一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統。適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統包括控制層、監測層和通訊層，控制層由配電網調度系統、微電網中央控制器和底層控制器組成，監測層由電流、電壓互感器以及功率計組成，通訊層由通信端口和通信網絡組成。本實用新型基于三級分層，上層為配電網調度系統，中間層為MGCC，底層包括MC和LC，各層之間增加通信聯絡以實現微電網的協調控制和穩定運行，具有結構簡單，短時、快速、不依賴通信特點。
【專利說明】
一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及微電網控制領域，具體涉及一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著能源危機及環境污染問題的日益嚴重，由分布式發電作為重要組成部分的微電網成為研究熱點。微電網作為一個靈活、可控、綠色、經濟的新型分布式電源載體，在保障用戶供電、節能環保、改善電能質量方面具有突出的優點。微電網可以工作在并網和離網兩種模式:與配電網并網運行的并網模式;不與配電網相連接或因某種原因斷開與配電網的連接而轉入獨立運行的離網模式。
[0003]微電網常用的控制策略主要有主從型、對等型。主從控制將微電網中各個DG(Distributed Generat1n，分布式發電)采取不同的控制方法，并網運行時所有DG均采用PQ(功率可調)控制策略;孤島運行時，主控DG采用V/f控制，以確保向微電網中其它DG提供電壓和頻率參考，其它從屬地位的DG仍采用PQ控制策略。對等控制采用基于下垂特性的下垂控制策略，當負載發生變化時各DG自動依據下垂系數分擔負載變化量，實現負載功率變化在DG之間的自動分配，但負載變化前后系統的穩態電壓和頻率也會有所變化，屬于有差控制。
[0004]本微電網控制系統由配電網調度系統、微電網中央控制器、微源控制器和負荷控制器以及監測裝置、通信網絡組成。本微電網控制方法基于三級分層控制，上層為配電網調度系統，中間層為MGCC(微電網中央控制器，Microgrid Central Controller)，底層包括MC(微源控制器，Microres Controller)和LC(負荷控制器，Load Controller)，各層之間增加通信聯絡以實現微電網的協調控制和穩定運行。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是針對用戶側微電網，提供一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統。
[0006]本實用新型的微電網中央控制系統包括控制層、監測層和通訊層，控制層由配電網調度系統、微電網中央控制器和底層控制器組成，監測層由電流、電壓互感器以及功率計組成，通訊層由通信端口和通信網絡組成。微電網中央控制系統內的互聯關系如下所述:
[0007]配電網調度系統通過通信總線向MGCC發送調節控制指令，實現電網的安全經濟運行;MGCC與并/離網控制開關通過通信總線連接，以控制微電網系統處于并網運行狀態或者離網運行狀態;MC與光伏發電系統開關、儲能裝置開關相連接，以控制光伏發電系統、儲能裝置的接入和切除;LC與負荷開關相連接，以控制負荷的接入和切除。
[0008]光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成；儲能系統由鋰電池組和儲能變流器組成;MC與光伏逆變器連接，控制光伏發電系統的輸出功率;MC與儲能變流器連接，控制儲能裝置的輸出功率。
[0009]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點和技術效果:針對用戶側微電網，本實用新型提供一種中央控制硬件系統，采用三級分層控制，上層為配電網調度系統，中間層為MGCC，底層包括MC和LC，各層之間增加通信聯絡以實現微電網的協調控制和穩定運行，具有結構簡單，短時、快速、不依賴通信特點。
【附圖說明】
[0010]圖1是用戶側微電網中央控制系統拓撲圖。
[0011 ]圖2是并網運行狀態轉為離網運行狀態的控制策略示意圖。
[0012]圖3是離網運行狀態轉為并網運行狀態的控制策略示意圖。
[0013]圖4是并網運行時的協調控制策略示意圖。
[0014]圖5是離網運行時的協調控制策略示意圖。
[0015]圖6a、圖6b是離網轉并網工況仿真結果圖。
[0016]圖7是并網轉離網工況仿真結果圖。
[0017]圖8a、圖8b是并網運行工況仿真結果圖。
[0018]圖9a圖9b是離網運行工況仿真結果。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實例以及附圖，對本實用新型作進一步的說明，需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程，均是本領域技術人員可以參照現有技術實現的。
[0020 ]如圖1所示是用戶側微電網中央控制系統拓撲圖。
[0021]本實用新型的微電網中央控制系統控制層包括控制層、監測層和通訊層，由配電網調度系統、微電網中央控制器和底層控制器組成，監測層由電流、電壓互感器以及功率計組成，通訊層由通信端口和通信網絡組成。
