一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统及方法。利用微电网供电质量智能评估器，解决微电网供电质量评估指标多，评估方法繁琐落后，评估有效性差的问题。采用功率均衡器，提出一种功率自主均衡算法，将功率设定值均衡地分配至模拟负荷单元中，解决微电网供电质量评估后续治理效果差的问题。在模拟负荷的解耦控制中加入鲁棒下垂控制器，平衡微电网交流母线电压、频率波动对模拟负荷并联系统运行的影响，提高系统功率跟随设定值运行的鲁棒性。在储能设备的充/放电控制中，综合平抑微电网功率波动和保护储能设备两个约束条件，最大限度地维持储能设备的恒功率充放电，同时保护储能设备，延长设备使用寿命，降低系统运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统及方法技术背景本专利技术属于电力系统
，特别是涉及一种微电网供电质量智能评估系统和模拟负荷均衡控制系统及方法。
技术介绍
随着煤、石油、天然气等非可再生能源消耗加剧，从可持续发展及环境保护出发，太阳能、风能等清洁型分布式发电发展迅速，微电网在解决分布式发电间歇性、随机性而带来的电网频率波动、电压偏移等电能质量问题上发挥着重大作用。微电网电能质量控制以及对大电网的功率支撑控制是研究微电网的关键技术，现有的大电网电能质量评估方法在微电网中的应用并不广泛，且存在评估指标多、评估方法繁琐落后、评估后续治理效果差等缺点，本专利技术提出一种基于供电质量国家标准的微电网供电质量智能评估方法，能很好地解决微电网供电质量评估中存在的问题，同时提出了一种模拟负荷均衡控制装置及功率自主均衡算法很好地解决了微电网供电质量评估后续治理效果不理想问题，对微电网供电质量的提高、微电网与大电网的友好互动以及“互联网+”智慧能源的发展具有积极的影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统及方法，以达到提高微电网供电质量评估效率及有效性，提高供电质量评估后续治理效果，有效平抑微电网功率波动，改善电压、频率偏移等供电质量问题，提高微电网供电可靠性的目的。一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统，该系统包括微电网电压、电流、频率采集模块，微电网供电质量智能评估器和模拟负荷均衡控制器，其中：微电网电压、电流、频率采集模块：用于采集实时微电网电压、电流、频率值并传送至微电网供电质量智能评估器中；微电网供电质量智能评估器：用于分析计算实时微电网电压、电流、频率，评估微电网供电质量是否满足要求，判断模拟负荷均衡控制器是否需要投入工作；模拟负荷均衡控制器包括功率均衡器、模拟负荷系统；功率均衡器：用于计算模拟负荷模块的有功功率和无功功率的吸纳与发出值，为模拟负荷的每个储能装置均衡分配有功功率与无功功率的吸纳与发出值；模拟负荷系统：用于吸收或发出有功功率或无功功率，平抑微电网功率波动，改善微电网供电质量，由多个模拟负荷单元并联，构成多模拟负荷并联运行系统；所述的模拟负荷单元包括双向AC-DC变流器、双向DC-DC变换器、双向AC-DC变流器功率控制器、双向DC-DC变换器控制器和储能设备。所述的双向DC-DC变换器控制单元依据储能设备的SOC自动切换恒电流/恒功率/恒电压三种充/放电模式，达到保护储能设备、提高储能设备使用寿命、降低系统成本的目标。上述一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统的方法，包括如下步骤：步骤一：利用微电网供电质量智能评估器，计算分析通过微电网电压、电流、频率采集模块采集的实时微电网电压、电流、频率数据，并依据国家电能质量标准评估实时微电网供电质量是否满足标准，若不满足标准模拟负荷均衡控制器需要投入使用；步骤二：当判断需要投入负荷均衡控制器时，功率均衡器将依据微电网供电质量智能评估器中的电压与频率，利用功率自主均衡算法得到系统充放电功率的设定值，并结合模拟负荷系统中每个模拟负荷单元储能设备的SOC计算模拟负荷单元及系统的最大允许充放电功率，同时依据储能设备的SOC计算每个模拟负荷单元应分配的充放电功率设定值。