一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法与流程

1.本发明属于智能微网协调控制系统技术领域，具体涉及一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法。


背景技术：

2.随着国民经济的发展，电力作为国家的支柱能源和经济命脉，在国民经济的可持续发展中起到不可替代的作用，电网网架薄弱，抵御自然灾害能力较差，并且随着能源与环境问题的日益严重，可持续的分布式发电技术得到快速发展，尤其是以光伏电池，风力发电为代表的清洁可再生能源，成为近年来的发展热电，分布式发电(dietributed generation，dg)相比于传统的发电方式具有多方面的优点，其能源利用率高，对环境的污染低，同时大大提升了发电的灵活性，为了充分发挥分布式发电系统的效益和价值，相关电力工作人员和专家提出了智能微网的概念，智能微网通常接在用户侧，既可以与大电网并网运行，又可与大电网断开进行独立孤岛运行，具有较高的灵活性和可调度性，在配电网发生电力故障的情况下，利用智能微网系统，可以对地区进行独立供电，以提高电网抗击极端自然灾害能力，通过研制新型协调控制策略，使智能微网与传统电力系统协调高速运行，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供能够使基于清洁能源的智能微网实现并网运行与孤岛运行模式平滑切换的一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法。
4.本发明的目的是这样实现的，一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，它包括以下步骤：
5.步骤1：建立清洁能源与智能微网整体模型；
6.步骤2：建立dg逆变器控制策略函数；
7.步骤3：建立智能微网综合控制策略；
8.步骤4：建立清洁能源与智能微网的并网/孤岛运行控制策略。
9.所述步骤1中，智能微网基本单元包含分布式电源(dg)、储能装置、能量转换装置以及负荷，其中dg包含由风力发电设备和光伏发电设备组成的清洁能源。
10.所述步骤2中，清洁能源dg通常通过逆变器接入配电网，其基本控制方法有p-q控制、下垂控制和v/f控制；
11.p-q控制是指为实现间歇性电源的最大利用率，输出有功和无功分别为其参考值p
ref
和q
ref
，控制策略简单，但不能但不能保证微网电压和频率稳定，其控制原理为：功率给定值与实测值相减，经过比例积分(pi)控制器后得到电流参考信号i
dref
、i
qref
，从而控制dg恒定功率出力；p-q控制策略函数为：
[0012][0013]
式中k'
p
、t'
p
、k'q、t'q为p-q控制参数；
[0014]
下垂控制主要应用在微电网的对等控制中，实现多dg出力的协调控制，但下垂控制是一种有差控制，无法使微网频率或电压恢复至原来的并网水平，dg有功输出和频率、无功和电压幅值呈线性关系，下垂控制策略函数为：
[0015][0016]
式中：f
ref
、u
ref
分别为频率、电压幅值的参考值；fm、um分别为频率、电压幅值的测量值；k
p/f
、k
q/v
为下垂系数；
[0017]
v/f控制由下垂控制发展而来，一般用在可控电源上，保证微网输出电压的幅值和频率恒定，通过频率偏差和电压偏差计算出孤岛后的微电网功率差额，从而确定dg需要增发的出力，采用pi控制器实现频率和电压的无差控制，v/f控制策略函数为：
[0018][0019]
式中k
p
、t
p
、kq、tq为v/f控制参数。
[0020]
所述步骤3中，对于含有多种清洁能源dg的智能微网系统，采用对等控制和主从控制两种控制策略。
[0021]
所述步骤4中，综合控制策略采用主从控制与对等控制相结合的方式，为实现清洁能源的最大利用率，清洁能源发电系统始终采用p-q控制策略，由储能装置调节出力维持微网稳定运行，在并网运行模式下，储能装置采用下垂控制，微网孤岛运行后，当电压偏差和频率偏差在允许范围内(δu≤
±
7％un,δf≤0.1hz)时，储能装置仍保持下垂控制，根据微网频率偏差和电压偏差调节出力；如果电压偏差或频率偏差超出允许范围，储能装置逆变器快速切换为v/f控制，以保持微网电压和频率稳定。
[0022]
本发明的有益效果：本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，包括以下步骤：建立清洁能源与智能微网整体模型；建立dg逆变器控制策略函数；建立智能微网综合控制策略；建立清洁能源与智能微网的并网/孤岛运行控制策略；本发明采用综合控制策略对智能微网的并网/孤岛运行模式的过渡进行控制，能够保证运行模式切换前后，微网的功率平衡、电压和频率保持在允许范围内，可以实现微网运行模式的平滑切换，发挥了主从控制策略可以维持系统电压和频率稳定的优点，而且减少了对主控单元的依赖性，增加了系统运行的可靠性。
附图说明
[0023]
图1为本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法的流程示意图。
[0024]
图2为本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法的p-q控制方法示意图。
[0025]
图3为本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法的下垂控制方法示意图。
[0026]
图4为本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法的v/f控制方法示意图。
[0027]
图5为本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法的智能微网综合控制策略方法示意图。
[0028]
