专利名称：适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统微电网技术领域，尤其是一种适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法。
背景技术：
将分布式电源以微电网的形式构成电气“孤立”运行，是并网型微电网在受扰动时的一种运行模式，也是适用于偏远山区和海岛的一种供电方式。孤立微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。国内外对于孤立型微电网的控制主要分为两种模式对等控制模式和主从控制模 式。对等控制模式模拟同步电机的下垂特性对频率和电压进行调节，不同微源的下垂特性与外部系统的阻抗特性密切相关，其参数在实际工程中很难整定，目前该控制模式仍处于实验室阶段；主从控制模式是目前孤立型微电网系统普遍采用的一种模式，通常由主控电源提供系统频率和电压的参考，从属电源仅起跟随作用，系统稳定性对主控电源的依赖很大，当系统功率波动越出主控电源的备用范围时，系统将面临失稳。目前国内外主要围绕风光储/光储/风储互补微电网开展控制措施研究，这几种类型的微电网通常规模小，且以储能作为主控电源。对于负荷需求较大，而新能源发电量不足的孤立微电网，需要增加柴油发电机或者燃气轮机作为供电形式的补充。在含柴储的孤立型微电网系统中，由于柴油发电机具有很强的过载能力和频率电压调节能力，工程中通常以柴油发电机作为主控电源或平衡节点。从有关学者对该类型系统的稳定性研究结论中可以发现，微电网中热备用较小，抗扰动能力弱，功率波动或系统故障主要引发频率稳定问题，这使得快速、稳定、易于操作的频率控制方法显得尤为重要。目前的频率控制方法主要为分散就地控制在分散控制方式中，各微源当地控制器和负荷控制器搜集本地信息，进行就地决策，其控制思想是要最大程度地实现微电网内分布式单元和负荷的自治。虽然分散式控制降低了对微电网中央控制器MGCC的功能要求，但在整体协调控制功能上却大大降低，难以实现微电网整体性能的最优化。
发明内容
为了克服现有技术方法存在的不足，本发明提出一种适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法，以提高孤立型微电网运行的频率稳定性。该方法适用于由柴油发电机、储能和新能源组成的孤立型微电网系统。一种适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法，其特征是频率控制系统由中央决策层和就地决策层组成，通过微源间的相互协调控制，实现系统的一次调频和二次调频功能，其特征在于一次调频由柴油发电机、中央决策层和储能配合完成，当系统功率波动在柴油发电机的备用区间内时，重新稳定后功率波动由柴油发电机承担，系统频率恢复至额定值50Hz ;系统功率波动超出柴油发电机旋转备用时，系统功率波动与旋转备用限值之间的功率缺额由中央决策层分配给储能承担，系统频率稳定于中央决策层一次调频死区下限；系统功率波动超出柴油发电机调峰备用时，系统功率波动与调峰备用限值的功率差值由中央决策层分配给储能承担，系统频率稳定于中央决策层一次调频死区上限，中央决策层辅助一次调频方法如下第一步检测系统频率，当测量频率值越出辅助一次调频死区时，启动中央决策层一次调频功能，死区设置的原则是与柴油发电机的频率调节特性相配合，并避免储能有功参考值的频繁调节，中央决策层一次调频死区设置的推荐值为49. 5Hz-50. 5Hz，可以根据柴油发电机和负荷的综合频率特性对死区范围进行调整；第二步频率波动Λ f通过PI控制器进行调节，将微网频率采样值与频率额定值50Hz做差后经低通滤波器，然后分别送入正偏差控制通道和负偏差控制通道，在正、负偏差控制通道中与频率调节死区做差后送入PI控制器，PI控制器输出进行功率限幅后，最终将正偏差通道和负偏差通道输出加和后作为储能系统有功参考变化值Pf ；第三步检测储能S0C，设N台储能运行于允许的SOC区间内，将Pf按照下列原则分配至N台储能，作为储能下一时刻有功参考值的变化值APi(t+l)
权利要求
