一种微电网并网联络线功率的控制系统及其方法与流程

本发明涉及微电网
技术领域：
，特别是一种微电网并网联络线功率的控制系统及其方法。
背景技术：
：近些年来，随着经济的快速发展，能源的需求急剧增加，而分布式发电技术以其能源利用率高、污染小等特点受到了广泛关注，微电网作为其技术支持也受到了同样关注。微电网系统将分布式电源、负荷、储能装置以及控制系统结合在一起，形成一个小型的电力系统。微电网和大电网可以互为支撑，同时微电网的灵活性使其既能并网运行又可以孤岛运行，并网运行可在很大程度上保证微电网安全运行，但其与配电网的联络线功率通常有一定约束限制。微电网中，风电和太阳能光伏等分布式电源的输出功率具有间歇性和随机性的特点，负荷变化往往也体现出一定的波动性，这给微电网的稳定运行带来了较大挑战。微电网在并网运行时，负荷的峰谷差特性以及分布式电源的波动性常常是并存的。所以电网大规模接入分布式电源后，较大的功率波动将对区域配电网产生严重的冲击，甚至造成区域配电网的震荡。如不能有效地解决上述微电网并网后带来的一系列问题，将阻碍微电网的快速发展和高效利用。现有技术中也有相关的一些对于微电网并网的相关方案，但方案复杂，稳定性不足。中国专利申请，申请号201610246209.5，公开日2016年7月27日，公开了一种并网型微电网联络线功率平滑的方法，采用双层优化调度；所述双层优化调度包括基于预测数据进行优化调度的上层优化，以及根据采集到的实时数据进行实时控制的下层优化。此发明应用双层控制的优化调度方式，能够实现并网型微电网联络线功率的控制，控制联络线功率的波动不超过指定的范围，防止联络线功率因光伏发电的不稳定性出现较大的波动，减小微电网接入大电网后对大电网稳定性的影响。通过减小联络线的波动，可以提高大电网接入光伏的容量，提高清洁能源的利用率。通过对储能电池电量的控制，可以防止电池过充或者过放，能够延长储能电池的使用寿命。但此方案响应速度变慢，达到的波动到达一定值才会启动，在高标准电网中，影响大。中国专利申请，申请号201310234708.9，公开日2013年9月25日，公开了一种新能源并网联络线功率的平滑控制方法及装置，在电网出现波动时对波动频段进行判断，利用储能电池与燃机之间的协调配合，对新能源输出功率中不同频段的波动成分进行补偿，充分利用了已有新能源形式，避免投入更多设备，提高能源的利用率，在满足用户供电需求同时减少大电网的再建设；包含光储系统的冷/热/电联供系统结构简单，易实现；并且运行模式多样，能对电能质量起到综合治理效果，尤其对于偏远地区的电能质量改善更为明显。但此方案中，储能系统采用基本滤波控制方法，未考虑电池的荷电状态，这样一方面会影响电池的使用寿命，另一方面会导致注入电网的功率出现剧烈波动，影响电网稳定性。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有响应快，方案简单，稳定性好的效果微电网并网联络线功率的控制系统及其方法。本发明的目的通过以下技术方案实现。一种微电网并网联络线功率的控制系统，包括分布式电源、负荷和储能单元，所述分布式电源、负荷和储能单元分别与控制单元连接，所述分布式电源、负荷和储能单元通过公共连接点与外部电网连接，所述分布式电源和储能单元的接口为逆变器，所述公共连接点和逆变器通过控制单元控制开合，所述储能单元连接有电池管理单元。进一步的，所述负荷控制器、电源控制器、储能控制器通过通信总线上传负荷、分布式电源、储能单元的电气信息给微电网中央控制器；所述微电网中央控制器通过通信总线向下层控制器下达相应指令，控制负荷、分布式电源、储能单元的运行。进一步的，所述分布式电源包括光伏电源和风力发电电源。进一步的，所述公共连接点和逆变器通过遥控进行开合。一种微电网系统并网联络线功率的控制方法，步骤包括：1)微电网中央控制器对微电网及联络线各电气量采集，之后执行步骤2)；2)根据步骤1)采集到的电气量，判断协议功率pagr与微电网净负荷pnet的关系；协议功率pagr由能量管理系统给出预测值，若能量管理系统未给定取值，则协议功率pagr取值为微电网净负荷功率pnet的δt时间内的平均值，即δt＝t-t0；当pagr＞pnet，则由微电网中央控制器下发命令至电池管理系统，调节储能单元出力，储能单元出力值为pb＝pagr-pnet；当pagr≤pnet，则由微电网中央控制器下发命令至电池管理系统停止储能单元出力，储能单元开始充电，之后返回步骤1)。