图6为本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法的平滑切换控制示意图。
具体实施方式
[0029]
一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，它包括以下步骤：
[0030]
步骤1：建立清洁能源与智能微网整体模型；
[0031]
步骤2：建立dg逆变器控制策略函数；
[0032]
步骤3：建立智能微网综合控制策略；
[0033]
步骤4：建立清洁能源与智能微网的并网/孤岛运行控制策略。
[0034]
所述步骤1中，智能微网基本单元包含分布式电源(dg)、储能装置、能量转换装置以及负荷，其中dg包含风力发电设备和光伏发电设备组成的清洁能源。
[0035]
所述步骤2中，清洁能源dg通常通过逆变器接入配电网，其基本控制方法有p-q控制、下垂控制和v/f控制；
[0036]
p-q控制是指为实现间歇性电源的最大利用率，输出有功和无功分别为其参考值p
ref
和q
ref
，控制策略简单，但不能但不能保证微网电压和频率稳定，其控制原理为：功率给定值与实测值相减，经过比例积分(pi)控制器后得到电流参考信号i
dref
、i
qref
，从而控制dg恒定功率出力；p-q控制策略函数为：
[0037][0038]
式中k'
p
、t'
p
、k'q、t'q为p-q控制参数；
[0039]
如图2所示，当系统频率为额定值f0、dg出口电压为额定值v0时，dg运行于b点时，输出有功和无功功率分别为p0和q0，当系统频率增大或dg出口电压幅值增大，逆变器输出由b点向a点移动，输出的有功和无功功率依然为p0和q0；当系统频率减小或dg出口电压幅值减小，逆变器输出将由b点向c点移动，输出的有功和无功功率依然为p0和q0，该控制方法需要系统中有维持电压和频率的分布式电源或电网；
[0040]
下垂控制主要应用在微电网的对等控制中，实现多dg出力的协调控制，但下垂控
制是一种有差控制，无法使微网频率或电压恢复至原来的并网水平，dg有功输出和频率、无功和电压幅值呈线性关系，下垂控制策略函数为：
[0041][0042]
式中：f
ref
、u
ref
分别为频率、电压幅值的参考值；fm、um分别为频率、电压幅值的测量值；k
p/f
、k
q/v
为下垂系数；
[0043]
如图3所示，当系统频率为额定值f0、dg出口电压为额定值v0时，dg运行于b点时，输出有功和无功功率分别为p0和q0，当系统频率和dg出口电压幅值分别增大时，逆变器输出将由b点向a点移动，输出的有功和无功按照频率-有功和电压幅值-无功的线性关系相应的减小为a点对应的有功功率和无功功率，当系统频率和dg出口电压幅值分别减小时，逆变器输出将由b点向c点移动，输出的有功和无功按照频率-有功功率和电压幅值-无功功率的线性关系相应的减小为c点对应的有功功率和无功功率；
[0044]
v/f控制由下垂控制发展而来，一般用在可控电源上，保证微网输出电压的幅值和频率恒定，通过频率偏差和电压偏差计算出孤岛后的微电网功率差额，从而确定dg需要增发的出力，采用pi控制器实现频率和电压的无差控制，v/f控制策略函数为：
[0045][0046]
式中k
p
、t
p
、kq、tq为v/f控制参数。
[0047]
如图4所示，当系统频率为额定值f0、dg出口电压为额定值v0时，dg运行于b点时，输出有功和无功功率分别为p0和q0，当dg输出有功功率或无功功率减小，此时逆变器输出将由b点向a点移动，系统频率和dg出口电压幅值依然为f0和v0；当dg输出有功功率或无功功率增大，此时逆变器输出将由b点向c点移动，系统频率和dg出口电压幅值依然为f0和v0；
[0048]
所述步骤3中，对于含有多种清洁能源dg的智能微网系统，采用对等控制和主从控制两种控制策略，对等控制简单、可靠、易于实现，但牺牲了频率和电压的稳定性；主从控制可以支撑微网电压和频率，但对主控单元有较强的依赖性。
[0049]
所述步骤4中，综合控制策略采用主从控制与对等控制相结合的方式，为实现清洁能源的最大利用率，清洁能源发电系统始终采用p-q控制策略，由储能装置调节出力维持微网稳定运行，在并网运行模式下，储能装置采用下垂控制，微网孤岛运行后，当电压偏差和频率偏差在允许范围内(δu≤
±
7％un,δf≤0.1hz)时，储能装置仍保持下垂控制，根据微网频率偏差和电压偏差调节出力；如果电压偏差或频率偏差超出允许范围，储能装置逆变器快速切换为v/f控制，以保持微网电压和频率稳定，本发明综合控制策略可以减少储能装置控制方式切换的次数，降低了切换失败的可能性，从而提高了微网运行的可靠性。
[0050]
如图6所示，当控制器切换时，为了避免产生较大的暂态震荡，可以采用基于控制器状态跟随的平滑切换控制方法，将v/f控制器状态与下垂控制器的输出设计为一个负反馈作为v/f控制器的输入，使得切换前v/f控制器随时跟随下垂控制器的输出，保证两控制
器的输出状态时刻一致，同时合理控制逻辑开关k1—k4：采用下垂控制时，k1和k4闭合，k2和k3打开；控制策略切换时，k1和k4打开，k2和k3闭合，该控制策略既发挥对等控制策略中各dg自治的优势，降低了他们之间的依赖性实现负载功率变化的自动分配，增加了系统运行的可靠性。
[0051]
本发明一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，包括以下步骤：建立清洁能源与智能微网整体模型；建立dg逆变器控制策略函数；建立智能微网综合控制策略；建立清洁能源与智能微网的并网/孤岛运行控制策略；本发明采用综合控制策略对智能微网的并网/孤岛运行模式的过渡进行控制，能够保证运行模式切换前后，微网的功率平衡、电压和频率保持在允许范围内，可以实现微网运行模式的平滑切换，发挥了主从控制策略可以维持系统电压和频率稳定的优点，而且减少了对主控单元的依赖性，增加了系统运行的可靠性。
[0052]
本发明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。

