基于HUCC的柔性互联多微网控制方法及系统技术方案

一种基于混合公共连接单元的柔性互联多微网控制架构及方法，该混合公共连接单元包括能量调节设备、公共连接母线和与之相连的交流母线、用于与公网连接的交流断路器、直流母线、模块化多电平换流器和用于子微网互联的直流断路器；该柔性互联多微网系统控制架构包括：中心层、接口层、微网层以及多微网控制系统，本发明专利技术提出的控制架构及方法充分发挥直流单元的兼容性与控制能力，拓展了控制维度，优化了分布式电源的接入，提高了柔性互联多微网的灵活性与协调性。

【技术实现步骤摘要】
基于HUCC的柔性互联多微网控制方法及系统
本专利技术涉及的是一种微电网控制领域的技术，具体是一种基于混合公共连接单元(HybridUnitofCommonCoupling，HUCC)的柔性互联多微网控制方法及系统。
技术介绍
微电网由分布式电源、负荷、储能装置和保护控制装置构成，是自主控制、保护和管理的独立发配电系统，具有供电灵活、可靠与优质的特点。多微网(MultipleMicrogrids，MMGs)通过互补协调多个微网，完成不同运行场景下的能量平衡、互济以及其他运行目标，其分为配网管理层、集中控制层和微网控制层；但现有的微网均以交流同步方式并网，相互之间协调方式单一，这在很大程度上限制了MMGs运行灵活性与经济性潜力的发挥。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术各个微网间耦合性强容易相互干扰、运行模式相对简单，且控制维度有限，无法根据不同运行场景有效切换控制目标与运行方式；交流互联多微网总体运行目标与单一微网的运行目标在一定程度上存在冲突，无法最大化消纳分布式能源以及运行控制主要侧重于孤岛运行的控制，不能适应其灵活运行的要求等诸多缺陷，提出一种基于HUCC的柔性互联多微网控制方法及系统，显著提高了多微网系统的兼容性、灵活性与协调性。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种混合公共连接单元(HUCC)，包括：能量调节设备(ESS)、公共连接母线和与之相连的交流母线、用于与公网连接的交流断路器、直流母线、模块化多电平换流器(MMC)和用于子微网互联的直流断路器，其中：一次接线采用三母线总分结构，公共连接母线用于交流母线、直流母线及能量调节设备的接入，直流母线经MMC与公共连接母线相连，交流断路器与交流母线连接构成交流接口并与公网相连，直流断路器与直流母线连接构成直流接口并与其他子微网的直流接口相连控制单元，公共连接母线与其所对应的微电网相连，混合公共连接单元作为微电网的接口用于其内部控制和外部通信。所述的混合公共连接单元进一步配备有HUCC协调控制系统，该HUCC协调控制系统属于二次系统，实时采集对应子微网相关电气量信息并生成相应的控制信号，经通信设备传输至各电气元件的控制单元，对子微网的运行进行协调控制。所述的HUCC协调控制系统包括：协调控制器、开关控制器、HUCC控制器、MMC控制器、ESS控制器和微电源控制器，其中：协调控制器与开关控制器和HUCC控制器相连并分别传输HUCC开关信号和HUCC控制信号，HUCC控制器与MMC控制器、ESS控制器和微电源控制器相连并分别传输MMC控制信号、ESS控制信号和微电源控制信号。本专利技术涉及一种基于上述混合公共连接单元的控制方法，包括：连接模式与控制模式，其中：连接模式的切换是以开关状态的组合为基础，分为交流模式、直流模式和混合模式三种。本专利技术涉及一种包含上述混合公共连接单元的柔性互联多微网系统控制架构，包括：中心层、接口层、微网层以及多微网控制系统，其中：中心层以多微网系统运行模式与目标为输入，确定运行的目标函数与约束条件，协调接口层混合公共连接单元的连接模式与控制模式；接口层以中心层指令为依据，确定开关状态、MMC控制器控制模式和ESS控制器控制方法，微网层用于控制分布式电源、储能与可控制负荷，根据混合公共连接单元的运行模式，提供v/f支撑或功率平衡，多微网控制系统由各子微网的HUCC协调控制系统和中心控制器构成，中心控制器分别与各子微网HUCC协调控制系统的协调控制器相连并传输相应的协调控制信号。