进一步地，上述步骤一具体包括以下步骤：步骤1：由采样模块处理后得到包含电压偏差、电压波动和闪变、谐波含量、三相电压不平衡度、暂时过电压、瞬态过电压、电流谐波含量、频率偏差9个特征的样本特征集；步骤2：对微电网供电质量特征集的每个特征进行归一化处理；步骤3：依据供电质量国家标准对样本数据进行标注；步骤4：依据比例随机划分训练样本和测试样本，并依据步骤3对样本数据进行标注；步骤5：对步骤4选取的每个训练样本采用自下而上的方法进行训练，对训练过程划分为输入层、训练层、调优层、输出层四个层面，逐层训练、优化；步骤6：利用测试样本对训练样本最终输出值进行评估，评估系统训练的准确率，若样本不满足供电质量要求，则模拟负荷均衡控制装置需要投入使用。进一步地，上述步骤一中的步骤5具体包括以下步骤：步骤5-1：训练开始时给各层参数赋相应初值，各层参数包括训练层偏置γh，输出层偏置θj，输入层第i个单元和训练层第h个单元的连接权重vih，训练层第h个单元和输出层第j个单元的连接权重whj，调优层η1、η2、η3、η44个学习率参数，是4个恒为正的常数量；训练层和输出层的输入值计算依据公式计算，式中，每个样本的输入层输入值为xi(i＝1,2，…d)，d为输入层单元个数，训练层输入值为eh(h＝1,2，…，q)，q为训练层单元个数，输出层输入值为yj(j＝1,2，…，l)，l为输出层单元个数；步骤5-2：将训练层的输出作为下一训练层的输入，重复步骤5-1，达到设定训练层数后，将以上参数从上而下输入调优层进行参数调优；步骤5-3：对评估过程进行参数调优处理。计算每个样本的均方误差E；步骤5-3-1：调优层中输出层偏置θj的调优公式为式中，为输出层每个样本的输出值期望。步骤5-3-2：训练层第h个单元和输出层第j个单元的连接权重whj的调优公式为步骤5-3-3：调优层中训练层偏置γh的调优公式为故步骤5-3-4：调优层中输入层第i个单元和训练层第h个单元的连接权重vih的调优公式为故进一步地，上述步骤二中的功率均衡器的功率自主均衡算法包括以下步骤：步骤1)：依据微电网供电质量智能评估器的评估结果，若模拟负荷不需要投入使用，循环执行此步骤；若模拟负荷需要投入使用，执行步骤2)；步骤2)：依据SOC及储能设备参数计算模拟负荷单元及系统最大允许充放电功率；步骤3)：依据微电网供电质量智能评估器的电压、频率值以及各发电设备参数，计算系统充/放电功率设定值；步骤4)：取步骤3中的功率设定值与步骤2)中系统最大允许充放电功率中较小的值作为新的系统功率设定值；步骤5)：依据电池SOC和功率权重分配公式，得到每个模拟负荷单元的功率设定值，将其送至双向AC-DC变流器功率控制器中。进一步地，上述步骤2)中最大允许充/放电功率计算公式为式中，N表示模拟负荷单元即储能设备个数，每个模拟负荷单元用字母i表示，每个储能设备的荷电状态为SOCi(i＝1,2，……N)，Pimc表示最大允许充电有功功率、Qimc表示最大允许充电无功功率、Pimd表示最大允许放电有功功率、Qimd表示最大允许放电无功功率，每个储能最大充/放电功率依据储能设备自身特性，由设备出厂时决定，开关量ui取1表示模拟负荷单元投入使用，ui取0表示模拟负荷单元不投入使用，ui的取值取决于储能设备的SOC，即储能设备SOC在设备允许工作范围内时ui取1，储能设备SOC在设备允许工作范围外时ui取0。进一步地，上述步骤3)系统充/放电功率设定值计算，由发电机组转子运动方程得模拟负荷系统功率设定值与发电机组转速的关系写成状态方程形式为其中，ωN为额定角速度，δ为功角，PT、PE、PD分别为发电机组的机械功率、输出功率和损耗功率，TJ为等值惯性时间常数，计算公式为TJi为每台发电机组的惯性时间常数，继续推导得模拟负荷系统功率设定值与频率的关系其中，ω和f分别为惯性中心角速度和惯性中心频率，由计算得来。进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统，其特征在于，该系统包括微电网电压、电流、频率采集模块，微电网供电质量智能评估器和模拟负荷均衡控制器，其中：微电网电压、电流、频率采集模块：用于采集实时微电网电压、电流、频率值并传送至微电网供电质量智能评估器中；微电网供电质量智能评估器：用于分析计算实时微电网电压、电流、频率，评估微电网供电质量是否满足要求，判断模拟负荷均衡控制器是否需要投入工作；模拟负荷均衡控制器包括功率均衡器、模拟负荷系统；功率均衡器：用于计算模拟负荷模块的有功功率和无功功率的吸纳与发出值，为模拟负荷的每个储能装置均衡分配有功功率与无功功率的吸纳与发出值；模拟负荷系统：用于吸收或发出有功功率或无功功率，平抑微电网功率波动，改善微电网供电质量，由多个模拟负荷单元并联，构成多模拟负荷并联运行系统；所述的模拟负荷单元包括双向AC‑DC变流器、双向DC‑DC变换器、双向AC‑DC变流器功率控制器、双向DC‑DC变换器控制器和储能设备。

