CN105529712B - 一种储配一体化设计微网控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储配一体化设计微网控制方法。它以分布于各微网内的储能阵列为核心控制对象，实现相连微网群的有功、无功自动平衡控制，其具体步骤为：在联网、并网状态下，通过能量管理模块计算交换功率定值并分配给各微网控制模块；各微网控制模块可在孤网状态下独立维持网内功率平衡，并与能量管理模块协同实现联网、并网状态下的各分布式发电单元的定值分配。本发明在无外网电源支持的邻近微网间通过低压和中压两级配网实现功率互济，提高了微网运行可靠性；使微网能在多种工况间不断电迁移，自动保持发电用电功率的平衡，提高电能质量，满足安全用电要求。最大化利用风、光等清洁发电资源，最小化利用油电以减少对环境的污染。
Description
技术领域
本发明属于微型配电网技术领域，具体涉及一种储配一体设计微型配电网控制方法。
背景技术
在孤立运行的微型配电网中接入分布式风力、光伏发电单元，能提高用能环保性，解决过度依赖柴油发电带来的污染和成本高企的问题。但与此同时，用户面临发电出力间歇、电能质量不高的问题。通过加入储能单元能缓解上述问题，但容易因风、光发电量或储能容量不足、储能单元出现故障导致无法向用户可靠供电，频繁启动油电单元则与降低用电成本的目的相违背，同时环境污染问题也得不到彻底解决。
在电网接入条件较好地区的配电网一般都具备连接输电网的能力，可经由配电网，利用远方电源的发电能力提高微型配电网用户的用电经济性、在配电网故障或电力供需失衡时实现功率支援、吸收配电网内过剩的电量。但国内输电网中传输电量的绝大部分仍来源于燃煤发电，碳排放量巨大。在大型输电网中高比例的接入可再生能源发电的技术尚不成熟，短期内难以实现，并不利于国家节能减排目标的早日实现。
发明内容
为克服上述技术的缺点，本发明旨在提供一种以协调外部电源及多个含风光油储的微型配电网、实现多种运行状态间不断电迁移、自动实现网间和网内发电用电功率平衡，最大化利用风、光等分布式清洁发电单元，利用储能容量实现不增加配电网改造投资的动态增容，在用户高峰用电、储能等关键元件故障情况时利用低压和中压两级互联配电网实现功率互济，提高用电可靠性、经济性、环保性的微型配电网***。
为解决上述技术问题，本发明是采用以下技术方案实现：
一种储配一体设计微型配电网控制方法，具体包括以下过程：
使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于低压（特指380-420V）部分的储配一体化设计微型配电网（以下简称微网）可以实现联网运行；反之所述微网进入孤网运行。当处于联网运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关，使联网运行的所述微网再通过中压（特指10kV）交流网与外界输电网及电源（以下简称为外网电源）相连接，则所述微网进入并网运行状态。多个处于联网或并网运行状态的微网如果通过配电网相连，则合并称为相连微网群。所述微网内储能阵列的最大放电总功率PD应不小于网内全部交流负荷的最大用电总功率PM。为减少对油电单元的利用，储能阵列存储的最大电量应不小于1个计划内外网停电周期的负荷用电量。要保证孤网条件下的长时间供电，所述微网内油电单元1个周期（如1个典型日）的发电量（额定功率PO与周期时长的乘积）不应小于该周期内负荷的用电量。同时，如果所述外网电源按预定计划主动调整出力，称为“协议内外源调整”；否则称为“协议外外源调整”。
为控制上述并网、联网或孤网运行状态下的微网，按照“就近互济、并网充电、风光储油依次调度”为目标实施全网有功平衡控制策略，将所述相连微网群的功率平衡需求实时分配到每个分布式发电元件。
能量管理模块负责所述相连微网群的有功功率互济及所述中压交流网的监控和保护，同时管理员通过其中的能量监控与显示模块观察全网运行情况，发出调度和控制指令，通过拓扑控制模块实现对全网断路开关的控制。每过Δt的时间间隔，通过能量管理模块中网控信息模块收集所述外网发电功率信息、所述相连微网群中各微网发电、用电功率信息以及网络拓扑信息。上述信息不仅通过能量监控与显示模块以数字和图形的方式向管理员展示，其结果也送入功率互济模块。
所述功率互济模块根据所述网控信息模块传入的信息，按照如下规则计算得出所述相连微网群各网的交换功率定值：
1）将并网状态先分为协议外源非调整期和多个协议外源调整期，通过所述能量监控与显示模块增减协议外源调整期及设置其起止时间、调整功率等信息：
1.1）在协议外源非调整期，对所述相连微网群中任一微网，由所述外网电源满足各微网负荷用电及所述储能阵列充电需求，风光发电功率仍优先利用，具体为：其交换功率定值PT(负值表示流入微网的功率)取-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；PC为该微网交流变压器的最大通过容量，PA等于-(PL+PR-PW)，其中PL为网内全部交流负荷实测总功率，PW为网内全部风、光出力参考值之和，PR为网内储能阵列的最大可用充电总功率（已充满的储能阵列功率应计为0）；
1.2）在协议外源调整期，当所述外网电源不足以满足全部用电、充电需求时，等比例降低各微网的交换功率；同时在调整期逐步释放功率调整量以减缓对电能质量的冲击，如果为功率向上调整（即外网电源增加供给），应在调整期内逐步减小储能阵列发出的功率；反之如果为功率向下调整（即外网电源减少供给），应在调整期内逐步增加储能阵列发出的功率，具体调整方法包括但不限于下述线性调整方法：按照时间-功率平面上（当前时刻，当前外网功率）、（调整期结束时刻，调整后功率）2点连线，在直线上取对应时刻的功率作为外网功率定值PX；如果PX大于所有微网的Gi值之和，则将PX设置为所有微网的Gi值之和，Gi为-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；对所述相连微网群中任一微网（下列以符号i表示受关注的枚举个体），其交换功率定值PT等于权重系数Wi与PX的乘积，其中Wi取Gi除以所有微网的Gi值之和；
