一種直流微電網(wǎng)群儲(chǔ)能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)技術(shù)，特別涉及一種直流微電網(wǎng)群儲(chǔ)能 優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)作為一個(gè)具備自我控制和自我能量管理的自治系統(tǒng)，既可工作在并網(wǎng)模 式，也可以工作在離網(wǎng)模式(王成山，武震，李鵬.微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2014，29(2): 1 -12)。如圖1為微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，與交流微網(wǎng)相比，在微網(wǎng)中建立直流傳輸 線，連接各分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)而形成的直流微網(wǎng)，可以提高變流器的利用率并減少損 耗，有利于各微源間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與協(xié)調(diào)控制（王毅，張麗榮，李和明，等.風(fēng)電直流微網(wǎng)的電 壓分層協(xié)調(diào)控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013,33(4) :16-24)，且直流系統(tǒng)不存在相位同 步、諧波和無功功率損耗等方面的問題(Wu T F, Sun K H，Kuo C L，et al .Predictive current controlled 5-kff single-phase bidirectional inverter with wide inductance variation for dc-microgrid applications[J]. Power Electronics, IEEE Transactions on ,2010,25(12):3076-3084；Anand S,Fernandes B G,Guerrero M.Distributed control to ensure proportional load sharing and improve voltage regulation in 1ow-vo1tage DC microgrids[J].Power Electronics , IEEE Transactions on ,2013,28(4): 1900-1913)，因此已成為微網(wǎng)技術(shù)新的研究方向（丁明，郭 學(xué)鳳.含多種分布式電源的弱環(huán)配電網(wǎng)三相潮流計(jì)算[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29 (13):35-40)。
[0003] 直流微電網(wǎng)規(guī)模一般相對(duì)較小，負(fù)荷波動(dòng)及外部干擾比較頻繁（王成山專著）。為 實(shí)現(xiàn)多種分布式發(fā)電接入和用戶側(cè)高效可靠供電，可計(jì)劃性的將直流微電網(wǎng)劃分為多個(gè)子 微網(wǎng)（IEEE Stands Association. IEEE sta 1547.4-2011 .Guide for design,operation, and integration of distributed resource island systems with electric power systems [ S]. 2011)，這樣，通過直流母線將地理位置相近的直流微電網(wǎng)通過相應(yīng)控制策略 連接而形成直流微網(wǎng)群，可以顯著提高微網(wǎng)群的穩(wěn)定和高效可靠供電（He M，Giesselmann M.Reliability-constrained self-organization and energy management towards a resilient microgrid cluster[C]//Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT) ,2015 IEEE Power&Energy Society. IEEE,2015:1-5)。因此，需要根據(jù)具體的直流 微電網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，研究直流微電網(wǎng)內(nèi)各分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)載、斷路器和子微網(wǎng)間的 協(xié)調(diào)控制，以確保微電網(wǎng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下都能夠穩(wěn)定可靠供電（茆美琴，丁明，張榴晨， 等.多能源發(fā)電微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其能量管理信息集成[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010(1) :106-lll；Resende F 0,Gil N J,Lopes J A.Service restoration on distribution systems using Multi-MicroGrids[J].European Transactions on Electrical Power,2011,21 (2): 1327-1342.)。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提高微網(wǎng)群應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力及其運(yùn)行穩(wěn)定性 (田培根，肖曦，丁若星，等.自治型微電網(wǎng)群多元復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法[J].電力系統(tǒng) 自動(dòng)化，2013，37(1): 168-173)，特別是在孤島運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)在穩(wěn)定直流母線電壓和平 衡系統(tǒng)功率供需方面發(fā)揮重要作用，因此需要采取策略對(duì)其加以控制。
[0004] 文獻(xiàn)（章健，艾芊，王新剛.多代理系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2008，32(24): 80-82)制定以實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率最大化為目標(biāo)的分層協(xié)調(diào)控制模型，但其僅研究 了單個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)，對(duì)于多個(gè)計(jì)劃孤島子微網(wǎng)構(gòu)成的微網(wǎng)群未作具體分析。文獻(xiàn) (Lopes J,Moreira C L,Madureira A G.Defining control strategies for microgrids islanded operation[J].Power Systems, IEEE Transactions on,2006,21(2):916-924) 采用分層協(xié)調(diào)控制策略，上層中央控制器根據(jù)系統(tǒng)功率供需情況，調(diào)節(jié)底層分布式電源控 制器的工作狀態(tài)和負(fù)荷投切。文獻(xiàn)(周念成，金明，王強(qiáng)鋼，等.