本公開涉及在與一個或多個其它電力網具有多個公共耦合點(pcc)的微電網中的控制方法。
背景技術:
微電網是通常經由pcc連接到傳統集中式電網(宏電網)操作的發電、儲能以及負載的局部化群組。與宏電網的此單個公共耦合點可以斷開連接,從而使微電網成為孤島。微電網是旨在從許多小型能源、分布式發電機(dg)在本地產生電功率的結構的一部分。在微電網中,dg經由轉換器被連接,該轉換器控制dg的輸出,即注入到微電網中的電流。
微電網(在電網連接模式下,即連接到宏電網)從所連接的dg位置提供優化的或最大的功率輸出,并且其余功率部分由宏電網提供。微電網通過可控開關在pcc處連接到宏電網。在電網故障期間,失去此電網連接,且微電網成為孤島。
在孤島化期間,由于來自電網的功率引入的損失以及由電網進行的電壓控制的損失而在微電網中存在不平衡的風險。針對電壓控制,要求改變dg的控制模式。功率平衡通過快速蓄電措施和立即甩負載方案來解決。
在ac微電網中,頻率在穩態下處處是相同的,而電壓可以根據功率潮流而不同。然而,在dg輸出連續變化、負載切換和低慣性的微電網中,存在小規模的連續頻率和電壓波動。這種偏差在大暫態現象(即dg故障等)期間更大。頻率和電壓穩定性涉及最小的振蕩和過沖,具有在擾動之后返回至初始值(或者在可接受偏差內的任何其它穩態值)的能力。
具有多個dg和負載的微電網需要在不同層級的多個開關,以連接到主電力網以及微電網內的不同網絡部分和與之斷開連接。由這些開關所進行的自動斷開連接旨在用于系統保護。需要計劃的連接和斷開連接以實現優化操作,確保功率平衡和再同步化并保持電壓、頻率和功率振蕩方面的可接受系統動態。在網絡重新連接到微電網之前,執行利用電壓幅度、相角和頻率匹配的再同步化以確保重新連接時的微電網的穩定性。
微電網可以具有超過一個pcc。在這種情況下,如果微電網在pcc中的一個處成為孤島,則功率傳輸仍可以通過pcc中的另一個進行。通常,功率傳輸然后將在仍被連接的pcc上顯著增加,以補償該孤島。同樣地,如果成為孤島的pcc被重新連接,則另一已連接的pcc上的功率傳輸通常將顯著下降。
技術實現要素:
本發明的目的是提供一種在微電網具有多個pcc時的改善的微電網的控制。
現有技術的微電網存在的問題是其通常僅具有一個pcc,這使得他們更易受到在該單個pcc處孤島化的影響。使用多個pcc提供了冗余,并因此提供了使得能夠將超過兩個電力網(包括微電網)相互連接并在其之間傳輸功率方面的靈活性。然而,本發明人已經認識到使用多個pcc引入針對微電網的控制的附加挑戰。例如,第二pcc上的功率潮流受到第一pcc上的功率潮流的影響。這在微電網在第一pcc處被成為孤島或者再同步的情況下甚至更加明顯,導致第二pcc處的瞬態功率潮流。這可能導致微電網中的不平衡,且還可能導致微電網經由第二pcc而相連接的電力網中的不平衡,尤其是如果該電力網是弱電網或另一微電網的話。
借助于本發明,通過考慮第一pcc上的功率潮流的變化來控制第二pcc上的功率潮流,來減輕這些問題。第一pcc上的功率潮流可以是非有意的,例如如果第一pcc由于技術故障而成為孤島,在這種情況下,用傳感器測量結果來觀測該變化,并且微電網的控制系統可以因此動作以控制第二pcc上的功率潮流。替換地,第一pcc上的功率潮流的變化可以是有意的,例如第一pcc處的微電網的計劃孤島化或再同步,在這種情況下控制系統可以根據期望來同時地控制第一和第二pcc兩者上的功率潮流。
根據本發明的一方面,提供了一種在微電網中執行的控制方法。微電網包括被配置成用于向微電網中注入電功率的至少一個電功率源,例如發電機或蓄電設備。微電網還包括被配置成用于允許在微電網與第一電力網(例如國家配電網或另一微電網)之間的第一功率潮流的第一pcc。微電網還包括被配置成用于允許在微電網與第二電力網之間的第二功率潮流的第二pcc,第二電力網與第一電力網相同或者不同。本方法包括獲取關于第一功率潮流的變化的信息。本方法還包括基于所獲取的信息來控制第二功率潮流。