进一步的，所述步骤1)中，微电网中央控制器采集微电网及联络线各电气量，包括分布式电源发出的总有功功率pdg，本地负荷有功功率pload，微电网的净负荷功率pnet；pnet＝pload-pdg储能第一的总有功功率pb；微电网的联络线功率pgrid：pgrid＝pload-pdg-pb。进一步的，所述步骤2)中储能系统的充放电时间与的取值呈正相关，储能系统的充放电频率与的取值呈负相关，分布式电源出力的波动率与的取值呈负相关。相比于现有技术，本发明的优点在于：1)本发明涉及含风、光、储等分布式电源的微电网在并网运行时联络线功率的平滑控制方法，该控制方法根据采集到的微电网各分布式电源出力、本地负荷功率、联络线功率，实时计算并网运行时联络线功率的波动率，据此制定储能系统的充放电策略，该控制方法能够平抑微电网并网运行时分布式电源的波动性，保证了微电网的可靠性、稳定性；2)一种在并网运行情况下，引入联络线计划功率pagr，由能量管理系统(ems)给出预测值，若能量管理系统(ems)未给定取值，则取值为微电网净负荷功率pnet在δt时间内的平均值，根据联络线计划功率对于电网总体实现补偿，进行充电和放电，实现微电网与主网之间交换功率的平滑变动，平抑微电网内分布式电源的波动，同时实现削峰填谷的目的；3)本方案分布式电源可以有多种、包括但不限于风力发电、光伏发电等，可以实现风光互补，提高供电的经济性、环保性和可靠性；4)采用逆变器作为分布式电源和储能系统的接口，有效提高了微电网的柔性和动态性能；涉及多种运行模式，模式运行多样，兼容性好；5)在用电高峰期，计划功率pagr大于微电网的净负荷功率，储能装置放电；在用电低谷期，计划功率pagr小于微电网的净负荷功率，储能装置充电，充分起到了削峰填谷的作用。附图说明图1为本发明的微电网结构示意图；图2为微电网中央控制器示意图；图3为微电网控制策略流程图；图4为用电负荷优化前后负荷曲线图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。本发明涉及含风、光、储等分布式电源的微电网在并网运行时联络线功率的平滑控制方法，该控制方法根据采集到的微电网各分布式电源出力、本地负荷功率、联络线功率，实时计算并网运行时联络线功率的波动率，据此制定储能系统的充放电策略。该控制方法能够平抑微电网并网运行时分布式电源的波动性，保证了微电网的可靠性、稳定性。针对现有微电网并网存在的问题，本发明的目的是提供一种在并网运行情况下，实现微电网与主网之间交换功率的平滑变动，平抑微电网内分布式电源的波动，同时实现削峰填谷的目的。如图1所示，微电网系统包括若干风力发电机、太阳能电池板、蓄电池等分布式的电源、储能系统，以及相关的负荷构成，通过pcc(公共连接点)控制开关，并连接至外部的电网中。如图2所示，一种并网运行时的微电网系统，包括控制层、监测层、通信层，控制层由微电网中央控制器(mgcc)和各下层控制器组成，下层控制器包括负荷控制器、电源控制器、储能控制器；监测层由电流互感器、电压互感器、功率计等监测装置组成；监测层与控制层连接，下层控制器与mgcc通过通信层通信。mgcc与负荷控制器、电源控制器、储能控制器通过通信总线进行连接；负荷控制器、电源控制器、储能控制器通过通信总线上传负荷、分布式电源、储能系统的电气信息给mgcc；mgcc通过通信总线向下层控制器下达相应指令，以控制负荷、分布式电源、储能系统的运行状态。如图3所示，联络线功率平滑控制方法的主流程图，具体流程分析如下所示：1)微电网及联络线各电气量采集。具体包括：①联络线上的电流；②微电网的母线电压；③各电源线路的电流；④各负荷线路的电流。2)根据步骤1)采集到的电气量，由mgcc判断计划功率pagr与微电网净负荷pnet的关系。