CN102496964B - 控制微网的输出功率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制微网的输出功率的方法，包括：在第一预定时间段内采集第一分布式电源的多个输出功率值；对多个输出功率值进行平滑滤波，获得与多个输出功率值一一对应的多个有功期望值；计算多个输出功率值中的每个输出功率值与在多个有功期望值中的对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值；根据第二分布式电源的极限功率来修正多个功率控制值，以获得多个修正功率控制值；根据第二分布式电源的荷电状态来确定第二分布式电源是否能够被充电和/或放电；在第二预定时间段内根据多个修正功率控制值和确定第二分布式电源是否能够被充电和/或放电的结果，控制第二分布式电源进行充电或放电。该方法可以有效抑制输出功率的波动。
Description
技术领域
本发明涉及电网领域。更具体地讲，本发明涉及一种微网输出功率控制方法。
背景技术
随着常规能源的逐渐枯竭以及日益严重的环境污染，可再生能源以及分布式发电技术近年来在世界范围内得到了越来越多的重视和发展。目前，分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接到配电***的小型发电***。目前已有的研究和实践已表明，将分布式发电供能***以微型电网(MicroGrid，下面简称微网)的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能***效能的最有效方式。
作为分布式发电的重要组成形式之一，微网通常由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷、监控***、保护***、电力传输设备等汇集而成的小型发配电***，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治***。因为微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行***，也可以独立地为当地负荷提供电力需求，其灵活运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性；同时，微网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对传统电网的影响。此外，微网将分散的、不同类型的小型发电源(分布式电源)组合起来供电，能够使小型电源获得更高的利用效率。在大电网正常状态下，微网需要长期稳定运行；而在大电网受到干扰时，微网必须快速脱离大电网，进入并保持于孤岛运行状态，待大电网故障排除后重新自动并网运行。上述功能被概括为：削峰填谷、功率平滑、模式切换等。实现这些功能所需的控制方式是微网技术的难点，各国研究团队正不断开发更优的控制方法和硬件组成。
诸如风力发电、光伏发电的可再生能源的输出功率具有很强的间歇性，随机性，功率曲线波动剧烈，从而导致微网的输出功率也随之波动。因此在微网的***控制中，对可再生能源输出功率曲线的平滑是最重要的控制目的之一。
图1示出一种现有的微网拓扑结构。
如图1所示，微网包括分布式电源101、微网负荷103。
分布式电源101、微网负荷103接入母线BUS1。母线BUS1一般为低压交流母线，电压通常在220V～35KV之间，通过变压器104与母线BUS2相连。母线BUS2一般为高压交流母线，可视为大电网，电压通常在10KV～220KV之间。
分布式电源101为输出功率曲线波动剧烈的电源(例如，风力发电、光伏发电的可再生能源)。为了消除分布式电源101的功率波动，通常采用滤波电路来滤除分布式电源101的功率曲线的短期突变量。
然而上述微网输出功率控制方法存在如下问题：整体响应速度慢(达不到秒级)，不适合实际工程应用；仅能在直流***中进行直流功率平滑控制，而不能在交流***中进行，故而难以适应交流微网***；与多种可再生能源发电配合效果差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微网输出功率控制方法，从而有效降低微网的输出功率的波动。
本发明一方面提供一种控制微网的输出功率的方法，其中，微网包括第一分布式电源和第二分布式电源，所述方法包括：(a)在第一预定时间段内采集第一分布式电源的多个输出功率值；(b)对所述多个输出功率值进行平滑滤波，获得与所述多个输出功率值一一对应的多个有功期望值；(c)计算所述多个输出功率值中的每个输出功率值与在所述多个有功期望值中的对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值；(d)根据第二分布式电源的极限功率来修正所述多个功率控制值，以获得多个修正功率控制值；(e)根据第二分布式电源的荷电状态来确定第二分布式电源是否能够被充电和/或放电；(f)在第二预定时间段内根据所述多个修正功率控制值和确定第二分布式电源是否能够被充电和/或放电的结果，控制第二分布式电源进行充电或放电。
可选地，在第二分布式电源能够充电，并且修正功率控制值大于零时，对第二分布式电源进行充电，并且充电功率为该修正功率控制值。
可选地，在第二分布式电源能够放电，并且修正功率控制值小于零时，对第二分布式电源进行放电，并且放电功率为该修正功率控制值。
