一种多源微电网频率协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多源微电网频率协调控制方法，以光伏发电单元、锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、柴油发电机构成的独立交流微电网为研究对象，设计出多源微电网分层控制系统架构，并根据不同微源的特性，提出了微源本地控制方法，借鉴传统电力系统中的频率控制方式，针对微电网离网运行条件，提出了针对不同时间尺度与频率偏差范围的分层控制方法。针对储能系统和VSG控制的特点，提出了一种考虑储能单元容量和功率裕度的一次调频和二次调频控制策略，对并联的VSG调频单元之间的功率进行优化分配。

A Frequency Coordination Control Method for Multi-source Microgrid

The invention discloses a frequency coordination control method for multi-source micro-grid. Taking the independent AC micro-grid composed of photovoltaic power generation unit, lithium battery energy storage unit, lead-acid battery energy storage unit and diesel generator as the research object, the multi-source micro-grid hierarchical control system architecture is designed, and according to the characteristics of different micro-sources, the multi-source micro-grid hierarchical control system architecture is proposed. Based on the local control method of micro-source and the frequency control method of traditional power system, a hierarchical control method for different time scales and frequency deviation ranges is proposed for the off-grid operation conditions of micro-grid. Aiming at the characteristics of energy storage system and VSG control, a primary frequency modulation and secondary frequency modulation control strategy considering the capacity and power margin of energy storage unit is proposed to optimize the power allocation among parallel VSG frequency modulation units.