根據本發明的另一方面,提供了一種用于微電網的控制系統。控制系統被配置成用于微電網,該微電網包括被配置成用于向微電網中注入電功率的至少一個電功率源,例如發電機或蓄電設備。該微電網還包括第一公共耦合點(pcc),其被配置成用于允許在微電網與第一電力網(例如國家配電網或另一微電網)之間的第一功率潮流。微電網還包括被配置成用于允許在微電網與第二電力網之間的第二功率潮流的第二pcc,第二電力網與第一電力網相同或者不同。控制系統被配置成用于獲取關于第一功率潮流的變化的信息,并且用于基于所獲取的信息來控制第二功率潮流。
根據本發明的另一方面,提供了一種微電網,其包括被配置成用于向微電網中注入電功率的至少一個電功率源。微電網還包括被配置成用于允許在微電網與第一電力網之間的第一功率潮流的第一pcc。微電網還包括被配置成用于允許在微電網與第二電力網之間的第二功率潮流的第二pcc。微電網還包括本公開的控制系統的實施例。
根據本發明的另一方面,提供了一種包括計算機可執行組件的計算機程序產品,該計算機可執行組件用于當計算機可執行組件在包括于微電網(1)的控制系統中的處理器電路上運行時,促使所述控制系統執行根據權利要求1-10中的任一項所述的方法。
一般地,在權利要求中使用的所有術語應根據其在技術領域中的普通意義來解釋,除非在本文中另外明確地定義。應將對“一/一個/該元件、裝置、組件、裝置、步驟等”的所有提及開放地解釋為提及元件、裝置、組件、裝置、步驟等的至少一個實例,除非另外明確地說明。本文公開的任何方法的步驟不必按照公開的精確順序執行,除非明確地說明。本公開的用于不同特征/組件的“第一”、“第二”等的使用僅僅意圖將該特征/組件與其它類似特征/組件區別開,而不對特征/組件賦予任何順序或分級結構。
附圖說明
將參考附圖僅以示例的方式來描述實施例,在所述附圖中:
圖1是本公開的微電網的實施例的示意性電路圖。
圖2是的本公開的方法的實施例的示意性流程圖。
圖3是本公開的方法的示例性實施例的示意性流程圖。
具體實施方式
現在將在下文中參考其中示出了某些實施例的附圖來更全面地描述實施例。然而,在本公開的范圍內可以有許多不同形式的其它實施例。相反地,以下實施例是以示例的方式提供的,使得本公開將是透徹且完整的,并且將向本領域的技術人員全面地傳達本公開的范圍。相同的附圖標記遍及各圖指代相同元件。
本發明的目的是,在例如在多pcc微電網中的特定(第一)pcc處執行計劃孤島化或再同步的同時,對其它(第二)pcc的功率潮流進行控制。可以如下概括本方法的實施例:
—針對再同步,通過調整微電網中的功率源的功率輸出,或者借助于第一pcc處的pcc對接轉換器,來實現第一pcc處的電壓和瞬態控制。同時,還通過調整微電網中的功率源的功率輸出,或者借助于第二pcc處的pcc對接轉換器,來執行第二(和任何第三、第四等)pcc的功率潮流控制。
—針對計劃孤島化,通過調整微電網中的功率源的功率輸出,或者借助于第一pcc處的pcc對接轉換器,來實現第一pcc處至零的瞬態和功率控制。同時,還通過調整微電網中的功率源的功率輸出,或者借助于第二pcc處的pcc對接轉換器,來執行第二(和任何第三、第四等)pcc的功率潮流控制。
應注意的是,第一pcc處的電壓控制可以被用于再同步,而第一pcc處的功率控制可以被用于計劃孤島化。該控制可以通過調整連接在微電網的不同部分中的不同功率源(諸如分布式發電機或蓄電設備)的功率和/或電壓參考來完成。例如,與pcc接近的注入功率/電壓的功率源對該pcc處功率/電壓的影響要比微電網中的任何其它pcc處的影響更大,或者pcc處的蓄電設備可以通過儲存功率來減少該pcc處的功率。
所提出的方法的益處在于微電網中的系統振蕩減少以及第二pcc中的電網連接和電網功率潮流不斷續。這對于微電網在經由第二pcc連接到弱電力網或另一微電網的同時向微電網中的關鍵負載供應功率而言是重要的。
