一种分布式综合能源系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种分布式多区域电力系统控制技术，尤其涉及一种分布式综合能源系统及其控制方法。

背景技术：

1、分布式新能源主要通过接入配网进行功率消纳，但现有配网主要为满足负荷供电而设计，其容量设计及功率控制主要面向负荷进行综合考虑，未充分考虑波动性、间歇性、随机性的新能源及可调负荷并网所形成的综合能源系统的稳定控制、优化调控和高效消纳，传统配电系统承载比例越发增大的分散性源荷功率的压力日趋增大。目前国外电网解决分布式综合能源系统问题的方法有工业微网、交直流配网等方式，但国外电网网架形式与国内主网供电分区配电的方式有较大区别，因此国内主要采用自发自用、源网荷协调控制、调度曲线调控等技术手段，但只能解决主网联络下的区域内优化控制或者孤网频率电压稳定控制，上述控制时间尺度基本为s级或分钟级，无法应对分布式能源接入后带来的环流稳定，给系统运行稳定和电压安全带来的隐患，同时还存在调控方式单一、区间潮流难以互济等问题。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种分布式综合能源系统及其控制方法，能够抑制多区系统组网之后的不均衡功率及高频环流，还可为分布式源荷并网接入及高效消纳提供潮流调控手段。

2、技术方案：本发明所采用的技术方案是一种分布式综合能源系统，该系统由多个能源区域互联，还包括分布式控制终端，以及与分布式控制终端相连的集中控制系统，所述集中控制系统用于集中监控各能源区域的电气节点，并根据能量管控策略对系统潮流进行调控，所述分布式控制终端根据集中控制系统下发的控制指令实现功率响应控制，并进行分布阻抗参数计算及环流在线监测；分布式综合能源系统以交流配网为主网架，通过交流合环、直流互联、背靠背交直流的方式进行区域互联，各分布式新能源根据各自交直流属性及容量接入网架节点，分布式储能部署于源荷功率不均衡的重心位置。

3、所述通过交流合环、直流互联、背靠背交直流的方式进行区域互联，包括：交流型分布式新能源接入交流配电侧，各配电变压器参数一致下采用合环运行，若各配电变压器参数不一致采用背靠背变流器的方式进行互联，或采用开环运行作为备用能源；直流型分布式新能源接入直流配电侧，直流配电可进行区域间互联；所述分布式控制终端可以部署于各变电所/配电所的二次室，也可以装设于分布式综合能源的集中并网点，实现对并网变压器、辖内分布式综合能源、辖内分布负荷进行就地汇聚及控制。

4、本发明提出一种应用于上述的分布式综合能源系统的分布式综合能源系统控制方法，该方法包括：将小于并网正功率之和的逆功率部分按照各区域的配变容量比例进行分配，将超过并网正功率之和的逆功率部分按照各储能soc及额定功率进行消纳剩余功率的分配；针对各分布式新能源变流器采用自适应动态下垂控制，当接入线路分布阻抗参数差异超过阈值时采用基准下垂系数叠加补偿虚拟阻抗分量后的下垂系数进行自适应动态下垂控制，所述补偿虚拟阻抗分量使不同acdc间在下垂控制时各端变流器的出力符合同一个阻抗功率特性；同时选择接入线路分布阻抗参数居中间值的台区变流器作为基准变流器，通过母线电压-功率闭环控制实现综合能源系统功率均衡的调节。

5、其中，所述的将小于并网正功率之和的逆功率部分按照各区域的配变容量比例进行分配，将超过并网正功率之和的逆功率部分按照各储能soc及额定功率进行消纳剩余功率的分配，功率指令计算式为：

6、

7、

8、其中st-i为台区配电变额定容量，为本区域配电网内源荷逆功率部分，为本区域配电网内源荷正功率部分，pstorage为储能变流器有功控制指令，pacdc为交直变流器有功控制指令，soc表示荷电状态。

9、当接入线路分布阻抗参数差异超过阈值时，各分布式新能源变流器自适应动态下垂控制的下垂控制斜率系数k的设定，包括：根据各接入线路分布阻抗参数数据，选取接入线路分布阻抗参数居中的分布阻抗参数为基准，计算下垂系数的补偿。

10、所述接入线路分布阻抗参数，是根据线路两端遥测送回的功率及电压以及电压变动时的两次功率潮流计算公式，对接入回路的阻抗进行计算，所述接入线路分布阻抗参数满足下式：

11、

12、式中，q为瞬时无功功率，us为网侧电压，uc为变流器侧电压，x为线路电抗分量，p为瞬时有功功率。

13、该方法还包括，通过fft采样分析得出高频环流的频次及幅值，构建高频环流抑制的虚拟阻抗结构，得出串联谐振滤波器的频域传递函数，所述串联谐振滤波器的频域传递函数与高频环流幅值部分进行数字离散化相乘，得出高频环流抑制的虚拟阻抗电压分量，在pwm调制环与内环电流环的输出基准变流器侧电压相反向叠加；

14、构建高频环流抑制的虚拟阻抗结构包括：按照交流侧串联lcl虚拟阻抗的幅频特性构建高频环流抑制的虚拟阻抗，参考图4，所述串联谐振滤波器的频域传递函数为：

15、

16、式中，g(s)为频域传递函数，l1、l2分别为变流器阀侧和网侧电感值，c为变流器网侧滤波器中的滤波电容值，l3为按环流频次计算的虚拟谐振电感值，lsys为电网短路电感值，s表示传递函数对应的系统对不同频率的输入信号的响应。

