一种微网系统运行的控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种微网系统运行的控制方法，属于发电、变电或配电技术控制领域。应用该方法的微网系统中的微网与配电网通过唯一的并网点连接，微网与该微网中的子微网通过唯一的接入点连接，微网系统通过控制模组监测微网系统内发生的第一事件，并根据监测到的第一事件调整微网和/或子微网到第一运行状态。该方法通过事件触发与运行状态之间的对应，精确分配该微网系统中的微网与子微网的运行情况，即使在应对突发事件时候微网系统仍能通过该方法调整系统的运行状态来保证最低限度的电量供应，提高了微电网系统供电运行的可靠性。
【专利说明】-种微网系统运行的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微网系统运行的控制方法，属于发电、变电或配电技术控制领域。
【背景技术】
[0002] 分布式电源（即Distributed Generation,简称DG)指为满足终端用户的特殊要 求，接在用户侧附近的小型发电系统。它们的规模一般不大，通常为几十千瓦至几十兆瓦， 所用的能源包括天然气（含煤层气，沼气）、太阳能、生物智能、氨能、风能、小水电等清洁能 源或可再生能源，而储能装置主要为蓄电池等。为了提高能源利用率，同时降低成本，往往 采用冷、热、电等各种能源一起供应的系统成为分布式电源系统，而包括分布式能源在内的 电力系统称为分布式能源电力系统。
[0003] 迄今为止，分布式电源技术的潜力尚未得到充分发挥，究其原因，主要有W下几 点：
[0004] (1)分布式电源自身的特性决定了一些电源的出力将随外部条件的变化而变化， 表现出间歇性和随机性等特点，使得该些电源仅依靠自身的调节能力难W满足负荷的功率 平衡，且不可调度，需要其他电源或储能装置的配合W提供支持和备用。
[000引 似分布式电源的并网运行改变了系统中的潮流分布，对配电网而言，由于分布式 电源的接入导致系统中具有双向潮流，给电压调节、保护协调与能量优化带来了新问题。
[0006] (3)多数分布式电源需要通过电力电子接口并入电网，大量电力电子设备和电容、 电感的引入，易影响周边用户的供电质量，外界产生干扰可能导致频率和电压的不同步，从 而拖跨整个系统。
[0007] (4)为数众多、形式各异、不可调度的分布式电源将给依靠传统集中式电源调度方 式进行管理的系统运行人员带来更大的困难，缺乏有效的管理将导致分布式电源运行时的 "随意性"，给系统的安全性和稳定性造成隐患。
[0008] 为使分布式发电得到充分利用，一些学者提出了微型电网（MicroGrid，简称微 网）的概念。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置 汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可W与 大电网并网运行，也可W孤立运行。现有研究和实践已表明，将分布式电源供能系统W微网 的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有 效方式。
[0009] 微网有W下几个显著特点；（1)微网集成了多种能源输入（太阳能、风能、常规化 石燃料、生物质能等）、多种产品输出（冷、热、电等）、多种能源转换单元（燃料电池、微型 燃气轮机、内燃机，储能系统等），是化学、热力学、电动力学等行为相互禪合的非同性复杂 系统，具有实现化石燃料和可再生能源的一体化循环利用的固有优势。（2)微网中包含多种 分布式电源，且安装位置灵活，一般通过电力电子接口接入，并通过一定的控制策略协调运 行，共同统一于微网该个有机体中。因此，微网在运行、控制、保护等方面需要针对自身独有 的特点发展适合不同接入点的分析方法。（3) -般来说，微网与外电网之间仅存在一个公 共连接点（PCC)，因此，对外电网来说，微网可w看作电网中的一个可控电源或负载，它可W 在数砂钟内反应W满足外部输配电网络的需求，既可W从外电网获得能量，在微网内电力 供应充足或外电网供电不足时，微网甚至可W向电网倒送电能。（4)微网存在两种运行模 式，正常状况下，与外电网联网运行，微网与外电网协调运行，共同给微网中的负荷供电；当 监测到外电网故障或电能质量不能满足要求时，则微网转入孤岛运行模式，由微网内的分 布式电源给微网内关键负荷继续供电，保证负荷的不间断电力供应，维持微网自身供需能 量平衡，从而提高了供电的安全性和可靠性；待外电网故障消失或电能质量满足要求时，微 网重新切换到联网运行模式。微网控制器需要根据实际运行条件的变化实现两种模式之间 的平滑切换。（5)微网一般存在上层控制器，通过能量管理系统对分布式电源进行经济调度 和能量优化管理，可W利用微网内各种分布式电源的互补性，更加充分合理的利用能源。
