一種基於狀態轉換的微網協調控制系統和方法
2023-11-30 22:24:06
專利名稱：一種基於狀態轉換的微網協調控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及微電網併網協調運行控制技術，尤其是一種基於狀態轉換的微網協調控制系統和方法，屬於電力控制技術領域。
背景技術：
隨著煤、石油、天然氣等能源供應日益緊張和用電需求的不斷增高，利用光能、風能、沼氣等新能源的發電方式應運而生，由於利用此類能源的發電機組分布在一次能源所在地，所以這種發電方式又稱為「分布式發電」(Distributed Generation)。微網集成了多種能源輸入(太陽能、風能、常規化石燃料、生物質能等)、多種產品輸出(冷、熱、電等)、多種能源轉換單元(燃料電池、微型燃氣輪機、內燃機，儲能系統等)，是化學、熱力學、電動力學等行為相互耦合的非同性複雜系統，具有實現化石燃料和可再生能源的一體化循環利用的固有優勢。一般來說，微網與外電網之間僅存在一個公共連接點(公共耦合點PCC)，因此，對電網來說，微網可以看作電網中的一個可控電源或負載，它可以在數秒鐘內反應以滿足外部輸配電網絡的需求，既可以從外電網獲得能量，在微網內電力供應充足或外電網供電不足時，微網也可以向電網倒送電能。微網一般存在兩種運行模式，正常狀況下，與外電網聯網運行，微網與外電網協調運行，共同給微網中的負荷供電；當監測到外電網故障或電能質量不能滿足要求時，則微網轉入孤島運行模式，由微網內的分布式電源給微網內關鍵負荷繼續供電，保證負荷的不間斷電力供應，維持微網自身供需能量平衡，從而提高了供電的安全性和可靠性；待外電網故障消失或電能質量滿足要求時，微網重新切換到聯網運行模式。 微網控制器需要根據實際運行條件的變化實現兩種模式之間的平滑切換。微網分層控制需要解決的問題主要有三個1，微網的可靠運行微網中往往含有多種微源，微源的特性不同，容易受外部條件的影響。微網的容量一般較小，使得其抗擾動的能力較差。當微源或者負荷發生變化的時候，可能會引起微網結構的變化，嚴重的情況會使系統強烈震蕩，甚至造成整個電網的崩潰。為確保微網能夠安全穩定地運行，要求分層控制能夠解決微網運行的可靠性問題。2，提供優質的電能由於微源響應速度慢、慣性小，而且容易受一次能源供給變化的影響，當負荷發生變化的時候，微源不能迅速響應負荷變化， 影響輸出電能的質量。特別是一些敏感負荷對電能質量要求比較高，所以要求分層控制策略能夠在微網可靠運行的基礎上為負荷提供優質的電能。3，微網的經濟運行分布式發電因其經濟環保的優點，具有很大的應用前景。在分布式電能接入大電網之後，如何使微源與傳統電力系統配合，使其發揮出最大的價值，是分層控制需要解決的問題之一。因此有必要針對包含多種連續性和間歇性DG、敏感負荷以及儲能裝置的分層控制結構微網進行研究， 設計出一種能滿足以上要求的協調運行控制系統。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種既能滿足電能質量要求，又對敏感負供電可靠性高，實現對重要負荷不間斷供電的微網運行協調控制系統。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是這樣的—種基於狀態轉換的微網協調控制系統，它包括中央控制器、對各負荷進行測控的負荷測控模塊、對配電網進行測控的配電網測控模塊、對各分布式電源進行測控的分布式電源測控模塊和對儲能裝置進行測控的儲能裝置測控模塊，負荷測控模塊、配電網測控模塊、分布式電源測控模塊和儲能裝置測控模塊分別通過收發信模塊與中央控制器雙向連接；各負荷和配電網分別通過投切開關與微網總線連接，各分布式電源依次通過電力電子 /旋轉接口和投切開關與微網總線連接，儲能裝置依次通過電力電子接口和投切開關與微網總線連接；在微網和配電網之間的公共耦合點處設有用於測量公共耦合點兩側電壓的幅值、頻率和相位的測量裝置，測量裝置與中央控制器連接；各測控模塊與對應的投切開關雙向連接；各分布式電源測控模塊的其中一路輸出接對應的電力電子/旋轉接口，儲能裝置測控模塊的其中一路輸出接儲能裝置對應的電力電子接口 ；中央控制器根據所採集的各路信息向各測控模塊發出操作指令，以實現各受控元件間的協調控制。