孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微電網(wǎng)運(yùn)行與控制領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明設(shè)及一種孤島微電網(wǎng)頻 率控制的仿真建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 孤島微電網(wǎng)是解決中國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)用電、大電網(wǎng)災(zāi)變時(shí)地方用電和戰(zhàn)爭(zhēng)條件下部隊(duì) 用電等的重要途徑。當(dāng)微網(wǎng)中接入光伏等新能源時(shí)，由于受天氣變化的影響，其輸出功率具 有波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)。為了保持接入新能源的孤島微電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，必須對(duì) 微網(wǎng)進(jìn)行有效的頻率調(diào)節(jié)。近年來(lái)，關(guān)于微網(wǎng)的研究包含各種運(yùn)行控制策略，主要包括集中 控制與分散式控制兩種。集中控制主要由一個(gè)中屯、控制單元對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行總的數(shù)據(jù)處理和分 析，分散式控制則是將控制器分散在各個(gè)分布式電源，分別處理數(shù)據(jù)和傳達(dá)控制指令。在微 網(wǎng)的建模中，不管是集中控制還是分散式控制，通過(guò)有功功率控制頻率的方式都是建立在 微網(wǎng)的負(fù)荷頻率控制(X〇ad Rrequency Control，LFC)模型上。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，一種基于負(fù)荷調(diào)節(jié)方式的微網(wǎng)建模方法，利用系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的約 束條件，對(duì)不同的分布式電源進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后利用PSCAD等仿真平臺(tái)搭建整個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng) 的仿真模型。采用此種建模方法時(shí)，對(duì)分布式電源的基本特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并不能體現(xiàn)微 網(wǎng)各分布式電源實(shí)時(shí)的頻率特性，在進(jìn)行控制方法仿真時(shí)，實(shí)時(shí)的隨機(jī)頻率擾動(dòng)也不能通 過(guò)可靠性運(yùn)行的約束條件來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。另一種基于建立微網(wǎng)仿真模型的建模方法，基于 simulink仿真軟件，分別建立微網(wǎng)分布式能源的仿真模型。其中將風(fēng)力發(fā)電建模為隨機(jī)擾 動(dòng)的負(fù)荷輸入系統(tǒng)，采用集控式的控制方式，將統(tǒng)一的功率指令傳達(dá)致調(diào)頻機(jī)組。如將燃?xì)?輪機(jī)組與小水電做為調(diào)頻機(jī)組，通過(guò)頻率響應(yīng)等值函數(shù)返回實(shí)時(shí)頻率值實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。采 用此種建模方法進(jìn)行仿真時(shí)，由于將風(fēng)力發(fā)電模型建立為隨機(jī)擾動(dòng)的負(fù)荷輸入系統(tǒng)，則微 網(wǎng)中容量比較大的風(fēng)力發(fā)電則不能參與調(diào)頻，并且自身做為隨機(jī)性擾動(dòng)則只能通過(guò)其他的 調(diào)頻機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，此種建模方法采用電力系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制進(jìn)行微網(wǎng)二次調(diào)頻時(shí)， 為實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，需要調(diào)節(jié)各調(diào)頻機(jī)組的有功功率來(lái)使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，運(yùn)就需要 對(duì)各個(gè)參與調(diào)頻的調(diào)頻機(jī)組設(shè)計(jì)不同的調(diào)節(jié)器。運(yùn)對(duì)于集控式控制器來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)難度比較 大，控制精度比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建 模方法，針對(duì)孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和分布式電源的分布與相互連接特性，基于 simulink仿真軟件，建立孤島微電網(wǎng)為兩區(qū)域互聯(lián)的仿真模型，通過(guò)控制算法設(shè)計(jì)互聯(lián)電 網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制器對(duì)整個(gè)孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，檢測(cè)和調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)孤島 微電網(wǎng)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定控制。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明所述的孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建模方法，包括W下步驟：
[0007] Sl，將孤島微電網(wǎng)根據(jù)不同分布式電源劃分為通過(guò)聯(lián)絡(luò)線連接的第一控制區(qū)域和 第二控制區(qū)域，
[000引 S2,在Simulink仿真環(huán)境下，對(duì)所述第一控制區(qū)域和第二控制區(qū)域中的各個(gè)分布 式電源建立仿真模型；
[0009] S3,在Simulink仿真環(huán)境下，對(duì)連接所述第一控制區(qū)域和所述第二控制區(qū)域的聯(lián) 絡(luò)線建模；
[0010] 其中，所述第一控制區(qū)域包括雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷;所述第二控制區(qū)域包 括飛輪儲(chǔ)能、燃?xì)廨啓C(jī)組W及光伏發(fā)電。
[0011] 優(yōu)選的是，步驟S2具體包括：
[0012] S21，建立仿真模型的一次調(diào)頻模型，其包括分別對(duì)所述雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和所 述飛輪儲(chǔ)能建立一次調(diào)頻模型；
[0013] S22,建立仿真模型的二次調(diào)頻模型，其包括分別對(duì)所述雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和所 述燃?xì)廨啓C(jī)組建立二次調(diào)頻模型。
[0014] 優(yōu)選的是，所述負(fù)荷作為擾動(dòng)輸入第一控制區(qū)域;所述光伏發(fā)電作為擾動(dòng)輸入所 述第二控制區(qū)域。