圖1是微電網1的示意圖,該微電網1在第一pcc5a處連接到第一電力網,在第二pcc5b處連接到第二電力網8b,并在第三pcc5c處連接到第三電力網8c。在每個pcc5處,可以存在分別用于在各pcc5處將微電網連接或斷開連接(成為孤島)的斷路器或其它開關7a、7b和7c。微電網1包括多個分布式發電機(dg)2、第一dg2a和第二dg2b,以及多個蓄電設備3、第一蓄電器3a和第二蓄電器3b。dg2中的每一個可以是例如風力渦輪機或太陽電池板,并且蓄電設備3中的每一個可以是例如電池或飛輪。dg2和蓄電設備3在本文中被共同地稱為電功率源,因為其被配置成用于向微電網1中注入功率。蓄電設備3還被配置成用于根據期望從微電網汲取并儲存功率。微電網1還可以包括任何數目的負載(未示出),其消耗由功率源2和/或3或者由電力網8注入到微電網中的電功率。功率源2和3中的每一個通常被經由電轉換器3連接在微電網1中,該電轉換器4可以調節注入到微電網中或從微電網汲取的功率和/或由各功率源提供的電壓。
控制系統9被包括在微電網中以用于控制微電網。控制系統9可以包括中央控制單元或者分布在微電網內,例如與功率源2和/或3設置在同一位置,或者其組合。控制系統可以接收來自微電網的不同部分的測量結果(例如電壓、頻率、功率潮流等)作為輸入以及來自操作員的操作輸入,例如以使微電網成為孤島或對其再同步,或者增加或減少pcc5中的一個或多個上的功率潮流。
針對提出的方法,中央微電網控制可以協調微電網1內的蓄電器3和dg2以及pcc5處的對接開關7。然后,可以利用中心誤差計算和誤差在微電網1內的功率源2和3之間的分布來執行電壓和功率控制。然后,可以將分布式誤差添加到用于功率源的功率/電壓參考,并結合到所述功率源的初步控制中。
利用分散式控制,可以通過功率源2和3的單獨貢獻來實現提出的方法。然后可以通過將電壓或功率誤差傳送到每個功率源來實現電壓和功率控制。針對優選pcc功率/電壓控制,可以以聚合方式基于dg2和/或蓄電設備3的單獨額定值和位置(基于到pcc5的接近度)來控制dg2和/或蓄電器3。
替換地或另外,可以借助于對接所述pcc的轉換器6來控制pcc5處的功率潮流。在圖1的實施例中,pcc5中的每一個分別地與轉換器6a、6b和6c相關聯。例如,雖然第一對接轉換器6a被用來控制第一pcc5a上的功率潮流,例如以用于第一pcc的再同步或孤島化,但第二對接轉換器6b被用來將第二pcc5b上的功率潮流控制為是恒定的,而不考慮在第一pcc5a處發生的再同步或孤島化。為了獲得改善的控制,對微電網中的每個pcc5使用對接轉換器6可以是方便的。然而,這可能由于增加的成本和需要將舊的微電網升級而是不那么期望的,因此可能替代地,優選借助于功率源2和/或3來控制pcc5上的功率潮流。還考慮借助于功率源和對接轉換器6兩者的控制的組合。
根據本發明的一方面,因此提供了用于微電網1的控制系統9。控制系統9被配置成用于微電網,該微電網包括被配置成用于向微電網1中注入電功率的至少一個電功率源2和/或3,例如發電機2或蓄電設備3。控制系統9被配置所針對的微電網還包括被配置成用于允許在微電網1與第一電力網8a(例如國家配電網或另一微電網)之間的第一功率潮流的第一pcc5a。控制系統9被配置所針對的微電網還包括被配置成用于允許在微電網與第二電力網8b之間的第二功率潮流,第二電力網8b例如是國家配電網或者另一微電網,與第一電力網8a相同或不同。控制系統9被配置成用于獲取關于第一功率潮流的變化的信息,并且用于基于所獲取的信息來控制第二功率潮流。
圖2是的本公開的方法的實施例的示意性流程圖。在微電網1中執行所述方法。微電網包括被配置成用于向微電網中注入電功率的至少一個電功率源2和/或3。微電網1還包括被配置成用于允許在微電網與第一電力網8a之間的第一功率潮流的第一pcc5a。微電網1還包括被配置成用于允許在微電網與第二電力網8b之間的第二功率潮流的第二pcc5b。根據本方法,例如通過傳感器測量結果或者通過控制第一功率潮流來獲取s1關于第一功率潮流的變化的信息。然后,基于所獲取s1的信息來控制s2第二功率潮流。在本方法的某些實施例中,如果微電網還包括第三pcc5c,則本方法還可以包括基于所獲取s1的關于第一功率潮流的變化的信息和/或基于所述控制s2第二功率潮流來控制s3第三功率潮流。
