一種儲(chǔ)配一體化設(shè)計(jì)微網(wǎng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微型配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種儲(chǔ)配一體設(shè)計(jì)微型配電網(wǎng)控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在孤立運(yùn)行的微型配電網(wǎng)中接入分布式風(fēng)力、光伏發(fā)電單元，能提高用能環(huán)保性， 解決過(guò)度依賴柴油發(fā)電帶來(lái)的污染和成本高企的問(wèn)題。但與此同時(shí)，用戶面臨發(fā)電出力間 歇、電能質(zhì)量不高的問(wèn)題。通過(guò)加入儲(chǔ)能單元能緩解上述問(wèn)題，但容易因風(fēng)、光發(fā)電量或儲(chǔ) 能容量不足、儲(chǔ)能單元出現(xiàn)故障導(dǎo)致無(wú)法向用戶可靠供電，頻繁啟動(dòng)油電單元?jiǎng)t與降低用 電成本的目的相違背，同時(shí)環(huán)境污染問(wèn)題也得不到徹底解決。
[0003] 在電網(wǎng)接入條件較好地區(qū)的配電網(wǎng)一般都具備連接輸電網(wǎng)的能力，可經(jīng)由配電 網(wǎng)，利用遠(yuǎn)方電源的發(fā)電能力提高微型配電網(wǎng)用戶的用電經(jīng)濟(jì)性、在配電網(wǎng)故障或電力供 需失衡時(shí)實(shí)現(xiàn)功率支援、吸收配電網(wǎng)內(nèi)過(guò)剩的電量。但國(guó)內(nèi)輸電網(wǎng)中傳輸電量的絕大部分 仍來(lái)源于燃煤發(fā)電，碳排放量巨大。在大型輸電網(wǎng)中高比例的接入可再生能源發(fā)電的技術(shù) 尚不成熟，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，并不利于國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明旨在提供一種以協(xié)調(diào)外部電源及多個(gè)含風(fēng)光油儲(chǔ) 的微型配電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行狀態(tài)間不斷電迀移、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間和網(wǎng)內(nèi)發(fā)電用電功率平衡， 最大化利用風(fēng)、光等分布式清潔發(fā)電單元，利用儲(chǔ)能容量實(shí)現(xiàn)不增加配電網(wǎng)改造投資的動(dòng) 態(tài)增容，在用戶高峰用電、儲(chǔ)能等關(guān)鍵元件故障情況時(shí)利用低壓和中壓兩級(jí)互聯(lián)配電網(wǎng)實(shí) 現(xiàn)功率互濟(jì)，提高用電可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性的微型配電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種儲(chǔ)配一體設(shè)計(jì)微型配電網(wǎng)控制方法，具體包括以下過(guò)程： 使用時(shí)，通過(guò)閉合連接中壓和低壓交流網(wǎng)的斷路開關(guān)，處于低壓(特指380-420V)部分 的儲(chǔ)配一體化設(shè)計(jì)微型配電網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱微網(wǎng)）可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；反之所述微網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng) 運(yùn)行。