[发明专利]风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微网控制技术，具体地说，是一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统及方法。

背景技术

目前解决无电地区用电的主要方式是应用小型风力发电或光伏发电等单一能源户用发电系统，也有少数户用风光互补系统。这些小型可再生能源发电方式从根本上说，存在容量小、产品效率低、供电可靠性差、发电成本高等缺点，极大地阻碍了该类发电系统的大规模推广应用和进一步发展。

如果将地理位置邻近的风光分布式电源组成自成体系的独立微电网(以下简称微网)，既能充分发挥可再生能源发电的重要潜力，降低发电成本，又能显著提高供电质量，将会为无电地区实现电力自给提供一条便捷有效的途径。另外，针对广大农村地区低风速资源和太阳能资源丰富的特点，在农村电网末端接入可再生能源发电的微网进行就近供电，不仅能够降低负荷对大电网的依赖，而且可以减少线路损耗和提供线路末端电压支撑，无疑会对提高供电安全性和可靠性起到至关重要的作用。

能量平衡控制是微网实际运行中需要解决的关键问题之一。目前微网控制有主从控制、对等下垂控制和分层控制三类方法。现有文献的主从控制通过对储能系统进行主控制，对微电源进行从控制实现能量平衡，稳定独立微网的电压和频率；给出了一种微网在孤岛模式下的主从控制策略，由微网中央控制器决定各个变流器的控制模式；提出了微网在联网运行时，以外电网电压和频率为参考，采用恒定功率控制，而在孤岛运行中采用主从控制的方式。现有文献的对等下垂控制对孤岛微网的电压源逆变器采用下垂控制调节系统无功分配，电压下垂系数根据输出功率的变化自适应调整；采用小信号状态模型分析了下垂控制的频率下垂系数对系统稳定性的影响；通过设置电压误差带，根据独立微网母线电压的变化分阶段进行功率电压下垂控制；提出了一种多环反馈控制器的并网逆变器，利用下垂特性实现微网内多逆变单元间均流；采用与传统发电机相类似的下垂特性曲线，但没有考虑系统电压与频率的恢复问题。现有文献的分层控制需要通信线路传递采集和控制信息，构建了多代理分层控制结构，每个代理控制微网中的一个元件，通过分层控制克服了单一代理无法解决复杂问题的局限；应用多代理分层协调控制，在满足配电网电压与电流及馈线容量等约束条件下进行供电恢复；用CAN总线进行通讯协调控制，实现各逆变器之间均流和环流抑制，完成并网与孤岛方式之间平滑切换；在多代理系统中使用简单应答形式的协议，实现孤岛模式下的微网频率恢复。

目前微网控制有主从控制、对等下垂控制和分层控制三类方法。主从控制可以实现电压和频率的无差控制，但对主控单元有很强的依赖性。对等下垂控制属于有差控制，由于缺少通信设备，无法有效调度所有单元协调动作，有时甚至会因为某个单元的动作加剧微网系统的波动。分层控制需要通信线路传递采集和控制信息。由于独立微网中分布式电源、储能、负载在空间上的分散，如果依赖于有线网络传输控制信号，施工复杂且铺设线路经济成本、维护成本较高，安装设备灵活性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统及方法，对各发电单元进行动态能量管理，达到提高可再生能源发电效率和增强系统可靠性的目的。采用多代理协调控制机制，结合无线通信对独立微网进行分层控制，发挥代理的自治性和协作性，保证各分布式电源之间能量合理分配。利用ZigBee无线通信方式形成多跳自组织网络系统，将各单元信息上传监控中心，数据在监控中心分析处理完成后，将得出的控制信息通过无线网络下传给各发电单元，现场控制器实现就地控制。

其具体技术方案为：

一种风光分布式发电独立微网能量管理协调控制系统，整个微网由分布式发电系统、监控系统和无线通信系统三部分组成。具体为：

分布式发电系统由风力发电单元、太阳能光伏发电单元、储能单元、用电负荷单元组成。储能单元采用铅酸蓄电池和超级电容器组成的混合储能方式。微网主电路采用交直流混合拓扑结构。小型风力发电及太阳能光伏发电单元通过电力电子变换装置汇入直流母线，混合储能装置通过双向功率变换器与直流母线连接，直流母线经过DC/AC变换器与交流母线进行能量交换，中型风力发电机接入交流母线。除此之外根据实际需求，可弹性加入其它种类再生能源发电或柴油发电机作为辅助供电模式，在条件允许时，微网通过共连接点可与公用配电网连接。