CN104078971A - 一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法，其子网结构包括传统负荷、弹性负荷、蓄电池等储能设备、三个独立的单相双向逆变器、光伏电池等微电源、子网电能优化控制器、直流线路。通过控制三个单相双向逆变器输出功率，以及对各相弹性负荷的调节，控制子网各相用电功率，一方面克服传统负荷及风力发电机、光伏电池等微电源的扰动，实现子网各相用电功率的分时恒定及互等，以满足上级微电网对子网的调度要求，实现子网的三相平衡；另一方面以实时电价、燃料价格等为依据，智能选择最优控制律，实现子网用电成本的优化。

Description

一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法

技术领域

本发明涉及微电网***，特别涉及一种可供上级微电网调度的、可优化自身用电成本、实现三相平衡的三相微电网子网结构及控制方法。

背景技术

微电网是智能配电网重要的组成部分，微电网集成了微电源、分布式储能、弹性负荷等微资源，构成电能发配用自治***。然而，由于风力发电、光伏发电等可再生电源的高度随机性，传统负荷、燃料电池等清洁电源的不确定性，以及弹性负荷的可控可调，使得微电网成为公共电网中的不确定负载，对公共电网的稳定与优化带来巨大的冲击。

目前的微电网研究一般以微电网用电成本作为优化目标，只考虑微电网自身的性能，缺少与公共电网的交互，使得微电网对于公共电网而言仍是不确定的。

另一方面，三相不平衡不但会增大线路损耗，降低电力***设备的效率，还会造成电压质量下降，危及用电安全。由于微电网各相实际接入的弹性负荷、微电源并不相同，它们的随机性及不确定性使得微电网的三相不平衡问题进一步凸显。

目前的微电网研究要么仅考虑单相微电网的优化，忽略了优化效果对其它两相的影响，要么认为所有的负荷、微电源、储能设备均是三相的，以三相平衡为前提假设，来研究三相微电网的优化方法。缺少解决微电网三相不平衡问题的技术方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法。一方面，利用弹性负荷、储能设备、微电源进行功率互补，实现微电网子网各相用电功率的分时恒定及互等，以满足上级微电网对子网的调度要求，同时实现子网的三相平衡；另一方面，以实时电价、燃料价格等为依据，智能选择最优控制律，实现子网用电成本的优化。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法，其子网结构包括传统负荷、弹性负荷、蓄电池等储能设备、三个位于各相的独立的单相双向逆变器、光伏电池等微电源、子网电能优化控制器、直流线路。其特征在于：所述微电网子网各相用电功率在子网电能优化控制器的控制下可实现分时恒定及互等，实现子网三相平衡及子网用电成本的优化。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：通过分别控制三个单相双向逆变器输出功率，以及对各相弹性负荷的调节，实现对子网各相用电功率的分别控制。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：子网电能优化控制器可根据上级微电网对子网的调度要求，通过控制子网各相的用电功率并令其相互相等，实现子网三相用电功率的分时恒定，实现子网三相平衡。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：无需子网并网的物理开关，子网电能优化控制器通过控制子网三相用电功率大小，实现子网的三种状态，即微电网向子网供电状态、子网向微电网馈电状态、子网孤网状态。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：三个单相双向逆变器、微电源、储能设备通过直流线路相连接，通过控制三个单相双向逆变器输出功率和微电源输出功率，控制储能设备充放电功率。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：根据实时电价、燃料成本、储能设备剩余电量，通过调节弹性负荷，以及控制双向逆变器输出功率、微电源输出功率，实现子网用电成本的优化。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：微电源可根据子网用电成本优化情况而自由增加或删减。

所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：子网电能优化控制器可通过通信网络与上级微电网调度***进行连接。