當(dāng)處于聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果閉合公共連接點(diǎn)處的斷路開關(guān)，使聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的所述微網(wǎng) 再通過(guò)中壓(特指10kV)交流網(wǎng)與外界輸電網(wǎng)及電源（以下簡(jiǎn)稱為外網(wǎng)電源)相連接，則所述 微網(wǎng)進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。多個(gè)處于聯(lián)網(wǎng)或并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的微網(wǎng)如果通過(guò)配電網(wǎng)相連，則合 并稱為相連微網(wǎng)群。所述微網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能陣列的最大放電總功率P D應(yīng)不小于網(wǎng)內(nèi)全部交流負(fù) 荷的最大用電總功率PM。為減少對(duì)油電單元的利用，儲(chǔ)能陣列存儲(chǔ)的最大電量應(yīng)不小于1 個(gè)計(jì)劃內(nèi)外網(wǎng)停電周期的負(fù)荷用電量。要保證孤網(wǎng)條件下的長(zhǎng)時(shí)間供電，所述微網(wǎng)內(nèi)油電 單元1個(gè)周期(如1個(gè)典型日）的發(fā)電量(額定功率P。與周期時(shí)長(zhǎng)的乘積）不應(yīng)小于該周期 內(nèi)負(fù)荷的用電量。同時(shí)，如果所述外網(wǎng)電源按預(yù)定計(jì)劃主動(dòng)調(diào)整出力，稱為"協(xié)議內(nèi)外源調(diào) 整"；否則稱為"協(xié)議外外源調(diào)整"。
[0006] 為控制上述并網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)或孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的微網(wǎng)，按照"就近互濟(jì)、并網(wǎng)充電、風(fēng)光 儲(chǔ)油依次調(diào)度"為目標(biāo)實(shí)施全網(wǎng)有功平衡控制策略，將所述相連微網(wǎng)群的功率平衡需求實(shí) 時(shí)分配到每個(gè)分布式發(fā)電元件。
[0007] 能量管理模塊負(fù)責(zé)所述相連微網(wǎng)群的有功功率互濟(jì)及所述中壓交流網(wǎng)的監(jiān)控和 保護(hù)，同時(shí)管理員通過(guò)其中的能量監(jiān)控與顯示模塊觀察全網(wǎng)運(yùn)行情況，發(fā)出調(diào)度和控制指 令，通過(guò)拓?fù)淇刂颇K實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)斷路開關(guān)的控制。每過(guò)At的時(shí)間間隔，通過(guò)能量管理模 塊中網(wǎng)控信息模塊收集所述外網(wǎng)發(fā)電功率信息、所述相連微網(wǎng)群中各微網(wǎng)發(fā)電、用電功率 信息以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。上述信息不僅通過(guò)能量監(jiān)控與顯示模塊以數(shù)字和圖形的方式向管 理員展示，其結(jié)果也送入功率互濟(jì)模塊。
[0008] 所述功率互濟(jì)模塊根據(jù)所述網(wǎng)控信息模塊傳入的信息，按照如下規(guī)則計(jì)算得出所 述相連微網(wǎng)群各網(wǎng)的交換功率定值： 1) 將并網(wǎng)狀態(tài)先分為協(xié)議外源非調(diào)整期和多個(gè)協(xié)議外源調(diào)整期，通過(guò)所述能量監(jiān)控與 顯示模塊增減協(xié)議外源調(diào)整期及設(shè)置其起止時(shí)間、調(diào)整功率等信息： 1. 