一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统。适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统包括控制层、监测层和通讯层，控制层由配电网调度系统、微电网中央控制器和底层控制器组成，监测层由电流、电压互感器以及功率计组成，通讯层由通信端口和通信网络组成。本实用新型基于三级分层，上层为配电网调度系统，中间层为MGCC，底层包括MC和LC，各层之间增加通信联络以实现微电网的协调控制和稳定运行，具有结构简单，短时、快速、不依赖通信特点。
【专利说明】
一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及微电网控制领域，具体涉及一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着能源危机及环境污染问题的日益严重，由分布式发电作为重要组成部分的微电网成为研究热点。微电网作为一个灵活、可控、绿色、经济的新型分布式电源载体，在保障用户供电、节能环保、改善电能质量方面具有突出的优点。微电网可以工作在并网和离网两种模式:与配电网并网运行的并网模式;不与配电网相连接或因某种原因断开与配电网的连接而转入独立运行的离网模式。
[0003]微电网常用的控制策略主要有主从型、对等型。主从控制将微电网中各个DG(Distributed Generat1n，分布式发电)采取不同的控制方法，并网运行时所有DG均采用PQ(功率可调)控制策略;孤岛运行时，主控DG采用V/f控制，以确保向微电网中其它DG提供电压和频率参考，其它从属地位的DG仍采用PQ控制策略。对等控制采用基于下垂特性的下垂控制策略，当负载发生变化时各DG自动依据下垂系数分担负载变化量，实现负载功率变化在DG之间的自动分配，但负载变化前后系统的稳态电压和频率也会有所变化，属于有差控制。
[0004]本微电网控制系统由配电网调度系统、微电网中央控制器、微源控制器和负荷控制器以及监测装置、通信网络组成。本微电网控制方法基于三级分层控制，上层为配电网调度系统，中间层为MGCC(微电网中央控制器，Microgrid Central Controller)，底层包括MC(微源控制器，Microres Controller)和LC(负荷控制器，Load Controller)，各层之间增加通信联络以实现微电网的协调控制和稳定运行。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是针对用户侧微电网，提供一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统。
[0006]本实用新型的微电网中央控制系统包括控制层、监测层和通讯层，控制层由配电网调度系统、微电网中央控制器和底层控制器组成，监测层由电流、电压互感器以及功率计组成，通讯层由通信端口和通信网络组成。微电网中央控制系统内的互联关系如下所述:
[0007]配电网调度系统通过通信总线向MGCC发送调节控制指令，实现电网的安全经济运行;MGCC与并/离网控制开关通过通信总线连接，以控制微电网系统处于并网运行状态或者离网运行状态;MC与光伏发电系统开关、储能装置开关相连接，以控制光伏发电系统、储能装置的接入和切除;LC与负荷开关相连接，以控制负荷的接入和切除。
[0008]光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；储能系统由锂电池组和储能变流器组成;MC与光伏逆变器连接，控制光伏发电系统的输出功率;MC与储能变流器连接，控制储能装置的输出功率。
[0009]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果:针对用户侧微电网，本实用新型提供一种中央控制硬件系统，采用三级分层控制，上层为配电网调度系统，中间层为MGCC，底层包括MC和LC，各层之间增加通信联络以实现微电网的协调控制和稳定运行，具有结构简单，短时、快速、不依赖通信特点。
【附图说明】
[0010]图1是用户侧微电网中央控制系统拓扑图。
[0011 ]图2是并网运行状态转为离网运行状态的控制策略示意图。
[0012]图3是离网运行状态转为并网运行状态的控制策略示意图。
[0013]图4是并网运行时的协调控制策略示意图。
[0014]图5是离网运行时的协调控制策略示意图。
[0015]图6a、图6b是离网转并网工况仿真结果图。
[0016]图7是并网转离网工况仿真结果图。
[0017]图8a、图8b是并网运行工况仿真结果图。
[0018]图9a图9b是离网运行工况仿真结果。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实例以及附图，对本实用新型作进一步的说明，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可以参照现有技术实现的。
[0020 ]如图1所示是用户侧微电网中央控制系统拓扑图。
[0021]本实用新型的微电网中央控制系统控制层包括控制层、监测层和通讯层，由配电网调度系统、微电网中央控制器和底层控制器组成，监测层由电流、电压互感器以及功率计组成，通讯层由通信端口和通信网络组成。