串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的多微網(wǎng)系 統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37 (12): 13-18)提出了多微網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò) 線功率和并網(wǎng)同步協(xié)調(diào)控制策略，可將合閘開關(guān)兩側(cè)電壓的幅值差、頻率差和相位差減小 至同步范圍內(nèi)，然而，該方法對(duì)于包含兩個(gè)以上計(jì)劃孤島的多微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行控制還有待研 究。但是，現(xiàn)有的研究還少有涉及不同運(yùn)行狀態(tài)下多個(gè)子微網(wǎng)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制，這對(duì)于多 子微網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和負(fù)載高效可靠供電至關(guān)重要（Liang Che, Mohammad Shahidehpour.DC Microgrids:Economic Operation and Enhancement of Resilience by Hierarchical Control. IEEE Trans.on Smart Grid，2014,5(5):2517-2526)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是針對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)下多個(gè)子微網(wǎng)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制的問題，提出了一種 直流微電網(wǎng)群儲(chǔ)能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法，針對(duì)直流微電網(wǎng)群離網(wǎng)時(shí)的協(xié)調(diào)控制及儲(chǔ)能優(yōu)化 控制，設(shè)計(jì)了兩層協(xié)調(diào)控制策略根據(jù)母線電壓波動(dòng)范圍來控制各子微網(wǎng)間及其與儲(chǔ)能電站 間的并聯(lián)運(yùn)行。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種直流微電網(wǎng)群儲(chǔ)能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法，多個(gè)子微網(wǎng) 和大容量?jī)?chǔ)能電站通過直流母線連接，構(gòu)成直流微網(wǎng)群，每個(gè)子微網(wǎng)包括分布式發(fā)電系統(tǒng)、 小容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)載，采用兩層協(xié)調(diào)控制直流微網(wǎng)群穩(wěn)定運(yùn)行，底層采用分散控制:子微 網(wǎng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)采用MPPT控制光伏以最大功率輸出電能;子微網(wǎng)內(nèi)的小容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng) 采用功率控制方法來自動(dòng)分配負(fù)荷功率需求且達(dá)到安全容量限制時(shí)與微電網(wǎng)斷開以保護(hù) 儲(chǔ)能；負(fù)荷根據(jù)具體要求直接或通過DC/DC變流器進(jìn)行功率變換后連接至直流母線;儲(chǔ)能電 站中各儲(chǔ)能單元采用不同儲(chǔ)能單元的剩余容量差值按大小進(jìn)行分段，每段進(jìn)行模糊下垂控 制動(dòng)態(tài)分配負(fù)荷功率，并通過電壓反饋控制補(bǔ)償下垂控制引起的母線電壓跌落；
[0007] 上層控制采用集中控制:根據(jù)各子微網(wǎng)的母線電壓波動(dòng)范圍來控制各子微網(wǎng)間及 與儲(chǔ)能電站間的并聯(lián)運(yùn)行，將系統(tǒng)運(yùn)行劃分為4個(gè)工作模式:1)直流微網(wǎng)群離網(wǎng)運(yùn)行且各子 微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行；2)直流微網(wǎng)群離網(wǎng)運(yùn)行且多子微網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行；3)直流微網(wǎng)群離網(wǎng)運(yùn)行且子 微網(wǎng)與儲(chǔ)能電站并聯(lián)運(yùn)行;4)直流微網(wǎng)群并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)交流主網(wǎng)穩(wěn)壓。
[0008] 所述上層控制中的4個(gè)工作模式，具體如下：
[0009] 工作模式1):各子微網(wǎng)獨(dú)立穩(wěn)定運(yùn)行，各分布式發(fā)電系統(tǒng)由MPPT控制最大功率發(fā) 電，子微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的小容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)用來控制各微網(wǎng)母線電壓穩(wěn)定和平衡其功率供需，小 容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)需提供的功率為：
[001 0] pbattery_x=plciad_x-p DG_x，pbattery_x表示第X個(gè)子微網(wǎng)中小容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的充放電功 率，Pload_x表;^第X個(gè)子微網(wǎng)中負(fù)載功率，PDG_x表;^第X個(gè)子微網(wǎng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功 率；
[0011] 工作模式2):各子微網(wǎng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)和小容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)仍不能滿足負(fù)載用電 時(shí)，母線電壓波動(dòng)將會(huì)超出允許范圍之外，這時(shí)母線電壓升高和電壓跌落的子微網(wǎng)可通過 斷路器并聯(lián)運(yùn)行，各子微網(wǎng)滿足如下功率平衡，
[0012]
[0013] 其中，u表示并聯(lián)運(yùn)行子微網(wǎng)的個(gè)數(shù)，且3;
[0014] 工作模式3):各子微網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行后仍不能平衡系統(tǒng)功率供需，母線電壓有較大波 動(dòng)，微網(wǎng)與儲(chǔ)能電站并聯(lián)運(yùn)行，此時(shí)，系統(tǒng)滿足如下功率平衡，
[0015]
[0016] 其中，PESS表示儲(chǔ)能電站的充放電功率，U表示并聯(lián)運(yùn)行子微網(wǎng)的個(gè)數(shù)，且1 < U < 3， 該模式下，儲(chǔ)能電站吸收或放出功率來控制母線電壓穩(wěn)定，且儲(chǔ)能電站采用模糊下垂控制 儲(chǔ)能電站內(nèi)各儲(chǔ)能單元剩余容量S0