1)在協(xié)議外源非調(diào)整期，對(duì)所述相連微網(wǎng)群中任一微網(wǎng)，由所述外網(wǎng)電源滿足各微 網(wǎng)負(fù)荷用電及所述儲(chǔ)能陣列充電需求，風(fēng)光發(fā)電功率仍優(yōu)先利用，具體為：其交換功率定值 ρτ(負(fù)值表示流入微網(wǎng)的功率）取-ρε和最大可吸收功率p A中的較大值；ρ ε為該微網(wǎng)交流 變壓器的最大通過(guò)容量，ΡΑ等于-(P JPR-PW)，其中為網(wǎng)內(nèi)全部交流負(fù)荷實(shí)測(cè)總功率，Ρ￥為 網(wǎng)內(nèi)全部風(fēng)、光出力參考值之和，P R為網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能陣列的最大可用充電總功率（已充滿的儲(chǔ)能 陣列功率應(yīng)計(jì)為0); 1.2)在協(xié)議外源調(diào)整期，當(dāng)所述外網(wǎng)電源不足以滿足全部用電、充電需求時(shí)，等比例降 低各微網(wǎng)的交換功率；同時(shí)在調(diào)整期逐步釋放功率調(diào)整量以減緩對(duì)電能質(zhì)量的沖擊，如果 為功率向上調(diào)整（即外網(wǎng)電源增加供給)，應(yīng)在調(diào)整期內(nèi)逐步減小儲(chǔ)能陣列發(fā)出的功率；反 之如果為功率向下調(diào)整（即外網(wǎng)電源減少供給)，應(yīng)在調(diào)整期內(nèi)逐步增加儲(chǔ)能陣列發(fā)出的功 率，具體調(diào)整方法包括但不限于下述線性調(diào)整方法：按照時(shí)間-功率平面上（當(dāng)前時(shí)刻，當(dāng) 前外網(wǎng)功率)、（調(diào)整期結(jié)束時(shí)刻，調(diào)整后功率）2點(diǎn)連線，在直線上取對(duì)應(yīng)時(shí)刻的功率作為外 網(wǎng)功率定值P x;如果P x大于所有微網(wǎng)的G i值之和，則將P x設(shè)置為所有微網(wǎng)的G i值之和，G i 為_Ρε和最大可吸收功率PA中的較大值；對(duì)所述相連微網(wǎng)群中任一微網(wǎng)（下列以符號(hào)i表示 受關(guān)注的枚舉個(gè)體)，其交換功率定值Ρ τ等于權(quán)重系數(shù)W 1與P x的乘積，其中W 1取G i除以所 有微網(wǎng)的。^直之和； 2) 在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，對(duì)所述相連微網(wǎng)群中任一微網(wǎng)，Ρτ按照以下規(guī)則計(jì)算： 2. 1)在第1次計(jì)算時(shí)，獲得各微網(wǎng)的功率不平衡量： 2. 1. 1)如果連接風(fēng)、光、油電單元與逆變單元的斷路開關(guān)閉合，并且風(fēng)、光、油電最大出 力超過(guò)負(fù)荷，即Pw+P。>&+ε (ε為足夠小正數(shù)）時(shí)，Ρτ設(shè)置為〇,同時(shí)設(shè)置不平衡功率輔 助變量Α Ρ為Pw+VPdP Ρ之中的較小值； 2. 1.2)如果連接風(fēng)、光、油電單元與所述逆變單元的斷路開關(guān)閉合，并且風(fēng)、光、油最大 出力不大于負(fù)荷，即Pw+P。彡P(guān)t+ ε時(shí)，P#P A P均設(shè)置為P，匕-匕與-P ^之中的較大值； 2. 1. 3)如果連接風(fēng)、光、油電單元與所述逆變單元的斷路開關(guān)未閉合，并且所述儲(chǔ)能陣 列最大放電功率大于負(fù)荷，即PD>PJ ε時(shí)，Ρτ設(shè)置為〇, A P設(shè)置為P D-PJP P e之中的較小 值； 2. 1. 4)如果連接風(fēng)、光、油電單元與所述逆變單元的斷路開關(guān)未閉合，并且所述儲(chǔ)能陣 列最大放電功率不大于負(fù)荷，即PD< P d ε時(shí)，P#P A p均設(shè)置為p D-h與-p c之中的較大 值； 2. 2)在第2次計(jì)算時(shí)，實(shí)現(xiàn)各微網(wǎng)功率不平衡量在具備互濟(jì)條件的鄰近微網(wǎng)的分配： 2.2. 1)如果需向外尋求功率互濟(jì)，即ΔΡ〈-ε時(shí)，記Δ=-ΔΡ，讀取互濟(jì)隊(duì)列(每個(gè)微網(wǎng) 的互濟(jì)隊(duì)列并不相同，由管理員根據(jù)就近互濟(jì)原則事先設(shè)置，通常按照電氣距離或其它決 定網(wǎng)損的指標(biāo)按更有利于降低互濟(jì)時(shí)網(wǎng)損的順序排列)，按照隊(duì)列次序，對(duì)遍歷到的任一隊(duì) 列中的微網(wǎng)，根據(jù)以下規(guī)則修改Ρ τ: 2. 