控制系統9通常包括處理器電路,其被配置成用于運行計算機程序,該計算機程序包括能夠促使控制系統執行本發明的方法的實施例的代碼。控制系統9通常還包括在其中存儲計算機程序的數據儲存器,諸如存儲器。該數據儲存器然后可以被視為計算機程序產品。計算機程序產品包括計算機可讀介質,其包括計算機可執行組件形式的計算機程序。計算機程序/計算機可執行組件可以被配置成促使例如本文中所討論的控制系統9執行本公開的方法的實施例。計算機程序/計算機可執行組件可以在控制系統的處理器電路上運行以便促使其執行本方法。計算機程序產品可以例如被包括在包括于控制系統9中并與處理器電路關聯的數據存儲單元或存儲器中。替換地,計算機程序產品可以是單獨的(例如移動)存儲裝置(諸如計算機可讀磁盤,例如cd或dvd或硬盤/驅動)和/或固態存儲介質(例如ram或閃存),或者是其一部分。
在本發明的某些實施例中,獲取信息s1是控制第一功率潮流的變化的一部分。因此,第一功率潮流的變化可以是由微電網的控制系統9控制的計劃(可能是未來的)變化。
在本發明的某些實施例中,控制s2第二功率潮流包括將所述第二功率潮流控制為盡管存在所述第一功率潮流的變化也是恒定的,或者階梯式或斜坡式地改變。將第二功率潮流控制為不考慮第一功率潮流的變化而是恒定的,例如以避免使第二電力網8b不穩定,這是方便的,尤其是如果第二電力網是弱電網(例如另一微電網)的話。在某些其它實施例中,鑒于已改變的第一功率潮流而增加(例如在第一pcc5a處的孤島化的情況下)或減小(例如,在第一pcc5a處的重新連接/再同步的情況下)第二功率潮流以便使微電網1穩定,這可以是方便的。借助于本發明的實施例,可以以受控方式(例如階梯式或斜坡式)實現第二功率潮流的增加/減少,以避免微電網1中或第二電力網8b中的快速或不受控的瞬態功率波動。
在本發明的某些實施例中,第一功率潮流的變化將達到零,其對應于在第一pcc5a處使微電網1成為孤島。在某些其它實施例中,第一功率潮流的變化從零開始,其對應于在第一pcc5a處使微電網1成為孤島之后的再同步。
在本發明的某些實施例中,控制s2第二潮流功率包括通過調整由所述至少一個電功率源2和/或3進行的電功率注入,來控制第二功率潮流。另外或替換地,在本發明的某些實施例中,控制s2第二功率潮流包括借助于所述對接轉換器6b來控制第二功率潮流。
在本發明的某些實施例中,第一電力網8a被連接到第二電力網以便允許電功率在其間流動。第一和第二電力網8在某些實施例中可以基本上是同一電力網的各部分。
在本發明的某些實施例中,所述至少一個電功率源包括dg2和/或蓄電設備3。
示例
圖3是本發明方法的示例性實施例的流程圖。圖3的控制方法假設微電網具有兩個pcc5。然而,本方法適用于任何數目的pcc。
前提是微電網1將在第一pcc(pcc1)5a處與第一電力網再同步,同時微電網1在第二pcc(pcc2)5b處(即通過其發送功率)與第二電力網8b相連。當微電網在pcc2處保持電力網連接時,pcc1重新與公用事業主電網相連。dg2然后在下垂或電壓控制模式下操作,以便根據第一電力網8a的電壓來控制第一pcc5a處的電壓。通常,在pcc1處的孤島化期間,所有dg2共同地在電壓控制模式下操作,從而保持pcc1微電網電壓接近于第一電力網電壓,因此使得能夠實現平滑的再同步。可以使用至少一個蓄能設備3來確保第一pcc5a處的開關7a上的最小電壓差。不斷地用開關控制算法來比較靜態開關7a端子的任一端處的電壓幅度、相位和頻率差參數,所述端子在這些落在設定閾值范圍內時重新閉合。然后,開關7a閉合,在第一pcc5a處重新連接微電網1。在pcc1處的此重新連接之后,dg2同時地轉變成聯絡線路功率控制(tlpc)模式。進行資產分段,并且在某些dg進行操作以使得pcc1聯絡線路處的階梯式功率增加的同時;其它dg進行操作以將pcc2處的功率輸入保持恒定在等于重新連接時刻的值的值。替換地,其它dg2進行操作以響應于pcc1聯絡線路處的階梯式功率增加而產生在pcc2聯絡線路處發生的功率輸入的相等的階梯式減小。因此,在重新連接期間,蓄能設備2可以減少任何瞬態功率波動,某些功率源2和/或3可以在tlpc模式下操作,以例如從零開始階梯式地增加第一pcc5a處的功率潮流,并且某些其它公告欄源2和/或3可以在tlpc模式下操作,以便控制第二pcc5b上的功率潮流。
上文主要參考幾個實施例描述了本公開。然而,如本領域的技術人員很容易認識到的,在由所附權利要求定義的本公開的范圍內同樣地可能存在除上文公開的那些之外的其它實施例。