一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统的制作方法

1.本技术涉及直流微网技术领域，尤其涉及一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统。


背景技术：

2.整县光伏是指整县(市、区)屋顶分布式光伏，目前对分布式光伏的策略是“宜建尽建”、“宜接尽接”。可以预见，未来分布式光伏规模将继续保持迅速增长，分布式光伏并网和局部消纳压力日趋增大，对配电网的结构形态、运行控制、装备技术升级带来不小挑战。
3.分布式光伏高密度、就近无序接入，超出台区承载力，出现配变过载等现象。直流微网是整县光伏接入电力系统的有效方式，通过台区间低压柔性直流互联、台区间共享彼此闲置配变资源能够实现高渗透率整县光伏的就地消纳和即插即用。而直流微网下的光储融合也将是整县光伏规模化应用的重要解决方案。
4.多台区柔性互联组网方案如图1所示，可以以配变台区为单位划分微网供电区域，交流侧通过ac/dc逆变器接入直流微网，对于其他有源微网也可不与交流侧进行连接。不同微网之间可以通过开关直接连接，也可以通过电力电子变压器进行连接。当某个直流微网中的光伏出力过大，导致本台区过载时，可以通过其它台区进行转供，充分利用不同台区富余的配变容量。
5.ac/dc逆变器与dc/dc换流器主要包括两种运行模式：定直流电压控制模式和定功率控制模式。对于一个直流微网或者一组直流微网群中必须要有一个ac/dc逆变器或dc/dc换流器进行定电压控制，其余的则进行定功率控制。对于下垂控制的一组逆变器当作一台来处理，通过交流电网接入的ac/dc逆变器优先进行定电压控制。图1中，正六边形代表一个直流母线。
6.目前，多直流微网柔性互联的协调控制器的拓扑结构不固定,直流微网中的ac/dc逆变器与dc/dc换流器数量不固定，通过传统的编程语言实现其运行控制策略将导致每个工程都需要进行定制化开发，大大降低了多台区柔性互联的协调控制器的可推广性。


技术实现要素：

7.本技术公开了一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统，用于解决现有技术中，多直流微网柔性互联的协调控制器的拓扑结构不固定,直流微网中的ac/dc逆变器与dc/dc换流器数量不固定，通过传统的编程语言实现其运行控制策略将导致每个工程都需要进行定制化开发，大大降低了多台区柔性互联的协调控制器的可推广性的技术问题。
8.本技术公开了一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统，包括：设备模块、定电压优先级计算模块、拓扑识别模块、设备自适应匹配模块和协调控制器；
9.所述设备模块用于对任一ac/dc逆变器或任一dc/dc换流器进行建模，将启停机指令作为触发指令，将模式切换指令抽象为外部设备的交互输入接口和交互输出接口；
10.所述定电压优先级计算模块用于确定任一ac/dc逆变器的总定电压优先级，以及
确定任一dc/dc换流器的总定电压优先级；
11.所述拓扑识别模块用于获取拓扑中直流母线的初始分组，并动态识别开关当前位置，实时对所述初始分组进行更新，将同一直流电气连接的确定为一个新分组；
12.所述设备自适应匹配模块用于根据所述拓扑识别模块的任一新分组，在任一新分组内进行外部设备的交互输入/输出接口绑定，进行模式切换的流程交互；
13.所述协调控制器用于根据所述启停机指令，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机或停机，或控制任一新分组中任一dc/dc换流器的启机或停机。
14.可选的，所述总定电压优先级通过基础定电压优先级与所述定电压优先级计算模块确定的动态优先级叠加而成，所述基础定电压优先级为所述设备模块预先配置。
15.可选的，任一ac/dc逆变器的总定电压优先级，通过如下公式确定：
16.prio_ac＝m+k1*(p_sub
‑
p_real)+k2*p_ac；
17.其中，prio_ac表示ac/dc逆变器的总定电压优先级，m表示ac/dc逆变器的基础定电压优先级，k1表示预设的第一比例系数，p_sub表示预设的配变容量，p_real表示配变实时功率值，k2表示预设的第二比例系数，p_ac为预设的ac/dc逆变器容量。
18.可选的，任一dc/dc换流器的总定电压优先级，通过如下公式确定：
19.prio_dc＝n+k3/abs(soc
‑
50％)*p_dc；
20.其中，prio_dc表示dc/dc换流器的总定电压优先级，n表示dc/dc换流器的基础定电压优先级，k3表示预设的第三比例系数，abs()表示绝对值函数，soc表示储能荷电状态，p_dc表示预设的dc/dc换流器容量。
21.可选的，所述协调控制器用于通过以下步骤控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机：
22.接收所述任一ac/dc逆变器启机指令；
23.获取所述任一ac/dc逆变器的启机条件，并判断所述任一ac/dc逆变器是否满足所述启机条件，若是，则获取交流母线运行状态和直流母线运行状态；