[0010] 微网技术是新型电力电子技术和分布式发电、储能技术的综合，相较于传统发电 系统，微网的优点主要体现在W下几个方面；（1)微网为多个分布式电源的集成应用，解决 了大规模分布式电源的接入问题，继承拥有了单独分布式电源系统所具有的优点；同时可 W克服单独分布式电源并网的缺点，减少单个分布式电源可能给电网造成的影响，实现不 同分布式电源的优势互补，有助于分布式电源的优化利用。（2)微网灵活的运行模式，提高 了用户侧的供电可靠性。用户侧负荷，按重要性程度可分为普通负荷、次重要负荷和敏感负 荷；当外电网发生较严重的电压闪变及跌落时，可W根据负荷的重要性等级，通过静态开关 将重要负荷隔离起来孤岛运行，保证局部供电的可靠性。（3)可W减少大发电站的发电备用 需求，并通过缩短发电厂与负荷间的距离，可W降低输电损耗和因电网升级而增加的投资 成本。（4)对用户来讲，广泛使用微网可W降低电价，获得最大限度的经济效益。例如，利用 峰谷电价差，峰电期，微网可W向电网输送电能，W延缓电力紧张，而在电网电力过剩时可 直接从电网低价采购电能。
[0011] 目前微网在实际运行中需要解决的关键问题之一就是控制问题，当微网运行状态 转换时，如何对实现微网的有效控制，保证微网在不同运行模式下都能够满足负荷的电能 质量要求，是微网能否可靠运行的关键。
[0012] 在现有的基于运行状态的微网控制系统，主要是根据微网内各个元件的运行状态 不同，组合成微网的多种运行状态。但对于多微网而言，其运行状态非常复杂，从而其控制 的实现也非常困难。而且现行的微网控制为分层控制结构，其中中央控制器控制着整个微 网，本地控制器对本地运行状态不具有孤网处理的能力，该使得微网的控制效率和可靠性 很低。
【发明内容】
[0013] 本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种微网系统运行的控制 方法，该方法可W解决微网系统运行时出现的一些具体问题，并根据具体问题进行对应的 处理，使得微网系统合理运行。
[0014] 本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是；一种微网系统运行的控制方法， 所述微网系统中的微网与配电网通过唯一的并网点连接，所述微网与该微网中的子微网通 过唯一的接入点连接，所述微网系统设置有控制模组，所述控制模组监测所述微网系统内 发生的第一事件，并根据监测到的第一事件调整所述微网和/或所述子微网处于第一运行 状态；
[0015] 所述第一事件包括：
[0016] 事件a ;所述配电网故障，所述微网中的储能装置正常运行；
[0017] 事件b ;所述配电网恢复正常；
[0018] 事件C ;所述配电网故障，所述储能装置发生故障；
[0019] 事件d ;所述配电网故障，所述储能装置恢复运行；
[0020] 事件e ;所述子微网发生故障，所述子微网中的分布式电源能维持所述子微网持 续稳定运行；
[0021] 事件f;所述子微网发生故障，所述分布式电源不能维持所述子微网持续稳定运 行；
[0022] 事件g ;所述子微网恢复正常；
[0023] 所述第一运行状态包括：
[0024] 状态a ;所述微网停止运行；
[002引状态b ;所述微网并网稳定运行；
[0026] 状态C ;所述微网孤网运行；
[0027] 状态d ;所述子微网停止运行；
[002引状态e ;所述子微网接入微网运行；
[0029] 状态f ;所述子微网孤网运行；
[0030] 所述控制模组监测所述第一事件和调整所述微网和/或子微网处于第一运行状 态的过程如下，
[0031] 当所述控制模组监测到事件a时，所述控制模组断开所述并网点，并将所述微网 的运行状态变为状态C ;
[0032] 当所述控制模组监测到事件b时，所述控制模组将所述微网的运行状态由状态C 变为状态b ;
[0033] 当所述控制模组监测到事件C时，所述控制模组断开所述并网点，并将所述微网 的运行状态变为状态a ;
[0034] 当所述控制模组监测到事件d时，所述控制模组将所述微网的运行状态由状态a 变为状态C ;
[00巧]当所述控制模组监测到事件e时，所述控制模组断开所述接入点，并将所述子微 网的运行状态变为状态f ;
[0036] 当所述控制模组监测到事件f时，所述控制模组断开所述接入点，并将所述子微 网的运行状态变为状态d ;
[0037] 当所述控制模组监测到事件g时，所述控制模组将所述子微网的运行状态由状态 f或状态d变为状态e。