2）在联网状态下，对所述相连微网群中任一微网，PT按照以下规则计算：
2.1）在第1次计算时，获得各微网的功率不平衡量：
2.1.1）如果连接风、光、油电单元与逆变单元的断路开关闭合，并且风、光、油电最大出力超过负荷，即PW+PO >PL+ε（ε为足够小正数）时， PT设置为0，同时设置不平衡功率辅助变量ΔP为PW+PO-PL和PC之中的较小值；
2.1.2）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风、光、油最大出力不大于负荷，即PW+PO ≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PW+PO-PL与-PC之中的较大值；
2.1.3）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率大于负荷，即PD>PL+ε时，PT设置为0，ΔP设置为PD-PL和PC之中的较小值；
2.1.4）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率不大于负荷，即PD≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PD-PL与-PC之中的较大值；
2.2）在第2次计算时，实现各微网功率不平衡量在具备互济条件的邻近微网的分配：
2.2.1）如果需向外寻求功率互济，即ΔP<-ε时，记Δ=-ΔP，读取互济队列（每个微网的互济队列并不相同，由管理员根据就近互济原则事先设置，通常按照电气距离或其它决定网损的指标按更有利于降低互济时网损的顺序排列），按照队列次序，对遍历到的任一队列中的微网，根据以下规则修改PT：
2.2.1.1）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应不大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP≤Δ时，将ΔP累加到PT，Δ设置为Δ-ΔP，ΔP设置为0；
2.2.1.2）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP>Δ时，将Δ累加到PT，Δ设置为0，ΔP设置为ΔP-Δ；
2.2.1.3）如果遍历结束并且Δ>ε，通过所述能量监控与显示模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；
3）在孤网状态下，对所述微网，PT设置为0，并进行如下计算：
3.1）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风、光、油最大出力小于负荷，即PW+PO <PL-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；
3.2）如果连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率小于负荷，即PD<PL-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；
所述功率互济模块将计算得到的所述相连微网群中各个微网的交换功率定值PT送入所述信息总线。
此外，如果处于联网或并网状态、所述外网电源未停止供电时，所述能量管理模块内的相位同步模块从所述中压交流量测单元获取交流电压的相位信号。如果所述外网电源停止供电，周边输电网停电时，所述相位同步模块利用自身产生的工频交流信号作为所述逆变单元的相位信号。该信号用于同步所述相连微网群各微网逆变单元的相位。当由所述相位同步模块产生相位信号时，以最后1次接收到来自所述外网电源的相位信号为起点，产生工频交流信号及其相位信号。
所述能量管理模块内的保护控制模块负责监测所述中压交流网及所述外网电源的各类电压、频率的异常波动，若通过所述中压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块断开连接各微网与所述中压交流网的开关，实施保护；当通过所述中压交流量测单元获得的电压、频率满足安全要求，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块闭合连接各微网与所述中压交流网的开关。
所述微网控制模块负责所述微网内部的有功和无功功率平衡，执行所述能量管理模块通过所述信息总线下发的交换功率定值和其它调度、保护指令，同时对所述低压交流网及网内储能阵列、各分布式发电单元和负荷等实现监控和保护。其中，所述功率调节模块也按Δt的周期刷新控制策略，通过交流变压容量限制模块确定交换功率增量ΔPT，步骤如下：
1）从所述信息总线获取所述微网的交换功率定值PT。如果从所述信息总线上在设定时长内检测不到PT的刷新，采用最后1次刷新值；如果在设定时长外仍检测不到PT的刷新，则立即判断所述微网进入孤网运行状态，设置PT为0；
2）输入通过所述交流变压量测单元得到的所述微网与中压交流网的实际交换功率Pt；
3）如果不超过ε：
3.1）如果实际交换功率未超过变压器容量，即，则ΔPT=0；
3.2）如果实际交换功率超过变压器容量，即，则ΔPT=，其中表示取符号函数，若括号内为负数，返回-1；若括号内为正数，返回1；若括号内为0，返回0；
4）如果超过ε：
4.1）如果实际交换功率未超过变压器容量，即，则ΔPT=PT-Pt；
4.2）如果实际交换功率超过变压器容量，即，则ΔPT=；
同时，所述功率调节模块从用电负荷量测单元取得用电功率PL，计算出实测发电需求PN=PL-Pt。则净发电需求。
