一种孤岛模式下水电主调机组微电网运行功率控制方法与流程

本发明涉及微电网。

背景技术：

1、随着分布式发电所占比重的增加，微电网受到了广泛的关注。微电网是指由分布式电源、储能设备、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇聚成的小型发电系统，是一种能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，其中储能设备包括多个储能单元，每个储能单元包括一个储能元件和一个pcs(即储能dc/dc变流器)。

2、微电网具有并网和孤岛两种运行模式，其中孤岛模式是指微电网不与大电网并联运行，此时如果分布式电源所提供的功率不能满足负荷的功率需求，储能设备放电，为负荷提供功率；如果分布式电源所提供的功率大于负荷的功率需求，则对储能单元进行充电。实际运行中，当大电网发生故障迫使微电网孤岛运行时，由于失去了大电网的支撑，突然地孤岛模式会导致微电网自身系统严重不平衡，加上分布式电源出力的波动性和间歇性，进一步加剧了微电网运行的不稳定性。

3、目前，传统微电网孤岛模式下频率调整的方法有主从控制、对等控制等，两者对分布式电源的控制方式不同，都能实现频率和电压的调节。然而，主从控制需要选择一个或多个微电源作为主控制单元，在微电网从并网模式转向孤岛模式时，向微电网系统提供电压和频率支撑，该方法存在对主控制单元和通信线路依赖较强、模式切换容易失败的问题；对等控制方法中所有的微电源都处于同等地位，不依赖于某个主控制单元及通信线路，该方法有利于微电源的即插即用以及微电网系统的扩展，但是没有考虑到频率和电压的恢复问题，是有差调频。

技术实现思路

1、为了提高微电网运行的稳定性，本发明提供了一种孤岛模式下水电主调机组微电网运行功率控制方法。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种孤岛模式下水电主调机组微电网运行功率控制方法，包括以下步骤：

4、s1.对微电网系统的负荷特性进行分析并构建负荷特性预测模型，对水电机组的特性进行分析并构建水电机组的未来出力运行模型；

5、s2.得到微电网系统的负荷特性分析结果后，进行新能源特性分析和储能装置特性分析，并构建新能源和储能装置的未来运行模型；

6、s3.根据负荷特性分析结果、新能源特性分析结果和储能装置特性分析结果制定调节策略实现微电网系统的有功功率平衡及频率控制；

7、s4.得到微电网系统的负荷特性分析结果后，进行无功电压调节装置特性分析；

8、s5.根据负荷特性分析结果和无功电压调节装置特性分析结果制定调节策略实现微电网系统的无功功率平衡及电压控制。

9、所述步骤s1中：

10、负荷特性分析的计算式如下：

11、，

12、式中：是孤岛模式下微电网系统内负荷总量在一天内的波动程度；是第j个负荷点在第i时刻下的功率；m是负荷点的个数，为孤岛微电网内的所有在运行的用电设备的数量；n是每天的小时数，为24；lx是所有负荷波动量的累加值；lsi是当日负荷波动量的累加值；