可选地，步骤(d)包括：当功率控制值大于第二分布式电源的最大充电功率值时，将功率控制值修正为所述最大充电功率值；当功率控制值小于第二分布式电源的最大放电功率值时，将该功率控制值修正为所述最大放电功率值；在其他情况下，功率控制值不变。
可选地，步骤(e)包括：当第二分布式电源的荷电状态大于第一阈值时，确定第二分布式电源仅能够进行放电；当第二分布式电源的荷电状态小于第二阈值时，确定第二分布式电源仅能够进行充电；当第二分布式电源的荷电状态小于等于第一阈值并且大于等于第二阈值时，确定第二分布式电源能够进行充电和放电。
可选地，在步骤(f)中，在根据一个修正功率控制值和所述结果控制第二分布式电源进行放电或充电时，在达到下一个修正功率控制值的时序之前，保持放电功率或充电功率不变。
可选地，当在第二预定时间段内执行步骤(f)的同时，执行步骤(a)。
可选地，第二预定时间段在第一预定时间段之后。
可选地，当需要以预定时长为单位来控制微网的输出功率时，第一预定时间段和第二预定时间段的长度小于所述预定时长的二分之一。
可选地，第二分布式电源为储能元件。
可选地，所述储能元件为超级电容器或飞轮储能器。
根据本发明的微网输出功率控制方法可以有效地抑制微网输出功率的波动。此外，根据本发明的微网输出功率控制方法可以极大地延迟所使用的储能元件的寿命。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出一种现有的微网拓扑结构；
图2示出根据本发明的微网拓扑结构；
图3示出根据本发明的微网输出功率控制方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图更充分地描述本发明的示例性实施例，示例性实施例在附图中示出。然而，可以以许多不同的形式实施示例性实施例，并且本发明不应被解释为局限于在此阐述的示例性实施例。相反，提供这些实施例从而本公开将会彻底和完整，并将完全地将示例性实施例的范围传达给本领域的技术人员。
图2示出根据本发明的微网拓扑结构。
如图2所示，微网包括第一分布式电源101、第二分布式电源102、微网负荷103。可以看到，与图1所示的微网拓扑结构相比，根据本发明的微网还包括第二分布式电源102。
第一分布式电源101为输出功率波动较剧烈的电源(例如，风力发电、光伏发电等可再生能源)。第二分布式电源102为储能元件(例如，超级电容器、飞轮储能器)。
第一分布式电源101、第二分布式电源102、微网负荷103接入母线BUS1。母线BUS1通过变压器104与母线BUS2相连从而接入大电网。大电网是指具有比微网的电压高的电压的电网。
图3示出根据本发明的微网输出功率控制方法的流程图。
在步骤301，在预定时间段T1内以预定频率采集第一分布式电源101的多个输出功率值P1。应该理解，该预定频率可被理解为恒定频率或变化的频率。
在步骤302，对在步骤301采集的多个输出功率值进行平滑滤波，获得与所述多个输出功率值一一对应的多个有功期望值P2。
在步骤303，计算所述多个输出功率值中的每个输出功率值与对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值P3。
在步骤304，根据第二分布式电源102的极限功率来修正所述多个功率控制值P3，获得多个修正功率控制值P4。
具体地说，当功率控制值P3大于最大充电功率值(为正值)时，将该功率控制值修正为所述最大充电功率值；当功率控制值P3小于最大放电功率值(为负值)时，将该功率控制值修正为所述最大放电功率值；在其他情况下，功率控制值P3不变。
当修正功率控制值P4为正值时，表示对第二分布式电源102进行充电，并且充电功率为该功率控制值。当修正功率控制值P4为负值时，表示对第二分布式电源102进行放电，并且放电功率为该功率控制值。当修正功率控制值P4为零时，对第二分布式电源102既不充电也不放电。
在步骤305，根据第二分布式电源102的荷电状态(SOC)来确定第二分布式电源102开放了充电态和放电态中的哪些状态。
充电态表示能够对第二分布式电源102进行充电。放电态表示能够对第二分布式电源102进行放电。
当第二分布式电源102的荷电状态大于第一阈值时，表示第二分布式电源102仅开放了放电态，只能够进行放电。
当第二分布式电源102的荷电状态小于第二阈值时，表示第二分布式电源102仅开放了充电态，只能够进行充电。
当第二分布式电源102的荷电状态小于等于第一阈值并且大于等于第二阈值时，表示第二分布式电源102开放了充电态和放电态，能够进行充电和放电。
应该理解，第一阈值大于第二阈值。
在步骤306，在预定时间段T1之后的下一预定时间段T2内，按照所述多个修正功率控制值P4的时序，根据所述多个修正功率控制值P4和确定的状态，控制第二分布式电源102进行充电或放电。
根据前面对功率控制值和状态的描述可知：在第二分布式电源102开放了充电态，并且修正功率控制值P4大于零时，控制第二分布式电源102进行充电，并且控制第二分布式电源102的输入功率为所述修正功率控制值P4；在第二分布式电源102开放了放电态，并且修正功率控制值P4小于零时，控制第二分布式电源102进行放电，并且控制第二分布式电源102的输出功率为所述修正功率控制值P4。
应该理解，每个修正功率控制值P4的时序即为与之对应的在步骤301采集的输出功率值P1的时序。此外，还应理解，在根据一个修正功率控制值P4控制第二分布式电源102进行放电或充电时，在达到下一个修正功率控制值P4的时序之前，放电或充电功率保持不变。