将净发电需求、所述储能单元最大容量、剩余荷电量、风电、光电单元出力参考值之和送入有功控制模块，该模块按照风光、储、油调度顺序，根据如下具体规则设置所述储能阵列、风电单元、光电单元、油电单元的定值：
1）计算储、油待发功率定值；
2）如果储、油待发功率定值为正，并且所述储能单元剩余荷电量足够，即并且，则风光功率定值为，储能功率定值等于，油电功率定值等于0；
3）如果储、油待发功率定值为正，并且所述储能单元剩余荷电量不足，即并且，则：
3.1）油电功率定值等于油电单元额定功率；
3.2）如果剩余功率额大于风电、光电单元出力参考值，即，风光功率定值为，储能功率定值等于，将所述微网功率不平衡量向能量监控与显示模块告警；
3.3）如果剩余功率额小于等于风电、光电单元出力参考值，即，风光功率定值为，储能功率定值等于；
4）如果储、油待发功率定值为负，并且所述储能单元有足够容量，即并且，则风光功率定值为，储能功率定值等于，油电功率定值等于0；
5）如果储、油待发功率定值为负，并且所述储能单元没有足够容量，即并且，则：
5.1）油电功率定值等于0；
5.2）如果储、油待发功率定值与风电、光电单元出力参考值之和为负，即，则风光功率定值为0，储能功率定值等于0，将所述微网功率不平衡量向能量监控与显示模块告警；
5.3）如果储、油待发功率定值与风电、光电单元出力参考值之和不为负，即，则风光功率定值为，储能功率定值等于。
为达到交流电网中电压满足安全用电要求的目标，所述调压控制模块负责所述微网范围内及其邻近网络无功功率的精细反馈调节控制，包括但不限于下述线性控制方法。所述调压模块将电压参考值与通过低压交流量测单元采集的电压量测值的差值传入第一有界比例积分器，该比例积分器将所述无功补偿单元及储能单元所连逆变单元的最大无功容量之和作为无功出力上限，将该值的相反数作为无功出力下限，比例积分器的参数由管理员事先给定，输出无功参考值给所述功率调节模块。所述功率调节模块将转发给无功控制模块，并优先分配给所述无功补偿单元；若所述无功补偿单元容量不足，再将剩余无功需求分配给所述逆变单元。当所述逆变单元收发无功功率接近其无功功率上、下限时，通过所述能量监控与显示模块向管理员提示告警。
所述储能控制模块通过所述储能量测单元对所述储能阵列进行实时监控，接收所述有功控制模块送来的储能功率定值，根据该值设定所述逆变单元的有功功率。同时设置作为充电器使用、与储能阵列相连的D/D转换单元的功率定值等于风、光、油实测发电功率之和。如果所述信息总线上的所述相位信号在设定时长内正常刷新，则所述储能控制模块将该信号作为所述逆变单元的相位信号；反之，如果所述信息总线上的所述相位信号不能在设定时长内正常刷新，则采用最后1次接收到来自所述相位同步模块的相位信号为起点，生成工频相位信号，作为所述逆变单元的相位信号。通过储能测温单元监视所述储能阵列中各储能模块过热、过压、过充等状态，在检测到上述状态后，断开相关模块与其它模块的连接；当过热、过压、过充等状态消失后，自动恢复相关模块与其他模块的连接。
所述油电控制模块通过所述油电量测单元对油电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块送来的油电功率定值。若大于，并且所述油电单元状态正常且并未启动，则立即启动油电单元并达到额定出力；若不大于且所述油电单元已启动，则立即关闭油电单元。若所述油电单元工作状态异常(包括机械故障、缺油等)，应关闭运行中的油电单元，并通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示。
所述风光控制模块通过所述风电量测单元、所述光电量测单元对风电单元、光电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块送来的风光功率定值，计算风光功率调节系数，将所述微网内各风电、光电单元（下列以符号i表示受关注的参与枚举的风电、光电单元）根据所述风电、光电量测单元获得的功率参考值，按照设置各风电、光电单元的出力参考值，并送入与各风电、光电单元有关的A/D或D/D转换单元的控制回路。当出现风电或光电单元故障时，通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示。
所述风电、光电、油电、储能量测单元除提供实测功率数据外，还记录并向所述信息总线提供相关风电、光电、油电单元和储能阵列的最大输出（输入）功率，当配置于某个分布式发电单元、储能阵列附近的断路开关因保护等原因断开后，该发电单元或储能阵列的最大输出（输入）功率应即刻置0；若上述断开的断路开关重新闭合，相关发电单元或储能阵列的最大输出（输入）功率也应即刻恢复到其实际容量的设置。
所述微网控制模块内的保护控制模块负责监测所述低压交流网的各类电压、频率的异常波动并作出保护动作，并协调不停电检修时的***运行：
1）若通过所述低压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；
2）当监测到危险的过电压、过电流事件，则通过所述微网控制模块内的断路开关控制模块断开风电、光电、油电单元、所述逆变单元以及所述微网连接中压交流网的开关，并标记所述微网为故障状态，通过所述微网内停电保护设备和人身安全，并通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示。当故障排除后，由管理员通过所述能量监控与显示模块手动控制，先检测所述储能单元是否尚有足够电量，如果电量太少先闭合连接所述油电单元的开关，通过所述油电单元给所述储能阵列充电；待电量达到要求，闭合除故障微网连接中压交流网的开关以外被保护控制模块断开的开关，重启微网并以孤网方式运行。当中压和低压交流网的电压、电流、频率均在安全限值内达足够长时间，再闭合连接所述微网与所述中压交流网的开关，实现联网或并网运行。