24.根据所述交流母线运行状态和所述直流母线运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机。
25.可选的，所述根据所述交流母线运行状态和所述直流母线运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机，包括：
26.当交流母线有压且直流母线有压时，此时存在直流母线上存在一台储能在定电压运行，切换所述任一ac/dc逆变器为定功率状态并启动；
27.然后切换所述任一ac/dc逆变器为定电压状态，并迅速将所述储能转换为定零功率状态，完成任一新分组中任一ac/dc逆变器的直流母线有压启机。
28.可选的，所述根据所述交流母线运行状态和所述直流母线运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机，包括：
29.当交流母线有压且直流母线无压时，将所述任一ac/dc逆变器切换为定功率状态，完成任一新分组中任一ac/dc逆变器的直流母线无压启机。
30.可选的，所述协调控制器用于通过以下步骤控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机：
31.接收所述任一ac/dc逆变器停机指令；
32.获取所述任一ac/dc逆变器的运行状态；
33.根据所述任一ac/dc逆变器的运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机。
34.可选的，所述根据所述任一ac/dc逆变器的运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机，包括：
35.若所述任一ac/dc逆变器为定直流电压状态，且此时存在逆变器或换流器在定功率状态，则切换所述逆变器或换流器为定电压状态；
36.将所述任一ac/dc逆变器切换为定零功率运行，完成所述任一ac/dc逆变器的定直流电压状态停机。
37.可选的，所述根据所述任一ac/dc逆变器的运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机，包括：
38.若所述任一ac/dc逆变器不为定直流电压状态，则将所述任一ac/dc逆变器进行定功率状态下停机。
39.本技术公开的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统，涉及直流微网技术领域。该系统包括设备模块、定电压优先级计算模块、拓扑识别模块、设备自适应匹配模块和协调控制器。在多台区柔性互联工程环境下，可能存在多个ac/dc逆变器与dc/dc换流器共同组网的情况，网络运行拓扑也在实时变化，需要在协调控制器中利用可视化平台分功能模块进行设计，并对ac/dc逆变器与dc/dc换流器统一建模。本技术结合可视化平台，对设备进行统一建模，抽象设备逻辑功能，设计了设备模块、设备自适应匹配模块、定电压优先级计算模块以及拓扑识别模块，解决了协调控制器开发与工程强耦合的问题。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
41.图1为本技术实施例提供的多台区柔性互联组网方案示意图；
42.图2为本技术实施例提供的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统的结构示意图；
43.图3为本技术实施例提供的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统中，设备模块的功能示意图；
44.图4为本技术实施例提供的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统中，设备自适应匹配模块的功能示意图；
45.图5为本技术实施例提供的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统中，ac/dc逆变器的启机流程示意图；
46.图6为本技术实施例提供的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统中，ac/dc逆变器的的停机流程示意图。
具体实施方式
47.为使本技术实施例的目的、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，都属于本技术保护的范围。
48.为了解决现有技术中，多直流微网柔性互联的协调控制器的拓扑结构不固定,直流微网中的ac/dc逆变器与dc/dc换流器数量不固定，通过传统的编程语言实现其运行控制策略将导致每个工程都需要进行定制化开发，大大降低了多台区柔性互联的协调控制器的可推广性的技术问题，本技术通过如下实施例公开了一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统。
49.参见图2，本技术提供了一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统，包括：设备模块、定电压优先级计算模块、拓扑识别模块、设备自适应匹配模块和协调控制器。
