[发明专利]一种储配一体化设计微网控制方法

权利要求书

1.一种储配一体化设计微网控制方法，其特征在于，具体包括以下过程：

使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于380-420V低压部分的储配一体化设计微网可以实现联网运行；反之该微网进入孤网运行；当处于联网运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关，使联网运行的所述微网再通过中压交流网与外网电源相连接，则所述微网进入并网运行状态；多个处于联网或并网运行状态的所述微网如果通过配电网相连，则合并构成相连微网群；所述微网内储能阵列的最大放电总功率P_D应不小于网内全部交流负荷的最大用电总功率P_M；所述储能阵列存储的最大电量应不小于1个计划内外网停电周期的负荷用电量，以减少对油电单元的利用；所述微网内油电单元1个周期的发电量不应小于该周期内负荷的用电量，以保证孤网条件下的长时间供电；同时，如果所述外网电源按预定计划主动调整出力，称为“协议内外源调整”，否则称为“协议外外源调整”；

将所述相连微网群的功率平衡需求实时分配到每个分布式发电元件，实施全网有功平衡控制策略，用以控制上述并网、联网或孤网运行状态下的微网；

能量管理模块负责所述相连微网群的有功功率互济及所述中压交流网的监控和保护，同时管理员通过其中的能量监控与显示模块观察全网运行情况，发出调度和控制指令，通过拓扑控制模块实现对全网断路开关的控制；每过Δt的时间间隔，通过能量管理模块中网控信息模块收集外网发电功率信息、所述相连微网群中各微网发电、用电功率信息以及网络拓扑信息；上述信息通过能量监控与显示模块以数字和图形的方式向管理员展示，其结果同时被送入功率互济模块；

功率互济模块根据所述网控信息模块传入的信息，按照如下规则计算得出所述相连微网群各网的交换功率定值：

1）将并网状态先分为协议内外源非调整期和多个协议内外源调整期，通过所述能量监控与显示模块增减协议内外源调整期及设置其起止时间、调整功率信息：

1.1）在协议内外源非调整期，对所述相连微网群中任一微网，由所述外网电源满足各微网负荷用电及所述储能阵列充电需求，风光发电功率仍优先利用，具体为：其交换功率定值P_T取-P_C和最大可吸收功率P_A中的较大值，负值表示流入微网的功率；P_C为该微网交流变压器的最大通过容量，P_A等于=-(P_L+P_R-P_W)，其中P_L为网内全部交流负荷实测总功率，P_W为网内全部风、光出力参考值之和，P_R为网内储能阵列的最大可用充电总功率，已充满的储能阵列功率应计为0；

1.2）在协议内外源调整期，当所述外网电源不足以满足全部用电、充电需求时，等比例降低各微网的交换功率；同时在调整期逐步释放功率调整量以减缓对电能质量的冲击，如果为功率向上调整，应在调整期内逐步减小储能阵列发出的功率；反之如果为功率向下调整，应在调整期内逐步增加储能阵列发出的功率，具体调整方法包括下述线性调整方法：按照时间-功率平面上当前时刻的当前外网功率和调整期结束时刻的调整后功率的这2点连线，在直线上取对应时刻的功率作为外网功率定值P_X；如果P_X大于所有微网的G_i值之和，则将P_X设置为所有微网的G_i值之和，G_i为-P_C和最大可吸收功率P_A中的较大值；对所述相连微网群中任一微网，其交换功率定值P_T等于权重系数W_i与P_X的乘积，其中W_i取G_i除以所有微网的G_i值之和；以符号i表示受关注的枚举个体；

2）在联网状态下，对所述相连微网群中任一微网，P_T按照以下规则计算：

2.1）在第1次计算时，获得各微网的功率不平衡量：

2.1.1）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力超过负荷，即P_W+P_O >P_L+ε，且ε为足够小正数时， P_T设置为0，同时设置不平衡功率辅助变量ΔP为P_W+P_O-P_L和P_C之中的较小值；

2.1.2）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力不大于负荷，即P_W+P_O ≤P_L+ε时，P_T和ΔP均设置为P_W+P_O-P_L与-P_C之中的较大值；

2.1.3）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率大于负荷，即P_D>P_L+ε时，P_T设置为0，ΔP设置为P_D-P_L和P_C之中的较小值；

2.1.4）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率不大于负荷，即P_D≤P_L+ε时，P_T和ΔP均设置为P_D-P_L与-P_C之中的较大值；

2.2）在第2次计算时，实现各微网功率不平衡量在具备互济条件的邻近微网的分配：

2.2.1）如果需向外寻求功率互济，即ΔP<-ε时，记Δ=-ΔP，读取互济队列，按照队列次序，对遍历到的任一队列中的微网，根据以下规则修改P_T：

2.2.1.1）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应不大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP≤Δ时，将ΔP累加到P_T，Δ设置为Δ-ΔP，ΔP设置为0；

2.2.1.2）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP>Δ时，将Δ累加到P_T，Δ设置为0，ΔP设置为ΔP-Δ；

2.2.1.3）如果遍历结束并且Δ>ε，通过所述能量监控与显示模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；