[0038] 上述技术方案的改进是；所述控制模组通过判断该微网系统内是否发生第二事 件，并根据判断出的所述第二事件调整所述微网和/或子微网处于第二运行状态；
[0039] 所述第二事件包括：
[0040] 事件al ;在所述微网处于所述状态C时，所述微网中的间歇性电源输出功率大于 所述微网中负荷所需总功率；
[0041] 事件a2 ;在所述微网处于所述状态c时，所述微网中的间歇性电源输出功率小于 所述微网中负荷所需总功率；
[0042] 事件el ;在所述子微网处于所述状态f时，所述子微网中间歇性电源输出功率大 于所述微网中负荷所需总功率；
[0043] 事件e2 ;在所述子微网处于所述状态f时，所述子微网中间歇性电源输出功率小 于所述微网中负荷所需总功率；
[0044] 所述第二运行状态包括：
[0045] 状态cl ;处在所述状态C的所述微网不可调节二次频率；
[0046] 状态c2 ;处在所述状态C的所述微网可调节二次频率；
[0047] 状态fl ;处在所述状态f的所述子微网不可调节二次频率；
[0048] 状态f2 ;处在所述状态f的所述子微网可调节二次频率；
[0049] 在所述控制模组确认所述微网的运行状态时，优先假设所述微网为状态cl,并在 所述状态cl下进行功率比较，
[0050] 所述控制模组判断所述第二事件和调整所述微网和/或子微网处于第二运行状 态的过程如下，
[0051] 若所述储能装置中间歇性电源的输出功率大于所述微网中负荷的需求功率，则所 述微网的运行状态保持为所述cl状态；
[0052] 若所述储能装置中间歇性电源的输出功率小于所述微网中负荷的需求功率，则所 述微网的运行状态由所述状态cl调整为所述状态c2 ;
[0053] 在所述控制模组确认所述子微网的运行状态时，优先假设所述子微网为所述状态 fi，并在所述状态n下进行功率比较；
[0054] 若所述分布式电源中间歇性电源的输出功率大于所述子微网中负荷的需求功率， 则所述子微网的运行状态保持为所述状态n;
[0055] 若所述分布式电源中间歇性电源的输出功率小于所述子微网中负荷的需求功率， 则所述子微网的运行状态由所述状态n调整为所述状态f2。
[0056] 上述技术方案的改进是；所述控制模组包括所述微网中的主控制器、所述子微网 中的副控制器、所述子微网中的微源控制器及所述子微网中的负荷控制器；
[0057] 所述微源控制器包括主微源控制器和从微源控制器；
[0058] 所述主控制器用于调节所述微网的运行状态，所述副控制器用于调节所述子微网 的运行状态，所述主微源控制器用于调节所述分布式电源的输出电压频率，所述从微源控 制器用于调节所述分布式电源的输出功率，所述负荷控制器用于调节所述子微网中负荷的 运行状态。
[0059] 上述技术方案的改进是；所述微网系统根据所述控制模组监测到的第一事件通过 改变所述控制模组中各控制器的控制模式来调整所述微网和/或所述子微网处于第一运 行状态；所述微网系统根据所述控制模组判断出的第二事件通过改变所述控制模组中各控 制器的控制模式来调整所述微网和/或所述子微网处于第二运行状态；
[0060] 所述主控制器的控制模式包括；PQ控制、VF控制、化OOP控制、并网转孤网控制及 孤网转并网控制；
[0061] 所述副控制器的控制模式包括；PQ控制、VF控制、化OOP控制、并网转孤网控制及 孤网转并网控制；
[006引所述微源控制器的控制模式包括；PQ控制、VF控制、化OOP控制和二次调频控制；
[0063] 所述微网系统在第一运行状态时，所述控制模组中各控制器的控制模式依照下表 设置：
[0064]
【权利要求】
1. 一种微网系统运行的控制方法，所述微网系统中的微网与配电网通过唯一的并网点 连接，所述微网与该微网中的子微网通过唯一的接入点连接，所述微网系统设置有控制模 组，其特征在于：所述控制模组监测所述微网系统内发生的第一事件，并根据监测到的第一 事件调整所述微网和/或所述子微网处于第一运行状态； 所述第一事件包括： 事件a:所述配电网故障，所述微网中的储能装置正常运行； 事件b:所述配电网恢复正常； 事件c:所述配电网故障，所述储能装置发生故障； 事件d:所述配电网故障，所述储能装置恢复运行； 事件e:所述子微网发生故障，所述子微网中的分布式电源能维持所述子微网运行； 事件f:所述子微网发生故障，所述分布式电源不能维持所述子微网运行； 事件g:所述子微网恢复正常； 所述第一运行状态包括： 状态a:所述微网停止运行； 状态b:所述微网并网运行； 状态c:所述微网孤网运行； 状态d:所述子微网停止运行； 状态e:所述子微网接入微网运行； 状态f:所述子微网孤网运行； 所述控制模组监测所述第一事件和调整所述微网和/或子微网处于第一运行状态的 过程如下， 当所述控制模组监测到事件a时，所述控制模组断开所述并网点，并将所述微网的运 