本发明涉及微电网技术领域，特别是涉及一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网及其运行方法。
背景技术：
新能源发电的大规模并网是电网发展的必然趋势，然而新能源输出功率的波动性，给电网的安全稳定运行带来了很大的挑战。需求侧响应技术，旨在挖掘一切对维持电能供需平衡有帮助的潜在“资源”，提高电网对新能源发电的接纳能力。直接负荷控制，是目前广泛采用的需求侧响应技术之一，旨在通过对愿意接受调度的负载进行直接的控制来实现电能的供需平衡。然而，现有的直接负荷控制技术，可调负载与新能源发电之间缺乏具有自适应功能的联动机制，对于平衡新能源发电的功率波动效果有限。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网及其运行方法，通过可变频率变压器对接受直接负荷控制的可调负载的输入功率和对风电机组的输出功率进行直接的功率调节，充分发挥可调负载的弹性储能功能，在风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间建立起自适应的联动机制，提高了直接负荷控制对平衡风电功率波动的效果。另外，风电机组通过风电投切开关与变压变流交流母线连接，无需单独设置电力电子变换器，成本低。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网，包括协同控制系统、可变频率变压器、风电机组、风电投切开关及可调负载投切开关，其中：
所述可变频率变压器的第一端与中压工频电网连接，所述可变频率变压器的第二端与变压变频交流母线连接，所述可变频率变压器的第三端与电源连接；
所述风电机组通过所述风电投切开关与所述变压变频交流母线连接；
所述变压变频交流母线还通过所述可调负载投切开关与可调负载连接；
所述协同控制系统分别与所述可变频率变压器、所述风电机组及所述风电投切开关连接，用于获取所述风电机组的风速参数，并依据所述风速参数控制所述风电机组的桨距角和投切状态、所述可变频率变压器的转速进而控制所述变压变频交流母线的电压和频率，以实现所述风电机组的输出功率与所述可调负载的输入功率之间的自适应。
优选地，所述可调负载包括可调压调频交流负载，所述可调负载投切开关包括第一可调压交流负载投切开关，所述可调压调频交流负载通过所述第一可调压交流负载投切开关直接与所述变压变频交流母线连接。
优选地，所述可调负载还包括可调压直流负载，所述可调负载投切开关还包括第一可调压直流负载投切开关，所述微电网还包括三相二极管整流器；
所述三相二极管整流器的交流端与所述变压变频交流母线连接，所述三相二极管整流器的直流端与变压直流母线连接，所述可调压直流负载通过所述第一可调压直流负载投切开关与所述变压直流母线连接。
优选地，所述微电网还包括降压变压器、三相PWM整流器、第一DC/DC变换器及储能系统；
所述降压变压器的高压侧与所述中压工频电网连接，所述降压变压器的低压侧与恒压恒频交流母线连接，所述恒压恒频交流母线通过恒压恒频负载投切开关与恒压恒频交流负载连接，还通过第二可调压交流负载投切开关与所述可调压调频负载连接；
所述三相PWM整流器的交流端与所述恒压恒频交流母线连接，所述三相PWM整流器的直流端与恒压直流母线连接，所述恒压直流母线通过恒压直流负载投切开关与恒压直流负载连接，还通过第二可调压直流负载投切开关与所述可调压直流负载连接；
所述储能系统通过所述第一DC/DC变换器与所述恒压直流母线连接；
所述协同控制系统还分别与所述降压变压器、所述三相PWM整流器的控制端及所述第一DC/DC变换器的控制端连接。
优选地，所述可变频率变压器包括双馈电机、直流电机及直流电机驱动器，其中：
所述双馈电机与所述直流电机同轴机械连接；
所述直流电机通过所述直流电机驱动器连接所述恒压直流母线，所述恒压直流母线作为所述电源；
所述双馈电机的定子绕组作为所述可变频率变压器的第一端；
所述双馈电机的转子绕组作为所述可变频率变压器的第二端。
优选地，所述微电网还包括光伏系统及第二DC/DC变换器，所述光伏系统通过所述第二DC/DC变换器与所述恒压直流母线连接。
优选地，所述协同控制系统还用于：
获取所述降压变压器的高压侧绕组的电压电流参数，所述可变频率变压器的定子绕组的电压电流参数、转子绕组的电压电流参数、所述直流电机的转速电流参数、所述三相PWM整流器的交流端的电压电流参数和直流端的电压电流参数、所述三相二极管整流器的直流端的电压参数、所述风电机组的风速参数、所述光伏系统的光照强度参数及所述储能系统的荷电状态参数；
根据接收到的上述参数进行优化计算，得到所述可变频率变压器的转速、所述风电机组的桨距角和投切状态、所述储能系统的充放电功率、所述三相PWM整流器的无功功率的最优解；