技术特征：
1.一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1：建立清洁能源与智能微网整体模型；步骤2：建立dg逆变器控制策略函数；步骤3：建立智能微网综合控制策略；步骤4：建立清洁能源与智能微网的并网/孤岛运行控制策略。2.如权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，其特征在于：所述步骤1中，智能微网基本单元包含分布式电源(dg)、储能装置、能量转换装置以及负荷，其中dg包含由风力发电设备和光伏发电设备组成的清洁能源。3.如权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，其特征在于：所述步骤2中，清洁能源dg通常通过逆变器接入配电网，其基本控制方法有p-q控制、下垂控制和v/f控制；p-q控制是指为实现间歇性电源的最大利用率，输出有功和无功分别为其参考值p
ref
和q
ref
，控制策略简单，但不能但不能保证微网电压和频率稳定，其控制原理为：功率给定值与实测值相减，经过比例积分(pi)控制器后得到电流参考信号i
dref
、i
qref
，从而控制dg恒定功率出力；p-q控制策略函数为：式中k'
p
、t
p
'、k'
q
、t
q
'为p-q控制参数；下垂控制主要应用在微电网的对等控制中，实现多dg出力的协调控制，但下垂控制是一种有差控制，无法使微网频率或电压恢复至原来的并网水平，dg有功输出和频率、无功和电压幅值呈线性关系，下垂控制策略函数为：式中：f
ref
、u
ref
分别为频率、电压幅值的参考值；f
m
、u
m
分别为频率、电压幅值的测量值；k
p/f
、k
q/v
为下垂系数；v/f控制由下垂控制发展而来，一般用在可控电源上，保证微网输出电压的幅值和频率恒定，通过频率偏差和电压偏差计算出孤岛后的微电网功率差额，从而确定dg需要增发的出力，采用pi控制器实现频率和电压的无差控制，v/f控制策略函数为：式中k
p
、t
p
、k
q
、t
q
为v/f控制参数。
4.如权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，其特征在于：所述步骤3中，对于含有多种清洁能源dg的智能微网系统，采用对等控制和主从控制两种控制策略。5.如权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，其特征在于：所述步骤4中，综合控制策略采用主从控制与对等控制相结合的方式，为实现清洁能源的最大利用率，清洁能源发电系统始终采用p-q控制策略，由储能装置调节出力维持微网稳定运行，在并网运行模式下，储能装置采用下垂控制，微网孤岛运行后，当电压偏差和频率偏差在允许范围内(δu≤
±
7％u
n
,δf≤0.1hz)时，储能装置仍保持下垂控制，根据微网频率偏差和电压偏差调节出力；如果电压偏差或频率偏差超出允许范围，储能装置逆变器快速切换为v/f控制，以保持微网电压和频率稳定。

技术总结
本发明属于一种基于清洁能源的智能微网协调控制策略方法，包括以下步骤：建立清洁能源与智能微网整体模型；建立DG逆变器控制策略函数；建立智能微网综合控制策略；建立清洁能源与智能微网的并网/孤岛运行控制策略；本发明采用综合控制策略对智能微网的并网/孤岛运行模式的过渡进行控制，能够保证运行模式切换前后，微网的功率平衡、电压和频率保持在允许范围内，可以实现微网运行模式的平滑切换，发挥了主从控制策略可以维持系统电压和频率稳定的优点，而且减少了对主控单元的依赖性，增加了系统运行的可靠性。加了系统运行的可靠性。加了系统运行的可靠性。


技术研发人员：王君莉 秦宸宇 苗桂喜 王琛莹 王鑫 元亮 席晟哲 刘昀 宋守龙 张晓乾 李征 罗冰 王丽晔 梁悦 王龙飞
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司安阳供电公司
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/10/20