[0015] 優(yōu)選的是，添加頻率響應(yīng)模塊，設(shè)置雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組響應(yīng)頻率變化的有功功率 調(diào)節(jié)量為A P，建立所述雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻模型:貝。
其中，Kp、Kd為設(shè)置的響應(yīng)系數(shù)，Δ f為頻率偏差。
[0016] 優(yōu)選的是，設(shè)置雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的獎(jiǎng)距角為β、雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)功 率值為Ρ，建立所述雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的二次調(diào)頻模型：
[0017]
[0018] 其中，V為風(fēng)速標(biāo)么值，kp為風(fēng)能利用系數(shù)額定值，Vpu為風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。
[0019] 優(yōu)選的是，建立所述燃?xì)廨啓C(jī)組的二次調(diào)頻模型方法如下:將頻率偏差A(yù)f與功率 調(diào)節(jié)值Δ P0輸入調(diào)速器，調(diào)速器輸出功率調(diào)節(jié)值Δ P1;功率調(diào)節(jié)值Δ P1依次通過(guò)滿輪機(jī)與 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，經(jīng)過(guò)頻率響應(yīng)函數(shù)返回頻率值A(chǔ) f
[0020] 其中，調(diào)速器傳遞函數(shù)為l/TlS+l，Tl = 10s;負(fù)荷限制環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為1/T2S+1，T2 二3.0sd
[0021] 優(yōu)選的是，步驟S3中，對(duì)聯(lián)絡(luò)線建模的方法是:設(shè)所述第一控制區(qū)域的返回頻率為 fl、所述第二控制區(qū)域的返回頻率為f2、所述第一控制區(qū)域與所述第二控制區(qū)域的功率差值 為Pl2、聯(lián)絡(luò)線頻率響應(yīng)參數(shù)為Kf，則滿足：
[0022] 本發(fā)明至少包括W下有益效果:本發(fā)明提供的孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建模方 法，針對(duì)孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和分布式電源的分布與相互連接特性，基于simulink 仿真軟件，將孤島微電網(wǎng)分為第一控制區(qū)域和第二控制區(qū)域，通過(guò)控制算法設(shè)計(jì)互聯(lián)電網(wǎng) 的自動(dòng)發(fā)電控制器對(duì)整個(gè)孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，檢測(cè)和調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)孤島微 電網(wǎng)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定控制。
[0023] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明所述的孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建模方法的流程圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明所述的孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建模方法的示意圖；
[00%]圖3為本發(fā)明所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻模型示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明所述的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的二次調(diào)頻模型示意圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明所述的燃?xì)廨啓C(jī)組的二次調(diào)頻模型示意圖；
[0029] 圖6為本發(fā)明所述的飛輪儲(chǔ)能的仿真模型示意圖；
[0030] 圖7為本發(fā)明所述的聯(lián)絡(luò)線建模示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文 字能夠據(jù)W實(shí)施。
[0032] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"W及"包括"術(shù)語(yǔ)并不排除一個(gè)或多 個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
[0033] 本發(fā)明提供一種孤島微電網(wǎng)頻率控制的仿真建模方法，如圖1所示，包括W下步 驟：
[0034] S1，將孤島微電網(wǎng)根據(jù)不同分布式電源劃分為通過(guò)聯(lián)絡(luò)線連接的第一控制區(qū)域和 第二控制區(qū)域；
[0035] S2，在Simul ink仿真環(huán)境下，對(duì)第一控制區(qū)域和第二控制區(qū)域中的各個(gè)分布式電 源建立仿真模型；
[0036] S3,在Simuli址仿真環(huán)境下，對(duì)連接第一控制區(qū)域和第二控制區(qū)域的聯(lián)絡(luò)線建模；
[0037] 其中，第一控制區(qū)域的分布式電源包括雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷;第二控制區(qū) 域的分布式電源包括飛輪儲(chǔ)能、燃?xì)廨啓C(jī)組W及光伏發(fā)電。
[0038] 由于孤島微電網(wǎng)的分布式電源是相互連接，都作用于孤島微電網(wǎng)運(yùn)個(gè)系統(tǒng)，所W 將不同的分布式電源看做兩個(gè)互聯(lián)的區(qū)域電網(wǎng)，各有發(fā)電單元與負(fù)荷。由于孤島微電網(wǎng)建 模的互聯(lián)電網(wǎng)的隨機(jī)性，負(fù)荷發(fā)生頻率擾動(dòng)時(shí)，光伏輸出也有跳變，所W需要對(duì)兩個(gè)區(qū)域同 時(shí)進(jìn)行控制。本發(fā)明采用聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差控制（Tie line Bias Frequen巧Con化〇1， TBC)的方法，在參數(shù)選取合適的情況下，只有發(fā)生擾動(dòng)的控制區(qū)才會(huì)產(chǎn)生控制作用，其它控 制區(qū)不進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制。
[0039] 本發(fā)明針對(duì)孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和分布式電源的分布與相互連接特性，基 于simulink仿真軟件，通過(guò)控制算法設(shè)計(jì)互聯(lián)電網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制器對(duì)整個(gè)孤島微電網(wǎng)系 統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，檢測(cè)和