一种串联结构光储型多微网硬件系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于微电网领域，具体设及一种串联结构光储型多微网硬件系统。
【背景技术】
[0002] 能源是人类赖W生存的重要物质基础，也是社会经济发展的重要推动剂，然而，随 着工业化进程的推进和世界人口的快速增加，常规能源短缺和环境污染问题日益显现，已 经无法满足人类社会可持续发展和提高生活质量的需求，为此，从人类发展的长远目标来 看，开发绿色可再生能源已经是必然趋势。
[0003] 基于微电网形式的电网方便大规模分布式能源接入中低压配电网系统，不仅可W 充分发挥微电源的优势，而且能减少对大电网的冲击，加上其灵活、可控的运行方式，使其 成为能有效补充大电网的友好单元。因此，"微电网"运一概念逐渐被国内外的学者和专家 所认可，成为分布式发电技术的发展方向。分布式发电具有能源使用率高、安装位置灵活、 节省资源费用、减少线路损耗等优点，因此，分布式发电成为大电网的重要补充，它可W减 少大电网总装机容量，平衡大电网电量的高峰低谷，提高供电可靠性。但随着对分布式发电 研究的逐步深入，其本身存在的问题也慢慢突显出来，一方面，分布式电源接入大电网后， 由于其不可控性会对电网带来冲击；另一方面，分布式发电容易受到环境影响而不能输电 稳定的电能，影响系统稳定性；同时，分布式电源接入成本高，经济性较差，W上运些弊端极 大的限制了分布式发电的有效应用。
[0004] 随着微网工程的大规模建成，一定区域内多个邻近微网因互联互供所需将形成多 微网系统。目前我国在光储多微网系统方面的研究和现场运行经验较少，随着光储微电网 进入快速发展阶段，有必要发展一种含串联的光储型多微网经济运行硬件系统与方法，W 开展光储多微网的关键技术研究。
[000引经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为：201220002686.4，名称为：一 种实验室用的微电网系统，该申请内的微电网系统只包括一次系统，未设及控制系统设计 及经济优化方法，且该申请内的微电网系统为单微网，不适用多微网的关键技术研究。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种含串联结构光储 型多微网硬件系统，对开展光储型多微网系统的规划设计、模式切换和经济运行研究具有 重要意义。
[0007] 为实现上述实用新型目的，本实用新型采用W下技术方案。
[0008] -种含串联结构光储型多微网硬件系统，包括一次系统与控制系统;考虑峰谷电 价的分布式模型预测控制算法。
[0009] 所述的一次系统由两个子微网（上层子微网和下层子微网）通过并离网开关Kl串 联构成。其中上层子微网包括30kW光伏发电阵列、66.7kWh蓄电池和本地负荷，下层子微网 包括30kW光伏发电阵列、30kWh蓄电池和本地负荷。通过控制PCC(公共连接点）及Kl开断能 够切换两个子微网的并离网状态:上层子微网通过公共连接点PCC与配电网相连，通过控制 公共连接点PCC开断能够实现整个多微网系统并网和孤岛两种运行模式的转换，下层子微 网通过Kl接入上层子微网，通过控制Kl能够实现下层子微网并网和孤岛两种运行模式的转 换。
[0010] 所述的控制系统由子微网控制器(上层子微网控制器和下层子微网控制器）、光伏 控制器、储能控制器、负荷控制器及通信网络构成。其中，公共连接点PCC与并离网开关Kl通 过通信总线直接与上层子微网控制器相连并由其直接控制;光伏控制器、储能控制器和负 荷控制器分别由该子微网内控制器控制，子微网控制器通过通信总线相联，可实时传输该 子微网电气信息至其他子微网；各微源控制器与逆变器相连，子微网控制器通过向各控制 器下达指令，可控制各微源出力情况。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：
[0012] 本实用新型建立的串联结构光储型多微网系统，结构简单，控制效率高，对开展光 储型多微网系统规划设计、模式切换和优化运行的研究具有重要的工程应用价值。可将整 个系统的优化问题分散到各个子系统中解决，采用该结构可W大大减轻计算复杂度，可实 现每一电价段内每一时刻的购电成本最小，从而达到一天多微网的经济性运行。
【附图说明】
[0013] 图1是一种串联结构光储型多微网硬件系统的系统电气拓扑图。
[0014] 图2是串联结构光储型多微网中考虑峰谷电价的分布式模型预测控制总流程图。
[0015] 图3a是串联结构光储型多微网中分布式预测控制流程图。
[0016] 图3b是采用基于串联结构的分布式模型预测控制对系统进行预测控制示意图。
[0017] 图4是简单并网优化仿真波形；
[0018] 图5是考虑峰谷电价的分布式预测控制算法波形图。
【具体实施方式】
[0019] W下将结合附图及具体实施例详细说明本实用新型的技术方案，W便更清楚直观 地理解本实用新型实质，W下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有 技术实现的。