所述負荷分為可中斷負荷和敏感負荷；分布式電源分為間隙性電源和連續性電源。微網協調控制方法，本方法先將微網中的間隙性電源、儲能裝置、連續性電源、配電網和可中斷負荷按在網或退網兩種情形排列組合出全部可能的運行狀態，共32種，微網中的敏感負荷始終在網連接；然後將32種可能的運行狀態中不允許出現的情形和不符合實際情況、不予考慮的情形去除，簡化得到12種有效運行狀態，每種狀態對間隙性電源、儲能裝置、連續性電源、配電網和可中斷負荷的控制方式如下表
權利要求
1.一種基於狀態轉換的微網協調控制系統，其特徵在於它包括中央控制器、對各負荷進行測控的負荷測控模塊、對配電網進行測控的配電網測控模塊、對各分布式電源進行測控的分布式電源測控模塊和對儲能裝置進行測控的儲能裝置測控模塊，負荷測控模塊、 配電網測控模塊、分布式電源測控模塊和儲能裝置測控模塊分別通過收發信模塊與中央控制器雙向連接；各負荷和配電網分別通過投切開關與微網總線連接，各分布式電源依次通過電力電子/旋轉接口和投切開關與微網總線連接，儲能裝置依次通過電力電子接口和投切開關與微網總線連接；在微網和配電網之間的公共耦合點處設有用於測量公共耦合點兩側電壓的幅值、頻率和相位的測量裝置，測量裝置與中央控制器連接；各測控模塊與對應的投切開關雙向連接；各分布式電源測控模塊的其中一路輸出接對應的電力電子/旋轉接口，儲能裝置測控模塊的其中一路輸出接儲能裝置對應的電力電子接口 ；中央控制器根據所採集的各路信息向各測控模塊發出操作指令，以實現各受控元件間的協調控制。
2.根據權利要求1所述的微網協調控制系統，其特徵在於所述負荷分為可中斷負荷和敏感負荷；分布式電源分為間隙性電源和連續性電源。
3.根據權利要求2所述的微網協調控制系統，其特徵在於所述中央控制器將微網有效運行狀態定義為12種，每種狀態對間隙性電源、儲能裝置、連續性電源、配電網和可中斷負荷的控制方式如下表
4.根據權利要求3所述的微網協調控制系統，其特徵在於所述中央控制器將可能引起微網狀態轉換的觸發事件分為11種，對應的編號為編號1-儲能裝置電能耗盡或故障而退出運行；編號2-儲能單元恢復運行；編號3-連續性電源全部退出運行；編號4-連續性電源部分恢復運行；編號5-間歇性電源全部退出運行；編號6-間歇性電源部分恢復運行； 編號7-連續性電源的備用容量能夠滿足最大敏感負荷；編號8-連續性電源功率輸出達到最大值；編號9-連續性電源的備用容量能夠滿足最大可中斷負荷；編號10-配電網故障或停電；編號11-配電網恢復正常；觸發事件發生時，微網由當前運行狀態轉換到下一個狀態的轉換關係如下表
5.微網協調控制方法，其特徵在於本方法先將微網中的間隙性電源、儲能裝置、連續性電源、配電網和可中斷負荷按在網或退網兩種情形排列組合出全部可能的運行狀態，共 32種，微網中的敏感負荷始終在網連接；然後將32種可能的運行狀態中不允許出現的情形和不符合實際情況、不予考慮的情形去除，簡化得到12種有效運行狀態，每種狀態對間隙性電源、儲能裝置、連續性電源、配電網和可中斷負荷的控制方式如下表
全文摘要
本發明公開了一種基於狀態轉換的微網協調控制系統和方法，它包括分別通過收發信模塊與中央控制器雙向連接的負荷測控模塊、配電網測控模塊、分布式電源測控模塊和儲能裝置測控模塊；各負荷、配電網、分布式電源和儲能裝置通過投切開關(分布式電源和儲能裝置還有相應的接口)與微網總線連接；各測控模塊與對應的投切開關雙向連接；各分布式電源測控模塊的其中一路輸出接對應的電力電子/旋轉接口，儲能裝置測控模塊輸出接儲能裝置的電力電子接口；中央控制器根據所採集的各路信息向各測控模塊發出操作指令，以實現各受控元件間的協調控制。本系統既能滿足電能質量要求，又對敏感負供電可靠性高，實現對重要負荷不間斷供電。
文檔編號H02J9/06GK102394497SQ20111031746
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者付鵬武, 周念成, 王強鋼, 胡斌 申請人:重慶大學