一种光储柴微网群两级协同控制方法及系统与流程

1.本发明涉及光伏发电技术领域，更具体的，涉及一种光储柴微网群两级协同控制方法及系统。


背景技术：

2.随着新能源发电技术和微网技术的不断发展，一定地域内的微网会出于经济、稳定性等考虑，以中低压的形式进行互联，为自身和整个区域内的各单位谋求共同的利益。如图1所示，多个微网互联并进行能量互济，形成了一种微网集群的形态。微网群作为一种微网互联形成的新形态，需满足以下运行条件：首先微网群内的子微网需要在通过联络线在物理上互联，并且存在能量上的互济行为；另外，微网群作为一个整体，需存在统一的运行目标。
3.在微网群并网运行时可由主网提供足够的电压支撑和功率调节，此时的控制方法是较为简单的；而当它们工作在离网模式，也就是孤岛状态时，系统缺乏类似主网的强力支撑，系统的控制难度较高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种光储柴微网群两级协同控制方法及系统，实现对光储柴微网内部的网级控制以及光储柴微网间的群级控制。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
6.一种光储柴微网群两级协同控制方法，应用于光储柴微网群两级协同控制系统，所述光储柴微网群两级协同控制系统包括微网群控制器和至少两个离网状态下的光储柴微网，各个所述光储柴微网通过联络线与彼此相连，每个所述光储柴微网包括光伏发电单元、储能系统、柴油发电机和本地控制器，所述方法包括：
7.所述本地控制器通过优先控制所在所述光储柴微网中的所述柴油发电机，对本地母线电压进行控制；
8.在满足预设群级控制条件的情况下，所述微网群控制器根据所述联络线的功率参考值以及每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令，对每个所述光储柴微网的输出功率进行控制。
9.可选的，所述本地控制器通过优先控制所在所述光储柴微网中的所述柴油发电机，对本地母线电压进行控制，包括：
10.所述本地控制器控制所述光伏发电单元工作在mppt模式，控制所述柴油发电机工作在下垂模式；
11.所述本地控制器判断所在的所述光储柴微网的本地母线电压偏差值是否超过预设值；
12.若超过预设值，所述本地控制器控制所述储能系统参与功率调节；
13.若未超过预设值，所述本地控制器控制所述储能系统工作在p-q模式。
14.可选的，所述本地控制器控制所述储能设备参与功率调节，包括：
15.所述本地控制器获取所在所述光储柴微网的频率变化差值；
16.所述本地控制根据所述储能设备的阈值曲线，确定所述频率变化差值对应的功率变化差值，所述阈值曲线的斜率为所述光储柴微网中每个所述柴油发电机的下垂系数的倒数的和值；
17.所述本地控制器根据所述功率变化差值控制所述储能设备进行充电或放电。
18.可选的，所述微网群控制器根据所述联络线的功率参考值以及每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令，包括：
19.所述微网群控制器根据所述联络线的功率以及所述联络线的功率参考值，确定扰动值；
20.所述微网群控制器根据每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量占光储柴微网群柴油发电机总额定容量的比例以及所述扰动值，确定分配给每个所述光储柴微网的功率扰动值；
21.所述微网群控制器根据分配给每个所述光储柴微网的功率扰动值，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令。
22.可选的，所述微网群控制器生成每个所述光储柴微网的功率调节指令，对每个所述光储柴微网的输出功率进行控制，包括：
23.所述微网群控制器通过向每个所述光储柴微网发送功率调节指令，向每个所述光储柴微网施加扰动；
24.所述本地控制器控制所在所述光储柴微网的柴油发电机工作在下垂模式；
25.所述本地控制器根据柴油发电机的总下垂曲线的下垂系数、扰动值以及所述柴油发电机的额定容量占光储柴微网群柴油发电机总额定容量的比例，确定所述储能系统的储能阈值的动态调整量；
26.所述本地控制器根据所述动态调整量，对所述储能系统的阈值范围进行调整；
27.所述本地控制器在检测到所在的所述光储柴微网的本地母线电压偏差值超过预设值的情况下，控制所述储能系统根据调整后的阈值范围参与功率调节。
28.一种光储柴微网群两级协同控制系统，包括：微网群控制器、通信系统和至少两个离网状态下的光储柴微网；
29.所述微网群控制器通过所述通信系统与各个所述光储柴微网通信连接；
30.所述各个所述光储柴微网通过联络线与彼此相连；
31.每个所述光储柴微网包括光伏发电单元、储能系统、柴油发电机和本地控制器；
