微電網自適應控制方法
2023-05-13 19:43:06
微電網自適應控制方法
【專利摘要】本發明提供一種微電網自適應控制方法，包括以下步驟：S01，將微電網控制系統分層設置，包括接入控制層、協調控制層和設備層；S02，將微電網狀態分類，設定相應的狀態控制算法；S03，接入控制層、協調控制層和設備層根據當前微電網狀態量和步驟S02設定的狀態控制算法執行微電網狀態控制，當接入控制層、協調控制層和設備層有變化時採用消息機制送達相關控制層；S04，接入控制層、協調控制層和設備層根據消息優先級分別處理。本發明微電網自適應控制方法不完全依賴通信，在故障情況下能實現自適應控制策略，實現了微電網控制的智能化降低了微電網的適用要求，狀態控制策略的自適應性很好的適應了配電網各種突發事件或故障情況。
【專利說明】微電網自適應控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電力系統及自動化領域，具體涉及微電網自適應控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟形勢的發展及建設智能電網進程的推進，農村電網存在的問題逐漸凸顯，如偏遠地區「無電或缺電」、「供電質量差」和「供電可靠性低」等問題在廣大農村普遍存在，因此，面對農村電網用電新形勢，如何有效利用農村可再生清潔能源，就地解決農村地區可靠用電問題，積極探尋農網電網建設的新思路成為目前迫切需要研究的新課題。目前，分布式電源位置靈活與分散的特點極好的適應了分散的電力需求與資源分布，延緩了輸、配電網升級換代所需的巨額投資，同時它與電網互為備用，使供電可靠性也得以改善。具有汙染少、可靠性及能源利用效率高、安裝地點靈活等多方面優點。但是大量分散的、形式多樣、性能各異的分布式電源簡單併網運行會對電網和用戶造成衝擊，給電能質量、系統保護、系統運行等帶來不利的影響。
【發明內容】
[0003]針對大量分散的、形式多樣、性能各異的分布式電源簡單併網運行會對電網和用戶造成衝擊，給電能質量、系統保護、系統運行等帶來不利的影響。在保證智能配電網的安全可靠供電基礎上最大可能消納可再生能源比例，保證微電網平穩運行和柔性接入配電網。
[0004]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:
微電網自適應控制方法，其特徵在於，包括以下步驟:
S01，將微電網控制系統分層設置，包括接入控制層、協調控制層和設備層，所述協調控制設置在接入控制層和設備層之間。
[0005]接入控制層對應著微電網接入控制系統，通過協調控制層獲得微電網信息，從配網管理系統獲得配電網信息，實現微電網運行監視和控制及相關的高級應用。協調控制層設備主要是指微電網運行控制器，主要負責發送相應的控制命令給設備層具體實施控制，同時向主站層上送微電網執行信息。設備層包含光伏發電控制器、風機控制器、儲能電池雙向控制器及相關測控終端、在線監測裝置等設備。步驟S02在協調控制層實現。協調控制層包括主控制器和通信控制器，主控制器用於運行微電網狀態控制算法，通信控制器用於協調控制層與接入控制層、設備層之間。
[0006]S02，將微電網狀態分類，設定相應的狀態控制算法，所述微電網狀態包括正常運行狀態、通信故障狀態和孤島狀態，所述正常運行狀態、通信故障狀態和孤島狀態的狀態控制算法分別為正常運行狀態控制方法、通信故障狀態控制方法和孤島狀態控制方法；為實現控制系統的快速響應，程序採用基於消息機制的設計方法，各控制層根據當前狀態量以設定的狀態控制算法執行狀態控制，當上下層有變化時採用消息機制送達，控制層根據消息優先級分別處理，避免因等待造成任務處理延誤。狀態控制算法的自適應性很好的適應了配電網各種突發事件或故障情況。