本专利技术涉及上述柔性互联多微网系统控制架构的控制方法，中心层根据并网运行、孤岛运行、应急运行和黑启动运行场景生成对应的控制目标与约束，针对运行控制目标和约束边界，提出相应的并网运行控制方案以及孤岛运行控制方案，并将控制信息传递到接口层与微网层；接口层中的开关控制器管控混合公共连接单元连接模式及其切换，MMC控制器完成多微网的协同运行，ESS控制器平抑功率波动并提供紧急功率支援；微网层与MMC控制器协同，以运行边界为约束交换功率或作为从微网运行。技术效果与现有技术相比，本专利技术以HUCC为基础，通过快速组合HUCC的开关状态、MMC控制模式以及储能来完成多微网的协调控制；充分发挥直流单元的兼容性与控制能力，可独立控制有功功率和无功功率，拓展了控制维度，提高了多微网运行的灵活性与协调性，可获得更好的控制效果；本专利技术建立了柔性多微网系统“中心层-接口层-微网层”三层协调控制架构，中心层控制主要以多微网系统运行模式与目标为输入，接口层确定开关状态、MMC控制模式和ESS控制，微网层主要控制分布式电源、储能与可控制负荷，实现了柔性互联多微网控制分层与协调配合；本专利技术提出了不同运行场景下柔性互联多微网系统并网、孤岛及应急运行的目标、约束条件与控制方法，提高了柔性互联多微网的灵活性与可靠性；本专利技术提出的控制策略充分利用HUCC接口的交、直流特性，一方面优化了分布式电源的接入，另一方面提高系统运行稳定水平与电能质量。附图说明图1为HUCC基本结构及HUCC协调控制系统示意图；图中：MG为微电网单元，电池符号为能量调节设备(ESS)，“＝、～”符号为模块化多电平换流器(MMC)；图2为柔性互联多微网系统控制架构及多微网控制系统示意图；图3为MMC控制结构示意图；图4为本专利技术在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中并网运行情况下的运行仿真结果；图5为本专利技术在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中孤岛运行情况下的运行仿真结果；图6为本专利技术在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中应急运行情况下的运行仿真结果。具体实施方式实施例1多微网系统的灵活聚合与协同运行是以其接口技术为基础，PCC作为传统交流微电网的接口，不能满足多微网兼容性、灵活性与协调性的要求。为解决多微网交流互联存在的技术缺陷，本实施例提出一种混合公共连接单元(HUCC)，通过整合交、直流两种连接方式，一方面微网经交流接口连接至上级电网，充分利用电网的支撑功能，提高多微网系统的频率与电压稳定水平；另一方面，基于直流接口实现各子微网的柔性互联，充分发挥直流单元的兼容性与控制能力，提高多微网系统的可扩展性和暂态稳定性。如图1所示，该混合公共连接单元包括：能量调节设备(ESS)控制器、、公共连接母线和与之相连的交流母线、用于与公网连接的交流断路器、直流母线、模块化多电平换流器(MMC)和用于子微网互联的直流断路器，其中：一次接线采用三母线总分结构，公共连接母线用于交流母线、直流母线及能量调节设备的接入，直流母线经MMC与公共连接母线相连，交流断路器与交流母线连接构成交流接口并与公网相连，直流断路器与直流母线连接构成直流接口并与其他子微网的直流接口相连。图1的混合公共连接单元进一步配备有HUCC协调控制系统。HUCC协调控制系统属于二次系统，实时采集对应子微网相关电气量信息并生成相应的控制信号，经通信设备传输至各电气元件的控制单元，对子微网的运行进行协调控制。HUCC协调控制系统包括协调控制器、开关控制器、HUCC控制器、微电源控制器和MMC控制器，其中：协调控制器与开关控制器和HUCC控制器相连并分别传输HUCC开关信号和HUCC控制信号，HUCC控制器与MMC控制器、ESS控制器和微电源控制器相连并分别传输MM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合公共连接单元，其特征在于，包括：能量调节设备、公共连接母线和与之相连的交流母线、用于与公网连接的交流断路器、直流母线、模块化多电平换流器和用于子微网互联的直流断路器，其中：一次接线采用三母线总分结构，公共连接母线用于交流母线、直流母线及能量调节设备的接入，直流母线经MMC与公共连接母线相连，交流断路器与交流母线连接构成交流接口并与公网相连，直流断路器与直流母线连接构成直流接口并与其他子微网的直流接口相连控制单元，公共连接母线与其所对应的微电网相连，混合公共连接单元作为微电网的接口用于其内部控制和外部通信。