50.所述设备模块用于对任一ac/dc逆变器或任一dc/dc换流器进行建模，将启停机指令作为触发指令，将模式切换指令抽象为外部设备的交互输入接口和交互输出接口。
51.参见图3，设备模块对ac/dc逆变器与dc/dc换流器进行统一建模，通过基础定电压优先级对ac/dc逆变器与dc/dc换流器进行区分，对于同一类型的设备模块的定电压优先级可以通过定电压优先级计算模块进行区分，即由基础定电压优先级叠加定电压优先级计算模块的计算结果进行叠加计算，得到总定电压优先级。
52.在设备模块中启停机指令作为触发指令，将需要对特定ac/dc逆变器或dc/dc换流器进行模式切换的指令抽象为外部设备的交互输入输出接口，通过这种方式，将具体的交互逻辑解耦出来，同时任何工程都可以通过拖拽的方式进行任意的扩展。交互输入输出接口是指具体的某个设备对某个设备的模式切换的指令，即定电压转定功率，或者定功率转定电压。
53.所述定电压优先级计算模块用于确定任一ac/dc逆变器的总定电压优先级，以及确定任一dc/dc换流器的总定电压优先级。
54.进一步的，所述总定电压优先级通过基础定电压优先级与所述定电压优先级计算模块确定的动态优先级叠加而成，所述基础定电压优先级为所述设备模块预先配置。
55.对于定电压优先级计算模块中配置的基础定电压优先级用于区分ac/dc逆变器与dc/dc换流器，ac/dc逆变器的基础定电压优先级配置为m，dc/dc换流器的基础定电压优先级配置为n，其中m>>n。
56.对于ac/dc逆变器这一类型的设备中，因为光伏本身的波动性较大，因此选择ac/dc逆变器容量较大且变压器负载率较低的作为优先定电压的设备。
57.其中，任一ac/dc逆变器的总定电压优先级，通过如下公式确定：
58.prio_ac＝m+k1*(p_sub
‑
p_real)+k2*p_ac；
59.其中，prio_ac表示ac/dc逆变器的总定电压优先级，m表示ac/dc逆变器的基础定电压优先级，k1表示预设的第一比例系数，p_sub表示预设的配变容量，p_real表示配变实时功率值，k2表示预设的第二比例系数，p_ac为预设的ac/dc逆变器容量。
60.对于dc/dc换流器这一类型的设备中，因为微网中存在光伏与负荷，因此优先选择容量大且soc接近50％的储能进行定电压控制。
61.任一dc/dc换流器的总定电压优先级，通过如下公式确定：
62.prio_dc＝n+k3/abs(soc
‑
50％)*p_dc；
63.其中，prio_dc表示dc/dc换流器的总定电压优先级，n表示dc/dc换流器的基础定电压优先级，k3表示预设的第三比例系数，abs()表示绝对值函数，soc表示储能荷电状态，p_dc表示预设的dc/dc换流器容量。
64.在一键式启停机策略中，认为ac/dc逆变器的优先级高于dc/dc换流器，在定电压优先级计算模块为每个设备分配了优先级，屏蔽了具体的设备，如果通过设备自适应匹配模块选择的设备优先级低于本设备，则在有压启机过程中需要进行定电压切换。
65.所述拓扑识别模块用于获取拓扑中直流母线的初始分组，并动态识别开关当前位置，实时对所述初始分组进行更新，将同一直流电气连接的确定为一个新分组。
66.具体来说，将拓扑中的直流母线进行初始分组并配置到拓扑识别模块，根据设备模块中的设备编号以及设备与直流母线的连接关系，确定初始分组。动态识别开关当前位置，根据开关位置不断更新分组，同一直流电气连接的划分为一个新分组。
67.拓扑识别模块中的任一新分组都实时更新至设备自适应匹配模块中，供设备自适应匹配模块在分组内进行外部设备的交互输入/输出接口绑定。
68.利用拓扑识别模块、定电压优先级计算模块以及设备自适应匹配模块还可以实现一键顺控全设备启机控制。根据拓扑识别模块中的实时分组情况，对分组内的设备以任意顺序进行全设备启机。
69.同时，当拓扑识别模块中的分段开关动态分合时，设备自适应匹配模块根据拓扑识别模块的分组情况以及定电压优先级计算模块中设备定电压优先级计算结果进行分组内设备的优先级排序，并自动进行定电压与定功率模式的在线切换。
70.所述设备自适应匹配模块用于根据所述拓扑识别模块的任一新分组，在任一新分组内进行外部设备的交互输入/输出接口绑定，进行模式切换的流程交互。
71.参见图4，设备自适应匹配模块是不同设备模块之间的连接桥梁，它能够通过拓扑识别模块获取设备的分组情况，在各自分组内，将相关设备模块的外部设备的交互输入/输出接口绑定起来，结合一键式启停控制逻辑进行模式切换的流程交互。
72.多直流微网柔性互联的协调控制器的拓扑结构不固定,直流微网中的ac/dc与dc/dc数量不固定，通过传统的编程语言实现其运行控制策略将导致每个工程都需要进行定制化开发，大大降低了多台区柔性互联的协调控制器的可推广性。因此，需要结合可视化平台，对设备进行统一建模，抽象设备逻辑功能，设计了设备模块、设备自适应匹配模块、定电压优先级计算模块以及拓扑识别模块，解决了协调控制器开发与工程强耦合的问题。
73.在启停机流程里，某个设备启停机会触发其他设备的模式切换。把设备模块抽象出来为一个独立的逻辑功能，与设备自适应匹配模块配合共同实现一键式启停。