3）当所述储能单元需整体不停电检修时，通过所述能量监控与显示模块，通知所述断路开关控制模块断开所述储能阵列与所述逆变单元间的断路开关，同时闭合连接风、光、油电单元与所述逆变单元的断路开关，在孤网状态下为实现平稳的状态迁移，可提前手动启动油电单元并达到额定出力；当检修结束，再通知所述断路开关控制模块闭合所述储能阵列与所述逆变单元间的断路开关，同时断开风、光、油电单元与所述逆变单元之间的开关，关闭因检修开启的油电单元。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、使微网能在多种工况间不断电迁移，自动保持发电用电功率的平衡，通过设置计划外源调整期，逐步增减外网电源的供给，减轻计划内功率调整的冲击，极大降低有计划的外网功率调整给供电质量带来的不利影响。提高了电能质量，满足了安全用电要求。
2、储能阵列能够平抑风光发电单元的间歇性，风光等清洁发电单元被置于优先出力位置，降低了弃风光机会，有利于减少排放。当储能和油电单元的容量按照本发明的建议方法配置时，储能阵列能在接入外网电源或负荷低谷用电期补充电量，并满足外网供电不足时的负荷需求；油电单元仅作为备用电源，启动后始终运行在额定功率下，节省了油料成本，减少了环境污染。
3、将多个微型配电网相连，能够在必要时实现不依赖于外网电源的功率互济，提高自主供电可靠性、最大限度减免外部电网或内部功率元件故障给用户带来的停电风险和损失。
4、当配置功率和容量足够大的储能阵列时，可成比例的提高微型配电网容纳新增负荷的能力，允许网内负荷容量大于变压器最大通过容量，使微网增容不受最初规划的变压器容量影响，极大节省配网改造投资。
5、储能阵列通过模块化配置，极大减少了因过热、过压、过流等造成整体故障的风险；采用本发明的控制策略，借助风、光、油电、外网电源以及多微网功率互济，能实现储能阵列不断电整体检修；利用储能参与实现停电故障清除后微网供电的自动恢复。
附图说明
图1为典型储配一体设计微型配电网并网结构和能量流向图。
图2为能量管理模块的控制信号流向图。
图3为微网控制模块的控制信号流向图。
图4为功率互济模块在联网状态下第2次计算交换功率定值的流程图。
图5为功率调节模块的控制信号流向图。
图6为功率调节模块计算交换功率增量的流程图。
图7为有功控制模块功率定值分配流程图。
图8为储配一体设计微型配电网无功控制信号流向图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
图1为典型储配一体设计微型配电网并网结构和能量流向图。通过闭合图1中断路开关（S2），所述微网进入联网运行；反之所述微网进入孤网运行。当处于联网运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关（S3），使联网运行的所述微网再通过所述中压交流网（12）与所述外网电源（13）相连接，则所述微网进入并网运行状态。如图1中虚线所示，多个处于联网或并网运行状态的微网可通过所述中压交流网（12）首尾相连，构成所述相连微网群。正常运行时，断路开关S4-S7、S9-S12均闭合，仅S8断开；所述储能阵列（3）整体不断电检修时，断开S7、S9，闭合S8，使风、光、油电单元得以继续向负荷供电，也可以在并网状态下断开S4进行分布式供电***的整体检修。
图2为能量管理模块的控制信号流向图。该模块负责各微网之间的有功平衡控制策略的实施，以在必要时为所述相连微网群提供功率互济的功能。每过Δt（例如0.2秒）的时间间隔，通过所述网控信息模块（15）收集外网发电功率（A4）信息、所述相连微网群中各网的“微网发电、用电功率”（A5）信息以及拓扑控制模块（25）提供的网络拓扑信息（A3）。所述外网发电功率（A4）信息由图2中所述中压交流量测单元传入所述信息总线（A1）；所述微网发电、用电功率（A5）由图3中风、光、油、储量测单元（M1-M4、M6）送入所述信息总线（A1）；所述网络拓扑信息（A3）由所述拓扑控制模块（25）合并从所述断路开关控制模块（34、38）分别传入的开关状态（A16、A21）得到。所述网控信息模块（15）将上述信息合并后传入所述能量监控与显示模块（36），以数字和图形的方式向管理员展示所述相连微网群的拓扑情况，并标注各微网的状态，同时其结果也送入图2中所述功率互济模块（16）。
所述功率互济模块（16）根据所述相连微网群中各微网所处并网、联网或孤网状态，根据不同规则计算交换功率定值（A2）：
1）在并网状态下：
1.1）如果为协议外源非调整期（指根据用户与所述外网电源供电商签订的供电协议，不在功率调整时刻附近的充足供电时段），此时图1中所述外网电源（13）的发电功率足够满足所述相连微网群的用电和充电需求。因此，所述交换功率定值（A2）为各微网内实测用电负荷功率与所述储能阵列（3）的最大充电功率之和，再扣除风、光出力参考值（该值可根据包括但不限于最大能量捕获MPPT方法求得），保证风、光出力优先利用；
1.2）如果为协议外源调整期（指根据用户与所述外网电源供电商签订的供电协议，在功率调整时刻附近的不能充足供电的时段），此时图1中所述外网电源（13）的发电功率可能不足以满足所述相连微网群的用电和充电需求。同时，所述外网电源（13）的功率调整量可能较大，容易造成电能质量下降。因此，由管理员通过所述能量监控与显示模块输入外源功率调整策略，如划定10min为调整过渡期，确定调整终止时所述外网电源（13）的期望出力（当期望出力大于所述相连微网群最大功率需求时，限制期望出力等于最大功率需求），则从当前时刻、当前外源出力出发，可依包括但不限于线性调整策略在10min内逐步完成调整，在调整期结束时刻达到期望出力，此时由所述外网电源（13）向各微网供给的发电功率也按照总出力变化等比例调整；
2）在联网状态下：
2.1）第1次计算时确定各微网的功率不平衡量。如果微网内有功功率供大于求，则标记为具有互济能力（A类）；反之，则标记为有互济需求（B类）；
