專利名稱：光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電網(wǎng)并網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制技術(shù)，尤其是一種光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，屬于電力電網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源危機和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，微網(wǎng)技術(shù)作為一種可行的解決方案，已經(jīng)成為研究熱點。光伏微源以資源豐富、分布廣泛、清潔等特點成為最具開發(fā)潛力的可再生能源之一。由于光伏發(fā)電具有明顯間歇性，輸出功率受天氣變化影響較大，加入可控微源或分布式儲能與光伏發(fā)電互補形成混合微網(wǎng)，能提高光伏發(fā)電的可靠性。在可控微源中，微型燃?xì)廨啓C發(fā)電能同時供應(yīng)冷熱電負(fù)荷，具有排放少、效率高及燃料適應(yīng)性好等優(yōu)點，已成為冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)中最有發(fā)展前景的分布式電源，因此研究光伏與微型燃?xì)廨啓C組成的混合微網(wǎng)運行特性和協(xié)調(diào)控制策略具有重要的意義。微網(wǎng)技術(shù)作為分布式能源向電網(wǎng)供電的高效利用平臺，在分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展中具有舉足輕重的作用，與電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行息息相關(guān)。微網(wǎng)技術(shù)是新型電力電子技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲能技術(shù)的綜合，具有有以下特點①微網(wǎng)提供了一個有效集成應(yīng)用DG單元的方式，繼承擁有了所有單獨DG系統(tǒng)所具有的優(yōu)點；②微網(wǎng)作為一個獨立的整體模塊，不會對公用電網(wǎng)安全性產(chǎn)生不利影響，不需要對公用電網(wǎng)的運行策略進(jìn)行修改；③微網(wǎng)可以以靈活的方式將DG單元接入或斷開，即DG單元具有“即插即用”(plug-and-play)的能力；④DG單元并網(wǎng)的許多問題都是由DG單元響應(yīng)速度慢、慣性小的特點引起的，多DG 單元聯(lián)網(wǎng)的微網(wǎng)增加了系統(tǒng)容量，并有相應(yīng)的儲能系統(tǒng)(蓄電池儲能系統(tǒng)、飛輪儲能系統(tǒng)等)，使系統(tǒng)慣性增大，減弱了電壓波動和電壓閃變現(xiàn)象，改善了電能質(zhì)量；⑤微網(wǎng)中DG單元可以是多種能源形式(光電、風(fēng)電、微型燃?xì)廨啓C等)，還可以 ^ /^ (combined heat and power, CHP) ^7^ Kzfe (combined cold heat and power, CCHP)形式存在，就地向用戶提供熱能，提高了 DG單元利用效率；⑥微網(wǎng)在上級網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時可以獨立自主運行繼續(xù)保障供電，提高供電可靠性。其中，孤島(自主)運行的能力是微網(wǎng)最重要的特點。從用戶負(fù)載側(cè)來說，微網(wǎng)可以看成一個自治的電力系統(tǒng)，它可以滿足用戶對電力質(zhì)量和可靠性的要求。從大電網(wǎng)一側(cè)來看，微網(wǎng)就像電網(wǎng)中發(fā)電機或負(fù)載一樣，是一個模塊化的整體。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的波動特性，必然與可控微源或儲能設(shè)備存在配合問題，與其他可控微源相比，微型燃?xì)廨啓C具有壽命長、可靠性高、燃料適應(yīng)性好、環(huán)境污染小和便于靈活控制等優(yōu)點，且響應(yīng)速度較快，在直流側(cè)配置較小容量的儲能設(shè)備就能響應(yīng)快速變化的負(fù)荷。目前國內(nèi)外的研究學(xué)者對光伏發(fā)電做了大量的研究，包括并網(wǎng)和孤島運行
4的光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏陣列的最大功率點跟蹤控制(MPPT)、孤島檢測以及逆變器的控制策略等，都各自具有一定的特點，在很大程度上推動了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是對于光伏發(fā)電在微網(wǎng)中的應(yīng)用及與其他微源配合的研究還相對較少，而且這些都沒有考慮混合微網(wǎng)的并網(wǎng)運行以及并網(wǎng)孤島兩種運行方式的切換。