本发明的优点和积极效果是：

本发明提供了一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法，将多种类型的微电源、储能设备等统一与三个单相双向逆变器进行直流连接，并与负荷相并联，构成输出功率分时恒定的微电网子网***，大幅简化上级微电网的调度优化难度；分别控制子网各相用电功率并令其相互相等，实现子网三相平衡，大幅提高微电网的安全稳定性；微电网子网通过内部调节，实现子网用电成本的优化。本发明无需对现有电力线路进行升级改造，微电源可自由增减，有利于微电网的组网设计、控制、维护扩容。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的微电网子网结构及控制方法示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的微电网子网结构及控制方法示意图，包括传统负荷、弹性负荷、储能设备、三个单相双向逆变器、微电源、子网电能优化控制器、直流线路；所述双向逆变器、微电源、储能设备通过直流线路相连接，微电源及储能设备可根据实际自由增减；所述三个单相双向逆变器分别与各相负荷直接并联。

所述子网电能优化控制器通过通信网络与上级微电网调度***连接，接收弹性负荷的用电功率及运行时间的申请；通过功率采样电路检测传统负荷用电功率；通过内部算法计算出储能设备剩余电量，以及风力发电机、光伏电池等微电源的最大发电功率。

所述子网电能优化控制器以上级微电网调度***的调度要求、子网各相用电功率互等、子网安全运行作为优化控制的约束条件，根据实时电价、燃料价格等信息对子网进行优化，构建优化目标函数如下：

$J\left(k\right)=\underset{i=k}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}U(\mathrm{Price}\left(i\right),C_{\mathrm{Fuel}},u\left(i\right),x\left(i\right))$

其中，k为离散阶段；U(·)代表用电成本；Price(i)为实时电价，C_Fuel为单位燃料价格；u(i)是控制策略向量，包括三个单相双向逆变器、弹性负荷及微电源控制策略；x(i)是储能设备剩余电量。

所述子网电能优化控制器根据所述优化模型，采用自适应动态规划算法进行子网内部优化，具体步骤包括：

1)初始化优化目标函数J₀(k)，定义迭代阶段l＝0，1，2，…，给定储能设备剩余电量，给定计算精度；

2)控制策略与优化目标函数根据下式进行迭代更新：

$u_{l+1}\left(k\right)=\underset{u\left(k\right)}{\arg \min }\{U(\mathrm{Price}\left(k\right),C_{\mathrm{Fuel}},u\left(k\right),x\left(k\right))+J_l(k+1)\}$

J_l+1(k)＝U(Price(k)，C_Fuel，u_l+1(k)，x(k))+J_l(k+1)

3)迭代结束条件为：||J_l+1(k)-J_l(k)||＜ε。

通过上述优化算法，子网电能优化控制器可计算出三个单相双向逆变器、弹性负荷及微电源优化控制策略，实现子网在用电功率分时恒定、三相平衡条件下的用电成本优化控制。

Claims (8)

1.一种微电网三相平衡及电能优化的子网结构及控制方法，其子网结构包括传统负荷、弹性负荷、蓄电池等储能设备、三个位于各相的独立的单相双向逆变器、光伏电池等微电源、子网电能优化控制器、直流线路，其特征在于：所述微电网子网各相用电功率在子网电能优化控制器的控制下可实现分时恒定及互等，实现子网三相平衡及子网用电成本的优化。

2.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：通过分别控制三个单相双向逆变器输出功率，以及对各相弹性负荷的调节，实现对子网各相用电功率的分别控制。

3.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：子网电能优化控制器可根据上级微电网对子网的调度要求，通过控制子网各相的用电功率并令其相互相等，实现子网三相用电功率的分时恒定，实现子网三相平衡。

4.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：无需子网并网的物理开关，子网电能优化控制器通过控制子网三相用电功率大小，实现子网的三种状态，即微电网向子网供电状态、子网向微电网馈电状态、子网孤网状态。

5.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：三个单相双向逆变器、微电源、储能设备通过直流线路相连接，通过控制三个单相双向逆变器输出功率和微电源输出功率，控制储能设备充放电功率。

6.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：根据实时电价、燃料成本、储能设备剩余电量，通过调节弹性负荷，以及控制双向逆变器输出功率、微电源输出功率，实现子网用电成本的优化。

7.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：微电源可根据子网用电成本优化情况而自由增加或删减。

8.根据权利要求1所述的微电网子网结构及控制方法，其特征在于：子网电能优化控制器可通过通信网络与上级微电网调度***进行连接。