当需要在多个预定时间段内进行输出功率控制时，当在所述下一预定时间段T2内执行步骤306的同时，可同时在所述下一预定时间段T2内执行步骤301，从而在预定时间段T2之后的下一预定时间段T3控制第二分布式电源102进行充放电。这样，针对每个预定时间段重复执行步骤301-306来对输出功率进行控制。
此外，可能存在需要以预定时长(也可称为评估周期，例如，0.5分钟到5分钟)为周期来对第一分布式电源101的输出功率进行平滑(即，以所述预定时长为单位，抑制第一分布式电源101的输出功率的突变)的情况，此时上述预定时间段(也可称为控制周期)的长度应小于所述预定时长的二分之一。
根据本发明的功率控制方法，尽管输出功率的控制有一定的滞后性，但控制周期仅是评估周期中的一个部分(例如，在两个相邻的控制周期内的输出功率都处于上升突变)，因此在整体上仍然可以实现功率的有效平滑。
优选地，评估周期的长度为控制周期的长度的整数倍。
在本发明中，由于根据储能元件的荷电状态而主动开放充电态和放电态，在充电态下只能吸收功率，在放电态下只能发出功率，因此使储能元件工作于性能更佳的区间，而且不会频繁的在充放电之间切换，从而延长了储能元件的寿命。例如，在对含有200kW×10s的超级电容器与500kW太阳能光伏发电的微网***中测试中，当控制周期为1秒，评估周期为60秒时，最大延长了超级电容器寿命30倍。
优选地，根据本发明的第二分布式电源102为超级电容器或飞轮储能器，与其他类型的储能元件相比，超级电容器和飞轮储能器具有瞬时功率大，充放电时间短的优点。在现有技术中，超级电容器、飞轮储能器通过设置功率控制器和/或逆变器可以实现直流或交流电能的充放电，并且可以控制充放功率的大小。
根据本发明的微网输出功率控制方法可以有效地抑制微网输出功率的波动，并且能够延迟所使用的储能元件的寿命。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (9)
1.一种控制微网的输出功率的方法，其中，微网包括第一分布式电源和第二分布式电源，所述方法包括：
(a)在第一预定时间段内以恒定频率或变化的频率采集第一分布式电源的多个输出功率值；
(b)对所述多个输出功率值进行平滑滤波，获得与所述多个输出功率值一一对应的多个有功期望值；
(c)计算所述多个输出功率值中的每个输出功率值与在所述多个有功期望值中的对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值；
(d)根据第二分布式电源的极限功率来修正所述多个功率控制值，以获得多个修正功率控制值；
(e)根据第二分布式电源的荷电状态来确定第二分布式电源是否能够被充电和/或放电；
(f)在第二预定时间段内根据所述多个修正功率控制值和确定第二分布式电源是否能够被充电和/或放电的结果，控制第二分布式电源进行充电或放电，
其中，第二预定时间段在第一预定时间段之后，
其中，步骤(d)包括：
当功率控制值大于第二分布式电源的最大充电功率值时，将功率控制值修正为所述最大充电功率值，
当功率控制值小于第二分布式电源的最大放电功率值时，将该功率控制值修正为所述最大放电功率值，
在其他情况下，功率控制值不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二分布式电源能够充电，并且修正功率控制值大于零时，对第二分布式电源进行充电，并且充电功率为该修正功率控制值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二分布式电源能够放电，并且修正功率控制值小于零时，对第二分布式电源进行放电，并且放电功率为该修正功率控制值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(e)包括：
当第二分布式电源的荷电状态大于第一阈值时，确定第二分布式电源仅能够进行放电；
当第二分布式电源的荷电状态小于第二阈值时，确定第二分布式电源仅能够进行充电；
当第二分布式电源的荷电状态小于等于第一阈值并且大于等于第二阈值时，确定第二分布式电源能够进行充电和放电。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(f)中，在根据一个修正功率控制值和所述结果控制第二分布式电源进行放电或充电时，在达到下一个修正功率控制值的时序之前，保持放电功率或充电功率不变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，当在第二预定时间段内执行步骤(f)的同时，执行步骤(a)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，当需要以预定时长为单位来控制微网的输出功率时，第一预定时间段和第二预定时间段的长度小于所述预定时长的二分之一。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，第二分布式电源为储能元件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述储能元件为超级电容器或飞轮储能器。
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