一种基于能量管理的直流微电网集群协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能量管理的直流微电网集群控制的协同控制方法，所提控制包括一致性电压控制、PI功率控制、改进后基于SOC的一致性功率控制、风机一致性降功率控制。本发明专利技术通过分层式控制结构，下层控制采用功率

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量管理的直流微电网集群协同控制方法


[0001]本专利技术涉及集群控制领域，用于直流微电网集群协同控制与能量管理。

技术介绍

[0002]随着电能需求的不断增大，传统化石燃料发电造成的污染也越来越重。为了减少污染，实现可持续性发展，以风能、光伏为代表的分布式发电系统越来越受到人们的关注。为更好利用分布式电源，微电网的概念被提出，其可有效实现分布式供电的灵活高效应用。相比于交流微电网，直流微电网可高效灵活的接纳直流特性的分布式可再生电源及直流负荷，损耗小，不存在频率、无功、相位等系统参数，系统稳定程度高，控制结构相对简单。多个直流微电网互联可以利用不同地点的资源，最大化能量的使用效率。如何设计合理的控制策略实现微网间的协调控制及功率互济，对于直流微网集群系统的稳定运行十分重要，是微电网集群重点研究的问题之一。
[0003]为此，国内外学者对直流微电网集群的控制策略展开了一系列研究：
[0004]杨丘帆等人在中国电机工程学报，2020，40(12)：3919
‑
3928.“基于一致性算法的直流微电网多组光储单元分布式控制方法”提出了电压和功率的二次控制，使得电压可以快速稳定在额定值附近，但是此种控制策略使得微电网间的独立性不足，且其一致性功率控制的收敛速度不可调节。柴秀慧等人在太阳能学报，2021，42(09)：477
‑
482.“分布式储能变调节因子SOC下垂控制及功率调节”中通过改变下垂系数使功率按照SOC剩余比例调节，兼顾了收敛速度和电压稳定，但是收到下垂系数初值和线路阻抗的影响较大，使其无法趋于一致性。因此设计合理的一致性功率算法，使二者优点结合是重点研究内容之一。
[0005]赵澄颢等人在电力自动化设备，2021，41(05)：128
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135.“直流微电网集群多状态运行分级协调控制策略”提出了直流区域控制误差控制方法控制集群联络线功率。集群运行根据网内储能单元荷电状态值划分为多个运行状态，并针对不同运行状态制定不同的联络线功率控制策略，使集群内各子微电网在不同运行状态下的运行更加合理。但是一旦联络线出现断开或通信故障需要重新计算网间功率传输，以至于会影响到整个控制。曾浩等人在电力系统保护与控制，2022，50(12)：11
‑
21.“基于电流一致性的直流微网自适应下垂控制”实现了电流均流以及直流电压的调节。在微网结构改变等工况下也能达到准确的功率均分和母线电压控制，并且分析了控制参数变化对系统稳定性的影响。但是此种控制策略使得微电网间的独立性不足。因此合理的协调微电网的控制，使微网既能独立运行又能互相提供功率互济，且在断线和通信故障下仍有一定的鲁棒性也是重点研究内容之一。
[0006]基于上述问题，本专利技术提出了一种适用于环网的直流微电网集群控制的协同控制策略，所提控制策略包括一致性电压控制、PI功率控制、改进后基于SOC的一致性功率控制、风机一致性降功率控制。本专利技术通过分层式控制结构，下层控制采用功率
‑
电压下垂控制，中层控制采用分布式的一致性电压控制，上层控制采用集中式的控制负责协调各个微电网的功率控制策略。使得微电网既可以独立运行也可以相互间提供功率支撑，还可以与主电网进行互联，参与电力市场利用不同地点的资源，使能量的利用效率最大化。且在网间通信
的断开和网间联络线的断开情况下所提控制策略基本不受影响，具有一定的鲁棒性。该方法较为简单，便于微电网集群间的协调管理。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于能量管理的直流微电网集群的协同控制方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]本专利技术公开了一种基于能量管理的直流微电网集群控制的协同控制方法，所述直流微电网系统包含风机单元、储能单元、负荷单元和大电网单元，所提控制包括一致性电压控制、PI功率控制、改进后基于SOC的一致性功率控制、风机一致性降功率控制；本专利技术通过分层式控制结构，下层控制采用功率
‑
电压下垂控制，中层控制采用分布式的一致性电压控制，上层控制采用集中式的控制负责协调各个微电网的功率控制策略；使得微电网既可以独立运行也可以相互间提供功率支撑，还可以与主电网进行互联，参与电力市场利用不同地点的资源，使能量的利用效率最大化，且在网间通信的断开和网间联络线的断开情况下所提控制策略基本不受影响，具有一定的鲁棒性；该方法较为简单，便于微电网集群间的协调管理；包括以下步骤：