根据所述最优解，通过所述可变频率变压器的直流电机驱动器调节所述可变频率变压器的转速从而调节所述变压变频交流母线的负载消耗功率、所述变压直流母线的负载消耗功率和所述风电机组的转速，调节所述风电机组的桨距角和投切状态，通过所述第一DC/DC变换器调节所述储能系统的充放电功率，通过所述三相PWM整流器调节其交流端的无功功率。
优选地，所述根据接收到的上述参数进行优化计算的过程具体为：
以所述风电机组扣除自身损耗后的发电量最大化、所述储能系统的功率损耗和寿命损耗最小化为优化目标，以整个所述微电网对所述中压工频电网的接入点维持单位功率因数和有功功率分时恒定为约束条件，进行优化计算。
优选地，所述调节所述风电机组的投切状态的过程具体为：
当所述风电机组捕获的风能大于其自身损耗时，闭合所述风电投切开关，以使所述风电机组向所述微电网提供电能；
当风电机组捕获的风能等于其自身损耗时，闭合所述风电投切开关，以使所述风电机组向所述微电网提供惯性支撑；
当风电机组捕获的风能小于其自身损耗时，断开所述风电投切开关。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网运行方法，基于如上述所述的微电网，该方法包括：
获取所述风电机组的风速参数；
依据所述风速参数控制所述风电机组的桨距角和投切状态、所述可变频率变压器的转速进而控制所述变压变频交流母线的电压和频率，控制所述风电机组向所述微电网提供最大化电能的同时实现所述风电机组的输出功率与所述可调负载的输入功率之间的自适应。
本发明提供了一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网及其运行方法，包括协同控制系统、可变频率变压器、风电机组、风电投切开关及可调负载投切开关，可变频率变压器的第一端与中压工频电网连接，可变频率变压器的第二端与变压变频交流母线连接，可变频率变压器的第三端与电源连接；风电机组通过风电投切开关与变压变频交流母线连接；变压变频交流母线还通过可调负载投切开关与可调负载连接；协同控制系统分别与可变频率变压器、风电机组及风电投切开关连接，用于获取风电机组的风速参数，并依据风速参数控制风电机组的桨距角和投切状态、可变频率变压器的转速进而控制变压变频交流母线的电压和频率，以实现风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间的自适应。
可见，本发明通过可变频率变压器对接受直接负荷控制的可调负载的输入功率和对风电机组的输出功率进行直接的功率调节，充分发挥可调负载的弹性储能功能，在风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间建立起自适应的联动机制，提高了直接负荷控制对平衡风电功率波动的效果。另外，风电机组通过风电投切开关与变压变流交流母线连接，无需单独设置电力电子变换器，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网及其运行方法，通过可变频率变压器对接受直接负荷控制的可调负载的输入功率和对风电机组的输出功率进行直接的功率调节，充分发挥可调负载的弹性储能功能，在风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间建立起自适应的联动机制，提高了直接负荷控制对平衡风电功率波动的效果。另外，风电机组通过风电投切开关与变压变流交流母线连接，无需单独设置电力电子变换器，成本低。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明提供的一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网的结构示意图，该微电网包括协同控制系统1、可变频率变压器2、风电机组3、风电投切开关4及可调负载投切开关，其中：
可变频率变压器2的第一端与中压工频电网连接，可变频率变压器2的第二端与变压变频交流母线连接，可变频率变压器2的第三端与电源连接；
风电机组3通过风电投切开关4与变压变频交流母线连接；
变压变频交流母线还通过可调负载投切开关与可调负载连接；
协同控制系统1分别与可变频率变压器2、风电机组3及风电投切开关4连接，用于获取风电机组3的风速参数，并依据风速参数控制风电机组3的桨距角和投切状态、可变频率变压器2的转速进而控制变压变频交流母线的电压和频率，以实现风电机组3的输出功率与可调负载的输入功率之间的自适应。
首先需要说明的是，在采用可变频率变压器2对风电机组3进行控制时，在最高风能利用率的条件下，风速分别与可变频率变压器2的频率及风电机组3的转速呈正比例关系。
