一种基于电力电子变压器的微电网功率交换控制方法与流程

本发明属于能源互联网技术领域，具体涉及一种基于电力电子变压器的微电网功率交换控制方法。

背景技术：

在传统化石能源日趋紧张以及节能减排的全球大背景下，分布式发电技术飞速发展，整合了分布式发电、电力电子、电力系统控制技术的微型电网技术受到人们越来越多的重视。为实现微网与大电网之间的有效互补，微网并网技术值得深入探究。

传统微网并网方式存在并网速度慢、冲击大、供电可靠性低、潮流无法控制等问题，另外由于两个电网之间不存在有效的隔离措施，任何一侧电网发生故障电流、谐波污染等问题都将对另一侧电网产生影响，电能质量得不到有效保证。所以有必要采用一种新的微网并网方式，来提高微网与大电网并网的可靠性和灵活性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于电力电子变压器的微电网功率交换控制方法，实现微电网与大电网的友好接入，在微网内电能质量不受影响的同时令微网内部发电和用电成本最优化。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于电力电子变压器的微电网功率交换控制方法，微网通过并网装置与上级配电网相连，所述并网装置由电力电子变压器和储能装置组成，微网由微源和负荷组成；微网在公共连接点处通过电力电子变压器与公用电网相连；电力电子变压器输出级采用pq控制，通过预先设定的功率参考值，令并网点潮流跟踪参考值的变化，实现大电网到微网的功率交换恒定。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)交流配电网的电压等级为交流10kv，满足微电网分布式发电及负荷的并网需求；(2)电力电子变压器并网装置接入方式：并网装置采用三相ac/dc/ac型电力电子变压器拓扑结构，输入级三相全控整流器，中间级dc/dc直流变换单元和输出级三相全控逆变器三部分组成，该结构功率器件数相对较少，控制较容易；(3)并网运行时，并网装置取代了传统变压器和断路器，实现了电压变换和电路通断控制，并网装置中直流环节的存在对微网和大电网进行了有效的隔离，配网的故障电压、谐波电流等不会流入微网，同样微网故障也不会对大电网产生影响，甚至还实现了微网与大电网的异步运行，真正实现了微网内部的自治管理；(4)采用基于pet的微网恒功率交换控制策略，实现微网内交换功率恒定，并达到微电网内部发电和用电成本最优，通过对微源荷负载的相互协调实现微网的电压和频率恒定；(5)并网装置pet的输出级采用pq控制，对功率不易调整的分布式电源采用定直流电压控制策略；对功率易于调整分布式电源根据分布式电源自身容量大小合理分配微网内功率缺额；对可控负荷采用下垂管理方式，根据微网内功率缺额大小合理减少自身功率需求。

附图说明

图1为基于pet的微电网恒功率交换控制图。

具体实施方式

分布式电源可以让用户对电能进行自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高，可以弥补电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时可继续供电。电力电子变压器凭借自身优势，可以与风力、光伏等发电技术良好结合，形成区域性电力网络。基于电力电子变压器的并网装置取代传统电力变压器和断路器，不仅实现电压变换和电路通断控制，而且能对两侧电能进行有效控制。同时在并网装置两侧安装隔离开关，以便在配网、微网发生故障或检修时隔离电路。

如图1所示，一种基于电力电子变压器的微电网功率交换控制方法，微网通过基于电力电子变压器的并网装置与10kv的上级配电网相连，所述并网装置由电力电子变压器和储能装置组成；微网由微源和负荷组成，微源包括自然变动微源和可调度微源，负荷包括不可控负荷和可控负荷；微网在公共连接点处通过电力电子变压器与公用电网相连；电力电子变压器输出级采用pq控制，通过预先设定的功率参考值pgrid，令并网点潮流跟踪参考值的变化，实现大电网到微网的功率交换恒定；具体为：

设微源的出力为pmd+pm0、qmd+qm0，其中pmd、qmd表示功率可调度微源输出的有功、无功功率，pm0、qm0表示自然变动微源输出的有功、无功功率；微网内一旦出现功率变化，自然变动微源出力不会对功率变化进行调节，即δpm0＝0，δqm0＝0；可调度微源根据自身特性进行输出功率的调整，调整量为δpmd和δqmd，得出以下公式：

式中，pmdk和qmdk是单个可调度微源调整量，g为可调度微源数量，δpm和δqm是所有微源引起的功率的调整量；

负荷的需求量为plc+pl0、qlc+ql0,其中plc、qlc表示可控负荷的有功、无功功率需求量，pl0、ql0表示不可控负荷的有功、无功需求量；由于不能减少不可控负荷的需求量，所以不可控负荷的有功、无功需求调整量为零，即δpl0＝0，δql0＝0；总负荷变化量如等式(3)、(4)所示：