[0007]孤島狀態指在配電網發生故障時，微電網無法繼續併網運行，或者上級調度系統命令微電網脫網時，為保障微電網系統內負荷供電，微電網需孤島運行。
[0008]S03，接入控制層、協調控制層和設備層根據當前微電網狀態量和步驟S02設定的狀態控制算法執行微電網狀態控制，當接入控制層、協調控制層和設備層信息有變化時採用消息機制送達相關控制層。
[0009]S04，接入控制層、協調控制層和設備層根據消息優先級分別處理。
[0010]本發明微電網自適應控制方法可解決微電網正常運行狀態、通信故障狀態和狀態的微電網控制，步驟S02中狀態控制算法包括正常運行狀態控制方法、通信故障狀態控制方法和孤島狀態控制方法。
[0011]正常運行狀態控制方法具體包括以下步驟，接入控制層根據當前微電網和主網的工作狀況，採用包括併網點定功率、不限功率、同時考慮配網負荷削峰填谷的控制策略，下發給協調控制層；協調控制層根據設備層上送的測量值和狀態量將所述控制策略分解為對設備的控制信號，下發給設備層，設備執行機構最終完成控制過程。
[0012]通信故障狀態控制方法具體包括以下步驟，當接入控制層與協調控制層之間出現通信故障，接入控制層將控制決策功能下放到協調控制層，形成兩層控制方式；當協調控制層與部分設備層分布式電源出現通信故障，設備層的分布式電源根據測量值和狀態量執行設定分布式電源就地控制策略。依據本方法，微電網控制系統設計不過分依靠通信系統，增強通信穩定性。
[0013]孤島狀態控制方法具體包括以下兩種情況:
①由於主動離網產生的孤島狀態控制方法:對協調控制層接到離網控制指令後根據微電網系統內的發電功率和負載功率情況，通知負荷控制設備切掉不重要負荷或啟動儲能設備維持能量平衡，再將主控制器的控制模式由PQ控制轉換為V/f控制模式，同時跳開併網開關，平滑切入離網運行模式，協調控制層將數據信息上送至接入控制層，接入控制層按照孤島運行情況採取全局控制策略；
②由於被動離網產生的孤島狀態控制方法:當協調控制層最先得到併網開關變位信息時，根據能量平衡切掉不重要負荷或啟動儲能設備維持能量平衡，同時將主控制器的控制模式由PQ控制轉換為V/f控制，完成模式切換；當協調控制層的主控制器先檢測到故障啟動孤島保護時，主控制器控制模式由PQ控制轉換為V/f控制，通信控制器將故障消息採用最高優先級傳給協調控制層，針對預想事故的適應性控制方案，執行緊急控制措施，完成由PQ控制轉換為V/f控制的模式切換，協調控制層將數據信息上送至接入控制層，接入控制層按照孤島運行情況採取全局控制策略。
[0014]較優地，接入控制層、協調控制層和設備層採取獨立的響應速度，接入控制層採用秒/分鐘數量級響應速度，協調控制層採用毫秒/秒數量級響應速度，設備層採用毫秒數量級響應速度。微電網的接入控制層、協調控制層和設備層採取不同的響應速度很好的適應了微電網運行模式切換快速性和上級調度系統慢速性的特徵。
[0015]優選的，為響應國家低碳號召，儘可能可再生能源最大消納。
[0016]有益效果:本發明微電網自適應控制方法不完全依賴通信，在故障情況下能實現自適應控制策略，實現了微電網控制的智能化降低了微電網的適用要求，狀態控制策略的自適應性很好的適應了配電網各種突發事件或故障情況。微電網的接入控制層、協調控制層和設備層採取不同的響應速度很好的適應了微電網運行模式切換快速性和上級調度系統慢速性的特徵。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的流程圖；
圖2為接入控制層、協調控制層和設備層結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0019]如圖1和圖2所示，微電網自適應控制方法，包括以下步驟:
