專利名稱：適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法
技術領域：
本發明屬于電力系統微電網技術領域，尤其是一種適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法。
背景技術：
將分布式電源以微電網的形式構成電氣“孤立”運行，是并網型微電網在受擾動時的一種運行模式，也是適用于偏遠山區和海島的一種供電方式。孤立微電網是由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統。國內外對于孤立型微電網的控制主要分為兩種模式對等控制模式和主從控制模 式。對等控制模式模擬同步電機的下垂特性對頻率和電壓進行調節，不同微源的下垂特性與外部系統的阻抗特性密切相關，其參數在實際工程中很難整定，目前該控制模式仍處于實驗室階段；主從控制模式是目前孤立型微電網系統普遍采用的一種模式，通常由主控電源提供系統頻率和電壓的參考，從屬電源僅起跟隨作用，系統穩定性對主控電源的依賴很大，當系統功率波動越出主控電源的備用范圍時，系統將面臨失穩。目前國內外主要圍繞風光儲/光儲/風儲互補微電網開展控制措施研究，這幾種類型的微電網通常規模小，且以儲能作為主控電源。對于負荷需求較大，而新能源發電量不足的孤立微電網，需要增加柴油發電機或者燃氣輪機作為供電形式的補充。在含柴儲的孤立型微電網系統中，由于柴油發電機具有很強的過載能力和頻率電壓調節能力，工程中通常以柴油發電機作為主控電源或平衡節點。從有關學者對該類型系統的穩定性研究結論中可以發現，微電網中熱備用較小，抗擾動能力弱，功率波動或系統故障主要引發頻率穩定問題，這使得快速、穩定、易于操作的頻率控制方法顯得尤為重要。目前的頻率控制方法主要為分散就地控制在分散控制方式中，各微源當地控制器和負荷控制器搜集本地信息，進行就地決策，其控制思想是要最大程度地實現微電網內分布式單元和負荷的自治。雖然分散式控制降低了對微電網中央控制器MGCC的功能要求，但在整體協調控制功能上卻大大降低，難以實現微電網整體性能的最優化。

發明內容
為了克服現有技術方法存在的不足，本發明提出一種適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法，以提高孤立型微電網運行的頻率穩定性。該方法適用于由柴油發電機、儲能和新能源組成的孤立型微電網系統。一種適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法，其特征是頻率控制系統由中央決策層和就地決策層組成，通過微源間的相互協調控制，實現系統的一次調頻和二次調頻功能，其特征在于一次調頻由柴油發電機、中央決策層和儲能配合完成，當系統功率波動在柴油發電機的備用區間內時，重新穩定后功率波動由柴油發電機承擔，系統頻率恢復至額定值50Hz ;系統功率波動超出柴油發電機旋轉備用時，系統功率波動與旋轉備用限值之間的功率缺額由中央決策層分配給儲能承擔，系統頻率穩定于中央決策層一次調頻死區下限；系統功率波動超出柴油發電機調峰備用時，系統功率波動與調峰備用限值的功率差值由中央決策層分配給儲能承擔，系統頻率穩定于中央決策層一次調頻死區上限，中央決策層輔助一次調頻方法如下第一步檢測系統頻率，當測量頻率值越出輔助一次調頻死區時，啟動中央決策層一次調頻功能，死區設置的原則是與柴油發電機的頻率調節特性相配合，并避免儲能有功參考值的頻繁調節，中央決策層一次調頻死區設置的推薦值為49. 5Hz-50. 5Hz，可以根據柴油發電機和負荷的綜合頻率特性對死區范圍進行調整；第二步頻率波動Λ f通過PI控制器進行調節，將微網頻率采樣值與頻率額定值50Hz做差后經低通濾波器，然后分別送入正偏差控制通道和負偏差控制通道，在正、負偏差控制通道中與頻率調節死區做差后送入PI控制器，PI控制器輸出進行功率限幅后，最終將正偏差通道和負偏差通道輸出加和后作為儲能系統有功參考變化值Pf ；第三步檢測儲能S0C，設N臺儲能運行于允許的SOC區間內，將Pf按照下列原則分配至N臺儲能，作為儲能下一時刻有功參考值的變化值APi(t+l)
權利要求