2.2）在第2次计算时，实现各微网功率不平衡量在具备互济条件的邻近微网的分配，其流程图如图4所示。当发现B类微网时，读取其互济队列，该队列由管理员事先指定，由邻近微网的编号构成。设计队列的原则是：如果通过队列中靠前的微网提供功率互济，则一般网损较靠后者小。因此，按互济队列的次序，检查每个队列中的微网是否属于A类。发现1个A类微网，则该A类微网的交换功率尽可能提高，发出功率互济请求的B类微网的功率不平衡量相应减少同一水平，直到找到的A类微网使该B类微网的功率不平衡量减少到0为止。如果遍历结束仍存在功率不平衡量则告警提示管理员；
3）在孤网状态下，交互功率定值设置为0，如果仍存在网内功率供小于求的情况，告警提示管理员。
此外，所述能量管理模块内的所述相位同步模块（40）在并网或联网状态下，在所述外网电源（13）未停电时，通过所述中压交流量测单元（M10）获得外网交流电压（A22）信息，利用包括但不限于锁相环电路等技术提取电压相位信息；也可以在外网出现停电故障等情况下，生成模拟的工频交流信号及其相位信息，保证周边区域大范围停电下相连微网群的稳定运行。将获得的上述相位信号（A6）传入所述信息总线（A1），由图3的所述相位控制模块（36）捕获后，提供给所述储能控制模块（21），用于控制所述逆变单元（7）。如果所述微网接收不到发自所述相位同步模块的相位信号，则以最后1次接收到相位信号为起点，利用所述微网控制模块内的所述相位控制模块（36）产生工频交流信号作为所述逆变单元的相位信号。
所述能量管理模块内的所述保护控制模块（39）负责监测图1中所述中压交流网（12）及所述外网电源（13）的各类电压、频率的异常波动，若通过所述中压交流量测单元（M10）获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量管理模块内所述断路开关控制模块（38）断开连接各微网与所述中压交流网的开关（S2），实施保护；当通过所述中压交流量测单元（M10）获得的电压、频率满足安全要求，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块（38）闭合连接各微网与所述中压交流网的开关（S2）。
图3为微网控制模块的控制信号流向图。该模块也是本发明所述控制方法的核心模块，既能接受所述能量管理模块提供的交换功率定值（A2）并分配到具体控制模块及相关储能阵列、分布式发电单元，将相位信号（A6）信息传入所述储能控制模块（21）并控制所述逆变单元（7），也可以在接收不到上述控制信号时，实现孤网状态下的微网可靠运行。所述微网控制模块中的所述功率调节模块（19）的控制信号流向图如图5所示。该模块从所述交流变压量测单元（M9）获得实际交换功率（A7）信息，从所述用电负荷量测单元（M4）获得微网内用电功率（A8）之和，则实测发电需求（A9）等于用电功率（A8）减去实际交换功率（A7）。从所述功率互济模块（16）获得本次交换功率定值（A2），如果处于孤网运行状态或在设定时长外失去与所述能量管理模块的信息通讯，则交换功率定值（A2）置0。通过所述交流变压容量限制模块（27）比较交换功率定值（A2）和实际交换功率（A7），在考虑交流变压器（11）容量限制前提下，计算出本次交换功率增量（A10），其流程图如图6所示。将该值与实测发电需求（A9）相加，得到净发电需求（A11），并输入所述有功控制模块（22）。
所述有功控制模块（22）负责将所述净发电需求（A11）分配给所述储能阵列（3）和所述风电单元（1）、所述光电单元（2）及所述油电单元（8），其功率定值分配流程图如图7所示。当分配过程中存在功率不平衡量时，通过所述能量监控与显示模块（36）向管理员告警。
此外，所述调压控制模块（18）负责所述微网范围内及其邻近网络无功功率的精细反馈调节控制，它用电压参考值（A18）减去从所述低压交流量测单元（M8）采集并送入所述信息总线（A1）的所述低压交流网（10）的电压量测值（A19）获得电压偏差信号，通过比例积分器将电压偏差信号转换为反映无功功率需求的无功参考值（A17），并在所述无功补偿单元（9）和所述逆变单元（7）之间分配，如图8所示。首先在所述无功补偿单元（9）中分配直到满发为止；再将剩余的无功功率需求分配给所述逆变单元（7）。当所述逆变单元（7）收发无功功率接近其无功功率上、下限时，通过所述能量监控与显示模块（36）向管理员提示告警。如果所述微网内未安装无功补偿单元，则上述无功控制策略简化为仅由所述逆变单元（7）实施。
所述储能控制模块（21）通过所述储能量测单元（M3）对所述储能阵列（3）进行实时监控，接收所述有功控制模块（22）送来的储能功率定值，根据该值设定所述逆变单元（7）的有功功率参考值。同时设置作为充电器使用、与所述储能阵列（3）相连的所述D/D转换单元（31）的功率定值等于风、光、油实测发电功率之和。如果所述信息总线（A1）上的所述相位信号（A6）在设定时长内正常刷新，则所述储能控制模块（21）将该信号作为所述逆变单元（7）的相位信号；反之，如果所述信息总线（A1）上的所述相位信号（A6）不能在设定时长内正常刷新，则采用由所述相位控制模块（36）以最后1次接收到所述相位信号（A6）为起点，生成工频相位信号（A15），作为所述逆变单元（7）的相位信号。通过所述储能测温单元（M12）监视所述储能阵列（3）中各储能模块过热、过压、过充等状态，在检测到上述状态后，断开异常状态模块与其它模块的连接；当过热、过压、过充等状态消失后，自动恢复该模块与其他模块的连接。
所述油电控制模块（23）通过所述油电量测单元（M6）对油电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块（22）送来的油电功率定值。若大于，并且所述油电单元（8）状态正常且并未启动，则立即启动所述油电单元（8）并达到额定出力；若不大于且所述油电单元（8）已启动，则立即关闭所述油电单元（8）。若所述油电单元（8）工作状态异常(包括机械故障、缺油等)，应关闭运行中的所述油电单元（8），并通过所述能量监控与显示模块（36）向管理员告警提示。