3）在孤网状态下，对所述微网，P_T设置为0，并进行如下计算：

3.1）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力小于负荷，即P_W+P_O<P_L-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；

3.2）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率小于负荷，即P_D<P_L-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；

所述功率互济模块将计算得到的所述相连微网群中各个微网的交换功率定值P_T送入信息总线；

此外，如果处于联网或并网状态、外网电源未停止供电时，所述能量管理模块内的相位同步模块从中压交流量测单元获取交流电压的相位信号；如果外网电源停止供电，周边输电网停电时，所述相位同步模块利用自身产生的工频交流信号作为所述逆变单元的相位信号；该信号用于同步所述相连微网群各微网逆变单元的相位；当由所述相位同步模块产生相位信号时，以最后1次接收到来自外网电源的相位信号为起点，产生工频交流信号及其相位信号；

所述能量管理模块内的保护控制模块负责监测所述中压交流网及所述外网电源的各类电压、频率的异常波动，若通过所述中压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块断开连接各微网与所述中压交流网的开关，实施保护；当通过所述中压交流量测单元获得的电压、频率满足安全要求，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块闭合连接各微网与所述中压交流网的开关；

微网控制模块负责所述微网内部的有功和无功功率平衡，执行所述能量管理模块通过所述信息总线下发的交换功率定值和其它调度、保护指令，同时对低压交流网及网内储能阵列、各分布式发电单元和负荷进行实现监控和保护；其中，功率调节模块按Δt的周期刷新控制策略，通过交流变压容量限制模块确定交换功率增量ΔP_T，步骤如下：

1）从所述信息总线获取所述微网的交换功率定值P_T；如果从所述信息总线上在设定时长内检测不到P_T的刷新，采用最后1次刷新值；如果在设定时长外仍检测不到P_T的刷新，则立即判断所述微网进入孤网运行状态，设置P_T为0；

2）输入通过所述中压交流量测单元得到的所述微网与中压交流网的实际交换功率P_t；

3）如果|P_t - P_T|不超过ε：

3.1）如果实际交换功率未超过变压器容量，即|P_t|≤P_C+ε，则ΔP_T=0；

3.2）如果实际交换功率超过变压器容量，即|P_t|＞P_C+ε，则ΔP_T=sign（P_t）×P_C - P_t，其中sign表示取符号函数，若括号内为负数，返回-1；若括号内为正数，返回1；若括号内为0，返回0；

4）如果|P_t - P_T|超过ε：

4.1）如果实际交换功率未超过变压器容量，即|P_T|≤P_C+ε，则ΔP_T=P_T-P_t；

4.2）如果实际交换功率超过变压器容量，即|P_T|＞P_C+ε，则ΔP_T=sign（P_t）×P_C - P_t；

同时，所述功率调节模块从用电负荷量测单元取得用电功率P_L，计算出实测发电需求P_N=P_L-P_t；则净发电需求P_Σ=P_N+ΔP_T；

将净发电需求、所述储能阵列最大容量E_C、剩余荷电量E_R、风电单元、光电单元出力参考值之和P_W送入有功控制模块，所述有功控制模块模块按照风、光、储、油调度顺序，根据如下具体规则设置所述储能阵列、风电单元、光电单元、油电单元的定值：

1）计算储能阵列、油电单元待发功率定值P_SO=P_Σ-P_W；

2）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为正，并且储能阵列剩余荷电量足够，即P_SO≥-ε并且P_SO×Δt+E_R＞0.1E_C，则风光功率定值P_WS为P_W，储能功率定值P_SS等于P_Σ，油电功率定值P_OS等于0；

3）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为正，并且储能阵列剩余荷电量不足，即P_SO≥-ε并且P_SO×Δt+E_R≤0.1E_C，则：

3.1）油电功率定值P_OS等于油电单元额定功率P_O；

3.2）如果剩余功率额大于风电单元、光电单元出力参考值，即P_Σ-P_O＞P_W+ε，风光功率定值P_WS为P_W，储能功率定值P_SS等于P_O+P_W，将微网功率不平衡量P_Σ-P_O-P_W向能量监控与显示模块告警；

3.3）如果剩余功率额小于等于风电单元、光电单元出力参考值，即P_Σ-P_O≤P_W+ε，风光功率定值P_WS为P_Σ-P_O，储能功率定值P_SS等于P_Σ；

4）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为负，并且储能阵列有足够容量，即P_SO＜-ε并且-P_SO×Δt≤E_C-E_R，则风光功率定值P_WS为P_W，储能功率定值P_SS等于P_Σ，负数表示充电功率，油电功率定值P_OS等于0；

5）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为负，并且储能阵列没有足够容量，即P_SO＜-ε并且-P_SO×Δt＞E_C-E_R，则：

5.1）油电功率定值P_OS等于0；

5.2）如果储能阵列、油电单元待发功率定值与风电单元、光电单元出力参考值之和为负，即P_SO+P_W＜-ε，则风光功率定值P_Ws为0，储能功率定值P_SS等于0，将所述微网功率不平衡量P_Σ向能量监控与显示模块告警；

