专利名称：光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法
技术领域：
本发明涉及微电网并网协调运行控制技术，尤其是一种光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，属于电力电网控制技术领域。
背景技术：
随着能源危机和环境污染的日益严重，微网技术作为一种可行的解决方案，已经成为研究热点。光伏微源以资源丰富、分布广泛、清洁等特点成为最具开发潜力的可再生能源之一。由于光伏发电具有明显间歇性，输出功率受天气变化影响较大，加入可控微源或分布式储能与光伏发电互补形成混合微网，能提高光伏发电的可靠性。在可控微源中，微型燃气轮机发电能同时供应冷热电负荷，具有排放少、效率高及燃料适应性好等优点，已成为冷热电联供微网中最有发展前景的分布式电源，因此研究光伏与微型燃气轮机组成的混合微网运行特性和协调控制策略具有重要的意义。微网技术作为分布式能源向电网供电的高效利用平台，在分布式发电技术发展中具有举足轻重的作用，与电力系统安全、稳定和经济运行息息相关。微网技术是新型电力电子技术、分布式发电技术、可再生能源发电技术和储能技术的综合，具有有以下特点①微网提供了一个有效集成应用DG单元的方式，继承拥有了所有单独DG系统所具有的优点；②微网作为一个独立的整体模块，不会对公用电网安全性产生不利影响，不需要对公用电网的运行策略进行修改；③微网可以以灵活的方式将DG单元接入或断开，即DG单元具有“即插即用”(plug-and-play)的能力；④DG单元并网的许多问题都是由DG单元响应速度慢、惯性小的特点引起的，多DG 单元联网的微网增加了系统容量，并有相应的储能系统(蓄电池储能系统、飞轮储能系统等)，使系统惯性增大，减弱了电压波动和电压闪变现象，改善了电能质量；⑤微网中DG单元可以是多种能源形式(光电、风电、微型燃气轮机等)，还可以 ^ /^ (combined heat and power, CHP) ^7^ Kzfe (combined cold heat and power, CCHP)形式存在，就地向用户提供热能，提高了 DG单元利用效率；⑥微网在上级网络发生故障时可以独立自主运行继续保障供电，提高供电可靠性。其中，孤岛(自主)运行的能力是微网最重要的特点。从用户负载侧来说，微网可以看成一个自治的电力系统，它可以满足用户对电力质量和可靠性的要求。从大电网一侧来看，微网就像电网中发电机或负载一样，是一个模块化的整体。由于光伏发电系统输出功率的波动特性，必然与可控微源或储能设备存在配合问题，与其他可控微源相比，微型燃气轮机具有寿命长、可靠性高、燃料适应性好、环境污染小和便于灵活控制等优点，且响应速度较快，在直流侧配置较小容量的储能设备就能响应快速变化的负荷。目前国内外的研究学者对光伏发电做了大量的研究，包括并网和孤岛运行
4的光伏发电系统，光伏阵列的最大功率点跟踪控制(MPPT)、孤岛检测以及逆变器的控制策略等，都各自具有一定的特点，在很大程度上推动了光伏发电产业的发展，但是对于光伏发电在微网中的应用及与其他微源配合的研究还相对较少，而且这些都没有考虑混合微网的并网运行以及并网孤岛两种运行方式的切换。
发明内容
针对现有技术存在的光伏发电系统出力有波动以及微型燃气轮机动态响应速度慢和延时的缺点，本发明的目的是提供一种新的光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制系统方法，以减小光伏发电系统出力的波动并克服微型燃气轮机动态响应速度慢和延时的问题，实现对并网与孤岛状态下混合微网的协调运行控制。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，本控制方法涉及经公共连接点分别接入配电网的光伏发电系统、微型燃气轮机发电系统和蓄电池充发电系统，公共连接点处设有使微网在并网和孤岛两状态间切换的静态开关；所述光伏发电系统包括依次连接的光伏阵列、MPPT控制器、PQ控制器和并网逆变器；所述微型燃气轮机发电系统包括微型燃气轮机控制器、微型燃气轮机、双PWM变流器、PQ控制器和V/F控制器，其特征在于当混合微网并网运行时，使微网作为独立可控单元，通过采样光伏发电系统输出的最大功率Ppv和本地负荷PlMd以及注入配电网功率参考值Pgref来实现其预测算法；当dp =Pgref+Pload-Ppv > 0时，其预测算法的输出值Pmtref = Pgref+Pload"Ppv,由微型燃气轮机输出指定功率Pmtaf,然后和双PWM变流器输出的实际功率Pmt共同作为PQ控制器和ν/F控制器的输入信号得出控制器的输出信号，作为双PWM变流器的输入信号，最终实现对实际输出功率Pmt的控制；当dP = Pgref+Pload-Ppv < 0时，多余的功率给蓄电池充电；当混合微网孤岛运行时，微型燃气轮机功率参考值Pmtref = Pload-Ppv,当Pmtref < 0 时，微型燃气轮机输出功率为0 ；当Pmtref > 0时，微型燃气轮机按功率指令进行输出，经过预测算法预测，再通过微型燃气轮机本身的时间延迟τ后，输出实际功率Pmt，同时