S01，將微電網控制系統分層設置，包括接入控制層、協調控制層和設備層，所述協調控制設置在接入控制層和設備層之間。接入控制層對應著微電網接入控制系統，通過協調控制層獲得微電網信息，從配網管理系統獲得配電網信息，實現微電網運行監視和控制及相關的高級應用。協調控制層設備主要是指微電網運行控制器，主要負責發送相應的控制命令給設備層具體實施控制，同時向主站層上送微電網執行信息。設備層包含光伏發電控制器、風機控制器、儲能電池雙向控制器及相關測控終端、在線監測裝置等設備。協調控制層包括主控制器和通信控制器。
[0020]S02，將微電網狀態分類，設定相應的狀態控制算法，所述微電網狀態包括正常運行狀態、通信故障狀態和孤島狀態，所述正常運行狀態、通信故障狀態和孤島狀態的狀態控制算法分別為正常運行狀態控制方法、通信故障狀態控制方法和孤島狀態控制方法。
[0021]S03，接入控制層、協調控制層和設備層根據當前微電網狀態量和步驟S02設定的狀態控制算法執行微電網狀態控制，當接入控制層、協調控制層和設備層信息量有變化時採用消息機制送達相關控制層。
[0022]S04，接入控制層、協調控制層和設備層根據消息優先級分別處理。
[0023]步驟S02中正常運行狀態控制方法、通信故障狀態控制方法和孤島狀態控制方法具體內容如下。
[0024]1.正常運行狀態控制方法該運行過程中，站控層接入控制系統根據前一日負荷預測和電網運行狀況下發次日微電網出力計劃，並在當日執行時實時修正，一般十幾分鐘一次，間隔層微電網控制器根據分布式電源發電預測和主站發電計劃將出力任務分解給各微源，並實時協調各微源的運行，調節周期為十幾秒。
[0025]2.通信故障狀態控制方法
微電網通信中斷情況下，微電網脫離主網獨立運行，微電網的儲能裝置提供參考電壓，採取V/f控制模式並調節出力提供微電網系統內功率平衡，各微電網電源通過逆變器採取調差率Droop控制策略，仍能實現平滑切換。
[0026]3.孤島狀態控制方法
在配電網發生故障時，微電網無法繼續併網運行，或者上級調度系統命令微電網脫網時，為保障微電網系統內負荷供電，微電網需孤島運行。
[0027]①主動離網。對於上級調度系統命令情況，控制過程較為簡單。協調控制層接到離網控制指令後根據微電網系統內的發電功率和負載功率情況，通知負荷控制設備切掉不重要負荷或啟動儲能設備維持能量平衡，再將主控制器的控制模式由PQ控制轉換為V/f控制模式，同時跳開併網開關，平滑切入離網運行模式。
[0028]②被動離網。一種情況是協調控制層最先得到併網開關變位信息。首先根據能量平衡切掉不重要負荷或啟動儲能設備維持能量平衡，同時將主控制器的控制模式由PQ控制轉換為V/f控制，完成模式切換。另一種情況主控制器先檢測到故障啟動孤島保護，主控制器控制模式由PQ控制轉換為V/f控制，通信控制器將把此消息採用最高優先級傳給協調控制層，再針對預想事故的適應性控制方案，執行緊急控制措施，完成模式切換。上述兩種情況在完成模式切換後將信息上送至接入控制層，接入控制層按照孤島運行情況採取全局控制策略。
[0029]以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.