所述风光控制模块（24）通过所述风电量测单元（M1）、所述光电量测单元（M2）对所述风电单元（1）、所述光电单元（2）的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块（22）送来的风光功率定值，计算风光功率调节系数，将所述微网内各风电、光电单元（下列以符号i表示受关注的参与枚举的风电、光电单元）根据所述风电、光电量测单元（M1、M2）获得的功率参考值，按照设置各风电、光电单元（1，2）的出力参考值。当出现所述风电单元（1）或所述光电单元（2）故障时，通过所述能量监控与显示模块（36）向管理员告警提示。
所述风电、光电、油电、储能量测单元（M1、M2、M3、M6）除提供实测功率数据外，还记录并向所述信息总线（A1）分别提供相关风电（1）、光电（2）、油电单元（8）和储能阵列（3）的最大输出（输入）功率，当配置于某个分布式发电单元、储能阵列附近的断路开关因保护等原因断开后，该发电单元或储能阵列的最大输出（输入）功率应即刻置0；若上述断开的断路开关重新闭合，相关发电单元或储能阵列的最大输出（输入）功率也应即刻恢复到其实际容量的设置。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (1)
1.一种储配一体化设计微网控制方法，其特征在于，具体包括以下过程：
使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于380-420V低压部分的储配一体化设计微网可以实现联网运行；反之该微网进入孤网运行；当处于联网运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关，使联网运行的所述微网再通过中压交流网与外网电源相连接，则所述微网进入并网运行状态；多个处于联网或并网运行状态的所述微网如果通过配电网相连，则合并构成相连微网群；所述微网内储能阵列的最大放电总功率PD应不小于网内全部交流负荷的最大用电总功率PM；所述储能阵列存储的最大电量应不小于1个计划内外网停电周期的负荷用电量，以减少对油电单元的利用；所述微网内油电单元1个周期的发电量不应小于该周期内负荷的用电量，以保证孤网条件下的长时间供电；同时，如果所述外网电源按预定计划主动调整出力，称为“协议内外源调整”，否则称为“协议外外源调整”；
将所述相连微网群的功率平衡需求实时分配到每个分布式发电元件，实施全网有功平衡控制策略，用以控制上述并网、联网或孤网运行状态下的微网；
能量管理模块负责所述相连微网群的有功功率互济及所述中压交流网的监控和保护，同时管理员通过其中的能量监控与显示模块观察全网运行情况，发出调度和控制指令，通过拓扑控制模块实现对全网断路开关的控制；每过Δt的时间间隔，通过能量管理模块中网控信息模块收集外网发电功率信息、所述相连微网群中各微网发电、用电功率信息以及网络拓扑信息；上述信息通过能量监控与显示模块以数字和图形的方式向管理员展示，其结果同时被送入功率互济模块；
功率互济模块根据所述网控信息模块传入的信息，按照如下规则计算得出所述相连微网群各网的交换功率定值：
1）将并网状态先分为协议内外源非调整期和多个协议内外源调整期，通过所述能量监控与显示模块增减协议内外源调整期及设置其起止时间、调整功率信息：
1.1）在协议内外源非调整期，对所述相连微网群中任一微网，由所述外网电源满足各微网负荷用电及所述储能阵列充电需求，风光发电功率仍优先利用，具体为：其交换功率定值PT取-PC和最大可吸收功率PA中的较大值，负值表示流入微网的功率；PC为该微网交流变压器的最大通过容量，PA等于=-(PL+PR-PW)，其中PL为网内全部交流负荷实测总功率，PW为网内全部风、光出力参考值之和，PR为网内储能阵列的最大可用充电总功率，已充满的储能阵列功率应计为0；
1.2）在协议内外源调整期，当所述外网电源不足以满足全部用电、充电需求时，等比例降低各微网的交换功率；同时在调整期逐步释放功率调整量以减缓对电能质量的冲击，如果为功率向上调整，应在调整期内逐步减小储能阵列发出的功率；反之如果为功率向下调整，应在调整期内逐步增加储能阵列发出的功率，具体调整方法包括下述线性调整方法：按照时间-功率平面上当前时刻的当前外网功率和调整期结束时刻的调整后功率的这2点连线，在直线上取对应时刻的功率作为外网功率定值PX；如果PX大于所有微网的Gi值之和，则将PX设置为所有微网的Gi值之和，Gi为-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；对所述相连微网群中任一微网，其交换功率定值PT等于权重系数Wi与PX的乘积，其中Wi取Gi除以所有微网的Gi值之和；以符号i表示受关注的枚举个体；
2）在联网状态下，对所述相连微网群中任一微网，PT按照以下规则计算：
2.1）在第1次计算时，获得各微网的功率不平衡量：
2.1.1）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力超过负荷，即PW+PO >PL+ε，且ε为足够小正数时， PT设置为0，同时设置不平衡功率辅助变量ΔP为PW+PO-PL和PC之中的较小值；
2.1.2）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力不大于负荷，即PW+PO ≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PW+PO-PL与-PC之中的较大值；
2.1.3）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率大于负荷，即PD>PL+ε时，PT设置为0，ΔP设置为PD-PL和PC之中的较小值；
