專利名稱：一種基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法
—種基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法 技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微電網(wǎng)的運行與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于儲能換流器控制的 離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能單元、負荷以及控制保護裝置組成的集合，是一個能 夠自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。根據(jù)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接關(guān)系，微電網(wǎng)分為聯(lián)網(wǎng)型 微電網(wǎng)和離網(wǎng)型微電網(wǎng)，對于聯(lián)網(wǎng)型微電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)，由于存在大電網(wǎng)的電壓和頻率支 撐，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各分布式電源、儲能單元及負荷可直接并網(wǎng)運行，微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率直接由 大電網(wǎng)決定，且相對較穩(wěn)定；對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)，需要微電網(wǎng)內(nèi)部的組網(wǎng)單元通 過靈活控制、協(xié)調(diào)運行進而實現(xiàn)整個獨立型微電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)。因此，離網(wǎng)型微電網(wǎng)的頻率 調(diào)節(jié)是實現(xiàn)微電網(wǎng)靈活、可靠、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵技術(shù)。
對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)，要求系統(tǒng)內(nèi)部有一個電源為系統(tǒng)提供參考電壓和頻率信號， 充當微電網(wǎng)的參考電源，此電源即為微電網(wǎng)的主網(wǎng)單元。目前，國內(nèi)外能夠?qū)崿F(xiàn)獨立型微電 網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)技術(shù)分以下幾種
(I)以單臺儲能換流器組網(wǎng)的小型離網(wǎng)型微電網(wǎng)。目前，對于某些功率等級在百千 瓦級的小型離網(wǎng)型微電網(wǎng)，以單臺大功率的儲能換流器作為微電網(wǎng)的主網(wǎng)單元，該儲能換 流器運行于V-F模式，其他分布式新能源發(fā)電單元則運行于P-Q模式。此時離網(wǎng)型微電網(wǎng)的 系統(tǒng)運行頻率由單臺儲能換流器直接決定，并且在系統(tǒng)的負荷或新能源出力波動過程中， 系統(tǒng)的運行頻率始終保持儲能換流器外部設(shè)定的頻率參考值。由于目前單臺儲能換流器的 功率等級有限，因此該類技術(shù)只適用于某些小型的離網(wǎng)型微電網(wǎng)，直接制約了微電網(wǎng)的規(guī) 模。
(2)以同步發(fā)電機組網(wǎng)且無儲能系統(tǒng)接入的離網(wǎng)型微電網(wǎng)。以常規(guī)電源作為主網(wǎng) 單元，且系統(tǒng)中無儲能單元，該類常規(guī)電源采用同步發(fā)電機技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)， 此類組網(wǎng)方式對化石燃料資源的依賴程度大，容易造成環(huán)境污染，而且獨立運行時為保持 微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，風(fēng)電和光伏等間歇性新能源所占的比例不能太大或必須停運，影響了 微電網(wǎng)節(jié)能環(huán)保的作用。
(3)以同步發(fā)電機組網(wǎng)且有儲能系統(tǒng)接入的離網(wǎng)型微電網(wǎng)。在某些離網(wǎng)型微電網(wǎng) 中，有柴油發(fā)電機或燃氣輪機等常規(guī)電源，同時為實現(xiàn)系統(tǒng)功率的平衡接入儲能系統(tǒng)，此時 的儲能系統(tǒng)只能以P-Q模式運行，運行功率完全取決于上級調(diào)度系統(tǒng)，在系統(tǒng)負荷波動或 新能源出力突變較大情況下，系統(tǒng)頻率無法實現(xiàn)在規(guī)定區(qū)間內(nèi)運行，影響了系統(tǒng)供電質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微 電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，離網(wǎng)型微電網(wǎng)運行過程中，根據(jù)系統(tǒng)的負荷以及新能源的出力實時波 動情況，控制儲能自同步電壓源換流器輸出特性，實現(xiàn)離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率的自動調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率控制的同時，進一步提高可再生能源利用率以及微電網(wǎng)供電的可靠性，該方法可以實現(xiàn)以多臺儲能自同步電壓源換流器組網(wǎng)的離網(wǎng)型微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
提供一種基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，所述方法包括以下步驟
步驟1:離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率進行一次調(diào)頻；
步驟2 :離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率進行二次調(diào)頻；
步驟3 :離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率進行三次調(diào)頻。