行状态变为状态c; 当所述控制模组监测到事件b时，所述控制模组将所述微网的运行状态由状态c变为 状态b; 当所述控制模组监测到事件c时，所述控制模组断开所述并网点，并将所述微网的运 行状态为状态a; 当所述控制模组监测到事件d时，所述控制模组将所述微网的运行状态由状态a变为 状态c; 当所述控制模组监测到事件e时，所述控制模组断开所述接入点，并将所述子微网的 运行状态变为状态f; 当所述控制模组监测到事件f时，所述控制模组断开所述接入点，并将所述子微网的 运行状态变为状态d; 当所述控制模组监测到事件g时，所述控制模组将所述子微网的运行状态由状态f或 状态d变为状态e。
2. 如权利要求1所述的微网系统运行的控制方法，其特征在于：所述控制模组通过判 断该微网系统内是否发生第二事件，并根据判断出的所述第二事件调整所述微网和/或子 微网处于第二运行状态； 所述第二事件包括： 事件al:在所述微网处于所述状态c时，所述微网中的间歇性电源输出功率大于所述 微网中负荷所需总功率； 事件a2 :在所述微网处于所述状态c时，所述微网中的间歇性电源输出功率小于所述 微网中负荷所需总功率； 事件el:在所述子微网处于所述状态f时，所述子微网中间歇性电源输出功率大于所 述微网中负荷所需总功率； 事件e2 :在所述子微网处于所述状态f时，所述子微网中间歇性电源输出功率小于所 述微网中负荷所需总功率； 所述第二运行状态包括： 状态cl:处在所述状态c的所述微网不可调节二次频率； 状态c2 :处在所述状态c的所述微网可调节二次频率； 状态Π:处在所述状态f的所述子微网不可调节二次频率； 状态f2 :处在所述状态f的所述子微网可调节二次频率； 所述控制模组判断所述第二事件和调整所述微网和/或子微网处于第二运行状态的 过程如下， 在所述控制模组确认所述微网的运行状态时，优先假设所述微网为所述状态cl，并在 所述状态cl下进行功率比较， 若所述储能装置中间歇性电源的输出功率大于所述微网中负荷的需求功率，则所述微 网的运行状态保持为所述cl状态； 若所述储能装置中间歇性电源的输出功率小于所述微网中负荷的需求功率，则所述微 网的运行状态由所述状态cl调整为所述状态c2 ; 在所述控制模组确认所述子微网的运行状态时，优先假设所述子微网为所述状态Π， 并在所述状态Π下进行功率比较； 若所述分布式电源中间歇性电源的输出功率大于所述子微网中负荷的需求功率，则所 述子微网的运行状态保持为所述状态Π; 若所述分布式电源中间歇性电源的输出功率小于所述子微网中负荷的需求功率，则所 述子微网的运行状态由所述状态Π调整为所述状态f2。
3. 如权利要求1所述的微网系统运行的控制方法，其特征在于：所述控制模组包括所 述微网中的主控制器、所述子微网中的副控制器、所述子微网中的微源控制器及所述子微 网中的负荷控制器； 所述微源控制器包括主微源控制器和从微源控制器； 所述主控制器用于调节所述微网的运行状态，所述副控制器用于调节所述子微网的运 行状态，所述主微源控制器用于调节所述分布式电源的输出电压频率，所述从微源控制器 用于调节所述分布式电源的输出功率，所述负荷控制器用于调节所述子微网中负荷的运行 状态。
4. 如权利要求1、2或3所述的微网系统运行的控制方法，其特征在于：所述微网系统 根据所述控制模组监测到的第一事件通过改变所述控制模组中各控制器的控制模式来调 整所述微网和/或所述子微网处于第一运行状态；所述微网系统根据所述控制模组判断出 的第二事件通过改变所述控制模组中各控制器的控制模式来调整所述微网和/或所述子 微网处于第二运行状态； 所述主控制器的控制模式包括：PQ控制、VF控制、droop控制、并网转孤网控制及孤网 转并网控制； 所述副控制器的控制模式包括：PQ控制、VF控制、droop控制、并网转孤网控制及孤网 转并网控制； 所述微源控制器的控制模式包括：PQ控制、VF控制、droop控制和二次调频控制； 所述微网系统在第一运行状态时，所述控制模组中各控制器的控制模式依照下表设 置：
所述微网系统在第二运行状态时，所述控制模组中各控制器的控制模式依照下表设置：
〇
5.如权利要求4所述的微网系统运行的控制方法，其特征在于：所述控制模组中还包 括负荷控制器，所述负荷控制器用于控制所述微网系统中负荷的通断。
【文档编号】H02J3/38GK104467010SQ201410621280
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】韦磊, 赵新建, 范丽, 韩蓓, 李国杰 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司南京供电公司, 上海交通大学