2.1.4）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率不大于负荷，即PD≤PL+ε时，PT和ΔP均设置为PD-PL与-PC之中的较大值；
2.2）在第2次计算时，实现各微网功率不平衡量在具备互济条件的邻近微网的分配：
2.2.1）如果需向外寻求功率互济，即ΔP<-ε时，记Δ=-ΔP，读取互济队列，按照队列次序，对遍历到的任一队列中的微网，根据以下规则修改PT：
2.2.1.1）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应不大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP≤Δ时，将ΔP累加到PT，Δ设置为Δ-ΔP，ΔP设置为0；
2.2.1.2）如果遍历所及微网具备向外提供功率互济的能力，但供应大于需求时，即ΔP>ε并且ΔP>Δ时，将Δ累加到PT，Δ设置为0，ΔP设置为ΔP-Δ；
2.2.1.3）如果遍历结束并且Δ>ε，通过所述能量监控与显示模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；
3）在孤网状态下，对所述微网，PT设置为0，并进行如下计算：
3.1）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关闭合，并且风电单元、光电单元、油电单元最大出力小于负荷，即PW+PO<PL-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；
3.2）如果连接风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元的断路开关未闭合，并且所述储能阵列最大放电功率小于负荷，即PD<PL-ε时，通过所述能量管理模块显示功率不平衡告警信息，提醒管理员采取手动控制措施；
所述功率互济模块将计算得到的所述相连微网群中各个微网的交换功率定值PT送入信息总线；
此外，如果处于联网或并网状态、外网电源未停止供电时，所述能量管理模块内的相位同步模块从中压交流量测单元获取交流电压的相位信号；如果外网电源停止供电，周边输电网停电时，所述相位同步模块利用自身产生的工频交流信号作为所述逆变单元的相位信号；该信号用于同步所述相连微网群各微网逆变单元的相位；当由所述相位同步模块产生相位信号时，以最后1次接收到来自外网电源的相位信号为起点，产生工频交流信号及其相位信号；
所述能量管理模块内的保护控制模块负责监测所述中压交流网及所述外网电源的各类电压、频率的异常波动，若通过所述中压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块断开连接各微网与所述中压交流网的开关，实施保护；当通过所述中压交流量测单元获得的电压、频率满足安全要求，则通过所述能量管理模块内断路开关控制模块闭合连接各微网与所述中压交流网的开关；
微网控制模块负责所述微网内部的有功和无功功率平衡，执行所述能量管理模块通过所述信息总线下发的交换功率定值和其它调度、保护指令，同时对低压交流网及网内储能阵列、各分布式发电单元和负荷进行实现监控和保护；其中，功率调节模块按Δt的周期刷新控制策略，通过交流变压容量限制模块确定交换功率增量ΔPT，步骤如下：
1）从所述信息总线获取所述微网的交换功率定值PT；如果从所述信息总线上在设定时长内检测不到PT的刷新，采用最后1次刷新值；如果在设定时长外仍检测不到PT的刷新，则立即判断所述微网进入孤网运行状态，设置PT为0；
2）输入通过所述中压交流量测单元得到的所述微网与中压交流网的实际交换功率Pt；
3）如果|Pt - PT|不超过ε：
3.1）如果实际交换功率未超过变压器容量，即|Pt|≤PC+ε，则ΔPT=0；
3.2）如果实际交换功率超过变压器容量，即|Pt|＞PC+ε，则ΔPT=sign（Pt）×PC - Pt，其中sign表示取符号函数，若括号内为负数，返回-1；若括号内为正数，返回1；若括号内为0，返回0；
4）如果|Pt - PT|超过ε：
4.1）如果实际交换功率未超过变压器容量，即|PT|≤PC+ε，则ΔPT=PT-Pt；
4.2）如果实际交换功率超过变压器容量，即|PT|＞PC+ε，则ΔPT=sign（Pt）×PC - Pt；
同时，所述功率调节模块从用电负荷量测单元取得用电功率PL，计算出实测发电需求PN=PL-Pt；则净发电需求PΣ=PN+ΔPT；
将净发电需求、所述储能阵列最大容量EC、剩余荷电量ER、风电单元、光电单元出力参考值之和PW送入有功控制模块，所述有功控制模块模块按照风、光、储、油调度顺序，根据如下具体规则设置所述储能阵列、风电单元、光电单元、油电单元的定值：
1）计算储能阵列、油电单元待发功率定值PSO=PΣ-PW；
2）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为正，并且储能阵列剩余荷电量足够，即PSO≥-ε并且PSO×Δt+ER＞0.1EC，则风光功率定值PWS为PW，储能功率定值PSS等于PΣ，油电功率定值POS等于0；
3）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为正，并且储能阵列剩余荷电量不足，即PSO≥-ε并且PSO×Δt+ER≤0.1EC，则：
3.1）油电功率定值POS等于油电单元额定功率PO；
3.2）如果剩余功率额大于风电单元、光电单元出力参考值，即PΣ-PO＞PW+ε，风光功率定值PWS为PW，储能功率定值PSS等于PO+PW，将微网功率不平衡量PΣ-PO-PW向能量监控与显示模块告警；
3.3）如果剩余功率额小于等于风电单元、光电单元出力参考值，即PΣ-PO≤PW+ε，风光功率定值PWS为PΣ-PO，储能功率定值PSS等于PΣ；
