一种分布式电源多模式综合控制的智能调控系统及方法与流程

1.本发明涉及一种分布式电源多模式综合控制的智能调控系统及方法，属于新能源微电网运行的控制技术。


背景技术：

2.随着全球经济的迅速发展，对电力资源的需求正以较高的速度持续增长，加剧了石油、煤炭、天然气等常规发电能源的过度开采。同时，一次能源开发利用过程中产生的严重的环境污染问题获得了越来越广泛的关注。面对日趋严峻的电力能源供求关系问题和环境污染问题，世界各国都开始将发展重心转向可再生绿色电力能源的开发利用上来。
3.新兴的微型电网技术催生了能源领域的信息化变革，并在单点接入、多模式灵活切换、环境友好等方面具备突出优势，逐渐成为了新能源建设的优选方案。由于微电网融合了多种分布式电源，系统结构非常复杂，且要在多种复杂运行情况下提供电能质量和供电可靠性保障，因此微电网系统的结构设计和控制系统设计都有着很高要求，具有非常重要的研究意义。
4.针对分布式电源为主体的微电网，现有技术中通常采用的调控手段主要包括主从控制方法、对等控制方法，等等。但这些方法存在着只能基于本地逆变器进行控制，控制过程复杂、难以模块化和标准化等问，给分布式电源运行的稳定性和智能性造成困难。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种分布式电源多模式综合控制的智能调控系统及方法。
6.为解决技术问题，本发明的解决方案是：
7.提供一种分布式电源多模式综合控制的智能调控方法，所述分布式电源包括若干组分布式发电单元(dg)，分别通过电力电子装置接入母线；各分布式发电单元均工作于恒功率控制模式，共同组成微电网；
8.所述智能调控方法包括以下步骤：
9.(1)采集各分布式发电单元并网处的电压电流信息，以及母线侧电网的同步信号；
10.(2)若微电网处于并网运行状态，其运行频率和电压由母线侧电网支撑；此时各dg中储能装置的pq参考值由下垂控制计算得到，光伏或风力发电设备工作在最大功率点处；
11.(3)如果微电网运行在孤岛状态下，根据其运行频率和电压状态，采取主从控制和对等控制相结合的控制方法：
12.(3.1)如果频率和电压偏差在允许的范围里时，储能装置的pq参考值由下垂控制计算得到，光伏或风力发电设备工作在最大功率点处；
13.(3.2)如果频率和电压偏差超出允许范围，则按照容量大小依次选择一台或多台储能装置，将其pq参考值设置为由vf控制得到，其余储能装置的pq参考值设置为由下垂控制得到；微电网中的光伏或风力发电设备优先工作在最大功率点处，以实现太阳能或风能
的最大利用；
14.(3.3)如果频率偏差超出微电网中储能装置的调节能力，则依据下垂控制调整微电网中的光伏或风力发电设备的出力，以稳定微电网运行。
15.本发明进一步提供了分布式电源多模式综合控制的智能调控系统，所述分布式电源包括若干组分布式发电单元(dg)，分别通过电力电子装置接入母线；各分布式发电单元均工作于恒功率控制模式，以共同组成微电网；在并网点处设有电压电流互感器，用于测量各dg的电压电流输出值；
16.该系统还包括智能终端模块，该模块包括控制策略选择模块和pq指令计算模块；其中，控制策略选择模块通过信号线分别连接母线侧电网的同步信号检测模块和各dg并网点处的电压电流互感器；pq指令计算模块通过信号线分别与控制策略选择模块和各dg、负荷实现电连接，基于采集数据和设定的控制策略进行计算并向各dg传送pq指令值，用以实现前述的分布式电源多模式综合控制的智能调控方法。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、本发明基于全网信息对不同分布式电源采取不同的控制方法，能够实现分布式电源之间的互动支撑，提高以分布式电源为主体的微电网运行的稳定性和智能性。
19.2、本发明能够将原本需要本地控制完成的复杂功能交由上层控制器完成，并且实现了pq控制、vf控制以及下垂控制三种控制模式间的综合协调；因此，本发明能够简化逆变器的控制，降低本地控制的复杂度，有利于实现本地控制的模块化和标准化。
附图说明
20.图1是智能调控系统总体示意图；
21.图2是pq指令计算模块示意图；
22.图3是储能装置下垂控制曲线。
具体实施方式
23.首先需要说明的是，本发明涉及计算机技术在电力电子技术领域的一种应用。在本发明的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。前述软件功能模块包括但不限于：智能终端模块、控制策略选择模块、pq指令计算模块等，凡本发明申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列举。
24.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统的一部分及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
25.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个