74.下述为协调控制器执行的一键式启停机策略。
75.所述协调控制器用于根据所述启停机指令，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机或停机，或控制任一新分组中任一dc/dc换流器的启机或停机。
76.在本技术的部分实施例中，所述协调控制器用于通过以下步骤控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机：
77.接收所述任一ac/dc逆变器启机指令。
78.获取所述任一ac/dc逆变器的启机条件，并判断所述任一ac/dc逆变器是否满足所述启机条件，若是，则获取交流母线运行状态和直流母线运行状态。
79.根据所述交流母线运行状态和所述直流母线运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机。
80.参见图5，在本技术的部分实施例中，所述根据所述交流母线运行状态和所述直流母线运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机，包括：
81.当交流母线有压且直流母线有压时，此时存在直流母线上存在一台储能在定电压运行，切换所述任一ac/dc逆变器为定功率状态并启动。
82.然后切换所述任一ac/dc逆变器为定电压状态，并迅速将所述储能转换为定零功率状态，完成任一新分组中任一ac/dc逆变器的直流母线有压启机。
83.具体来说，当交流母线有压且直流母线有压时，进行有压启机(此时直流母线上有设备在定电压运行，认为某一台储能在定电压运行状态)，切换ac/dc逆变器为定功率并启动，然后切换ac/dc逆变器为定电压运行，此时与储能短时共同定电压并列运行，然后迅速将储能转换为定零功率运行。
84.在本技术的部分实施例中，所述根据所述交流母线运行状态和所述直流母线运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的启机，包括：
85.当交流母线有压且直流母线无压时，将所述任一ac/dc逆变器切换为定功率状态，完成任一新分组中任一ac/dc逆变器的直流母线无压启机。
86.在本技术的部分实施例中，所述协调控制器用于通过以下步骤控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机：
87.接收所述任一ac/dc逆变器停机指令。
88.获取所述任一ac/dc逆变器的运行状态。
89.根据所述任一ac/dc逆变器的运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机。
90.参见图6，在本技术的部分实施例中，所述根据所述任一ac/dc逆变器的运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机，包括：
91.若所述任一ac/dc逆变器为定直流电压状态，且此时存在逆变器或换流器在定功率状态，则切换所述逆变器或换流器为定电压状态。
92.将所述任一ac/dc逆变器切换为定零功率运行，完成所述任一ac/dc逆变器的定直流电压状态停机。
93.在本技术的部分实施例中，所述根据所述任一ac/dc逆变器的运行状态，控制任一新分组中任一ac/dc逆变器的停机，包括：
94.若所述任一ac/dc逆变器不为定直流电压状态，则将所述任一ac/dc逆变器进行定功率状态下停机。
95.具体来说，对于包含大量换流器与逆变器设备的直流微网中，设备的启停必须根据微网的拓扑与微网内其它设备协调配合，否则错误的启停将导致微网失电。因此，需要设计面向多台区柔性互联直流微网的协调控制装置，具备不停电一键式启停运行控制功能。
96.上述步骤可以保证ac/dc逆变器的停机不影响直流微网正常运行。
97.dc/dc换流器的启机流程与ac/dc逆变器类似，不同的是在有压启机中只执行到切换为定功率状态。在停机流程中则无需考虑当前状态直接停机。
98.有如此区别的主要原因在于，ac/dc逆变器背靠交流电网，其作为直流母线电压源
的能力较储能更强，因此优先选择ac/dc逆变器进行定电压控制。
99.由以上技术方案可知，本技术公开的一种面向多台区柔性互联直流微网的运行控制系统，涉及直流微网技术领域。该系统包括设备模块、定电压优先级计算模块、拓扑识别模块、设备自适应匹配模块和协调控制器。
100.在实际应用中，在多台区柔性互联工程环境下，可能存在多个ac/dc逆变器与dc/dc换流器共同组网的情况，网络运行拓扑也在实时变化，需要在协调控制器中利用可视化平台分功能模块进行设计，并对ac/dc逆变器与dc/dc换流器统一建模。本技术结合可视化平台，对设备进行统一建模，抽象设备逻辑功能，设计了设备模块、设备自适应匹配模块、定电压优先级计算模块以及拓扑识别模块，解决了协调控制器开发与工程强耦合的问题。其中，可视化编程通过所见即所得的程序描述方式，将底层代码封装成图形化方式，直观展示程序功能，通过定义的管道连线各个单元，实现单元的数据通信。
101.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。