17、本发明提供了一种分布式综合能源系统集中控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的分布式综合能源系统控制方法。

18、本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的分布式综合能源系统控制方法。

19、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的分布式综合能源系统控制方法。

20、有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：分布式综合能源系统不需要单独实时监测整个系统的负荷或电源出力，只需要对源荷动态功率进行不同情况的调配以实现功率均衡，同时利用功率优化调配提升消纳率；实现了分布式综合能源系统的电压稳定控制和环流抑制控制，解决了针对新能源、可调源荷等分散并网后，存在由于分布阻抗不均衡造成的工频环流，以及各变流器高频调制所产生的高频环流问题。

技术特征：

1.一种分布式综合能源系统，其特征在于：该系统由多个能源区域互联，还包括分布式控制终端，以及与分布式控制终端相连的集中控制系统，所述集中控制系统用于集中监控各能源区域的电气节点，并根据能量管控策略对系统潮流进行调控，所述分布式控制终端根据集中控制系统下发的控制指令实现功率响应控制，并进行分布阻抗参数计算及环流在线监测；分布式综合能源系统以交流配网为主网架，通过交流合环、直流互联、背靠背交直流的方式进行区域互联，各分布式新能源根据各自交直流属性及容量接入网架节点，分布式储能部署于源荷功率不均衡的重心位置。

2.根据权利要求1所述的分布式综合能源系统，其特征在于：所述通过交流合环、直流互联、背靠背交直流的方式进行区域互联，包括：交流型分布式新能源接入交流配电侧，各配电变压器参数一致下采用合环运行，若各配电变压器参数不一致采用背靠背变流器的方式进行互联，或采用开环运行作为备用能源；直流型分布式新能源接入直流配电侧，直流配电可进行区域间互联；所述分布式控制终端部署于各变电所/配电所的二次室，或者装设于分布式综合能源的集中并网点。

3.一种应用于权利要求1任一项所述的分布式综合能源系统的分布式综合能源系统控制方法，其特征在于，该方法包括：将小于并网正功率之和的逆功率部分按照各区域的配变容量比例进行分配，将超过并网正功率之和的逆功率部分按照各储能soc及额定功率进行消纳剩余功率的分配；针对各分布式新能源变流器采用自适应动态下垂控制，当接入线路分布阻抗参数差异超过阈值时采用基准下垂系数叠加补偿虚拟阻抗分量后的下垂系数进行自适应动态下垂控制，所述补偿虚拟阻抗分量使不同acdc间在下垂控制时各端变流器的出力符合同一个阻抗功率特性；同时选择接入线路分布阻抗参数居中间值的台区变流器作为基准变流器，通过母线电压-功率闭环控制实现综合能源系统功率均衡的调节。

4.根据权利要求3所述的分布式综合能源系统控制方法，其特征在于：所述的将小于并网正功率之和的逆功率部分按照各区域的配变容量比例进行分配，将超过并网正功率之和的逆功率部分按照各储能soc及额定功率进行消纳剩余功率的分配，功率指令计算式为：

5.根据权利要求3所述的分布式综合能源系统控制方法，其特征在于：当接入线路分布阻抗参数差异超过阈值时，各分布式新能源变流器自适应动态下垂控制的下垂控制斜率系数k的设定，包括：根据各接入线路分布阻抗参数数据，选取接入线路分布阻抗参数居中的分布阻抗参数为基准，计算下垂系数的补偿。

6.根据权利要求5所述的分布式综合能源系统控制方法，其特征在于：所述接入线路分布阻抗参数，是根据线路两端遥测送回的功率及电压以及电压变动时的两次功率潮流计算公式，对接入回路的阻抗进行计算，所述接入线路分布阻抗参数满足下式：

7.根据权利要求3所述的分布式综合能源系统控制方法，其特征在于：该方法还包括，通过fft采样分析得出高频环流的频次及幅值，构建高频环流抑制的虚拟阻抗结构，得出串联谐振滤波器的频域传递函数，所述串联谐振滤波器的频域传递函数与高频环流幅值部分进行数字离散化相乘，得出高频环流抑制的虚拟阻抗电压分量，在pwm调制环与内环电流环的输出基准变流器侧电压相反向叠加；

8.一种分布式综合能源系统集中控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求3至7中任一项所述的分布式综合能源系统控制方法。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求3至7中任一项所述的分布式综合能源系统控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3至7中任一项所述的分布式综合能源系统控制方法。

技术总结
本发明公开了一种分布式综合能源系统及其控制方法，该系统由多个能源区域互联，还包括分布式控制终端和集中控制系统，所述集中控制系统用于集中监控各能源区域的电气节点，并根据能量管控策略对系统潮流进行调控，所述分布式控制终端根据集中控制系统下发的控制指令实现功率快速响应控制，并进行分布阻抗参数计算及环流在线监测；分布式综合能源系统以交流配网为主网架，通过交流合环、直流互联、背靠背交直流的方式进行区域互联，各分布式新能源根据各自交直流属性及容量接入网架节点，分布式储能部署于源荷功率不均衡的重心位置。本发明能够抑制多区系统组网之后的不均衡功率及高频环流，为分布式源荷并网接入及高效消纳提供潮流调控手段。

技术研发人员：田宏卫,黄帅,董雪,周国钧,叶海瑞,成月良,王伟,周玉高,仓伟,孙琦,敖炳,柏嵩,高远,汤逸中,陆炳辰,周璇,连峰
受保护的技术使用者：国家电投集团江苏电力有限公司生产监控调度培训中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16