具体地，协同控制系统1会获取风电机组3的风速参数，并基于上述原理生成控制信号，一方面，通过控制可变频率变压器2的转速进而控制变压变频交流母线的电压和频率，以对可调负载的输入功率进行调整，另一方面，控制风电机组3的桨距角和投切状态，以对风电机组3的输出频率进行控制，使得风电机组3的转速随着风速变化，实现风电机组3的最大功率输出，最终实现风电机组3的输出功率与可调负载的输入功率之间的自适应。
具体地，与变压变频交流母线连接的风电机组3的输出功率正比于变压变频交流母线电压幅值的3次方，与变压变频交流母线连接的可调负载的输入功率正比于变压变频交流母线电压幅值的2次方，因此，风电机组3的输出功率与可调负载输入功率之间建立起了“自适应”的联动机制，提高了直接负荷控制对平衡风电功率波动的效果。
另外，通过可变频率变压器2对接受直接负荷控制的可调负载进行直接的功率调节，充分发挥了可调负载的“弹性储能”功能。
同时，本申请中，由于无需调整风电机组3输出至变压变频交流母线的功率，也即风电机组3无需单独设置电力电子变换器，本申请中的电机组通过风电投切开关4与变压变流交流母线连接，成本低。
作为优选地，可调负载包括可调压调频交流负载，可调负载投切开关包括第一可调压交流负载投切开关51，可调压调频交流负载通过第一可调压交流负载投切开关51直接与变压变频交流母线连接。
作为优选地，可调负载还包括可调压直流负载，可调负载投切开关还包括第一可调压直流负载投切开关52，微电网还包括三相二极管整流器9；
三相二极管整流器9的交流端与变压变频交流母线连接，三相二极管整流器9的直流端与变压直流母线连接，可调压直流负载通过第一可调压直流负载投切开关52与变压直流母线连接。
具体地，用于直接负荷控制的可调负载通常包括可调压调频交流负载和可调压直流负载。
在实际应用中，可调压调频交流负载除了通过第一可调压交流负载投切开关51与变压变频交流母线连接，还通过第二可调压交流负载投切开关54与恒压恒频交流母线连接(下文将会提到)，其运行方式为：如果可调压调频交流负载被设置为接受直接负荷控制，则闭合其与变压变频交流母线之间的第一可调压交流负载投切开关51，如果可调压调频交流负载被设置为不接受直接负荷控制，则闭合其与恒压恒频交流母线之间的第二可调压交流负载投切开关54。
可调压直流负载除了通过第一可调压直流负载投切开关52与变压变频交流母线连接，还通过第二可调压直流负载投切开关55与恒压直流母线连接(下文将会提到)，其运行方式为：如果可调压直流负载被设置为接受直接负荷控制，则闭合其与变压直流母线之间的第一可调压直流负载投切开关52，如果可调压直流负载被设置为不接受直接负荷控制，则闭合其与恒压直流母线之间的第二可调压直流负载投切开关55。
其中，可调压调频交流负载接受直接负荷控制时，其消耗的功率决定于变压变频交流母线的电压幅值，受到可变频率变压器2转速的控制；
其中，可调压直流负载接受直接负荷控制时，其消耗的功率决定于变压直流母线的电压幅值，受到可变频率变压器2转速的控制。
作为优选地，微电网还包括降压变压器6、三相PWM整流器7、第一DC/DC变换器8及储能系统；
降压变压器6的高压侧与中压工频电网连接，降压变压器6的低压侧与恒压恒频交流母线连接，恒压恒频交流母线通过恒压恒频负载投切开关53与恒压恒频交流负载连接，还通过第二可调压交流负载投切开关54与可调压调频负载连接；
三相PWM整流器7的交流端与恒压恒频交流母线连接，三相PWM整流器7的直流端与恒压直流母线连接，恒压直流母线通过恒压直流负载投切开关56与恒压直流负载连接，还通过第二可调压直流负载投切开关55与可调压直流负载连接；
储能系统通过第一DC/DC变换器8与恒压直流母线连接；
协同控制系统1还分别与降压变压器6、三相PWM整流器7的控制端及第一DC/DC变换器8的控制端连接。
具体地，协同控制系统1还可通过三相PWM整流器7及第一DC/DC变换器8来实现微电网与储能系统之间的能量交互。
作为优选地，可变频率变压器2包括双馈电机、直流电机及直流电机驱动器，其中：
双馈电机与直流电机同轴机械连接；
直流电机通过直流电机驱动器连接恒压直流母线，恒压直流母线作为电源；
双馈电机的定子绕组作为可变频率变压器2的第一端；
双馈电机的转子绕组作为可变频率变压器2的第二端。
具体地，可变频率变压器2接收协同控制系统1的控制，一方面，实现对变压变频交流母线的频率和电压的控制，另一方面，能够通过变速调频作用将变频交流电转换为工频交流电，双馈电机的定子绕组将工频交流电注入工频电网。
当然，本申请中还可以采用其他类型的可变频率变压器2，能实现本发明的技术目的即可。
作为优选地，微电网还包括光伏系统及第二DC/DC变换器10，光伏系统通过第二DC/DC变换器10与恒压直流母线连接。
为进一步完善本申请提供的微电网的功能，本申请还包括光伏系统及第二DC/DC变换器10，从而充分利用新能源。
作为优选地，协同控制系统1还用于：