【技术实现步骤摘要】
一种多源微电网频率协调控制方法
本专利技术涉及微电网、电机、电力电子控制和能量管理领域，具体是一种多源微电网频率协调控制方法。
技术介绍
在海岛、偏远山区等大电网建设困难的山区，利用可再生能源、储能设备等分布式能源构成的微电网可以提供清洁、高效、经济的电力供应方案。由于风力发电、光伏发电的功率具有随机性和不稳定性，不能单独提供稳定的电力供应，微电网中需要配置储能单元或其他发电源支撑微电网的电压和频率，以保证系统的稳定运行。多源互补的离网型微电网系统已成为微电网工程实际应用中的主要的方向。微电网的频率控制与多源协同控制是微电网运行控制研究中的热点问题。分布式电源采用虚拟同步技术实现了对传统同步发电机外特性的模拟。因此，在微电网控制中可以继承和借鉴传统电网中的电压频率控制方法，但同时VSG本质上还是电力电子逆变器，具备响应速度快，过载能力弱、输出阻抗小等特点。因此，微电网的运行控制策略需要针对分布式电源自身特点进行改善和完善。因此，针对以上现状，迫切需要开发一种多源微电网频率协调控制方法，以克服当前实际应用中的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多源微电网频率协调控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多源微电网频率协调控制方法，主要是采用微电网中心控制器及微源本地控制器相结合的分层控制技术，其主要包括微源本地控制方法、微电网一次调频、微电网二次调频、微电网三次调频以及紧急情况下部分紧急控制。作为本专利技术进一步的方案：所述微电网一次调频控制以及紧急情况下部分紧急控制由微源本地控制器执行，微电网一次调频是由采用VSG控制的储能单元实现的；紧急情况下部分紧急控制中，当微源本地控制器检测到电压、频率超过了电能质量的限制时，可以按照预先设置的策略快速断开断路器，实现微源保护方案或负荷减载方案；微电网频率控制策略中的二次调频、三次调频以及紧急情况下部分紧急控制策略是由MGCC进行全局决策，最终由本地控制器负责执行。作为本专利技术进一步的方案：所述微电网中心控制器MGCC是负责对微电网中的所有微源、负荷、储能进行统一综合的协调控制，它根据锁相检测到的微电网频率，结合本地控制器发送过来的发电情况、储能情况及负荷情况来决定对电网频率、微源输出功率、以及负载供电情况的控制。作为本专利技术进一步的方案：所述微源本地控制器(多源微电网中微源的本地控制)，具体为光伏发电作为主要发电源采用PQ控制，以确保光伏发电的最大化利用；锂电池储能单元和铅酸蓄电池单元采用VSG控制，作为微电网中的调频控制单元；柴油发电机作为冷备用发电源，在电量紧缺时，启动作为备用电源对负载供电。作为本专利技术进一步的方案：所述微电网一次调频负责快速响应波动幅值较大波动，波动时间在秒级以下的随机净负荷分量。作为本专利技术进一步的方案：所述微电网二次调频负责响应频率波动幅值较大的波动，且波动时间在秒级的净负荷分量，实现频率的误差调节，优化分配各微源所承担的功率。作为本专利技术进一步的方案：所述微电网三次调频负责处理分钟级以上的频率偏差，根据当前各微源的功率和能量状态，计划性的调度微源的出力，电量紧缺情况下有序投切负荷，电量过剩情况下合理限制发电。作为本专利技术进一步的方案：所述紧急情况下部分紧急控制是针对频率变化较快，功率缺额较大的情况，通常是由微源故障、线路故障、负荷故障等紧急事件导致的，因此需要快速响应以减少紧急事件对微电网系统的影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该多源微电网频率协调控制方法，以光伏发电单元、锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、柴油发电机构成的独立交流微电网为研究对象，设计出多源微电网分层控制系统架构，并根据不同微源的特性，提出了微源本地控制方法，借鉴传统电力系统中的频率控制方式，针对微电网离网运行条件，提出了针对不同时间尺度与频率偏差范围的分层控制方法，针对储能系统和VSG控制的特点，提出了一种考虑储能单元容量和功率裕度的一次调频和二次调频控制策略，对并联的VSG调频单元之间的功率进行优化分配，与传统电网中的发电机比，微电网中的转动惯量更小，时间常数更小，频率响应速度更快。附图说明图1为本专利技术一实施例多源微电网系统拓扑结构图。图2为本专利技术一实施例微电网分层协调控制系统结构图。图3为本专利技术一实施例多源微电网中频率控制分区示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-3所示，本专利技术实施例中，一种多源微电网频率协调控制方法，该系统包括光伏发电单元、柴油发电机、锂电池储能单元、铅酸蓄电池储能单元、本地负荷和微电网负荷。其中，光伏发电单元为可再生能源，在完成投资后，运行成本低廉。但是，其输出功率具有随机性和不稳定性，会对微电网中频率稳定性造成影响。柴油发电机发电成本高、环境和噪音成本大，不宜长时间开启。铅酸蓄电池储能单元具有双向功率调节能力，可以抑制微电网中光伏功率和负荷功率的波动，维持系统中的功率和频率稳定，但是蓄电池的容量有限，能量状态过高或过低都会因保护而停止运行。本专利技术主要研究多源微电网离网运行情况，因此，要确保整个微电网系统的稳定运行，需要充分考虑个微电网离网运行情况，通过本地控制和系统控制协调运行，才能充分发挥微电网系统的优势。为实现多源微电网系统的频率控制策略，本专利技术采用有微电网中心控制器(microgridcentercontroller，MGCC)及微源本地控制器相结合的分层控制结构，控制系统从物理结构分为两级，通过相互协调控制共同实现微电网控制策略。微电网控制系统的结构如图2所示。系统中的本地控制器包括：柴油发电机控制器、电池管理系统(batterymanagementsystem，BMS)、储能变流器控制器、光伏逆变器控制器、负载投切控制器。其中，本地控制器安装在微源和用户负荷本地，负责实现对发电单元、储能单元和负荷进行实时监测、控制和管理，其与受控设备之间采用高速采样频率和高速通信，控制响应时间为毫秒级。本地控制器一方面可以根据当前实时采样数据，按照预设的控制策略完成本地控制。另一方面，它可以接受来自MGCC下发的控制指令，微源可以根据控制指令调整运行状态和输出功率，负荷则根据控制指令进行投入或切出的操作。微电网中心控制器MGCC负责对微电网中的所有微源、负荷、储能进行统一综合的协调控制，它根据锁相检测到的微电网频率，结合本地控制器发送过来的发电情况、储能情况及负荷情况来决定对电网频率、微源输出功率、以及负载供电情况的控制。为保证微电网安全稳定运行，MGCC和微源本地控制之间要建立可靠的通信连接，因此，一般采用双环通信链路结构。由于微源在地理位置上是分散的，相对位置较远，MGCC和微源之间数据交互采用低速通信，数据的采样频率为几百毫秒至数秒。根据微电网的应用需求，MGCC可以在控制逻辑和功能实现层面分为多层。与传统的电力系统相比，微电网中的电源类型、转动惯量、响应速度等都发生了变化。虽然采用VSG控制加入了惯性环节，但是与传统电网中的发电机比，微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多源微电网频率协调控制方法，其特征在于，采用微电网中心控制器及微源本地控制器相结合的分层控制技术，其包括微电网一次调频、微电网二次调频、微电网三次调频以及紧急情况下部分紧急控制。

【技术特征摘要】
1.一种多源微电网频率协调控制方法，其特征在于，采用微电网中心控制器及微源本地控制器相结合的分层控制技术，其包括微电网一次调频、微电网二次调频、微电网三次调频以及紧急情况下部分紧急控制。2.根据权利要求1所述的多源微电网频率协调控制方法，其特征在于，所述微电网一次调频控制以及紧急情况下部分紧急控制由微源本地控制器执行，微电网一次调频是由采用VSG控制的储能单元实现的；紧急情况下部分紧急控制中，当微源本地控制器检测到电压、频率超过了电能质量的限制时，按照预先设置的策略快速断开断路器，实现微源保护方案或负荷减载方案；微电网频率控制策略中的二次调频、三次调频以及紧急情况下部分紧急控制策略是由微电网中心控制器MGCC进行全局决策，最终由微源本地控制器负责执行。3.根据权利要求2所述的多源微电网频率协调控制方法，其特征在于，所述微电网中心控制器MGCC是负责对微电网中的所有微源、负荷、储能进行统一综合的协调控制，根据锁相检测到的微电网频率，结合微源本地控制器发送过来的发电情况、储能情况及...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，彭子舜，毕大强，戴瑜兴，温烨婷，
申请(专利权)人：湖南大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43