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的光伏發(fā)電系統(tǒng)出力有波動以及微型燃?xì)廨啓C動態(tài)響應(yīng)速度慢和延時的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種新的光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制系統(tǒng)方法，以減小光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的波動并克服微型燃?xì)廨啓C動態(tài)響應(yīng)速度慢和延時的問題，實現(xiàn)對并網(wǎng)與孤島狀態(tài)下混合微網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行控制。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，本控制方法涉及經(jīng)公共連接點分別接入配電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池充發(fā)電系統(tǒng)，公共連接點處設(shè)有使微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島兩狀態(tài)間切換的靜態(tài)開關(guān)；所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的光伏陣列、MPPT控制器、PQ控制器和并網(wǎng)逆變器；所述微型燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)包括微型燃?xì)廨啓C控制器、微型燃?xì)廨啓C、雙PWM變流器、PQ控制器和V/F控制器，其特征在于當(dāng)混合微網(wǎng)并網(wǎng)運行時，使微網(wǎng)作為獨立可控單元，通過采樣光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的最大功率Ppv和本地負(fù)荷PlMd以及注入配電網(wǎng)功率參考值Pgref來實現(xiàn)其預(yù)測算法；當(dāng)dp =Pgref+Pload-Ppv > 0時，其預(yù)測算法的輸出值Pmtref = Pgref+Pload"Ppv,由微型燃?xì)廨啓C輸出指定功率Pmtaf,然后和雙PWM變流器輸出的實際功率Pmt共同作為PQ控制器和ν/F控制器的輸入信號得出控制器的輸出信號，作為雙PWM變流器的輸入信號，最終實現(xiàn)對實際輸出功率Pmt的控制；當(dāng)dP = Pgref+Pload-Ppv < 0時，多余的功率給蓄電池充電；當(dāng)混合微網(wǎng)孤島運行時，微型燃?xì)廨啓C功率參考值Pmtref = Pload-Ppv,當(dāng)Pmtref < 0 時，微型燃?xì)廨啓C輸出功率為0 ；當(dāng)Pmtref > 0時，微型燃?xì)廨啓C按功率指令進(jìn)行輸出，經(jīng)過預(yù)測算法預(yù)測，再通過微型燃?xì)廨啓C本身的時間延遲τ后，輸出實際功率Pmt，同時
下的功率部分由蓄電池提供。進(jìn)一步地，所述蓄電池充發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口采用雙變流器結(jié)構(gòu)，將蓄電池陣列分成N組，N為大于3的整數(shù)，按功率調(diào)節(jié)作用將所有蓄電池分為能量備用和功率補償兩種狀態(tài)，通過直流開關(guān)切換至PQ控制器和V/F控制器并網(wǎng)變流器直流側(cè)，其中PQ控制器控制方式與微型燃?xì)廨啓C逆變器控制方式相同，V/F控制器采用定電壓和定頻率控制；并網(wǎng)變流器與開關(guān)投切控制共同作用于直流開關(guān)，再通過直流開關(guān)來實現(xiàn)對蓄電池陣列的控制。所述預(yù)測算法采用變步長時間序列法，變步長預(yù)測算法的Z域模型為
權(quán)利要求
1.光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，本控制方法涉及經(jīng)公共連接點分別接入配電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池充發(fā)電系統(tǒng)，公共連接點處設(shè)有使微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島兩狀態(tài)間切換的靜態(tài)開關(guān)；所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的光伏陣列、MPPT控制器、PQ控制器和并網(wǎng)逆變器；所述微型燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)包括微型燃?xì)廨啓C控制器、微型燃?xì)廨啓C、雙PWM變流器、PQ控制器和V/F控制器，其特征在于當(dāng)混合微網(wǎng)并網(wǎng)運行時，使微網(wǎng)作為獨立可控單元，通過采樣光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的最大功率Ppv和本地負(fù)荷Pltjad以及注入配電網(wǎng)功率參考值PgMf來實現(xiàn)其預(yù)測算法；當(dāng)dP = Pgref+Pload-Ppv > O時，其預(yù)測算法的輸出值Pmteef = Pgref+Pload^pV由微型燃?xì)廨啓C輸出指定功率Pmtaf,然后和雙PWM變流器輸出的實際功率Pmt共同作為PQ控制器和ν/F控制器的輸入信號得出控制器的輸出信號，作為雙PWM變流器的輸入信號，最終實現(xiàn)對實際輸出功率 Pfflt的控制；當(dāng)dP = Pgref+Pload-Ppv < O時，多余的功率給蓄電池充電；當(dāng)混合微網(wǎng)孤島運行時，微型燃?xì)廨啓C功率參考值Pmtref = Pload-Ppv,當(dāng)Pmtref < O時，微型燃?xì)廨啓C輸出功率為O ；當(dāng)Pmterf > O時，微型燃?xì)廨啓C按功率指令進(jìn)行輸出，經(jīng)過預(yù)測算法預(yù)測，再通過微型燃?xì)廨啓C本身的時間延遲τ后，輸出實際功率Pmt，同時Pmterf剩下的功率部分由蓄電池提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，其特征在于所述蓄電池充發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口采用雙變流器結(jié)構(gòu)，將蓄電池陣列分成N組，N 為大于3的整數(shù)，按功率調(diào)節(jié)作用將所有蓄電池分為能量備用和功率補償兩種狀態(tài)，通過直流開關(guān)切換至PQ控制器和V/F控制器并網(wǎng)變流器直流側(cè)，其中PQ控制器控制方式與微型燃?xì)廨啓C逆變器控制方式相同，V/F控制器采用定電壓和定頻率控制；并網(wǎng)變流器與開關(guān)投切控制共同作用于直流開關(guān)，再通過直流開關(guān)來實現(xiàn)對蓄電池陣列的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，其特征在于所述預(yù)測算法采用變步長時間序列法，變步長預(yù)測算法的Z域模型為式中，L為時間步長，L= 15Ν/Μ 30N/M，N為采樣點數(shù)；預(yù)測時間超前量Tp= (L-I) Ts/2+ τ , τ為微型燃?xì)廨啓C延遲時間，Ts采樣周期；M為分區(qū)數(shù)，即將N個采樣點平均分成M個區(qū)域 ’ Wi為權(quán)重系數(shù)，其值化=M(M_:)且(
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，其特征在于所述時間步長L根據(jù)天氣狀況而變化，當(dāng)天氣狀況波動較大時，適當(dāng)減小時間步長L ；當(dāng)天氣狀況波動較小時，適當(dāng)?shù)卦黾訒r間步長L。
5.光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，本控制方法涉及經(jīng)公共連接點分別接入配電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池充發(fā)電系統(tǒng)，公共連接點處設(shè)有使微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島兩狀態(tài)間切換的靜態(tài)開關(guān)；其特征在于所述蓄電池充發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口采用雙變流器結(jié)構(gòu)，將蓄電池陣列分成N組，N為大于3的整數(shù)，按功率調(diào)節(jié)作用將所有蓄電池分為能量備用和功率補償兩種狀態(tài)，通過直流開關(guān)切換至PQ控制器和V/F控制器并網(wǎng)變流器直流側(cè)，其中PQ控制器控制方式與微型燃?xì)廨啓C逆變器控制方式相同，V/F控制器采用定電壓和定頻率控制；并網(wǎng)變流器與開關(guān)投切控制共同作用于直流開關(guān)，再通過直流開關(guān)來實現(xiàn)對蓄電池陣列的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏與微型燃?xì)廨啓C混合微網(wǎng)協(xié)調(diào)運行控制方法，根據(jù)光伏與負(fù)荷功率的頻率特性，提出了一種變步長時間序列法預(yù)測光伏與負(fù)荷功率，以調(diào)節(jié)微型燃?xì)廨啓C功率的提前輸出?；旌衔⒕W(wǎng)并網(wǎng)運行時，利用可控的微型燃?xì)廨啓C平滑光伏功率波動，使混合微網(wǎng)成為一個可調(diào)度的功率源；孤島運行時，微型燃?xì)廨啓C功率控制中加入了預(yù)測算法，提前調(diào)度微型燃?xì)廨啓C輸出，使得微型燃?xì)廨啓C與儲能蓄電池共同補償光伏與負(fù)荷功率的差額，實現(xiàn)混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運行。本發(fā)明可減小光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的波動并克服微型燃?xì)廨啓C動態(tài)響應(yīng)速度慢和延時的問題，實現(xiàn)對并網(wǎng)與孤島狀態(tài)下混合微網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行控制。
文檔編號H02J3/28GK102545255SQ20111044231
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者周念成, 池源, 王強鋼, 謝光莉, 鄧浩 申請人:重慶大學(xué)