1.ー種適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法，其特征是頻率控制系統由中央決策層和就地決策層組成，通過微源間的相互協調控制，實現系統的一次調頻和ニ次調頻功能，其特征在于一次調頻由柴油發電機、中央決策層和儲能配合完成，當系統功率波動在柴油發電機的備用區間內時，重新穩定后功率波動由柴油發電機承擔，系統頻率恢復至額定值50HZ ;系統功率波動超出柴油發電機旋轉備用時，系統功率波動與旋轉備用限值之間的功率缺額由中央決策層分配給儲能承擔，系統頻率穩定于中央決策層一次調頻死區下限；系統功率波動超出柴油發電機調峰備用時，系統功率波動與調峰備用限值的功率差值由中央決策層分配給儲能承擔，系統頻率穩定于中央決策層一次調頻死區上限，中央決策層輔助一次調頻方法如下 第一歩檢測系統頻率，當測量頻率值越出輔助一次調頻死區時，啟動中央決策層一次調頻功能，死區設置的原則是與柴油發電機的頻率調節特性相配合，并避免儲能有功參考值的頻繁調節，中央決策層一次調頻死區設置的推薦值為49. 5Hz-50. 5Hz，可以根據柴油發電機和負荷的綜合頻率特性對死區范圍進行調整； 第二步頻率波動Λ f通過PI控制器進行調節，將微網頻率采樣值與頻率額定值50Hz做差后經低通濾波器，然后分別送入正偏差控制通道和負偏差控制通道，在正、負偏差控制通道中與頻率調節死區做差后送入PI控制器，PI控制器輸出進行功率限幅后，最終將正偏差通道和負偏差通道輸出加和后作為儲能系統有功參考變化值Pf ； 第三步檢測儲能SOC，設N臺儲能運行于允許的SOC區間內，將Pf按照下列原則分配至N臺儲能，作為儲能下ー時刻有功參考值的變化值APi(t+l) +i)=±#is -β ω -取):".:ネ順-Q2xm-pMmち >0，取 + ;Pf <0， 取下一時刻第i臺儲能參考值Pi (t+1) = Pi ω + ΔΡ, (t+1)； 第四步檢查儲能新的有功參考值Pi (t+1)是否超過儲能限值，如果有M臺儲能功率越限，則將儲能有功參考值按照限值設置，設N = N-M, Pf = Pf-M臺儲能有功變化值之和，返回第三歩；否則，轉到第四歩； 第五步將儲能新的有功參考值下達至相應的PCS，儲能輸出功率跟隨新的有功參考值變化； 上述步驟中，Pf為儲能系統有功變化值的總和，N為運行于SOC允許區間內的儲能數，Si為第i臺儲能PCS的額定視在功率，Pi (t+Ι)為第i臺儲能在t+Ι時刻恒P-Q控制模式中的有功參考值，充電功率取負值，放電功率取正值。
2.根據權利要求I所述的ー種適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法，其特征在于二次調頻由中央決策層與就地決策層配合完成，設置一定的延時，避開一次調頻的動作時間區間，為使系統頻率恢復至額定頻率并使柴油發電機留有一定的旋轉備用或調峰備用，當系統頻率小于輔助一次調頻死區下限且持續時間超過設定的啟動延吋，頻率按照重新分配分布式儲能的功率、増加新能源出力、柴油發電機啟機的順序進行二次調整；當系統頻率大于輔助一次調頻死區上限且持續時間超過設定的啟動延吋，頻率按照重新分配分布式儲能的功率、柴油發電機停機、限制新能源出力的順序進行二次調整，中央決策層ニ次調頻方法如下第一歩監測系統頻率f·，若f≥fupl或f≤fdOTnl，跳轉第二步； 第二步計算時間延時T，若TH，t為二次調頻動作延時，跳轉第三歩；否則，返回第一 少； 第三步若f≥fupl，跳轉第四步ば≤(fdOTnl，跳轉第五步； 第四歩設
全文摘要
一種適用于含柴儲孤立微電網的頻率分層協調控制方法，頻率控制系統由中央決策層和就地決策層組成，實現系統的一次調頻和二次調頻功能，一次調頻由就地決策層的柴油發電機作為主調節單元，中央決策層中設置死區的PI控制器和就地決策層的分布式儲能組成輔助一次調頻單元，兩個層級相互協調配合完成對頻率的一次調節。當頻率穩定于輔助一次調頻死區上限或下限時，啟動二次調頻功能；二次調頻由中央決策層二次調頻模塊和就地決策層的微源協調配合完成，通過重新設置分布式儲能的有功參考值、調整新能源出力、啟停柴油發電機、負荷控制等方式，調整柴油發電機的旋轉備用或調峰備用，使系統頻率恢復至額定頻率運行。本發明可以充分協調利用不同微源的響應特性對系統頻率進行調節，實現對孤立微電網簡單、快捷的穩定控制，具有較強的魯棒性和靈活性，能夠滿足孤立微電網系統長期安全穩定運行的需要。
文檔編號H02J3/28GK102709906SQ201210148650
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者習偉, 付超, 柳勇軍, 段衛國, 王科, 董旭柱, 金小明, 陸志剛, 陳建斌, 陳柔伊, 雷金勇 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司