[发明专利]一种交直流微电网的动态供需平衡调控方法

权利要求书

1.一种交直流微电网的动态供需平衡调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，考虑交直流微电网的特性，建立微电网基础模型架构；

步骤S2，根据用户侧房间的参数特性，建立房间等效热参数模型与变频空调联合仿真模型；

步骤S3，接入用户侧房间模型后，设计同步对拖发电机发电控制模型；

步骤S4，考虑微电网的负荷波动，设计同步发电机参与交直流微电网供需平衡频率调控策略；

步骤S5，根据微电网的负荷特性，设计空调房间联合仿真模型参与的微电网供需的调控策略；

所述步骤S1中微电网基础模型为基于数据模型和物理模型的混合仿真模型，所述微电网基础模型交流侧母线电压为10KV，合并三相开关连于10KV、20GW主电网，主电网等效于无限大功率电源，所述微电网基础模型直流侧母线电压为500V，通过VSC双向变流器连接于交流母线；

所述微电网基础模型还包括200KW光伏发电系统和10KΩ恒阻抗负载，200KW光伏发电系统和10KΩ恒阻抗负载通过直流母线接入微网系统；

所述交流侧母线接有同步发电系统、风力发电系统、接地变压器、无功补偿负载和空调负荷；所述风力发电系统作为有功功率源，因此只发出有功功率，无功功率需从电网吸收得到；所述同步发电系统作为功率源的同时，对微网的电压、频率起调节作用；所述无功补偿负载除作为交流侧母线公共负载的同时，充当支撑交流侧母线电压的角色；

所述直流侧通过双向变流器VSC接入交流侧，孤网运行时能量以双向AC/DC换流器为桥梁在交直流母线间流动，实现功率的自主平衡，维持微电网的稳定，直流侧母线接有光伏电池模块以及母线公共负载；

所述步骤S2中还包括空调房间联合仿真模型如下：

式(1)中，表示对时间的导数,T_room表示室内温度，℃；T_out表示室外温度，℃；R_eq为等效热阻，℃/W；C_air为室内空气等效热容，J/℃；Q_colder为空调制冷量，W；

考虑用户侧房间的参数特性，等效热阻R_eq可表示为：

S_window＝n_windowh_windoww_window (4)，

式(2)-(5)中，Rwall为墙面热阻，℃/W；Rwindow为窗户热阻，℃/W；l_wall,l_window分别为墙面和窗户的厚度，m；k_wall,k_window分别为墙面和窗户的传热系数，W/m/℃；n_window为窗户数量；h_window为窗户高度，m；w_window为窗户的宽度，m；S_window为窗户面积，m2；S_wall为墙面面积，m2；rp为屋顶张角，rad；

房间空气热容则可由以下式计算得到：

C_air＝M_airc_air (6)，

M_air＝ρ_air(l_roomw_roomh_room+tan(pr)w_rooml_room) (7)，

式(6)、(7)中，M_air为室内空气质量，kg；c_air为室内空气比热容，J/kg·℃；ρ_air为海平面大气密度，kg/m³；

变频空调压缩机控制方式如下所示：

式(8)中，ΔTemp是室温偏离设定温度的差值,℃；speed_n为压缩机在某时刻的转速，rpm；speed_max,speed_min分别代表压缩机最高和最低工作转速,rpm，取决于变频空调压缩机的最高与最低频率的值；k为正常数；

空调室风机按以上电机工作方式进行分档，制冷量大小与室温和出风口的温差以及出风量有关，设空调出风量正相关于转速，制冷量Q_colder可定义为：

Q_colder＝M_dotc(T_room-T_cloder) (9)，

式(9)中，Q_colder为空调制冷量，W；c为空气比热容，J/kg·℃；T_room,T_colder分别为室温和出风口温度，℃，相差数值在10左右；M_dot为空气流速，kg/s，与压缩机转速正相关，可建立如下关系式：

M_dot＝M_dot0δ(speed) (10)，

式(10)中，M_dot0为常量，指代转速1500rpm时的空气流速；δ(speed)为与压缩机转速相关函数，由实际情况拟合得到；

所述步骤S3中同步对拖发电机发电控制模型包括调速器模型、调频器模型和汽轮机模型；

所述调速器模型采用电子-液压控制模型，包含原动机频率特性的部分和伺服电机部分，电子液压速度控制机构通过使用电子电路代替低功率部分的机械部件，为调控增大了灵活性，蒸汽流量/第一级压力反馈和伺服电机反馈回路在机械液压系统上提供了改进的线性度；

所述汽轮机模型通过气阀位置的改变来改变输出的功率，所有复合蒸汽轮机系统在高压/超高压涡轮机的入口处使用调速器控制的阀门来控制蒸汽流量，在汽轮机汽缸的蒸汽箱、入口管道、下游的再热器和交叉管道都会在阀门运动和蒸汽流量变化之间产生延迟，因此可用一阶惯性环节来表示其特性；

当外界负荷发生改变时，首先一次调频迅速响应进行频率调节，待调节结束，电网频率达到额定值后，应保持汽轮机功率输出不变，即调门的开度保持不变，即二次调频，二次调频是在电网频率不变时，通过调频器改变调节汽门的开度并维持其不变，偏差采用PI控制，如下式所示：

式(11)中，ΔP_c为二次调频所调节的功率偏差；K_p为比例调节系数；K_I为积分调节系数；f_ref、f分别为参考频率与实际频率，以标幺值的形式表示，其值接近于同步角频率标幺制,pu；

所述步骤S4中考虑微电网的负荷波动，同步发电机原动机频率特性直线的斜率可表示为：

此值称为同步电机的原动机的单位调节功率，表示随频率变化同步发电机有功功率出力变化的多少，可整定，为同步发电机组的调差系数R_p的倒数；

相应的，综合负荷的静态频率特性可由以下式子表示：

该系数为负荷单位调节功率，表示系统中因频率的变化综合负荷功率消耗变化的多少；

发电机输入为电磁功率P_m和励磁电压V_f，V_f的输入采用的励磁系统，通过设置励磁参考电压V_ref的参考值来达到调节励磁的作用，P_m经转速调节器产生，其通过调节参考转速与实际转速的偏差来达到调节P_m的作用，参考转速设置为1pu，初始电磁功率P_o作为PI调节器的积分模块初始值，也可以延时输入原动机、发电机实际功率，由于本项目建立的同步发电系统为简单模型，因此忽略了机械损耗，即假设机械功率等于P_m，使得该转速调节器能起到一次调频的作用；

所述步骤S5中根据微电网的负荷特性，在变频空调参与系统调频时可将空调机组等效为虚拟同步发电机组，变频空调的压缩机转速根据室内温度与设定温度之差实时调整，空调负荷具有很快的响应速度，在该情况下首先需要模拟出变频空调类似于调频机组的频率下垂特性，而后变频空调可通过检测频率偏差改变输出功率，当系统频率下降时，减小压缩机转速以减小负荷，当压缩机频率上升时增大压缩机转速以增大负荷，根据已整定集成在频率响应控制器内整定的参数进行动作，在短时间不会对室温造成影响；

调频系数决定了机组的调频性能，由于变频空调的消耗功率主要由压缩机承担，且压缩机的输出功率主要和压缩机的转速相关，故可直接建立系统频率偏差与空调压缩机转速n之间的关系式：

式(14)中，n_t为某时刻的变频空调的压缩机转速，rpm；n_min、n_max为压缩机的最小、和最大转速，rpm，由变频压缩机的调频区间所决定；f₀为系统的参考频率，为50Hz；k_AC为调节系数，可提前整定；dz为调频死区，Hz。