32.所述本地控制器，用于通过优先控制所在所述光储柴微网中的所述柴油发电机，对本地母线电压进行控制；
33.在接收到上级调度指令的情况下，所述微网群控制器，用于在满足预设群级控制条件的情况下，根据所述联络线的功率参考值以及每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令，对每个所述光储柴微网的输出功率进行控制。
34.可选的，所述本地控制器，具体用于：
35.控制所述光伏发电单元工作在mppt模式，控制所述柴油发电机工作在下垂模式；
36.判断所在的所述光储柴微网的本地母线电压偏差值是否超过预设值；
37.若超过预设值，所述本地控制器控制所述储能系统参与功率调节；
38.若未超过预设值，所述本地控制器控制所述储能系统工作在p-q模式。
39.可选的，所述本地控制器，具体用于：获取所在所述光储柴微网的频率变化差值；
40.根据所述储能设备的阈值曲线，确定所述频率变化差值对应的功率变化差值，所述阈值曲线的斜率为所述光储柴微网中每个所述柴油发电机的下垂系数的倒数的和值；
41.根据所述功率变化差值控制所述储能设备进行充电或放电。
42.可选的，所述微网群控制器，具体用于：
43.根据所述联络线的功率以及所述联络线功率的参考值，确定扰动值；
44.根据每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量占光储柴微网群柴油发电机总额定容量的比例以及所述扰动值，确定分配给每个所述光储柴微网的功率扰动值；
45.根据分配给每个所述光储柴微网的功率扰动值，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令。
46.可选的，
47.所述微网群控制器通过向每个所述光储柴微网发送功率调节指令，向每个所述光储柴微网施加扰动；
48.所述本地控制器，还用于：
49.控制所在所述光储柴微网的柴油发电机工作在下垂模式；
50.根据柴油发电机的总下垂曲线的下垂系数、扰动值以及所述柴油发电机的额定容量占光储柴微网群柴油发电机总额定容量的比例，确定所述储能系统的储能阈值的动态调整量；
51.根据所述动态调整量，对所述储能系统的阈值范围进行调整；
52.在检测到所在的所述光储柴微网的本地母线电压偏差值超过预设值的情况下，控制所述储能系统根据调整后的阈值范围参与功率调节。
53.相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
54.本发明公开的一种光储柴微网群两级协同控制方法，在光储柴微网内部实现网级控制，本地控制器通过控制所在光储柴微网中的柴油发电机，对本地母线电压进行控制，减少对储能系统的使用。在光储柴微网间设置微网群控制器实现光储柴微网间的群级控制，通过生成作用于每个光储柴微网的扰动，使各光储柴微网在网级控制的基础上，对光储柴微网内的光伏单元、柴发单元和储能系统进行二次协同控制，调节其对外的输出功率，使光储柴微网能更合理有效的协同运行，提高系统整体稳定性。
附图说明
55.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
56.图1为典型光储柴微网群示意图；
57.图2为本发明实施例公开的一种光储柴微网群两级协同控制系统的结构示意图；
58.图3为本发明实施例公开的一种光储柴微网群两级协同控制系统的局部结构示意图；
59.图4为本发明实施例公开的一种光储柴微网群两级协同控制方法的流程示意图；
60.图5为本发明实施例公开的网级控制流程示意图；
61.图6为本发明实施例公开的光储柴微网两级协同控制底层示意图；
62.图7为本发明实施例公开的光储柴微网两级协同控制上层示意图；
63.图8为本发明实施例公开的柴油发电机自适应下垂工作机制示意图。
具体实施方式
64.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，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。
65.本发明公开的一种光储柴微网群两级协同控制方法，应用于光储柴微网群两级协同控制系统，请参阅图2，光储柴微网群协同控制系统包括：微网群控制器和至少两个离网状态下的光储柴微网，请参阅图3，各个光储柴微网通过联络线与彼此相连，根据调度或控制需求进行能量互济。每个光储柴微网包括：光伏发电单元、储能系统、柴油发电机和本地控制器。在光储柴微网处于离网状态的情况下，光储柴微网群两级协同控制包括两级控制：网级控制和群级控制。通过以光储柴微网中的柴油发电机作为主要电压支撑，储能系统作为功率调整，实现网级控制，再通过微网群控制器对光储柴微网中的光伏发电单元、柴油发电机和储能系统进行二次协同控制，调节其对外的输出功率，实现群级控制。
66.具体的，请参阅图4，本发明实施例公开的一种光储柴微网群两级协同控制方法包括以下步骤：