[0022]配電網調度系統通過通信總線向MGCC發送調節控制指令，實現電網的安全經濟運行;MGCC與并/離網控制開關通過通信總線連接，以控制微電網系統處于并網運行狀態或者離網運行狀態;MC與光伏發電系統開關、儲能裝置開關相連接，以控制光伏發電系統、儲能裝置的接入和切除;LC與負荷開關相連接，以控制負荷的接入和切除。
[0023]光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成;儲能系統由鋰電池組和儲能變流器組成;MC與光伏逆變器連接，控制光伏發電系統的輸出功率;MC與儲能變流器連接，控制儲能裝置的輸出功率。
[0024]以下作為一種實例，在本實用新型的微電網控制中，用戶側微電網采用三級分層控制，上層為配電網調度系統，從配電網安全、經濟運行的角度協調控制微電網；中間為MGCC，用于維持用戶側微電網頻率電壓的穩定，以保障用戶側微電網安全、穩定和滿足功率限制需求;底層包括MC和LC，用于負荷、光伏發電系統和儲能系統的控制，具有短時、快速、不依賴通信特點;MGCC與配電網調度系統之間、MGCC與MC、LC之間采用以太網通信，MGCC與負荷、開關之間采用RS485或CAN通信。
[0025]底層單元監測裝置獲取的實時電氣量先傳輸給相應的MC或LC，再通過MC或LC經通信總線傳輸給MGCC;同時底層控制器接收MGCC的控制指令后，在無需互相通信的前提下基于實時電氣量實現對相應開關、變流器和負荷的一體化保護與控制。
[0026]MGCC接收底層控制器傳輸的實時電氣量和調度層控制指令，經過決策后控制并/離網控制開關的通斷，以使用戶側微電網系統處于并網運行狀態或者離網運行狀態。
[0027]微電網由并網運行狀態轉為離網運行狀態的控制策略如圖2所示。執行計劃內并網轉離網控制時，MGCC通過源荷功率協調控制，調整聯絡線功率接近于O后發出離網指令，實現并網至離網的切換；當檢測到配電網電壓或頻率異常時，執行計劃外并網轉離網控制，MGCC迅速向各微源發出控制模式切換及功率設定指令，實現并網至離網的切換。
[0028]微電網由離網運行狀態轉為并網運行狀態的控制策略如圖3所示。MGCC接收外界并網指令后，通過作為主電源的儲能系統快速調節輸出電壓的幅值、頻率和相位，實現準同期并網。
[0029]微電網并網運行時，以充分利用可再生能源為目的，以微源和負荷預測為參考值，優化調度各微源的出力。用戶側微電網并網運行時的協調控制策略如圖4所示。圖中，AP1為配電網有功功率指令與聯絡線實際有功功率之差，MGCC通過合理地設置Pcifsetl(正值)和PofsetK負值)，實現對配電網有功調度指令跟蹤的滯環控制，從而避免因聯絡線功率波動引起控制系統的頻繁動作；當A P1*于滯環內則根據儲能系統的充放電功率限制對中央控制器的儲能充放電指令進行修正。
[0030]微電網離網運行時，通過對各分布式電源的控制模式及控制參數的設置，保證微電網安全穩定運行，同時維持用戶側微電網頻率電壓在允許范圍之內。用戶側微電網離網運行時的協調控制策略如圖5所示。圖中，AP2為光伏發電系統、儲能出力之和與負荷功率、光儲微電網有功損耗之和的差值，MGCC通過合理地設置Pclfsetl(正值)和PofseM負值)，判斷A P2的大小選擇減少出力或增加出力，同時實現離網運行時多電源協調的滯環控制。當儲能系統、光伏發電系統和負荷的調節作用不能滿足微電網內部功率平衡，引起其電壓或頻率異常時，需進行電壓穩定控制或頻率穩定控制。
[0031]為避免儲能電池的過充過放，延長儲能電池壽命，將儲能SOC限制在合理范圍內，同時為了避免儲能電池在充放電時SOC迅速地達到上下限，對儲能充放電功率進行約束。
[0032]為了驗證本實用新型所提出的微電網三級分層控制結構，運用電力系統軟件PSCAD/EMTDC建立了用戶側微電網的動態仿真系統，針對微電網的并/離網切換、并網運行和離網運行分別設置工況進行仿真驗證。
[0033]如下所示是并網轉離網工況的初始條件:
[0034]■光照:1000W/m2，溫度:25Γ;
[0035]■調度值:30kW;
[0036]■光伏1:]\0^1'類，容量為301^八；
[0037]■光伏2:可限功率運行，容量為30kVA;
[0038]■光伏3:可限功率運行，容量為30kVA;
[0039]■儲能主電源:PQ或V/f，容量為90kVA，SOC為85 % ；
[0040]■輔助儲能:PQ，容量為30kVA，S0C為60% ；
[0041 ] ■負荷I為30kW，負荷2為35kW，負荷3為25kW;
[0042]_2s時刻發生計劃內并網轉離網;或2s時刻發生計劃外并網轉離網。
[0043]系統初始運行時，負荷為90kW，光伏總功率為90kW，儲能總功率為30kW，聯絡線功率Pnet = 30kW。整個切換過程，微電網頻率波形如圖6a、圖6b所示，仿真結果驗證了本實用新型所提出的并網轉離網控制策略的有效性。
[0044]如下所示是離網轉并網工況的初始條件:
[0045]■光照:1000W/m2，溫度:25°C;
[0046]■光伏1:]\0^1'類，容量為301^八；
[0047]■光伏2:可限功率運行，容量為30kVA;
[0048]■光伏3:可限功率運行，容量為30kVA;
[0049]■儲能主電源:PQ/VF，容量為90kVA，S0C為85% ；
[0050]■輔助儲能:PQ，容量為30kVA，S0C為60% ；