式中，plck和qlck是单个可控负载的需求调整量，l为可控负载数量，δpl和δql为所有负载的功率需求的调整量；

在恒功率交换的微网控制模式下，微源的出力变化需要满足式(5)：

式中，δpgrid和δqgrid为并网点功率交换的有功和无功变化量。

在微网恒功率交换控制模式下，并网装置中电力电子变压器的输出级采用pq控制策略，对于自然变动微源采用定直流电压控制策略，控制目标为维持直流电压恒定以实现最大功率输出；对于可调度微源采用下垂控制，控制目标是根据微源自身容量大小分配微网内功率缺额；对于可控负荷同样采用下垂管理方式，其目标是根据微网内功率缺额大小减少自身功率需求。

进一步的，交流配电网的电压等级为交流10kv。

进一步的，并网装置采用三相ac/dc/ac型电力电子变压器拓扑结构，输入级为三相全控整流器，中间级为dc/dc直流变换单元和输出级为三相全控逆变器。

进一步的，自然变动微源包括风力发电机、太阳能光伏电池，可调度微源包括燃料电池、燃气轮机。

将电气隔离、电压变换、无功补偿等功能集于一身的电力电子变压器(powerelectronictransformer，pet)成为对传统变压器及电力电子设备进行集成优化、提高电网设备智能化水平的重要设备。电子电力变压器作为一种新型电力变压器，电流可以灵活控制，具有优化配置各种电源、改善供电质量、控制功率潮流和提高系统稳定性等功能，从而具备了解决现代电力系统面临的许多新问题的潜力。

下面结合附图和实施例进一步阐述本发明方案。

实施例

图1为本发明提出的基于pet的微网恒功率交换控制图，微电网通过基于电力电子变压器的并网装置与10kv的上级配电网相连，并网装置由电力电子变压器和储能装置两部分组成。微网由一系列分布式电源和负荷组成，分布式电源包括功率不易调整的微源和功率易于调整的微源，功率不易调整的微源有风力发电、光伏发电等自然变动电源，功率易于调整的微源有燃料电池、微型燃气轮机等可调度电源；负荷主要分为不可控负荷和可控负荷，不可控负荷指敏感负荷和重要负荷，可控负荷指非敏感负荷和一般负荷。微网在公共连接点处通过pet与公用电网相连。pet输出级采用pq控制，通过预先设定的功率参考值pgrid，令并网点潮流跟踪参考值的变化，实现大电网到微网的功率交换恒定。

由于pet的输出级采用pq控制策略，无法为微网内部提供电压和频率的支撑，所以这时候微网的电压和频率恒定需要通过微源荷负载的相互协调来实现。假设微源的出力为pmd+pm0、qmd+qm0，其中pmd、qmd表示功率易于调整的微源输出的有功、无功功率，pm0、qm0表示功率不易调整的微源输出的有功、无功功率。那么微网内一旦出现功率变化，不易调整的微源出力不会对功率变化进行调节，即δpm0＝0，δqm0＝0；可调度微源将根据自身特性进行输出功率的调整，调整量为δpmd和δqmd，可得出以下公式(1)、(2)：

式中，pmdk和qmdk是单个可调度微源调整量，g为可调度微源数量，δpm和δqm是所有微源引起的功率的调整量；

同样，负荷的需求量为plc+pl0、qlc+ql0,其中plc、qlc表示可控负荷的有功、无功功率需求量，pl0、ql0表示不可控负荷的有功、无功需求量。由于不能减少不可控负荷的需求量，即δpl0＝0，δql0＝0。总负荷变化量如等式(3)、(4)所示：

式中，plck和qlck是单个可控负载的需求调整量，l为可控负载数量，δpl和δql为所有负载的功率需求的调整量。

在恒功率交换的微网控制模式下，微源需要为微网内的功率变化提供支撑，即无论是负载的突变还是并网点功率变化，微源的出力变化需要满足式(5)：

式中，δpgrid和δqgrid是并网点功率交换的有功和无功变化量。

在微网恒功率交换控制模式下，并网装置中pet的输出级采用pq控制策略，对于功率不易调整的分布式电源如风力发电机、太阳能光伏电池等采用定直流电压控制策略，控制目标为维持直流电压恒定以实现最大功率输出；对于功率易于调整的分布式电源如燃料电池、微型燃气轮机等采用下垂控制，控制目标是根据分布式电源自身容量大小合理分配微网内功率缺额；对于可控负荷同样采用下垂管理方式，其目标是根据微网内功率缺额大小合理减少自身功率需求。