5.3）如果储能阵列、油电单元待发功率定值与风电单元、光电单元出力参考值之和不为负，即P_SO+P_W≥-ε，则风光功率定值P_Ws为P_Σ，储能功率定值P_SS等于P_Σ；

调压控制模块负责所述微网范围内及其邻近网络无功功率的精细反馈调节控制，以达到交流电网中电压满足安全用电要求的目标，具体包括下述线性控制方法：所述调压控制模块将电压参考值与通过低压交流量测单元采集的电压量测值的差值传入第一有界比例积分器，该比例积分器将无功补偿单元及储能阵列所连逆变单元的最大无功容量之和作为无功出力上限，将该值的相反数作为无功出力下限，比例积分器的参数由管理员事先给定，输出无功参考值Q_Σ给功率调节模块；所述功率调节模块将Q_Σ转发给无功控制模块，并优先分配给无功补偿单元；若所述无功补偿单元容量Q_C不足，再将剩余无功需求Q_Σ-Q_C分配给所述逆变单元；当所述逆变单元收发无功功率接近其无功功率上、下限时，通过所述能量监控与显示模块向管理员提示告警；

储能控制模块通过储能量测单元对所述储能阵列进行实时监控，接收所述有功控制模块送来的储能功率定值P_SS，根据该值设定所述逆变单元的有功功率；同时设置作为充电器使用、与储能阵列相连的D/D转换单元的功率定值等于风电单元、光电单元、油电单元实测发电功率之和；如果所述信息总线上的相位信号在设定时长内正常刷新，则所述储能控制模块将该信号作为所述逆变单元的相位信号；反之，如果所述信息总线上的相位信号不能在设定时长内正常刷新，则采用最后1次接收到来自所述相位同步模块的相位信号为起点，生成工频相位信号，作为所述逆变单元的相位信号；通过储能测温单元监视所述储能阵列中各储能模块过热、过压和过充的状态，在检测到上述状态后，断开相关模块与其它模块的连接；当过热、过压或过充状态消失后，自动恢复相关模块与其他模块的连接；

油电控制模块通过油电量测单元对油电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块送来的油电功率定值P_OS；若P_OS大于ε，并且所述油电单元状态正常且并未启动，则立即启动油电单元并达到额定出力；若P_OS不大于ε且所述油电单元已启动，则立即关闭油电单元；若所述油电单元工作状态异常，应关闭运行中的油电单元，并通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；

风光控制模块通过风电量测单元、光电量测单元对风电单元、光电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块送来的风光功率定值P_WS，计算风光功率调节系数F_W=P_WS/P_W，将所述微网内各风电单元、光电单元根据所述风电量测单元、光电量测单元获得的功率参考值P_Wi，按照F_W×P_Wi设置各风电单元、光电单元的出力参考值，并送入与各风电单元、光电单元有关的A/D或D/D转换单元的控制回路；当出现风电单元或光电单元故障时，通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；以符号i表示受关注的参与枚举的风电单元、光电单元；

所述风电量测单元、光电量测单元、油电量测单元、储能量测单元除提供实测功率数据外，还记录并向所述信息总线提供相关风电单元、光电单元、油电单元和储能阵列的最大输出或输入功率，当配置于某个分布式发电单元、储能阵列附近的断路开关因保护原因断开后，该发电单元或储能阵列的最大输出或输入功率应即刻置0；若上述断开的断路开关重新闭合，相关发电单元或储能阵列的最大输出或输入功率也应即刻恢复到其实际容量的设置；

微网控制模块内的保护控制模块负责监测所述低压交流网的各类电压、频率的异常波动并作出保护动作，并协调不停电检修时的系统运行：

1）若通过所述低压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；

2）当监测到危险的过电压、过电流事件，则通过所述微网控制模块内的断路开关控制模块断开风电单元、光电单元、油电单元、逆变单元以及所述微网连接中压交流网的开关，并标记所述微网为故障状态，通过所述微网内停电保护设备和人身安全，并通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；当故障排除后，由管理员通过所述能量监控与显示模块手动控制，先检测所述储能阵列是否尚有足够电量，如果电量太少先闭合连接所述油电单元的开关，通过所述油电单元给所述储能阵列充电；待电量达到要求，闭合除故障微网连接中压交流网的开关以外被保护控制模块断开的开关，重启微网并以孤网方式运行；当中压和低压交流网的电压、电流、频率均在安全限值内达足够长时间，再闭合连接所述微网与所述中压交流网的开关，实现联网或并网运行；

3）当所述储能阵列需整体不停电检修时，通过所述能量监控与显示模块，通知所述断路开关控制模块断开所述储能阵列与所述逆变单元间的断路开关，同时闭合连接风电单元、光电单元、油电单元与逆变单元的断路开关，在孤网状态下为实现平稳的状态迁移，可提前手动启动油电单元并达到额定出力；当检修结束，再通知所述断路开关控制模块闭合所述储能阵列与所述逆变单元间的断路开关，同时断开风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元之间的开关，关闭因检修开启的油电单元。