实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
26.下面结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非限定本发明的范围。
27.如图1所示，在分布式电源多模式综合控制的智能调控系统中，分布式电源包括若干组分别通过电力电子装置接入母线的分布式发电单元(dg)，分布式发电单元(dg)包括储能装置，以及光伏或风力发电设备。各分布式发电单元均工作于恒功率控制模式，以共同组成微电网；在并网点处设有电压电流互感器，用于测量各dg的电压电流输出值。该系统还包括智能终端模块，该模块包括控制策略选择模块和pq指令计算模块。其中，控制策略选择模块通过信号线分别连接母线侧电网的同步信号检测模块和各dg并网点处的电压电流互感器。智能终端模块还通过线缆连接人机交互界面用于接收的输入。pq指令计算模块通过信号线分别与控制策略选择模块和各dg、负荷实现电连接，基于采集数据和设定的控制策略进行计算并向各dg传送pq指令值，用以实现下述的分布式电源多模式综合控制的智能调控方法。
28.本发明以智能终端作为核心器件，利用控制策略选择模块接收各dg的电气信息及母线侧电网运行状态，利用pq指令计算模块对各dg采用不同的控制策略计算出相应的功率参考值，实现监测、计算和控制功能。控制策略选择模块采集电网同步信号以及dg电压电流测量值，给定控制信号，以控制pq指令计算模块工作在何种控制策略下，进而得到正确的pq指令值。
29.基于上述系统，本发明中的分布式电源多模式综合控制的智能调控方法包括以下步骤：
30.(1)采集各分布式发电单元并网处的电压电流信息，以及母线侧电网的同步信号；
31.(2)若微电网处于并网运行状态，其运行频率和电压由母线侧电网支撑；此时各dg中储能装置的pq参考值由下垂控制计算得到，光伏或风力发电设备工作在最大功率点处；
32.(3)如果微电网运行在孤岛状态下，根据其运行频率和电压状态，采取主从控制和对等控制相结合的控制方法：
33.如果频率和电压偏差在允许的范围里时，储能装置的pq参考值由下垂控制计算得到，光伏或风力发电设备工作在最大功率点处；
34.如果频率和电压偏差超出允许范围，则按照容量大小依次选择一台或多台储能装置，将其pq参考值设置为由vf控制得到，其余储能装置的pq参考值设置为由下垂控制得到；微电网中的光伏或风力发电设备优先工作在最大功率点处，以实现太阳能或风能的最大利用；
35.如果频率偏差超出微电网中储能装置的调节能力，则依据下垂控制调整微电网中的光伏或风力发电设备的出力，以稳定微电网运行。
36.本发明中，由下垂控制得到的储能装置pq参考值，是通过下式计算得到：
[0037][0038]
其中，p
ref
为有功功率参考值，q
ref
为无功功率参考值，p0为有功功率额定值，q0为有功功率额定值，f
ref
为频率参考值，u
ref
为电压参考值，fm为频率测量值，um为电压测量值，k
p_droop
，k
q_droop
为下垂系数。
[0039]
作为示例的下垂控制曲线如附图3所示，其中左图表示有功-频率下垂曲线，右图表示无功-电压下垂曲线。
[0040]
由vf控制得到的储能装置pq参考值，是通过下式计算得到：
[0041][0042]
其中，k
p_vf
，k
q_vf
，t
p
，tq为vf控制参数；s为拉普拉斯算子。
[0043]
当微电网中的光伏或风力发电设备优先工作在最大功率点时，将其无功功率参考值设置为0，有功功率参考值由下式计算得到：
[0044][0045]
其中，p
max
为最大功率值，f
max
为最大允许频率值，fm为频率测量值，f
limit
为频率限制值，k
p
为下垂系数。
[0046]
在接收到经计算的pq参考指令后，对各分布式发电单元中的逆变器进行恒功率控制的具体过程包括：
[0047]
(1)根据下式计算得到电感电流参考值和
[0048][0049]
其中，u
0d
，u
0q
为并网点电压电流在d，q轴的分量，p
ref
，q
ref
为pq参考值；
[0050]
(2)将得到的电感电流参考值输入到下一级的电流内环中，电流内环依据下式输出逆变器的控制电压信号
[0051][0052]
其中，i
ld
，i
lq
为电感电流在d，q轴的分量，l表示滤波电路的电感值，k
ip
，k
ii
分别是电流环中pi控制器的比例参数和积分参数；ω为角频率；为式(4)计算得到的电感电流参考值。
[0053]
(3)将计算结果传送给各分布式发电单元的逆变器，从而控制各dg的输出。
[0054]
基于本发明的分布式电源多模式综合控制的智能调控系统及方法，分布式电源始终工作在恒功率控制模式，智能终端作为系统中的核心器件，可以依据微电网运行状态对
不同分布式电源采用不同的控制策略计算出相应的功率参考值，从而保证微电网电压和频率的稳定。本发明改进了传统分布式电源控制方法，综合了对等控制和主从控制的优点，能够提高不同分布式电源之间的协调性，进而提高微电网系统的运行可靠性和稳定性。