[0051 ] ■負荷I為40kW，負荷2為35kW，負荷3為50kW;
[0052]_2s時刻進行離網轉并網控制。
[0053]系統初始運行時，負荷為125kW，光伏總功率為90kW，儲能總功率為35kW。整個切換過程，微電網頻率電壓波形如圖7所示，仿真結果驗證了本實用新型所提出的離網轉并網控制策略的有效性。
[0054]如下所示是并網運行工況的初始條件:
[0055]■光照:O?5s: 700ff/m2，5?1s: 900ff/m2，10?15s: 100ff/m2，15?20s: 600ff/m2，20?25s: 700ff/m2，25?30s: 900ff/m2，30?35s: 100ff/m2，35?50s: 600ff/m2 ；
[0056]■溫度:25Γ;
[0057]■調度值:IS?5S:30kW，5S?10S:10kW，10S?20S:-150kW，20S?25S:30kW，25S?30S:75kW，30?35S:110kW，35?40S:75kW，40?45S:0kW;
[0058]■光伏1:]\0^1'類，容量為301^八；
[0059]■光伏2:可限功率運行，容量為30kVA;
[0060]■光伏3:可限功率運行，容量為30kVA;
[0061 ] ■儲能主電源:V/f或/PQ，容量為90kVA，SOC為65 % ；
[0062]■輔助儲能:PQ，容量為30kVA，S0C為60% ；
[0063]■負荷l:0?5s:50kW，5?10s:0kW，10?20s:15kW，20?30s:50kW，30?40s:40kW，40?45s:20kW;
[0064]■負荷2:0?5s:50kW，5?10s:0kW，10?20s:15kW，20?30s:50kW，30?40s:40kW，40?45s:20kW;
[0065]■負荷3:15kW靜態負荷；
[0066]■ SOC定值:SOCminl:10% ,S0Cmin2:30% ,S0Cmax2:80% ,SOCmaxl: 90% ；
[0067]■仿真時間20s代表I個小時。
[0068]系統初始狀態是:負荷為105kW，光伏總功率為60kW，此時聯絡線功率?_= -501^，微電網仿真波形如圖8a、圖Sb所示，仿真結果驗證了本實用新型所提出的并網運行協調控制策略的有效性。
[0069]如下所示是離網運行工況的初始條件:
[0070]■光照:O?3s: 700ff/m2，3?6s: 900ff/m2，6?9s: 100ff/m2，每9s循環一次；
[0071]■溫度:25Γ;
[0072]■光伏1:]\0^1'類，容量為301^八；
[0073]■光伏2:可限功率運行，容量為30kVA;
[0074]■光伏3:可限功率運行，容量為30kVA;
[0075]■儲能主電源:V/f或PQ，容量為90kVA，S0C為85% ；
[0076]■輔助儲能:PQ，容量為30kVA，S0C為60% ；
[0077]■負荷 1:0?98:容量151^，9?188:容量181^，18?278:351^，27?368:容量18欣，36 ?45s:容量 15kW;
[0078]■負荷2:0?98:容量151^，9?188:容量181^，18?278:351^，27?368:容量18欣，36 ?45s:容量 15kW;
[0079]■負荷3:0?98:容量151^，9?188:容量181^，18?278:351^，27?368:容量18欣，36 ?45s:容量 15kW;
[0080 ] ■系統仿真時間20 s代表I個小時。
[0081 ]系統初始運行時，微電源發出功率總共為60kW，負荷為45kW，微電網仿真波形如圖9a、圖9b所示，仿真結果驗證了本實用新型所提出的離運行協調控制的有效性。
[0082]以上對本實用新型所提供的一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統進行了詳細介紹，上述內容應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
【主權項】
1.一種適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統，其特征在于，包括控制層、監測層和通訊層，控制層由配電網調度系統、微電網中央控制器和底層控制器組成，監測層由電流、電壓互感器以及功率計組成，通訊層由通信端口和通信網絡組成;配電網調度系統通過通信總線向MGCC發送調節控制指令，實現電網的安全經濟運行;MGCC與并/離網控制開關通過通信總線連接，以控制微電網系統處于并網運行狀態或者離網運行狀態;MC與光伏發電系統開關、儲能裝置開關相連接，以控制光伏發電系統、儲能裝置的接入和切除;LC與負荷開關相連接，以控制負荷的接入和切除。2.根據權利要求1所述的適用于用戶側微電網的中央控制硬件系統，其特征在于:光伏發電系統由光伏電池板、光伏直流配電箱和光伏逆變器組成;儲能系統由鋰電池組和儲能變流器組成;MC與光伏逆變器連接，控制光伏發電系統的輸出功率;MC與儲能變流器連接，控制儲能裝置的輸出功率。
【文檔編號】H02J3/14GK205429755SQ201520976530
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月30日
【發明人】楊蘋, 許志榮, 鄭成立, 鄭群儒
【申請人】華南理工大學