【技术特征摘要】
1.一种混合公共连接单元，其特征在于，包括：能量调节设备、公共连接母线和与之相连的交流母线、用于与公网连接的交流断路器、直流母线、模块化多电平换流器和用于子微网互联的直流断路器，其中：一次接线采用三母线总分结构，公共连接母线用于交流母线、直流母线及能量调节设备的接入，直流母线经MMC与公共连接母线相连，交流断路器与交流母线连接构成交流接口并与公网相连，直流断路器与直流母线连接构成直流接口并与其他子微网的直流接口相连控制单元，公共连接母线与其所对应的微电网相连，混合公共连接单元作为微电网的接口用于其内部控制和外部通信。2.根据权利要求1所述的混合公共连接单元，其特征是，进一步配备有实时采集对应子微网相关电气量信息并生成相应的控制信号，经通信设备传输至各电气元件的控制单元，对子微网的运行进行协调控制的HUCC协调控制系统，该HUCC协调控制系统包括：协调控制器、开关控制器、HUCC控制器、MMC控制器、ESS控制器和微电源控制器，其中：协调控制器与开关控制器和HUCC控制器相连并分别传输HUCC开关信号和HUCC控制信号，HUCC控制器与MMC控制器、ESS控制器和微电源控制器相连并分别传输MMC控制信号、ESS控制信号和微电源控制信号。3.一种基于上述任一权利要求所述混合公共连接单元的控制方法，其特征在于，包括：连接模式与控制模式，其中：连接模式的切换是以开关状态的组合为基础，分为交流模式、直流模式和混合模式三种。4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的交流模式连接微网和上级配电网，利用配电网稳定的电压与频率为多微网提供支撑，提高多微网系统的运行稳定性；所述的直流模式基于MMC实现互质子微网之间的柔性互联，MMC控制模式与特性可有效解决功率平衡、电磁耦合等交流连接存在的技术问题，该模式有助于提高微电网接入与消纳DG的能力。5.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的MMC控制器具有有源控制与无源孤岛控制两种模式，其中有源控制模式可选择PQ控制、定直流电压控制，无源孤岛控制模式则采用定交流电压/频率控制方式；所述的ESS控制器作为功率平衡及波动抑制的调节单元，与MMC控制器配合共同实现多微网的柔性控制目标。混合公共连接单元控制模式取决于多微网系统的运行需求，可分为PQ模式、定直流电压模式与v/f模式。6.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的PQ模式是指：MMC控制器与ESS控制器均采用定功率控制，优化多微网系统功率分布，可最大化子微网DG发电输出；所述的定直流电压模式是指：MMC控制器采用定直流电压控制，为直流连接网络提供电压支持，ESS控制器作为辅助平抑波动，通常主微网混合公共连接单元采用定直流电压模式；所述的v/f模式是指：MMC控制器采用定交流电压与频率控制，ESS控制器主要运行于调峰填谷，通常不含可控制电源的从微网混合公共连接单元采用本模式。7.一种包含上述任一权利要求所述混合公共连接单元的柔性互联多微网系统控制架构，其特征在于，包括：中心层、接口层、微网层以及多微网控制系统，其中：中心层以多微网系统运行模式与目标为输入，确定运行的目标函数与约束条件，协调接口层混合公共连接单元的连接模式与控制模式；接口层以中心层指令为依据，确定开关状态、MMC控制器控制模式和ESS控制器控制方法，微网层用于控制分布式电源、储能与可控制负荷，根据混合公共连接单元的运行模式，提供v/f支撑或功率平衡，多微网控制系统由各子微网的HUCC协调控制系统和中心控制器构成，中心控制器分别与各子微网HUCC协调控制系统的协调控制器相连并传输相应的协调控制信号。8.一种根据权利要求7所述架构的控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文焘，吴攀，邰能灵，余墨多，张尔佳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31