2. 1. 1)如果遍歷所及微網(wǎng)具備向外提供功率互濟(jì)的能力，但供應(yīng)不大于需求時(shí)，即 Δ Ρ> ε并且Δ Ρ彡Δ時(shí)，將Δ Ρ累加到Ρτ，Δ設(shè)置為Δ - Δ Ρ，Δ Ρ設(shè)置為〇 ; 2. 2. 1. 2)如果遍歷所及微網(wǎng)具備向外提供功率互濟(jì)的能力，但供應(yīng)大于需求時(shí)，即 ΔΡ>ε并且ΔΡ>Δ時(shí)，將Δ累加到Ρτ，Δ設(shè)置為〇, ΔΡ設(shè)置為ΔΡ-Δ ; 2. 2. 1. 3)如果遍歷結(jié)束并且Δ > ε，通過(guò)所述能量監(jiān)控與顯示模塊顯示功率不平衡告 警信息，提醒管理員采取手動(dòng)控制措施； 3)在孤網(wǎng)狀態(tài)下，對(duì)所述微網(wǎng)，Ρτ設(shè)置為0,并進(jìn)行如下計(jì)算： 3. 1)如果連接風(fēng)、光、油電單元與所述逆變單元的斷路開關(guān)閉合，并且風(fēng)、光、油最大出 力小于負(fù)荷，即P w+P。<Ρ「ε時(shí)，通過(guò)所述能量管理模塊顯示功率不平衡告警信息，提醒管 理員采取手動(dòng)控制措施； 3. 2)如果連接風(fēng)、光、油電單元與所述逆變單元的斷路開關(guān)未閉合，并且所述儲(chǔ)能陣列 最大放電功率小于負(fù)荷，即PD〈P「ε時(shí)，通過(guò)所述能量管理模塊顯示功率不平衡告警信息， 提醒管理員采取手動(dòng)控制措施； 所述功率互濟(jì)模塊將計(jì)算得到的所述相連微網(wǎng)群中各個(gè)微網(wǎng)的交換功率定值Ρτ送入 所述信息總線。
[0009] 此外，如果處于聯(lián)網(wǎng)或并網(wǎng)狀態(tài)、所述外網(wǎng)電源未停止供電時(shí)，所述能量管理模塊 內(nèi)的相位同步模塊從所述中壓交流量測(cè)單元獲取交流電壓的相位信號(hào)。如果所述外網(wǎng)電源 停止供電，周邊輸電網(wǎng)停電時(shí)，所述相位同步模塊利用自身產(chǎn)生的工頻交流信號(hào)作為所述 逆變單元的相位信號(hào)。該信號(hào)用于同步所述相連微網(wǎng)群各微網(wǎng)逆變單元的相位。當(dāng)由所述 相位同步模塊產(chǎn)生相位信號(hào)時(shí)，以最后1次接收到來(lái)自所述外網(wǎng)電源的相位信號(hào)為起點(diǎn)， 產(chǎn)生工頻交流信號(hào)及其相位信號(hào)。
[0010] 所述能量管理模塊內(nèi)的保護(hù)控制模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)所述中壓交流網(wǎng)及所述外網(wǎng)電源 的各類電壓、頻率的異常波動(dòng)，若通過(guò)所述中壓交流量測(cè)單元獲得的電壓、電流、頻率超過(guò) 安全限值，則通過(guò)所述能量管理模塊內(nèi)斷路開關(guān)控制模塊斷開連接各微網(wǎng)與所述中壓交流 網(wǎng)的開關(guān)，實(shí)施保護(hù)；當(dāng)通過(guò)所述中壓交流量測(cè)單元獲得的電壓、頻率滿足安全要求，則通 過(guò)所述能量管理模塊內(nèi)斷路開關(guān)控制模塊閉合連接各微網(wǎng)與所述中壓交流網(wǎng)的開關(guān)。
[0011] 所述微網(wǎng)控制模塊負(fù)責(zé)所述微網(wǎng)內(nèi)部的有功和無(wú)功功率平衡，執(zhí)行所述能量管理 模塊通過(guò)所述信息總線下發(fā)的交換功率定值和其它調(diào)度、保護(hù)指令，同時(shí)對(duì)所述低壓交流 網(wǎng)及網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能陣列、各分布式發(fā)電單元和負(fù)荷等實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和保護(hù)。其中，所述功率調(diào)節(jié)模塊 也按A t的周期刷新控制策略，通過(guò)交流變壓容量限制模塊確定交換功率增量△ Ρτ，步驟如 下： 1)從所述信息總線獲取所述微網(wǎng)的交換功率定