[0022]配电网调度系统通过通信总线向MGCC发送调节控制指令，实现电网的安全经济运行;MGCC与并/离网控制开关通过通信总线连接，以控制微电网系统处于并网运行状态或者离网运行状态;MC与光伏发电系统开关、储能装置开关相连接，以控制光伏发电系统、储能装置的接入和切除;LC与负荷开关相连接，以控制负荷的接入和切除。
[0023]光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成;储能系统由锂电池组和储能变流器组成;MC与光伏逆变器连接，控制光伏发电系统的输出功率;MC与储能变流器连接，控制储能装置的输出功率。
[0024]以下作为一种实例，在本实用新型的微电网控制中，用户侧微电网采用三级分层控制，上层为配电网调度系统，从配电网安全、经济运行的角度协调控制微电网；中间为MGCC，用于维持用户侧微电网频率电压的稳定，以保障用户侧微电网安全、稳定和满足功率限制需求;底层包括MC和LC，用于负荷、光伏发电系统和储能系统的控制，具有短时、快速、不依赖通信特点;MGCC与配电网调度系统之间、MGCC与MC、LC之间采用以太网通信，MGCC与负荷、开关之间采用RS485或CAN通信。
[0025]底层单元监测装置获取的实时电气量先传输给相应的MC或LC，再通过MC或LC经通信总线传输给MGCC;同时底层控制器接收MGCC的控制指令后，在无需互相通信的前提下基于实时电气量实现对相应开关、变流器和负荷的一体化保护与控制。
[0026]MGCC接收底层控制器传输的实时电气量和调度层控制指令，经过决策后控制并/离网控制开关的通断，以使用户侧微电网系统处于并网运行状态或者离网运行状态。
[0027]微电网由并网运行状态转为离网运行状态的控制策略如图2所示。执行计划内并网转离网控制时，MGCC通过源荷功率协调控制，调整联络线功率接近于O后发出离网指令，实现并网至离网的切换；当检测到配电网电压或频率异常时，执行计划外并网转离网控制，MGCC迅速向各微源发出控制模式切换及功率设定指令，实现并网至离网的切换。
[0028]微电网由离网运行状态转为并网运行状态的控制策略如图3所示。MGCC接收外界并网指令后，通过作为主电源的储能系统快速调节输出电压的幅值、频率和相位，实现准同期并网。
[0029]微电网并网运行时，以充分利用可再生能源为目的，以微源和负荷预测为参考值，优化调度各微源的出力。用户侧微电网并网运行时的协调控制策略如图4所示。图中，AP1为配电网有功功率指令与联络线实际有功功率之差，MGCC通过合理地设置Pcifsetl(正值)和PofsetK负值)，实现对配电网有功调度指令跟踪的滞环控制，从而避免因联络线功率波动引起控制系统的频繁动作；当A P1*于滞环内则根据储能系统的充放电功率限制对中央控制器的储能充放电指令进行修正。
[0030]微电网离网运行时，通过对各分布式电源的控制模式及控制参数的设置，保证微电网安全稳定运行，同时维持用户侧微电网频率电压在允许范围之内。用户侧微电网离网运行时的协调控制策略如图5所示。图中，AP2为光伏发电系统、储能出力之和与负荷功率、光储微电网有功损耗之和的差值，MGCC通过合理地设置Pclfsetl(正值)和PofseM负值)，判断A P2的大小选择减少出力或增加出力，同时实现离网运行时多电源协调的滞环控制。当储能系统、光伏发电系统和负荷的调节作用不能满足微电网内部功率平衡，引起其电压或频率异常时，需进行电压稳定控制或频率稳定控制。
[0031]为避免储能电池的过充过放，延长储能电池寿命，将储能SOC限制在合理范围内，同时为了避免储能电池在充放电时SOC迅速地达到上下限，对储能充放电功率进行约束。
[0032]为了验证本实用新型所提出的微电网三级分层控制结构，运用电力系统软件PSCAD/EMTDC建立了用户侧微电网的动态仿真系统，针对微电网的并/离网切换、并网运行和离网运行分别设置工况进行仿真验证。
[0033]如下所示是并网转离网工况的初始条件:
[0034]■光照:1000W/m2，温度:25Γ;
[0035]■调度值:30kW;
[0036]■光伏1:]\0^1'类，容量为301^八；
[0037]■光伏2:可限功率运行，容量为30kVA;
[0038]■光伏3:可限功率运行，容量为30kVA;
[0039]■储能主电源:PQ或V/f，容量为90kVA，SOC为85 % ；
[0040]■辅助储能:PQ，容量为30kVA，S0C为60% ；
[0041 ] ■负荷I为30kW，负荷2为35kW，负荷3为25kW;
[0042]_2s时刻发生计划内并网转离网;或2s时刻发生计划外并网转离网。
[0043]系统初始运行时，负荷为90kW，光伏总功率为90kW，储能总功率为30kW，联络线功率Pnet = 30kW。整个切换过程，微电网频率波形如图6a、图6b所示，仿真结果验证了本实用新型所提出的并网转离网控制策略的有效性。
[0044]如下所示是离网转并网工况的初始条件:
[0045]■光照:1000W/m2，温度:25°C;
[0046]■光伏1:]\0^1'类，容量为301^八；
[0047]■光伏2:可限功率运行，容量为30kVA;
[0048]■光伏3:可限功率运行，容量为30kVA;
[0049]■储能主电源:PQ/VF，容量为90kVA，S0C为85% ；
[0050]■辅助储能:PQ，容量为30kVA，S0C为60% ；
[0051 ] ■负荷I为40kW，负荷2为35kW，负荷3为50kW;