13、根据得到的负荷特性分析结果构建预测模型，计算式如下：

14、，

15、式中： α是预测系数，是历史负荷波动量和未来负荷波动量的比值； f是孤岛模式下的负荷；li是孤岛模式下微电网系统内负荷总量在一天内的波动程度；

16、水电机组未来出力运行模型包括：

17、历史理论出力模型：

18、历史理论出力= 水文资源量 × 装机容量 × 历史平均利用率；

19、未来出力模型：

20、未来出力 = 历史理论出力 × 调度系数。

21、所述步骤s2中新能源未来运行模型包括：

22、风电未来运行模型：

23、风电未来出力 = 风电装机容量 × 风速指数函数；

24、光伏未来运行模型：

25、光伏未来出力 = 光伏装机容量 × 太阳辐射指数函数；

26、地区资源未来利用率模型：

27、利用率 = 未来预测出力 / 理论出力；

28、储能装置未来运行模型包括：

29、运行时间模型：

30、运行时间 = 实际运行容量 / 平均功率；

31、充放电次数模型：

32、充放电次数 = 实际运行容量 / 单次充放电容量；

33、容量模型：

34、实际运行容量 = 容量 × 循环寿命系数。

35、所述步骤s3中微电网系统的有功功率平衡及频率控制包括以下步骤：

36、s3-1.将微电网的有功功率负荷和无功功率负荷分为大变化和小变化两种等级，大变化的调节时间大于小变化的调节时间，水电机组的一次调频响应有功负荷的小变化，水电机组的二次调频响应有功负荷的大变化，水电机组的一级电压控制响应无功负荷的小变化，水电机组的二级电压控制响应无功负荷的大变化；

37、s3-2.记录负荷特性分析、新能源特性分析和储能装置特性分析所需跟踪的功率调节步长，并将各功率调节步长相加得到最终需调节的功率总步长；

38、s3-3.根据负荷的小变化，结合新能源出力的不确定性，进行频率的一次调节，自动跟踪以达到频率的实时平衡，计算式如下：

39、，

40、式中：pfr是水电机组频率一次调节器需要提供或吸收的功率；k是增益系数；δp是功率偏移；

41、根据负荷的大变化，结合新能源出力的不确定性以及储能装置的容量进行频率的二次调节，计算式如下：

42、，

43、式中：pfcr是水电机组频率二次调节器需要提供或吸收的功率；kp是比例增益；δf是频率偏移；ki是参数现场水电机组调节系统pid控制器的积分增益，取值范围为0.01-10；∫(δf)dt是频率偏移的积分。

44、所述步骤s5中无功功率平衡及电压控制是根据无功功率负荷特性以及无功电压调节装置特性，将无功电压控制分为两级，其中无功电压调节装置包括电容器组、有载调压分接头，静止无功发生器svg、静止无功补偿器svc，一级电压控制通过水电机组的自动电压调节器avr，响应无功负荷的小变化，实现无功功率的实时平衡和电压稳定；二级电压控制主要通过电容器组、有载调压变压器分接头、静止无功发生器svg、静止无功补偿器svc进行调节，响应无功功率负荷的较大变化，实现无功功率的基础平衡和电压的基本稳定。

45、所述步骤s3制定调节策略，当水电机组和储能装置的功率调节不能满足负荷以及新能源变化时，设置切负荷和新能源的方案策略，根据负荷优先级和可承受能力进行策略性选择，将较低优先级的负荷暂时剔除，以确保供电的连续性和系统的稳定运行，或对新能源进行调节，以保障有功功率平衡及频率的稳定；

46、所述步骤s5调节策略，当无功电压装置的调节不能满足无功负荷的变化时，设置切负荷方案策略，根据负荷优先级和可承受能力进行策略性选择，将较低优先级的负荷暂时剔除，以保障无功功率平衡及电压的稳定；

47、还包括步骤s6：判断水电机组功率是否越限，若没有越限则结束调节，若越限则再次制定调节策略，进行有功——频率和无功——电压的协调控制，实现有功和无功功率的再平衡。

48、本发明与现有技术相比存在的优点是：

49、本发明首先对负荷特性进行分析，其次对新能源特性、储能装置及小水电特性进行分析，并构建相应的模型，然后进行有功功率平衡及频率控制，再进行无功电压调节装置的特性分析，配合负荷特性分析的结果进行微电网无功功率平衡及电压控制，调节过程同步考虑各调节象不确定性下的功率平衡。本发明在微电网孤岛运行后，通过水电机组、储能装置、新能源的配合，进行有功功率及频率的调节，无功功率及电压控制主要靠无功电压调节装置进行调节，通过此方法可以精确的实现孤岛微电网系统有功和无功功率的调节，既能保证系统稳定、安全，又能保证电压的合格。