18、优选的，所述负载控制模块执行所述阶梯式的柔性降功率控制的具体过程为：

19、基于所述实时有功功率缺额生成总削载功率目标；按照所述削载调用优先级由高到低的调用顺序，依次向所述可调控集群内的对应智能充电桩下发动态限功率运行指令；

20、控制接收到所述动态限功率运行指令的智能充电桩调节内部交直流变换环节的输出电流参考值，以执行连续阶梯式的有功功率削减动作，直至各所述智能充电桩累计削减的有功功率总和匹配所述总削载功率目标，实现对所述有功功率缺额的平抑。

21、优选的，所述水电控制模块的具体执行过程包括：

22、实时采集小水电机组的导叶开度及机端实际有功功率，并计算该实际有功功率的实时变化率；当监测到导叶开度执行增大动作，且在经历初始的功率反向跌落后，该实际有功功率的实时变化率由负转正并维持在预设正向斜率定值之上时，判定小水电机组克服水锤效应并进入稳态爬坡阶段；

23、随后获取孤岛微电网内区域负荷的实时需量，并扣除分布式光伏设备的当前有功出力，生成稳态功率缺口基准；以所述稳态功率缺口基准为目标，按与该实际有功功率实时变化率相等的衰减速率，同步下调变流器的瞬态补偿功率，直至小水电机组的实际有功功率完全覆盖所述稳态功率缺口基准，且瞬态补偿功率平滑回落至零。

24、优选的，当电化学储能设备的荷电状态低于预警阈值时，按功率收缩速率减少补偿功率，并将减少量写入附加缺额。

25、优选的，当荷电状态低于紧急阈值或充电桩可削载容量不足时，按可释放容量调度二次可中断负荷进行接替。

26、优选的，在功率交接完成后，对所述二次可中断负荷进行逆序恢复。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、1.本发明通过多维电气特征与物理拓扑的双重校验，降低瞬时扰动导致的误触发概率。同时基于虚拟惯量与阻尼机制控制变流器，在脱网瞬间提供即时有功与无功补偿，缓解孤岛初期母线电压和频率跌落，为后续慢速调节资源的动作赢得了关键的运行窗口期。

29、2.本发明将智能充电桩作为柔性资源，基于电池荷电状态与充电功率确立动态优先级。在系统面临缺额时，依次调节充电桩内部交直流变换环节以执行阶梯式降功率。相较直接跳闸切荷，该方式可降低功率阶跃幅度和二次冲击风险，在兼顾基本充电需求时按实时缺额闭环逼近削载目标。

30、3.本发明深度耦合了储能的极速响应、充电网络柔性削载与小水电机组的慢爬坡特性。统能够有效识别水锤迟滞后的功率恢复阶段，确认机组进入稳态爬坡后，令储能补偿功率按水电机组有功上升的同等速率成比例衰减。应用跨时间尺度的多源协同，降低交接过程中的功率突变量，实现暂稳态交接。