[0010]进一步的所述S1中：通过下层和中层控制使得各个微电网电压恢复到额定值附近：
[0011]下层控制和中层控制主要通过调节储能来调节微电网间的电压，本文下层控制采用P
‑
U下垂控制，中层控制采用分布式控制，负责电压二次调节，通过采用一致性电压算法计算得到二次电压补偿量ΔU
vi
，使得各个微电网电压恢复到额定值附近；
[0012]进一步的所述S2中：采集各个微电网的功率信息：
[0013]通过采集各个微电网的风机功率P
windi
、负荷功率P
loadi
和各个蓄电池的电池荷电状态SOC，收集的功率信息均为有名值，来判断对各个微电网中储能和风机的功率控制切换；
[0014]进一步的所述S3中：通过未连接并网换流器下的上层功率控制，使得微电网可以独立运行也可以互相提供功率支撑：
[0015]风机采用最大功率追踪，采集的功率信息可以计算出微电网的蓄电池功率需求值，若所有微电网均满足下式，则代表微电网可以独立运行：
[0016]P
si
＝P
loadi
‑
P
windi
≤P
bati,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]下标i表示第i个微电网，P
si
表示微电网的负荷和风机的功率差值，P
bati,max
为蓄电池可以发出功率的最大值，蓄电池通过PI功率控制得到功率偏差量，其控制方式如下：
[0018][0019]ΔP
i
＝k
Pp
(P
refi
‑
P
bi
)+k
Ip
∫(P
refi
‑
P
bi
)dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0020]P
bi
＝k
i
(U
ref
‑
U
busi
+ΔU
vi
)+ΔP
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]式中，P
refi
为蓄电池的功率参考值，k
i
为下垂系数，,k
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种基于能量管理的直流微电网集群控制的协同控制方法，所述直流微电网系统包含风机单元、储能单元、负荷单元和大电网单元，所提控制包括一致性电压控制、PI功率控制、改进后基于SOC的一致性功率控制、风机一致性降功率控制；本发明通过分层式控制结构，下层控制采用功率
‑
电压下垂控制，中层控制采用分布式的一致性电压控制，上层控制采用集中式的控制负责协调各个微电网的功率控制策略；使得微电网既可以独立运行也可以相互间提供功率支撑，还可以与主电网进行互联，参与电力市场利用不同地点的资源，使能量的利用效率最大化，且在网间通信的断开和网间联络线的断开情况下所提控制策略基本不受影响，具有一定的鲁棒性；该方法较为简单，便于微电网集群间的协调管理；其特征在于，具体实施步骤如下：S1：通过下层和中层控制使得各个微电网电压恢复到额定值附近：下层控制和中层控制主要通过调节储能来调节微电网间的电压，本文下层控制采用P
‑
U下垂控制，中层控制采用分布式控制，负责电压二次调节，通过采用一致性电压算法计算得到二次电压补偿量ΔU
vi
，使得各个微电网电压恢复到额定值附近；S2：采集各个微电网的功率信息：通过采集各个微电网的风机功率P
windi
、负荷功率P
loadi
和各个蓄电池的电池荷电状态SOC，收集的功率信息均为有名值，来判断对各个微电网中储能和风机的功率控制切换；S3：通过未连接并网换流器下的上层功率控制，使得微电网可以独立运行也可以互相提供功率支撑：风机采用最大功率追踪，采集的功率信息可以计算出微电网的蓄电池功率需求值，若所有微电网均满足下式，则代表微电网可以独立运行：P
si
＝P
loadi
‑
P
windi
≤P
bati,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)下标i表示第i个微电网，P
si
表示微电网的负荷和风机的功率差值，P
bati,max
为蓄电池可以发出功率的最大值，蓄电池通过PI功率控制得到功率偏差量，其控制方式如下：ΔP
i
＝k
Pp
(P
refi
‑
P
bi
)+k
Ip
∫(P
refi
‑
P
bi
)dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)P
bi
＝k
i
(U
ref
‑
U
busi
+ΔU
vi
)+ΔP
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，P
refi
为蓄电池的功率参考值，k
i
为下垂系数，,k
Pp
和k
Ip
分别为PI功率控制的比例和积分系数，U
ref
为直流电压参考值，U
busi
为电压实际值，P
bi
为蓄电池功率值，ΔP
i
为功率补偿值，蓄电池通过PI功率控制，可以实现网间的独...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓荣，杜雯菲，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：