67.s101：本地控制器通过优先控制所在光储柴微网中的柴油发电机，对本地母线电压进行控制；
68.s102：在满足预设群级控制条件的情况下，微网群控制器根据联络线的功率参考值以及每个光储柴微网的柴油发电机的额定容量，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令，对每个光储柴微网的输出功率进行控制。
69.其中，预设群级控制条件可以为接收到上级调度指令，还可以为预设协议的规定。
70.联络线的功率参考值来源于上级调度指令或预设协议。
71.群级控制通过生成作用于每个光储柴微网的扰动，使各光储柴微网在网级控制的基础上，对光储柴微网内的光伏单元、柴发单元和储能系统进行二次协同控制，调节其对外的输出功率，使光储柴微网能更合理有效的协同运行，提高系统整体稳定性。
72.具体的，请参阅图5，本实施例公开的通过网级控制实现本地母线电压控制的方法包括以下步骤：
73.s201：本地控制器控制光伏发电单元工作在mppt模式，控制柴油发电机工作在下垂模式；
74.光伏发电单元工作在mppt模式，自动将功率注入本地母线，网级控制主要包括柴油发电机的下垂控制以及储能系统的阈值控制，光伏发电在暂态时间尺度可被视作一个恒
定负载，在本实施例中暂且忽略。
75.请参阅图6上半部分，柴油发电机工作在电压源模式下，通过一次调频装置对柴油发电机发出下垂控制指令，其中rd为同步机的静态调差系数，即为下垂系数。一次调频装置经过下垂控制算法后可得到新的功率参考，再与采样功率比较，其偏差即作为柴油发电机调速器的扰动量，调速器可控制柴油原动机油量、节气门开度从而控制原动机输出的机械功率pm，最后实现对同步发电机有功功率输出。
76.s202：本地控制器判断所在的光储柴微网的本地母线电压偏差值是否超过预设值；
77.若超过预设值，s203：本地控制器控制储能系统参与功率调节；
78.若未超过预设值，s204：本地控制器控制储能系统工作在p-q模式。
79.需要说明的是，当本地母线电压偏差值不超过预设值时，说明仅通过柴油发电机就能实现对本地母线电压的稳定控制，不需要储能系统参与功率调节，当本地母线电压偏差值超过预设值时，说明仅通过柴油发电机无法实现对本地母线电压的稳定控制，需要储能系统参与功率调节。即储能系统作为功率备用控制，避免储能系统的频繁切换和使用，充分利用柴油发电机自身的有效带载区间，从而延长储能系统中电池的使用寿命，且可降低储能系统的容量，提高光储柴微网的经济性。
80.本地控制器主要通过控制储能系统进行阈值控制实现功率调节，请参阅图6下半部分，阈值控制中的阈值曲线的斜率可以通过以下公式计算得到：
[0081][0082]
其中，k
i
是阈值曲线的斜率，r
di
为光储柴微网中第i个柴油发电机的下垂系数，m为光储柴微网中包含的柴油发电机的数量，f
dz
是阈值范围。
[0083]
储能系统的阈值控制具体包括：本地控制器获取所在光储柴微网的频率变化差值，根据储能设备的阈值曲线，确定频率变化差值对应的功率变化差值，根据功率变化差值控制储能设备进行充电或放电。具体的，当系统频率下降超过储能系统的放电阈值(即-f
dz
)时，控制储能系统开始放电，当系统频率超过储能系统的储能阈值(即f
dz
)时，控制储能系统开始充电。
[0084]
具体的，群级控制是如何作用于底层请参阅图7，在接收到上级调度指令或满足预设协议的规定的情况下，微网群控制器获取联络线的功率参考值，并根据该联络线的功率参考值产生扰动δp
line
。其中，联络线的功率参考值来源于上级调度指令或预设协议。
[0085]
δp
line
作用于底层，分配至各柴油发电机的比例为α
n
，由各柴油发电机的额定容量占柴油发电机总容量的比例决定，α
n
的计算公式如下：
[0086][0087]
其中，p
dgn
表示柴油发电机总容量，p
dgi
表示第i个柴油发电机的额定容量，n表示柴油发电机的总数。
[0088]
作用于柴油发电机的扰动使柴油发电机工作在自适应下垂模式，然后柴油发电机增加或减少其输出功率，以实现对联络线功率的控制。
[0089]
功率流控制，即上述作用于柴油发电机的扰动将影响柴油发电机和储能系统之间的初始协同机制，如图8所示，其中黑色细线是整个光储柴微网呈现的总下垂特性曲线，光储柴微网通过自适应下垂控制输出电流的增减，进而控制联络线功率，光储柴微网的总下垂特性曲线如黑色粗线所示移动。因此，在光储柴微网内的总容量恒定的情况下，能量储备将减小，并且当面对扰动时整个光储柴微网将预先达到最大输出。此时，本地母线电压可能没有下降到储能系统的初始阈值范围。因此，为了确保总线频率偏差在一定范围内的同时，确保光伏输出不超过限定值，需要二次协同储能系统的阈值范围以匹配柴发单元运行曲线的变化。
[0090]