获取降压变压器6的高压侧绕组的电压电流参数，可变频率变压器2的定子绕组的电压电流参数、转子绕组的电压电流参数、直流电机的转速电流参数、三相PWM整流器7的交流端的电压电流参数和直流端的电压电流参数、三相二极管整流器9的直流端的电压参数、风电机组3的风速参数、光伏系统的光照强度参数及储能系统的荷电状态参数；
根据接收到的上述参数进行优化计算，得到可变频率变压器2的转速、风电机组3的桨距角和投切状态、储能系统的充放电功率、三相PWM整流器7的无功功率的最优解；
根据最优解，通过可变频率变压器2的直流电机驱动器调节可变频率变压器2的转速从而调节变压变频交流母线的负载消耗功率、变压直流母线的负载消耗功率和风电机组3的转速，调节风电机组3的桨距角和投切状态，通过第一DC/DC变换器8调节储能系统的充放电功率，通过三相PWM整流器7调节其交流端的无功功率。
具体地，本申请中提供的可变频率变压器2直接负荷控制的微电网通过协同控制系统1接收各母线电压电流参数、风电机组3风速参数、光伏系统光照强度参数、储能系统荷电状态参数并进行优化计算，进而控制可变频率变压器2调节转速从而调节变压变频交流母线的负载消耗功率、变压直流母线的负载消耗功率和风力发电机组的转速，控制风电机组3及其投切开关调节桨距角和投切状态，控制储能系统及其DC/DC变换器调节充放电功率，控制三相PWM整流器7调节无功功率，以达到通过直接负荷控制和储能系统充放电控制平衡新能源发电功率的随机波动的目标，实现微电网的稳定运行，解决现有技术中常规的新能源的波动性特点对电网造成冲击的技术问题，使新能源发电量最大化并使微电网对中压工频电网接入点维持单位功率因数和有功功率分时恒定，降低了上级电网的调度难度。
另外，三相PWM整流器7还能够通过对其交流端的有功功率的调节，来维持恒压直流母线电压的恒定。
作为优选地，根据接收到的上述参数进行优化计算的过程具体为：
以风电机组3扣除自身损耗后的发电量最大化、储能系统的功率损耗和寿命损耗最小化为优化目标，以整个微电网对中压工频电网的接入点维持单位功率因数和有功功率分时恒定为约束条件，进行优化计算。
另外，本申请对于具体采用哪种算法进行优化计算是不做特别的限定的，例如这里可以采用粒子算法来进行优化计算，当然，这里还可以采用其他算法。
作为优选地，调节风电机组3的投切状态的过程具体为：
当风电机组3捕获的风能大于其自身损耗时，闭合风电投切开关4，以使风电机组3向微电网提供电能；
当风电机组3捕获的风能等于其自身损耗时，闭合风电投切开关4，以使风电机组3向微电网提供惯性支撑；
当风电机组3捕获的风能小于其自身损耗时，断开风电投切开关4。
具体地，本申请中，当风电机组3捕获的风能等于其自身损耗时，闭合风电投切开关4，风电机组3能够为微电网提供惯性支撑，提高了微电网的稳定性和可靠性。
本发明提供了一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网，包括协同控制系统、可变频率变压器、风电机组、风电投切开关及可调负载投切开关，可变频率变压器的第一端与中压工频电网连接，可变频率变压器的第二端与变压变频交流母线连接，可变频率变压器的第三端与电源连接；风电机组通过风电投切开关与变压变频交流母线连接；变压变频交流母线还通过可调负载投切开关与可调负载连接；协同控制系统分别与可变频率变压器、风电机组及风电投切开关连接，用于获取风电机组的风速参数，并依据风速参数控制风电机组的桨距角和投切状态、可变频率变压器的转速进而控制变压变频交流母线的电压和频率，以实现风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间的自适应。
可见，本发明通过可变频率变压器对接受直接负荷控制的可调负载的输入功率和对风电机组的输出功率进行直接的功率调节，充分发挥可调负载的弹性储能功能，在风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间建立起自适应的联动机制，提高了直接负荷控制对平衡风电功率波动的效果。另外，风电机组通过风电投切开关与变压变流交流母线连接，无需单独设置电力电子变换器，成本低。
本发明还提供了一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网运行方法，基于如上述的微电网，该方法包括：
获取风电机组的风速参数；
依据风速参数控制风电机组的桨距角和投切状态、可变频率变压器的转速进而控制变压变频交流母线的电压和频率，控制风电机组向微电网提供最大化电能的同时实现风电机组的输出功率与可调负载的输入功率之间的自适应。
对于本发明提供的可变频率变压器直接负荷控制的微电网运行方法的介绍请参照上述系统实施例，本发明在此不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。