4）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为负，并且储能阵列有足够容量，即PSO＜-ε并且-PSO×Δt≤EC-ER，则风光功率定值PWS为PW，储能功率定值PSS等于PΣ，负数表示充电功率，油电功率定值POS等于0；
5）如果储能阵列、油电单元待发功率定值为负，并且储能阵列没有足够容量，即PSO＜-ε并且-PSO×Δt＞EC-ER，则：
5.1）油电功率定值POS等于0；
5.2）如果储能阵列、油电单元待发功率定值与风电单元、光电单元出力参考值之和为负，即PSO+PW＜-ε，则风光功率定值PWs为0，储能功率定值PSS等于0，将所述微网功率不平衡量PΣ向能量监控与显示模块告警；
5.3）如果储能阵列、油电单元待发功率定值与风电单元、光电单元出力参考值之和不为负，即PSO+PW≥-ε，则风光功率定值PWs为PΣ，储能功率定值PSS等于PΣ；
调压控制模块负责所述微网范围内及其邻近网络无功功率的精细反馈调节控制，以达到交流电网中电压满足安全用电要求的目标，具体包括下述线性控制方法：所述调压控制模块将电压参考值与通过低压交流量测单元采集的电压量测值的差值传入第一有界比例积分器，该比例积分器将无功补偿单元及储能阵列所连逆变单元的最大无功容量之和作为无功出力上限，将该值的相反数作为无功出力下限，比例积分器的参数由管理员事先给定，输出无功参考值QΣ给功率调节模块；所述功率调节模块将QΣ转发给无功控制模块，并优先分配给无功补偿单元；若所述无功补偿单元容量QC不足，再将剩余无功需求QΣ-QC分配给所述逆变单元；当所述逆变单元收发无功功率接近其无功功率上、下限时，通过所述能量监控与显示模块向管理员提示告警；
储能控制模块通过储能量测单元对所述储能阵列进行实时监控，接收所述有功控制模块送来的储能功率定值PSS，根据该值设定所述逆变单元的有功功率；同时设置作为充电器使用、与储能阵列相连的D/D转换单元的功率定值等于风电单元、光电单元、油电单元实测发电功率之和；如果所述信息总线上的相位信号在设定时长内正常刷新，则所述储能控制模块将该信号作为所述逆变单元的相位信号；反之，如果所述信息总线上的相位信号不能在设定时长内正常刷新，则采用最后1次接收到来自所述相位同步模块的相位信号为起点，生成工频相位信号，作为所述逆变单元的相位信号；通过储能测温单元监视所述储能阵列中各储能模块过热、过压和过充的状态，在检测到上述状态后，断开相关模块与其它模块的连接；当过热、过压或过充状态消失后，自动恢复相关模块与其他模块的连接；
油电控制模块通过油电量测单元对油电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块送来的油电功率定值POS；若POS大于ε，并且所述油电单元状态正常且并未启动，则立即启动油电单元并达到额定出力；若POS不大于ε且所述油电单元已启动，则立即关闭油电单元；若所述油电单元工作状态异常，应关闭运行中的油电单元，并通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；
风光控制模块通过风电量测单元、光电量测单元对风电单元、光电单元的工作状态、出力情况进行监测，接收所述有功控制模块送来的风光功率定值PWS，计算风光功率调节系数FW=PWS/PW，将所述微网内各风电单元、光电单元根据所述风电量测单元、光电量测单元获得的功率参考值PWi，按照FW×PWi设置各风电单元、光电单元的出力参考值，并送入与各风电单元、光电单元有关的A/D或D/D转换单元的控制回路；当出现风电单元或光电单元故障时，通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；以符号i表示受关注的参与枚举的风电单元、光电单元；
所述风电量测单元、光电量测单元、油电量测单元、储能量测单元除提供实测功率数据外，还记录并向所述信息总线提供相关风电单元、光电单元、油电单元和储能阵列的最大输出或输入功率，当配置于某个分布式发电单元、储能阵列附近的断路开关因保护原因断开后，该发电单元或储能阵列的最大输出或输入功率应即刻置0；若上述断开的断路开关重新闭合，相关发电单元或储能阵列的最大输出或输入功率也应即刻恢复到其实际容量的设置；
微网控制模块内的保护控制模块负责监测所述低压交流网的各类电压、频率的异常波动并作出保护动作，并协调不停电检修时的***运行：
1）若通过所述低压交流量测单元获得的电压、电流、频率超过安全限值，则通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；
2）当监测到危险的过电压、过电流事件，则通过所述微网控制模块内的断路开关控制模块断开风电单元、光电单元、油电单元、逆变单元以及所述微网连接中压交流网的开关，并标记所述微网为故障状态，通过所述微网内停电保护设备和人身安全，并通过所述能量监控与显示模块向管理员告警提示；当故障排除后，由管理员通过所述能量监控与显示模块手动控制，先检测所述储能阵列是否尚有足够电量，如果电量太少先闭合连接所述油电单元的开关，通过所述油电单元给所述储能阵列充电；待电量达到要求，闭合除故障微网连接中压交流网的开关以外被保护控制模块断开的开关，重启微网并以孤网方式运行；当中压和低压交流网的电压、电流、频率均在安全限值内达足够长时间，再闭合连接所述微网与所述中压交流网的开关，实现联网或并网运行；
3）当所述储能阵列需整体不停电检修时，通过所述能量监控与显示模块，通知所述断路开关控制模块断开所述储能阵列与所述逆变单元间的断路开关，同时闭合连接风电单元、光电单元、油电单元与逆变单元的断路开关，在孤网状态下为实现平稳的状态迁移，可提前手动启动油电单元并达到额定出力；当检修结束，再通知所述断路开关控制模块闭合所述储能阵列与所述逆变单元间的断路开关，同时断开风电单元、光电单元、油电单元与所述逆变单元之间的开关，关闭因检修开启的油电单元。
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