【技术特征摘要】
1.一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统，其特征在于，该系统包括微电网电压、电流、频率采集模块，微电网供电质量智能评估器和模拟负荷均衡控制器，其中：微电网电压、电流、频率采集模块：用于采集实时微电网电压、电流、频率值并传送至微电网供电质量智能评估器中；微电网供电质量智能评估器：用于分析计算实时微电网电压、电流、频率，评估微电网供电质量是否满足要求，判断模拟负荷均衡控制器是否需要投入工作；模拟负荷均衡控制器包括功率均衡器、模拟负荷系统；功率均衡器：用于计算模拟负荷模块的有功功率和无功功率的吸纳与发出值，为模拟负荷的每个储能装置均衡分配有功功率与无功功率的吸纳与发出值；模拟负荷系统：用于吸收或发出有功功率或无功功率，平抑微电网功率波动，改善微电网供电质量，由多个模拟负荷单元并联，构成多模拟负荷并联运行系统；所述的模拟负荷单元包括双向AC-DC变流器、双向DC-DC变换器、双向AC-DC变流器功率控制器、双向DC-DC变换器控制器和储能设备。2.权利要求1所述一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：利用微电网供电质量智能评估器，计算分析通过微电网电压、电流、频率采集模块采集的实时微电网电压、电流、频率数据，并依据国家电能质量标准评估实时微电网供电质量是否满足标准，若不满足标准模拟负荷均衡控制器需要投入使用；步骤二：当判断需要投入负荷均衡控制器时，功率均衡器将依据微电网供电质量智能评估器中的电压与频率，利用功率自主均衡算法得到系统充放电功率的设定值，并结合模拟负荷系统中每个模拟负荷单元储能设备的SOC计算模拟负荷单元及系统的最大允许充放电功率，同时依据储能设备的SOC计算每个模拟负荷单元应分配的充放电功率设定值。3.根据权利要求2所述一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统的方法，其特征在于，步骤一具体包括以下步骤：步骤1：由采样模块处理后得到包含电压偏差、电压波动和闪变、谐波含量、三相电压不平衡度、暂时过电压、瞬态过电压、电流谐波含量、频率偏差9个特征的样本特征集；步骤2：对微电网供电质量特征集的每个特征进行归一化处理；步骤3：依据供电质量国家标准对样本数据进行标注；步骤4：依据比例随机划分训练样本和测试样本，并依据步骤3对样本数据进行标注；步骤5：对步骤4选取的每个训练样本采用自下而上的方法进行训练，对训练过程划分为输入层、训练层、调优层、输出层四个层面，逐层训练、优化；步骤6：利用测试样本对训练样本最终输出值进行评估，评估系统训练的准确率，若样本不满足供电质量要求，则模拟负荷均衡控制装置需要投入使用。4.根据权利要求3所述一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统的方法，其特征在于，步骤一中的步骤5具体包括以下步骤：步骤5-1：训练开始时给各层参数赋相应初值；训练层和输出层的输入值计算依据公式计算；步骤5-2：将训练层的输出作为下一训练层的输入，重复步骤5-1，达到设定训练层数后，将以上参数从上而下输入调优层进行参数调优；步骤5-3：对评估过程进行参数调优处理。5.根据权利要求4一种微电网供电质量评估及其模拟负荷均衡控制系统的方法，其特征在于，步骤5-3具体包括以下步骤：计算每个样本的均方误差E；步骤5-3-1：调优层中输出层偏置θj的调优公式为步骤5-3-2：训练层第h个单元和输出层第j个单元的连接权重whj的调优公式为步骤5-3-3：调优层...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫士杰，杨娇，高文忠，刘伯文，肖艳辉，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21