基于不同時間尺度的獨立微電網分層協調控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電網運行控制技術，更具體地說，涉及一種基于不同時間尺度的獨立微電網分層協調控制方法。
【背景技術】
[0002]獨立微電網是指與外部大電網隔離、獨立自主運行的小型電力系統，它主要有兩種不同形式:不與外部大電網相連接的孤島式微電網和因某種原因斷開與大電網的連接而轉入獨立運行模式的微電網。現有研宄和實踐表明，集成風、光等間歇性可再生能源和電池儲能系統等多種混合能源的獨立微電網，能夠有效降低風、光等高滲透率間歇性電源的隨機性和間歇性出力對系統運行帶來的不良影響、提高系統的供電可靠性和電能質量、降低成本，還可以作為解決海島等偏遠地區電力需求的一種有效途徑。
[0003]獨立微電網系統內多種不同類型的分布式電源間的協調控制是系統運行控制的關鍵，國內外許多學者提出了很多種微電網運行控制技術，主要有主從控制、對等控制和基于多代理的分層控制三種基本控制模式。而目前大多數方案沒有綜合考慮分布式電源的不同類型、微電網系統電壓和頻率控制的層次性、系統負荷和間隙性能源出力的不同波動特性等因素對獨立微電網穩定運行帶來的影響。
[0004]經對現有技術的文獻檢索發現，“多時間尺度協調控制的獨立微網能量管理策略”(郭思琪，袁越，張新松等.多時間尺度協調控制的獨立微網能量管理策略[J].電工技術學報，2014，29 (2):122-129.)雖然引用了多時間尺度這一概念，但僅考慮到日前和日內調度，沒有細分至毫秒級。“Control of parallel inverters in distributedAC power systems with considerat1n of line impedance effect，，(Tuladhar A, JinH., Unger T., et.al.Control of parallel inverters in distributed AC power systemswith considerat1n of line impedance effect[J].1EEE Transact 1ns on IndustryApplicat1ns, 2000，36(1): 131-138.) 一文提出基于用P_f和Q_V下垂控制方法的多微電源逆變器并聯控制來提高負荷功率分配的精確性，但獨立微電網系統電能質量仍受到系統中各微電源的不同功率等級、線路阻抗和逆變器設計參數等因素的影響。申請號為201310625717.0的中國發明專利申請提出一種基于曲線控制的獨立微電網協調控制方法，保證蓄電池可長時間正常工作，延長發電機使用壽命，但沒有提高微電網系統電能質量。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于:提供一種基于不同時間尺度的獨立微電網分層協調控制方法，充分利用蓄電池儲能的瞬時響應性與柴油發電機的無差控制等優點，分區域從毫秒級到秒級進行控制，提高了系統運行的穩定性。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供了一種基于不同時間尺度的獨立微電網分層協調控制方法，包括如下步驟:
[0007](I)根據獨立微電網系統電壓和頻率的動態特性，將電壓和頻率的波動幅度分別劃分為A、B和C三類區域，A區域表示電壓和頻率偏差在正常波動范圍，B區域表示電壓和頻率偏差稍微超出正常波動范圍，C區域表示電壓和頻率偏差嚴重超出正常波動范圍；
[0008](2)實時監控并采集獨立微電網母線上的電壓值U、頻率值f和功率P，并判斷U、f所在的區域；
[0009](3)若U、f處于A區域，則蓄電池儲能系統和柴油發電機組不參與調節；若U、f處于B區域，負責一級控制的蓄電池儲能系統參與調節以實現系統功率平衡；若U、f處于C區域，則二級控制的柴油發電機參與調節以實現系統功率平衡；
[0010](4)重復采集U、f和P，直到判斷U、f處在A區域。
[0011]作為本發明的一種改進，B區域又進一步分為Bh區域和B返±或，Bh區域為B區域中高電壓和高頻率的部分，區域為B區域中低電壓和低頻率的部分；C區域又進一步分為Ch區域和(^區±或，Ch區域為C區域中高電壓和高頻率的部分，Q區域為C區域中低電壓和低頻率的部分。
[0012]作為本發明的一種改進，若U、f處于Bh區域，蓄電池儲能系統通過充電來吸收多余的功率以實現系統功率平衡；若1 f處于區域，蓄電池儲能系統通過放電進行功率補償以實現系統功率平衡；若U、f處于Ch區域，則柴油發電機降低功率輸出實現系統功率平衡；SU、f處于Q區，則柴油發電機增加功率輸出實現系統功率平衡。
[0013]作為本發明的一種改進，針對變化幅度小、周期短的隨機性凈負荷波動分量，采用基于下垂控制的蓄電池儲能系統的一級控制，分為有功-頻率控制和無功-電壓控制兩部分，使U、f處在A區域。
[0014]作為本發明的一種改進，針對變化幅度大、周期長的沖擊性凈負荷波動分量，采用基于無差控制的柴油發電機的二級控制，主要包含調速器和自動電壓調節器，使U、f處在A區域。
[0015]與現有技術相比，本發明綜合考慮高滲透率間歇性能源和頻繁投切的系統負荷，根據獨立微電網的動態特性，對電壓和頻率波動幅度按照一定級別劃分為A、B和C三類區域，A區域屬于正常范圍，B區域采用蓄電池儲能系統作為一級控制單元，C區域利用柴油發電機作為二級控制單元。蓄電池儲能系統能夠在毫秒級時間尺度內有效補償負荷功率缺額，快速抑制了系統電壓和頻率波動；柴油發電機動態響應速度較慢，有十秒到幾十秒的時間延時，但是技術成熟、容量大而且持續時間長。為了充分利用蓄電池儲能的瞬時響應性與柴油發電機的無差控制等優點，分區域從毫秒級到秒級進行控制，提高了系統運行的穩定性。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發明的結構及其有益技術效果進行詳細說明。
[0017]圖1是電壓和頻率穩定區域劃分圖；
[0018]圖2是本發明一種基于不同時間尺度的獨立微電網分層協調控制方法流程圖；
[0019]圖3是在PSCAD中搭建的風柴蓄獨立微電網系統示意圖；
[0020]圖4是微電網系統頻率的仿真結果；
[0021]圖5是微電網系統電壓的仿真結果。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的發明目的、技術方案及其有益技術效果更加清晰，以下結合附圖和【具體實施方式】，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的【具體實施方式】僅僅是為了解釋本發明，并非為了限定本發明。
[0023]請參閱圖1和圖2，本發明一種基于不同時間尺度的獨立微電網分層協調控制方法包括如下步驟:
[0024](I)根據獨立微電網系統電壓動態特性和頻率動態特性，對電壓和頻率波動幅度按照一定級別劃分為如圖1所示的A、B和C三類區域，其中，A區域代表電壓和頻率偏差在電能質量要求范圍內，B區域代表稍微超出額定電壓和頻率允許波動范圍，C區域代表嚴重超出電壓和頻率允許波動范圍；
[0025](2)各分布式電源的控制器實時監控并采集微電網母線上的電壓值U、頻率值f和功率P，并判斷U、f所在分區；
[0026](3)若U、f在正常范圍內即A區域，則蓄電池儲能系統和柴油發電機組不參與調節；若U、f不在A區域，判斷U、f是否