所述步驟I中，儲能換流器實時采集輸出的三相電壓和電流，根據(jù)瞬時功率理論， 計算儲能換流器輸出的瞬時有功功率P，采用Droop控制，計算儲能換流器輸出電壓相量的參考頻率fMf，儲能換流器運行于狀態(tài)A時，出力和工作頻率分別為Pa和fA，由于系統(tǒng)負荷波動，儲能換流器運行于狀態(tài)B時，出力和工作頻率分別為Pb和fB，儲能換流器有功功率與頻率的線性對應(yīng)關(guān)系如式(I)
fref = f*-m(P*-P) (I)
式中
fref-儲能換流器輸出電壓相量的參考頻率；
f*_微電網(wǎng)系統(tǒng)額定電壓的參考頻率；m-有功/頻率Droop控制的下垂系數(shù)；
P*-儲能換流器在額定頻率P下輸出的有功功率參考值；
P-儲能自同步電壓源換流器輸出的有功功率；
有功/頻率Droop控制的下垂系數(shù)m計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟1:離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率進行一次調(diào)頻； 步驟2 :離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率進行二次調(diào)頻； 步驟3 :離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率進行三次調(diào)頻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟I中，儲能換流器實時采集輸出的三相電壓和電流，根據(jù)瞬時功率理論，計算儲能換流器輸出的瞬時有功功率P，采用Droop控制，計算儲能換流器輸出電壓相量的參考頻率fMf，儲能換流器運行于狀態(tài)A時，出力和工作頻率分別為Pa和fA，由于系統(tǒng)負荷波動，儲能換流器運行于狀態(tài)B時，出力和工作頻率分別為Pb和fB，儲能換流器有功功率與頻率的線性對應(yīng)關(guān)系如式(I) fref = f*-m(P*-P) (I) 式中 fMf—儲能換流器輸出電壓相量的參考頻率； f*一微電網(wǎng)系統(tǒng)額定電壓的參考頻率； m一有功/頻率Droop控制的下垂系數(shù)； P*-儲能換流器在額定頻率下輸出的有功功率參考值； P—儲能自同步電壓源換流器輸出的有功功率； 有功/頻率Droop控制的下垂系數(shù)m計算公式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟2中，通過離網(wǎng)型微電網(wǎng)二次調(diào)頻，離網(wǎng)型微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率波動范圍設(shè)定為f2 < f " ( f1； fi為通過二次調(diào)頻后微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的最高運行頻率，f2為通過二次調(diào)頻后微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的最低運行頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率二次調(diào)頻過程分為以下兩種情況 A)頻率越上限 設(shè)儲能換流器二次調(diào)頻之前，其工作點為C點，有fMf = fc ； 此時儲能換流器的工作頻率為f。，有TJf1 ; 啟動二次調(diào)頻，即儲能換流器的有功/頻率對應(yīng)關(guān)系如下 Γ ref 上=f*-m(P*-AP-P) (3) —儲能換流器工作在C點且經(jīng)過二次調(diào)頻后輸出電壓相量的參考頻率；Λ P—儲能自同步電壓源換流器二次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)步長； 儲能自同步電壓源換流器通過二次調(diào)頻后，儲能自同步電壓源換流器工作點為C'，此時c ； 此時儲能換流器的工作頻率為P。，有f2<r，滿足系統(tǒng)頻率要求； B)頻率越下限 設(shè)儲能換流器二次調(diào)頻之前，其工作點為D點，有fMf = fD ； 此時儲能換流器的工作頻率為fD，有fD < f2 ; 啟動二次調(diào)頻，即儲能換流器的有功/頻率對應(yīng)關(guān)系如下 Γ ref 下=f*-m(P*+AP-P) (3) Γ儲能換流器工作在D點且經(jīng)過二次調(diào)頻后輸出電壓相量的參考頻率； 儲能自同步電壓源換流器通過二次調(diào)頻后，儲能自同步電壓源換流器工作點為D'，此時 = f ' D ； 此時儲能換流器的工作頻率為P D，有f2 < Γ D < ，滿足系統(tǒng)頻率要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述步驟3的離網(wǎng)型微電網(wǎng)的三次調(diào)頻中，通過微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，經(jīng)過優(yōu)化約束規(guī)則確定各臺儲能換流器的出力情況，通過能量管理系統(tǒng)設(shè)定各臺儲能換流器的下垂系數(shù)的斜率，進而實現(xiàn)在同樣系統(tǒng)頻率波動下，優(yōu)化控制各臺儲能換流器的出力，實現(xiàn)離網(wǎng)型微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于儲能換流器控制的離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)方法，離網(wǎng)型微電網(wǎng)運行過程中，根據(jù)系統(tǒng)的負荷以及新能源的出力實時波動情況，控制儲能自同步電壓源換流器輸出特性，實現(xiàn)離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率的自動調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)離網(wǎng)型微電網(wǎng)頻率控制的同時，進一步提高可再生能源利用率以及微電網(wǎng)供電的可靠性，該方法可以實現(xiàn)以多臺儲能自同步電壓源換流器組網(wǎng)的離網(wǎng)型微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。
文檔編號H02J3/02GK103001223SQ201210464849
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者李光輝, 鮑薇, 何國慶, 孫艷霞, 馮凱輝, 趙偉然 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測有限公司, 國家電網(wǎng)公司