微電網自適應控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: S01，將微電網控制系統分層設置，包括接入控制層、協調控制層和設備層，所述協調控制層設置在接入控制層和設備層之間； 所述接入控制層對應著微電網接入控制系統，通過協調控制層獲得微電網信息，從配網管理系統獲得配電網信息，實現微電網運行監視和控制及相關的高級應用； 所述協調控制層設備用於接入微電網運行控制器，負責發送相應的控制命令給設備層具體實施控制，同時向控制主站上送微電網執行信息；協調控制層包括主控制器和通信控制器，主控制器用於運行微電網狀態控制算法，通信控制器用於協調控制層與接入控制層、設備層之間； S02，將微電網狀態分類，設定相應的狀態控制算法，所述微電網狀態包括正常運行狀態、通信故障狀態和孤島狀態，所述正常運行狀態、通信故障狀態和孤島狀態的狀態控制算法分別為正常運行狀態控制方法、通信故障狀態控制方法和孤島狀態控制方法； S03，接入控制層、協調控制層和設備層根據當前微電網狀態量和步驟S02設定的狀態控制算法執行微電網狀態控制，當接入控制層、協調控制層和設備層信息量發生變化時採用消息機制送達相應控制層； S04，接入控制層、協調控制層和設備層根據消息優先級分別處理。
2.根據權利要求1所述的微電網自適應控制方法，其特徵在於，所述步驟S02中正常運行狀態控制方法具體包括以下步驟， 接入控制層根據當前微電網和主網的工作狀況，採用包括併網點定功率、不限功率、同時考慮配網負荷削峰填谷的控制策略，下發給協調控制層；協調控制層根據設備層上送的測量值和狀態量將所述控制策略分解為對設備的控制信號，下發給設備層，設備執行機構最終完成控制過程。
3.根據權利要求1所述的微電網自適應控制方法，其特徵在於，所述步驟S02通信故障狀態控制方法具體包括以下步驟， 當接入控制層與協調控制層之間出現通信故障，接入控制層將控制決策功能下放到協調控制層，形成兩層控制方式； 當協調控制層與部分設備層分布式電源出現通信故障，設備層根據分布式電源測控終端本地的測量值和狀態量執行設定分布式電源本地控制策略，微電網脫離主網獨立運行，微電網的儲能裝置提供參考電壓，採取V/f控制模式並調節提供微電網系統內功率平衡，各微電網電源出力通過逆變器採取調差率Droop控制策略，實現微電網並離網平滑切換。
4.根據權利要求1所述的微電網自適應控制方法，其特徵在於，步驟S02所述孤島狀態控制方法具體包括， ①由於主動離網產生的孤島狀態控制方法:對協調控制層接到離網控制指令後根據微電網系統內的發電功率和負載功率情況，通知負荷控制設備切掉不重要負荷或啟動儲能設備維持能量平衡，再將控制微電網參考電壓的主控制器的控制模式由PQ控制轉換為V/f控制模式，同時跳開併網開關，平滑切入離網運行模式，協調控制層將數據信息上送至接入控制層，接入控制層按照孤島運行情況採取全局控制策略； ②由於被動離網產生的孤島狀態控制方法:當協調控制層最先得到併網開關變位信息時，根據能量平衡切掉不重要負荷或啟動儲能設備維持能量平衡，同時將主控制器的控制模式由PQ控制轉換為V/f控制，完成模式切換；當協調控制層的主控制器先檢測到故障啟動孤島保護時，主控制器控制模式由PQ控制轉換為V/f控制，通信控制器將故障消息採用最高優先級傳給協調控制層 ，針對預想事故的適應性控制方案，執行緊急控制措施，完成由PQ控制轉換為V/f控制的模式切換，協調控制層將數據信息上送至接入控制層，接入控制層按照孤島運行情況採取全局控制策略。
5.根據權利要求1所述的微電網自適應控制方法，其特徵在於，所述接入控制層、協調控制層和設備層採取獨立的響應速度。
6.根據權利要求1所述的微電網自適應控制方法，其特徵在於，所述設備層包括光伏發電控制器、風機控制器、儲能電池雙向控制器及相關測控終端和在線監測裝置。
【文檔編號】H02J13/00GK103904778SQ201410099353
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】魯文, 李炳傑, 陳暉 , 杜紅衛, 張磐, 覃嶺 申請人:國網電力科學研究院, 天津市電力公司, 國電南瑞科技股份有限公司