一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，屬于分布式電源優(yōu)化控制領(lǐng)域。該控制方法將電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能荷電狀態(tài)與電源輸出的有功、無(wú)功功率一起作為已知的本地信息，利用改進(jìn)下垂控制方法對(duì)有功下垂系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)整定，并通過(guò)對(duì)有功下垂系數(shù)的影響性分析最終確定了控制策略中的初始有功下垂系數(shù)，從而使得分布式電源根據(jù)自身的發(fā)電裕度來(lái)承擔(dān)用戶負(fù)荷。發(fā)明克服了傳統(tǒng)下垂控制無(wú)法根據(jù)實(shí)際發(fā)電能力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源出力的缺點(diǎn)，可以有效地根據(jù)電源發(fā)電能力實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的合理分配。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分布式電源優(yōu)化控制領(lǐng)域，具體涉及計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)是一種可將分布式電源(Distributed Generation, DG)、儲(chǔ)能、負(fù)荷結(jié)合起來(lái)的小型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。微電網(wǎng)供電方式為分布式發(fā)電技術(shù)提供了新的方向，但與此同時(shí)也對(duì)接口變換器技術(shù)提出了新的要求。因?yàn)榉植际诫娫淳哂许憫?yīng)速度慢、慣性小等特點(diǎn)，使得微電網(wǎng)系統(tǒng)整體表現(xiàn)出的抗擾動(dòng)能力較差，當(dāng)系統(tǒng)中存在功率不平衡時(shí)，頻率會(huì)迅速發(fā)生變化。因此，如何保證可控DG能夠快速響應(yīng)并合理分配負(fù)荷波動(dòng)成為了保證微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0003]下垂控制仿照傳統(tǒng)電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)的功頻特性關(guān)系對(duì)DG的逆變器進(jìn)行控制，使得并聯(lián)運(yùn)行的逆變器可以通過(guò)各自的有功下垂系數(shù)自動(dòng)分配負(fù)荷的變化量，而減小系統(tǒng)對(duì)通信環(huán)節(jié)的依賴程度。然而傳統(tǒng)下垂控制策略中的下垂系數(shù)是固定不變的，負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。因此合理的控制策略顯得極其重要，該領(lǐng)域迫切需要一種可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)下垂系數(shù)，使得發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)自身發(fā)電能力來(lái)調(diào)整出力大小的改進(jìn)控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)下垂控制策略在實(shí)際工程中可能遇到的問(wèn)題，提出了一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，用于根據(jù)電源儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOCXstate of charge,荷電狀態(tài))來(lái)對(duì)有功下垂系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，使得各電源可以根據(jù)自身發(fā)電能力來(lái)合理承擔(dān)負(fù)荷，并可以通過(guò)有功下垂系數(shù)的整定來(lái)均衡各電源儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C，從而滿足分布式電源運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際需求，可廣泛應(yīng)用于微電網(wǎng)控制運(yùn)行相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007]步驟1，選取微電網(wǎng)中某個(gè)電源系統(tǒng)i作為研究對(duì)象，把剩余電源等效為一個(gè)等值電源j，把微電網(wǎng)化簡(jiǎn)成由2個(gè)電源構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)；
[0008]步驟2，對(duì)步驟I所得并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷以及逆變器的模型分析，建立并聯(lián)系統(tǒng)的小信號(hào)分析模型，根據(jù)狀態(tài)方程的特征根確定有功下垂系數(shù)的極限值；
[0009]步驟3，保持傳統(tǒng)下垂控制方法中的無(wú)功下垂系數(shù)k,不變，利用一個(gè)與輸出有功功率、無(wú)功功率以及SOC相關(guān)的函數(shù)對(duì)有功下垂系數(shù)kp進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，利用改進(jìn)后的控制方程對(duì)逆變器輸出電壓的幅值和頻率進(jìn)行控制；
[0010]步驟4，結(jié)合儲(chǔ)能配置容量比例系數(shù)和儲(chǔ)能最大放電深度，確定初始有功下垂系數(shù)的限值，從而確定具體控制方程，對(duì)微電網(wǎng)合理運(yùn)行進(jìn)行控制。
[0011 ] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:[0012]本發(fā)明的計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，在傳統(tǒng)下垂控制策略的基礎(chǔ)上，把儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC也作為本地信息應(yīng)用于控制方程之中，通過(guò)負(fù)荷變化的判斷來(lái)調(diào)整SOC對(duì)有功下垂系數(shù)的影響關(guān)系，使得無(wú)論負(fù)荷增大或減小，發(fā)電裕度充足的電源系統(tǒng)都可以承擔(dān)較多的負(fù)荷，并且通過(guò)對(duì)有功下垂系數(shù)的整定，實(shí)現(xiàn)均衡多個(gè)儲(chǔ)能單元SOC的目的。本發(fā)明提出的方法可以有效地根據(jù)儲(chǔ)能SOC實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率的合理分配，并且可以均衡各電源儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C，對(duì)保證微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各分布式電源安全可靠的運(yùn)行具有重要作用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2為并聯(lián)系統(tǒng)等效電路圖；