[0020] 图1是一种串联结构光储型多微网硬件系统的系统电气拓扑图。
[0021] -种串联结构光储型多微网系统，其包括一次系统与控制系统。
[0022] 所述的一次系统由两个子微网（上层子微网和下层子微网）通过并离网开关Kl串 联构成。其中上层子微网包括30kW光伏发电阵列、66.7kWh蓄电池和本地负荷，下层子微网 包括30kW光伏发电阵列、30kWh蓄电池和本地负荷。通过控制PCC(公共连接点）及Kl开断能 够切换两个子微网的并离网状态:上层子微网通过公共连接点PCC与配电网相连，通过控制 公共连接点PCC开断能够实现整个多微网系统并网和孤岛两种运行模式的转换，下层子微 网通过Kl接入上层子微网，通过控制Kl能够实现下层子微网并网和孤岛两种运行模式的转 换。
[0023] 所述的控制系统由子微网控制器(上层子微网控制器和下层子微网控制器）、光伏 控制器、储能控制器、负荷控制器及通信网络构成。其中，公共连接点PCC与并离网开关Kl通 过通信总线直接与上层子微网控制器相连并由其直接控制;光伏控制器、储能控制器和负 荷控制器分别由该子微网内控制器控制，子微网控制器通过通信总线相联，可实时传输该 子微网电气信息至其他子微网；各微源控制器与逆变器相连，子微网控制器通过向各控制 器下达指令，可控制各微源出力情况。
[0024] 本实用新型的设计在于硬件结构，W下作为一种实例，其中设及的软件程序部分 是本领域技术人员可参照现有技术理解或编程实现的。图2是串联结构光储型多微网中考 虑峰谷电价的分布式模型预测控制流程图。图中，SOCi^t)表示上层微电网储能在t时刻的 预测值，S0C2^t)表示下层微电网储能在t时刻的预测值。通过对当前时段和下一时段的电 价判断，并由储能元件t时刻容量进行约束，满足条件后进入图3所示的预测控制环节。
[0025] 作为一种实例，在预测控制理论中，预测模型是一个描述系统动态行为的基础模 型，具有预测的功能即能够根据系统的历时数据和未来的输入，预测系统未来输出值。基于 动态矩阵控制算法的预测控制模型如式(1)所示。
[0027] 记 Y*=[y*(t+l)，y*(t+2)，...，y*(t+n)]T;
[0028] AU=[ Au(t), Au(t+1),..., A u(t+n_l) ]T;
[0029] Yo= [yo(t+l) ,yo(t+2),,yo(t+n) ]T
[0030] 式中，y^t+n)表示未来第n个时刻的系统预测输出值;an表示未来第n个时刻作用 于系统控制量的程度；Au(t+n-l)表示未来第n个时刻作用于系统的控制量;yo(t+l)表示 未来第n个时刻无 A U作用时的系统预测输出值；
[0031 ] 上式可简化为式(2):
[0032] Y* = AAU+Yo (2)
[0033] 式中，￥^表示有作用时的未来11个时刻的系统预测输出值;4表示未来11个时刻作用 于系统控制量的程度；AU表示未来n个时刻作用于系统的控制量;Yo表示无 AU作用时的未 来n个时刻的系统预测输出值。
[0034] 针对串联结构光储型多微网，需要对系统模型和目标函数进行分解。采用基于串 联结构的分布式模型预测控制对系统进行预测控制，如下图3b所示。其中U为下层子微网向 上层传输的信息量巧为微电网系统输出量，为微电网和配电网的联络线功率预测值?8^<11^ (t+l);m为子微网控制i的单独输入量，为相应子微网的储能、负荷和光伏的状态参数;yi为 子微网控制器i输出量，为相应子微网的储能输出功率预测值Pbsi^t+1)，即下一时刻的储 能输出功率参考。
[003引目标函数如式(3)所示：
[0037] 式中:n为最大预测长度;六t+i)为第i时刻系统预测输出值;yN(t+i)无 AU作用时 的未来第i时刻的系统预测输出值;A(j)为加刻大于0的控制系数；Au(t+j-l)第j-1时刻 作用与系统的控制量。
[0038] 微电网和配电网的联络线功率Pgridl可W为负数，简单起见，本实例简化目标函数 的计算量。上层子微网目标函数如式(4)所示。
[0039] Gi(i)=Pgridii*(t+l) (4)
[0040] 其中i = l，2,…，n。
[0041] 将下一时刻储能SOC的所有可能值SOCii^t+1)均作用于预测模型，计算相应的联 络线功率预测值Pgridl 为对应编号。查找联络线功率的最小预测值并输出对应的编号 由式(5)所示。
[0042] [i*]=min(Gi) (5)
[004引通过SOC|,.(/ + l)换算出储能输出功率预测值PBsAt+l)W作为下一时刻储能单 元功率参考值，实现下一时刻联络线功率Pgridl(t+1)最小。
[0044]由于被控对象及环境的不确定性，在t时刻实施控制量A U的作用后，在t+1时刻的 实际输出和预测输出不一定相等，生成预测误差e(t+l):
[004引 e(t+l) =y(t+l)-y*(t+l) (6)
[0046] 式中y(t+l)为t+1时刻实际输出量;/(t+1)为t+1时刻预测输出量。
[0047] 此误差经过