图7上半部分表示储能阈值控制的协同过程，该部分控制根据功率流控制对柴发下垂曲线的改变量，动态调整其阈值范围，实现与柴油发电机下垂曲线的动态匹配。
[0091]
柴油发电机的总下垂曲线的下垂系数r
total
的计算公式如下：
[0092][0093]
其中，r
dn
为光储柴微网中第n个柴油发电机的下垂系数，n为光储柴微网中包含的柴油发电机的数量。
[0094]
基于柴油发电机的总下垂曲线的下垂系数r
total
、扰动δp
line
和每个光储柴微网需承担的联络线功率比例系数β
l
计算储能阈值的动态调整量δf
dz
的计算公式如下：
[0095]
δf
dz
＝δp
line
*r
total
*β
l
[0096]
根据储能阈值的动态调整量δf
dz
即可调整上述阈值范围f
dz
。
[0097]
本实施例公开了一种光储柴微网群两级协同控制系统，包括：微网群控制器、通信系统和至少两个离网状态下的光储柴微网；
[0098]
所述微网群控制器通过所述通信系统与各个所述光储柴微网通信连接；
[0099]
所述各个所述光储柴微网通过联络线与彼此相连；
[0100]
每个所述光储柴微网包括光伏发电单元、储能系统、柴油发电机和本地控制器；
[0101]
所述本地控制器，用于通过优先控制所在所述光储柴微网中的所述柴油发电机，对本地母线电压进行控制；
[0102]
在接收到上级调度指令的情况下，所述微网群控制器，用于在满足预设群级控制条件的情况下，根据所述联络线的功率参考值以及每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令，对每个所述光储柴微网的输出功率进行控制。
[0103]
可选的，所述本地控制器，具体用于：
[0104]
控制所述光伏发电单元工作在mppt模式，控制所述柴油发电机工作在下垂模式；
[0105]
判断所在的所述光储柴微网的本地母线电压偏差值是否超过预设值；
[0106]
若超过预设值，所述本地控制器控制所述储能系统参与功率调节；
[0107]
若未超过预设值，所述本地控制器控制所述储能系统工作在p-q模式。
[0108]
的，所述本地控制器，具体用于：获取所在所述光储柴微网的频率变化差值；
[0109]
根据所述储能设备的阈值曲线，确定所述频率变化差值对应的功率变化差值，所述阈值曲线的斜率为所述光储柴微网中每个所述柴油发电机的下垂系数的倒数的和值；
[0110]
根据所述功率变化差值控制所述储能设备进行充电或放电。
[0111]
可选的，所述微网群控制器，具体用于：
[0112]
根据所述联络线的功率以及所述联络线功率的参考值，确定扰动值；
[0113]
根据每个所述光储柴微网的所述柴油发电机的额定容量占光储柴微网群柴油发电机总额定容量的比例以及所述扰动值，确定分配给每个所述光储柴微网的功率扰动值；
[0114]
根据分配给每个所述光储柴微网的功率扰动值，生成每个所述光储柴微网的功率调节指令。
[0115]
可选的，
[0116]
所述微网群控制器通过向每个所述光储柴微网发送功率调节指令，向每个所述光储柴微网施加扰动；
[0117]
所述本地控制器，还用于：
[0118]
控制所在所述光储柴微网的柴油发电机工作在下垂模式；
[0119]
根据柴油发电机的总下垂曲线的下垂系数、扰动值以及所述柴油发电机的额定容量占光储柴微网群柴油发电机总额定容量的比例，确定所述储能系统的储能阈值的动态调整量；
[0120]
根据所述动态调整量，对所述储能系统的阈值范围进行调整；
[0121]
在检测到所在的所述光储柴微网的本地母线电压偏差值超过预设值的情况下，控制所述储能系统根据调整后的阈值范围参与功率调节。
[0122]
本实施例公开的一种光储柴微网群两级协同控制系统，在光储柴微网内部实现网级控制，本地控制器通过控制所在光储柴微网中的柴油发电机，对本地母线电压进行控制，减少对储能系统的使用。在光储柴微网间设置微网群控制器实现光储柴微网间的群级控制，通过生成作用于每个光储柴微网的扰动，使各光储柴微网在网级控制的基础上，对光储柴微网内的光伏单元、柴发单元和储能系统进行二次协同控制，调节其对外的输出功率，使光储柴微网能更合理有效的协同运行，提高系统整体稳定性。
[0123]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0124]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0125]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0126]
上述各个实施例之间可任意组合，对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。
[0127]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。