[0015]圖3為有功下垂系數(shù)變化時(shí)特征值軌跡圖；
[0016]圖4 Ca) 一圖4 (C)為算例I仿真結(jié)果圖,其中，圖4 Ca)為儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC曲線，圖4 (b)為DGl有功出力曲線，圖4 (c)為DG2有功出力曲線。
[0017]圖5 Ca) 一圖5 (b)為算例2負(fù)荷增大后的仿真結(jié)果圖，其中，圖5 (a)為兩儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC變化曲線，圖5 (b)為兩發(fā)電系統(tǒng)有功出力曲線。
[0018]圖6 Ca) 一圖6 (b)為算例2負(fù)荷減小后的仿真結(jié)果圖，其中，圖6 (a)為兩儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC變化曲線，圖6 (b)為兩發(fā)電系統(tǒng)有功出力曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
`[0020]如無(wú)特殊說(shuō)明，文中各公式變量下標(biāo)表征某個(gè)分布式電源的對(duì)應(yīng)參數(shù)。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1是本實(shí)施例的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，各DG發(fā)電單元通過(guò)電力電子轉(zhuǎn)換接口接入微電網(wǎng)，為了保證發(fā)電系統(tǒng)出力穩(wěn)定，在逆變器直流側(cè)配置了儲(chǔ)能單元。
[0023]計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法包括如下步驟:
[0024]I)選取某個(gè)電源系統(tǒng)i作為研究對(duì)象，把剩余電源等效為一個(gè)等值電源j，從而把復(fù)雜的微電網(wǎng)化簡(jiǎn)成由2個(gè)電源(下文中的DG1、DG2)構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)，其等效電路如附圖2所示。配電網(wǎng)相電壓幅值為311V，頻率為50Hz ;DG1額定輸出功率SDei= (5+j2)kVA，儲(chǔ)能配置容量為IOkWh ；DG2額定輸出功率SDe2=(10+j3)kVA，儲(chǔ)能配置容量為20kWh ;DG1、DG2控制器中傳統(tǒng)無(wú)功下垂系數(shù)為IX 10_4 ;線路阻抗Zu= (0.001+J0.618) Ω ,Z12= (0.0Ol+j0.314)Ω ;負(fù)荷為 S=(15+j5)kVA。
[0025]2)在dqO坐標(biāo)下，逆變器輸出電壓的幅值和相角滿足:
【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1，選取微電網(wǎng)中某個(gè)電源系統(tǒng)i作為研究對(duì)象，把剩余電源等效為一個(gè)等值電源j，把微電網(wǎng)化簡(jiǎn)成由2個(gè)電源構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)； 步驟2，對(duì)步驟I所得并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷以及逆變器的模型分析，建立并聯(lián)系統(tǒng)的小信號(hào)分析模型，根據(jù)狀態(tài)方程的特征根確定有功下垂系數(shù)的極限值； 步驟3，保持傳統(tǒng)下垂控制方法中的無(wú)功下垂系數(shù)k,不變，利用一個(gè)與輸出有功功率、無(wú)功功率以及SOC相關(guān)的函數(shù)對(duì)有功下垂系數(shù)kp進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，利用改進(jìn)后的控制方程對(duì)逆變器輸出電壓的幅值和頻率進(jìn)行控制； 步驟4，結(jié)合儲(chǔ)能配置容量比例系數(shù)和儲(chǔ)能最大放電深度，確定初始有功下垂系數(shù)的限值，從而確定具體控制方程，對(duì)微電網(wǎng)合理運(yùn)行進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，其特征在于，所述步驟2中建立的小信號(hào)分析模型，根據(jù)狀態(tài)方程特征根的變化趨勢(shì)分析有功下垂系數(shù)對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能的影響，并根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定時(shí)的狀態(tài)參數(shù)確定有功下垂系數(shù)的限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的改進(jìn)下垂控制方法，其特征在于，所述步驟3在傳統(tǒng)下垂控制方法的基礎(chǔ)上，對(duì)有功下垂系數(shù)kp進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，逆變器輸出電壓幅值和頻率的控制方程為: Vl=V^kq(Qj-Qwef) 式中，分別為電源系統(tǒng)i輸出電壓的角頻率、幅值以及輸出的有功功率和無(wú)功功率，ω*為額定電壓角頻率九為初始有功下垂系數(shù)，SOCi是電源系統(tǒng)i儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；Sgn(X)為符號(hào)函數(shù)，用于返回參數(shù)X的正負(fù)情況；λ是儲(chǔ)能系統(tǒng)容量比例系數(shù)，定義為Z= Crr Cess i是電源系統(tǒng)i的儲(chǔ)能配置容量；PiMf是電源系統(tǒng)i的電源額
tninL I/'SS."’定有功功率為參考電壓幅值；kq是傳統(tǒng)下垂控制中的無(wú)功下垂系數(shù)；QiMf是電源系統(tǒng)i的電源額定無(wú)功功率。
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK103560546SQ201310557294
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】徐青山, 吉露露, 李喜蘭, 李強(qiáng), 袁曉冬 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院