1.ー种适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法，其特征是频率控制系统由中央决策层和就地决策层组成，通过微源间的相互协调控制，实现系统的一次调频和ニ次调频功能，其特征在于一次调频由柴油发电机、中央决策层和储能配合完成，当系统功率波动在柴油发电机的备用区间内时，重新稳定后功率波动由柴油发电机承担，系统频率恢复至额定值50HZ ;系统功率波动超出柴油发电机旋转备用时，系统功率波动与旋转备用限值之间的功率缺额由中央决策层分配给储能承担，系统频率稳定于中央决策层一次调频死区下限；系统功率波动超出柴油发电机调峰备用时，系统功率波动与调峰备用限值的功率差值由中央决策层分配给储能承担，系统频率稳定于中央决策层一次调频死区上限，中央决策层辅助一次调频方法如下 第一歩检测系统频率，当測量频率值越出辅助一次调频死区时，启动中央决策层一次调频功能，死区设置的原则是与柴油发电机的频率调节特性相配合，并避免储能有功參考值的频繁调节，中央决策层一次调频死区设置的推荐值为49. 5Hz-50. 5Hz，可以根据柴油发电机和负荷的综合频率特性对死区范围进行调整； 第二步频率波动Λ f通过PI控制器进行调节，将微网频率采样值与频率额定值50Hz做差后经低通滤波器，然后分别送入正偏差控制通道和负偏差控制通道，在正、负偏差控制通道中与频率调节死区做差后送入PI控制器，PI控制器输出进行功率限幅后，最终将正偏差通道和负偏差通道输出加和后作为储能系统有功參考变化值Pf ； 第三步检测储能SOC，设N台储能运行于允许的SOC区间内，将Pf按照下列原则分配至N台储能，作为储能下ー时刻有功參考值的变化值APi(t+l) +i)=±#is -β ω -取):".:ネ顺-Q2xm-pMmち >0，取 + ;Pf <0， 取下一时刻第i台储能參考值Pi (t+1) = Pi ω + ΔΡ, (t+1)； 第四步检查储能新的有功參考值Pi (t+1)是否超过储能限值，如果有M台储能功率越限，则将储能有功參考值按照限值设置，设N = N-M, Pf = Pf-M台储能有功变化值之和，返回第三歩；否则，转到第四歩； 第五步将储能新的有功參考值下达至相应的PCS，储能输出功率跟随新的有功參考值变化； 上述步骤中，Pf为储能系统有功变化值的总和，N为运行于SOC允许区间内的储能数，Si为第i台储能PCS的额定视在功率，Pi (t+Ι)为第i台储能在t+Ι时刻恒P-Q控制模式中的有功參考值，充电功率取负值，放电功率取正值。
2.根据权利要求I所述的ー种适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法，其特征在于二次调频由中央决策层与就地决策层配合完成，设置一定的延时，避开一次调频的动作时间区间，为使系统频率恢复至额定频率并使柴油发电机留有一定的旋转备用或调峰备用，当系统频率小于辅助一次调频死区下限且持续时间超过设定的启动延吋，频率按照重新分配分布式储能的功率、増加新能源出力、柴油发电机启机的顺序进行二次调整；当系统频率大于辅助一次调频死区上限且持续时间超过设定的启动延吋，频率按照重新分配分布式储能的功率、柴油发电机停机、限制新能源出力的顺序进行二次调整，中央决策层ニ次调频方法如下第一歩监测系统频率f·，若f≥fupl或f≤fdOTnl，跳转第二步； 第二步计算时间延时T，若TH，t为二次调频动作延时，跳转第三歩；否则，返回第一 少； 第三步若f≥fupl，跳转第四步ば≤(fdOTnl，跳转第五步； 第四歩设
全文摘要
一种适用于含柴储孤立微电网的频率分层协调控制方法，频率控制系统由中央决策层和就地决策层组成，实现系统的一次调频和二次调频功能，一次调频由就地决策层的柴油发电机作为主调节单元，中央决策层中设置死区的PI控制器和就地决策层的分布式储能组成辅助一次调频单元，两个层级相互协调配合完成对频率的一次调节。当频率稳定于辅助一次调频死区上限或下限时，启动二次调频功能；二次调频由中央决策层二次调频模块和就地决策层的微源协调配合完成，通过重新设置分布式储能的有功参考值、调整新能源出力、启停柴油发电机、负荷控制等方式，调整柴油发电机的旋转备用或调峰备用，使系统频率恢复至额定频率运行。本发明可以充分协调利用不同微源的响应特性对系统频率进行调节，实现对孤立微电网简单、快捷的稳定控制，具有较强的鲁棒性和灵活性，能够满足孤立微电网系统长期安全稳定运行的需要。
文档编号H02J3/28GK102709906SQ201210148650
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者习伟, 付超, 柳勇军, 段卫国, 王科, 董旭柱, 金小明, 陆志刚, 陈建斌, 陈柔伊, 雷金勇 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司