下的功率部分由蓄电池提供。进一步地，所述蓄电池充发电系统的电力电子接口采用双变流器结构，将蓄电池阵列分成N组，N为大于3的整数，按功率调节作用将所有蓄电池分为能量备用和功率补偿两种状态，通过直流开关切换至PQ控制器和V/F控制器并网变流器直流侧，其中PQ控制器控制方式与微型燃气轮机逆变器控制方式相同，V/F控制器采用定电压和定频率控制；并网变流器与开关投切控制共同作用于直流开关，再通过直流开关来实现对蓄电池阵列的控制。所述预测算法采用变步长时间序列法，变步长预测算法的Z域模型为
权利要求
1.光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，本控制方法涉及经公共连接点分别接入配电网的光伏发电系统、微型燃气轮机发电系统和蓄电池充发电系统，公共连接点处设有使微网在并网和孤岛两状态间切换的静态开关；所述光伏发电系统包括依次连接的光伏阵列、MPPT控制器、PQ控制器和并网逆变器；所述微型燃气轮机发电系统包括微型燃气轮机控制器、微型燃气轮机、双PWM变流器、PQ控制器和V/F控制器，其特征在于当混合微网并网运行时，使微网作为独立可控单元，通过采样光伏发电系统输出的最大功率Ppv和本地负荷Pltjad以及注入配电网功率参考值PgMf来实现其预测算法；当dP = Pgref+Pload-Ppv > O时，其预测算法的输出值Pmteef = Pgref+Pload^pV由微型燃气轮机输出指定功率Pmtaf,然后和双PWM变流器输出的实际功率Pmt共同作为PQ控制器和ν/F控制器的输入信号得出控制器的输出信号，作为双PWM变流器的输入信号，最终实现对实际输出功率 Pfflt的控制；当dP = Pgref+Pload-Ppv < O时，多余的功率给蓄电池充电；当混合微网孤岛运行时，微型燃气轮机功率参考值Pmtref = Pload-Ppv,当Pmtref < O时，微型燃气轮机输出功率为O ；当Pmterf > O时，微型燃气轮机按功率指令进行输出，经过预测算法预测，再通过微型燃气轮机本身的时间延迟τ后，输出实际功率Pmt，同时Pmterf剩下的功率部分由蓄电池提供。
2.根据权利要求1所述的光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，其特征在于所述蓄电池充发电系统的电力电子接口采用双变流器结构，将蓄电池阵列分成N组，N 为大于3的整数，按功率调节作用将所有蓄电池分为能量备用和功率补偿两种状态，通过直流开关切换至PQ控制器和V/F控制器并网变流器直流侧，其中PQ控制器控制方式与微型燃气轮机逆变器控制方式相同，V/F控制器采用定电压和定频率控制；并网变流器与开关投切控制共同作用于直流开关，再通过直流开关来实现对蓄电池阵列的控制。
3.根据权利要求1或2所述的光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，其特征在于所述预测算法采用变步长时间序列法，变步长预测算法的Z域模型为式中，L为时间步长，L= 15Ν/Μ 30N/M，N为采样点数；预测时间超前量Tp= (L-I) Ts/2+ τ , τ为微型燃气轮机延迟时间，Ts采样周期；M为分区数，即将N个采样点平均分成M个区域 ’ Wi为权重系数，其值化=M(M_:)且(
4.根据权利要求3所述的光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，其特征在于所述时间步长L根据天气状况而变化，当天气状况波动较大时，适当减小时间步长L ；当天气状况波动较小时，适当地增加时间步长L。
5.光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，本控制方法涉及经公共连接点分别接入配电网的光伏发电系统、微型燃气轮机发电系统和蓄电池充发电系统，公共连接点处设有使微网在并网和孤岛两状态间切换的静态开关；其特征在于所述蓄电池充发电系统的电力电子接口采用双变流器结构，将蓄电池阵列分成N组，N为大于3的整数，按功率调节作用将所有蓄电池分为能量备用和功率补偿两种状态，通过直流开关切换至PQ控制器和V/F控制器并网变流器直流侧，其中PQ控制器控制方式与微型燃气轮机逆变器控制方式相同，V/F控制器采用定电压和定频率控制；并网变流器与开关投切控制共同作用于直流开关，再通过直流开关来实现对蓄电池阵列的控制。
全文摘要
本发明公开了一种光伏与微型燃气轮机混合微网协调运行控制方法，根据光伏与负荷功率的频率特性，提出了一种变步长时间序列法预测光伏与负荷功率，以调节微型燃气轮机功率的提前输出。混合微网并网运行时，利用可控的微型燃气轮机平滑光伏功率波动，使混合微网成为一个可调度的功率源；孤岛运行时，微型燃气轮机功率控制中加入了预测算法，提前调度微型燃气轮机输出，使得微型燃气轮机与储能蓄电池共同补偿光伏与负荷功率的差额，实现混合微网的稳定运行。本发明可减小光伏发电系统出力的波动并克服微型燃气轮机动态响应速度慢和延时的问题，实现对并网与孤岛状态下混合微网的协调运行控制。
文档编号H02J3/28GK102545255SQ20111044231
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者周念成, 池源, 王强钢, 谢光莉, 邓浩 申请人:重庆大学