[0052]_2s时刻进行离网转并网控制。
[0053]系统初始运行时，负荷为125kW，光伏总功率为90kW，储能总功率为35kW。整个切换过程，微电网频率电压波形如图7所示，仿真结果验证了本实用新型所提出的离网转并网控制策略的有效性。
[0054]如下所示是并网运行工况的初始条件:
[0055]■光照:O?5s: 700ff/m2，5?1s: 900ff/m2，10?15s: 100ff/m2，15?20s: 600ff/m2，20?25s: 700ff/m2，25?30s: 900ff/m2，30?35s: 100ff/m2，35?50s: 600ff/m2 ；
[0056]■温度:25Γ;
[0057]■调度值:IS?5S:30kW，5S?10S:10kW，10S?20S:-150kW，20S?25S:30kW，25S?30S:75kW，30?35S:110kW，35?40S:75kW，40?45S:0kW;
[0058]■光伏1:]\0^1'类，容量为301^八；
[0059]■光伏2:可限功率运行，容量为30kVA;
[0060]■光伏3:可限功率运行，容量为30kVA;
[0061 ] ■储能主电源:V/f或/PQ，容量为90kVA，SOC为65 % ；
[0062]■辅助储能:PQ，容量为30kVA，S0C为60% ；
[0063]■负荷l:0?5s:50kW，5?10s:0kW，10?20s:15kW，20?30s:50kW，30?40s:40kW，40?45s:20kW;
[0064]■负荷2:0?5s:50kW，5?10s:0kW，10?20s:15kW，20?30s:50kW，30?40s:40kW，40?45s:20kW;
[0065]■负荷3:15kW静态负荷；
[0066]■ SOC定值:SOCminl:10% ,S0Cmin2:30% ,S0Cmax2:80% ,SOCmaxl: 90% ；
[0067]■仿真时间20s代表I个小时。
[0068]系统初始状态是:负荷为105kW，光伏总功率为60kW，此时联络线功率?_= -501^，微电网仿真波形如图8a、图Sb所示，仿真结果验证了本实用新型所提出的并网运行协调控制策略的有效性。
[0069]如下所示是离网运行工况的初始条件:
[0070]■光照:O?3s: 700ff/m2，3?6s: 900ff/m2，6?9s: 100ff/m2，每9s循环一次；
[0071]■温度:25Γ;
[0072]■光伏1:]\0^1'类，容量为301^八；
[0073]■光伏2:可限功率运行，容量为30kVA;
[0074]■光伏3:可限功率运行，容量为30kVA;
[0075]■储能主电源:V/f或PQ，容量为90kVA，S0C为85% ；
[0076]■辅助储能:PQ，容量为30kVA，S0C为60% ；
[0077]■负荷 1:0?98:容量151^，9?188:容量181^，18?278:351^，27?368:容量18欣，36 ?45s:容量 15kW;
[0078]■负荷2:0?98:容量151^，9?188:容量181^，18?278:351^，27?368:容量18欣，36 ?45s:容量 15kW;
[0079]■负荷3:0?98:容量151^，9?188:容量181^，18?278:351^，27?368:容量18欣，36 ?45s:容量 15kW;
[0080 ] ■系统仿真时间20 s代表I个小时。
[0081 ]系统初始运行时，微电源发出功率总共为60kW，负荷为45kW，微电网仿真波形如图9a、图9b所示，仿真结果验证了本实用新型所提出的离运行协调控制的有效性。
[0082]以上对本实用新型所提供的一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统进行了详细介绍，上述内容应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【主权项】
1.一种适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统，其特征在于，包括控制层、监测层和通讯层，控制层由配电网调度系统、微电网中央控制器和底层控制器组成，监测层由电流、电压互感器以及功率计组成，通讯层由通信端口和通信网络组成;配电网调度系统通过通信总线向MGCC发送调节控制指令，实现电网的安全经济运行;MGCC与并/离网控制开关通过通信总线连接，以控制微电网系统处于并网运行状态或者离网运行状态;MC与光伏发电系统开关、储能装置开关相连接，以控制光伏发电系统、储能装置的接入和切除;LC与负荷开关相连接，以控制负荷的接入和切除。2.根据权利要求1所述的适用于用户侧微电网的中央控制硬件系统，其特征在于:光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成;储能系统由锂电池组和储能变流器组成;MC与光伏逆变器连接，控制光伏发电系统的输出功率;MC与储能变流器连接，控制储能装置的输出功率。
【文档编号】H02J3/14GK205429755SQ201520976530
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月30日
【发明人】杨苹, 许志荣, 郑成立, 郑群儒
【申请人】华南理工大学