①如果pagr＞pnet，则由mgcc下发命令至电池管理系统(bms)，调节储能系统出力，储能系统出力值为pb＝pagr-pnet；②如果pagr≤pnet，则由mgcc下发命令至电池管理系统(bms)停止储能系统出力，储能系统开始充电。3)返回步骤1)。所述步骤2)中，储能系统的充放电时间与δt的取值呈正相关，储能系统的充放电频率与δt的取值呈负相关，分布式电源出力的波动率与δt的取值呈负相关。δt的取值影响到储能系统的充放电时间、充放电频率，其值应根据分布式电源出力的波动率考虑。一般地，δt的取值可根据下表选取。表1δt取值表分布式电源波动率n＜10％10％≤n＜30％30％≤nδt/分钟302010一种微电网并网运行时联络线功率的平滑控制方法包括以下步骤：1)微电网中央控制器(mgcc)采集微电网及联络线各电气量，得到分布式电源发出的总有功功率pdg，本地负荷有功功率pload，微电网的净负荷功率pnet；pnet＝pload-pdg(1)2)微电网中央控制器(mgcc)与电池管理系统(bms)通信，得到储能系统的总有功功率pb；3)从而，得到微电网系统与外部电网的交换功率，即微电网的联络线功率pgrid：pgrid＝pload-pdg-pb(2)4)由于分布式电源的间歇性和波动性，以及微电网本地负荷具有较大的峰谷差特性，导致微电网并网联络线存在较大功率波动。为了平抑波动，引入联络线计划功率pagr，由能量管理系统(ems)给出预测值，若能量管理系统(ems)未给定取值，则取值为微电网净负荷功率pnet一定时间内的平均值；以某处2013年7月1日用电负荷为例，如图4所示，图中实线为当日实际负荷曲线，虚线为使用策略后的优化负荷曲线。由图可知，在下午的用电高峰时，负荷波动性较大，引用本策略后，有效地降低了负荷高峰，并且平抑了电网波动。为了进一步描述本策略对原日负荷曲线的优化，对原曲线和优化曲线分别取点，取点方法为：从0点开始，每隔15min取一点，共分别取96点数据。对每组离散数据进行离散方差及标准差求值，结果见下表：表1优化后的日负荷曲线的方差和标准差皆小于原日负荷曲线，由此可知，优化后的日负荷曲线的离散程度和波动程度较原日负荷曲线更小。5)一种微电网并网运行时联络线功率的平滑控制方法的控制目标即为将联络线功率pgrid由引入储能前的微电网系统的净负荷pnet补偿为预先设定的计划功率pagr。pagr＝pb+pnet(3)6)由式(3)可知，当计划功率pagr大于微电网系统的净负荷pnet时，储能系统调整出力为pb，当计划功率pagr小于微电网系统的净负荷pnet时，储能系统进行充电。所述步骤1)中的微电网包含光伏(solarphotovoltaic，pv)、风力发电(windturbinegeneration，wg)、储能装置(storagebattery，sb)，如图1所示，可以实现风光互补，提高供电的经济性、环保性和可靠性，同时，采用逆变器作为分布式电源和储能系统的接口，有效提高了微电网的柔性和动态性能；涉及多种运行模式，包括并网运行模式、孤岛运行模式、并网转孤岛模式、孤岛转并网模式等。所述步骤1)中微电网中央控制器(mgcc)可进行多路模拟量、开关量的采集，并与能量管理系统(ems)、电池管理系统(bms)进行通信，能进行开关的遥控操作；内置专家系统程序，对数据进行实时接收、处理、转发，如图2所示。所述步骤4)中，考虑到用电负荷的特性，用电峰值持续时间约为30min，波动率小于10％，pagr取值为pnet的30min平均值。所述步骤6)中，储能系统的充放电状态及出力情况由微电网中央控制器(mgcc)计算得出，下发到电池管理系统(bms)后，由电池管理系统(bms)对储能装置进行控制。本发明以微电网净负荷功率pnet一定时间内的平均值及能量管理系统(ems)给定的计划值为依据，通过控制储能装置的出力，有效地平抑微电网的分布式电源的间歇性和波动性，提高了微电网的可靠性，减少了微电网对电网的冲击。同时，在用电高峰期，计划功率pagr大于微电网的净负荷功率，储能装置放电；在用电低谷期，计划功率pagr小于微电网的净负荷功率，储能装置充电，充分起到了削峰填谷的作用。完成对微电网系统的并网平滑控制。当前第1页12