CN107240934B - 交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法 - Google Patents

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CN107240934B CN201710461530.XA CN201710461530A CN107240934B CN 107240934 B CN107240934 B CN 107240934B CN 201710461530 A CN201710461530 A CN 201710461530A CN 107240934 B CN107240934 B CN 107240934B
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Abstract

一种交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法，将交直流混合微网分为交流区、交直潮流断面区和直流区；在交直流混合微网并网运行时依据直流区功率不平衡量的程度分为自主运行模式和交定直运行模式；在交直流混合微网离网运行时，选定多台双向AC/DC换流器中的一台为主双向AC/DC换流器，其余为从双向AC/DC换流器，依据双向AC/DC换流器接入的台数不同将运行模式分为直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式。通过对交直流混合微网的直流母线电压和交流母线频率分别进行二次调节和潮流平复，使交直流混合微网实现从交定直运行模式向直定交小功率运行模式平滑切换，使直定交大功率运行模式向自主运行模式平滑切换。本发明提高了***的电能质量。

Description

交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法
技术领域
本发明涉及一种交直流混合微网功率协调控制方法。特别是涉及一种交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法。
背景技术
随着分布式电源种类的增加和数量的增长、直流负荷的普及，配电网结构的复杂多样，交流微网难以全面满足日益增长的供用电需求，为保证新能源及可再生能源的高效消纳利用和满足用户多元化电力需求，需积极开展交直流混合微网研究。交直流混合微网可有效整合交流微网和直流微网各自优势，构成交直流互补式供能***。
交直流混合微网中接入的高密度分布式能源具有强随机性，且大电网与交流区、交流区与直流区、直流区与储能***区域间能量双向流动，势必造成微网潮流变化多样，对交直流混合微网稳定运行提出更高要求。进一步研究并网运行与离网运行模式切换过程中，交直潮流断面存在功率不能瞬间释放问题，对***造成暂态电压和电流冲击，因此研究适合的交直流混合微网多模式稳定运行和并网、离网平滑切换具有意义重大。
现有文献在这方面研究并不完善，文献张璐、唐巍发表于2016年11月20日《中国电机工程学报》第36卷第22期上的《基于VSC的交直流混合中压配电网功率–电压协调控制》一文中从优化运行层面将配电网运行分为正常和风险两种状态，利用数学模型和优化算法实现电网的经济安全运行，并未从***层面分析电压波动和功率平衡问题。文献李鹏、于晓蒙、赵波发表于2016年1月5日《中国电机工程学报》第36卷第1期上的《基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H∞鲁棒控制》一文中针对断面两侧的电压提出基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制，提高了交直流混合微电网抗击交流扰动和直流扰动的性能，研究侧重交直流断面的双向AC/DC换流器控制方法，并未考虑交直潮流断面功率双向流动。文献王盼宝、王卫发表于2015年9月5日《中国电机工程学报》第35卷第17期上的《直流微电网离网与并网运行统一控制策略》一文中设计基于直流母线电压信息的协调自治控制方案，通过非重要负载降功率运行稳定直流电压，且可根据预定控制方案在各模式间切换，实现了直流微网并、离网运行的统一控制，但文中仅说明多模式切换的逻辑实现过程，并未考虑在并、离网模式切换过程中的平滑过渡。
因此，如何提供一种能够满***直流混合微网多模式稳定运行及并网与离网平滑切换的控制方法是本领域技术人员目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种交直流混合微网根据实际运行情况调整功率流动的多模式运行协调控制方法及平滑切换方法。
本发明所采用的技术方案是：一种交直流混合微网多模式运行协调控制方法，是应用于多台双向AC/DC换流器和储能双向DC/DC换流器的多模式运行协调控制及平滑切换的方法，所述的方法包括：交直流混合微网分为交流区、交直潮流断面区和直流区；在交直流混合微网并网运行时依据直流区功率不平衡量的程度分为自主运行模式和交定直运行模式；在交直流混合微网离网运行时，选定多台双向AC/DC换流器中的一台为主双向AC/DC换流器，其余的为从双向AC/DC换流器，依据双向AC/DC换流器接入的台数不同将运行模式分为直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式。
在自主运行模式时，交直流混合微网的直流区功率不平衡量小于储能的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000021
储能双向DC/DC换流器采用定直流母线电压-限功率的控制方式维持直流母线电压恒定，多台双向AC/DC换流器处于待机状态；在交定直运行模式时，交直流混合微网直流区功率不平衡量大于等于储能的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000022
储能以充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000023
恒功率运行，多台双向AC/DC换流器采用直流电压偏差下垂控制来恒定交直流混合微网直流母线电压。
所述的自主运行模式和交定直运行模式根据设置的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000024
和直流母线电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000025
自由切换运行模式；具体是，在储能达到充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000026
时，出现直流母线电压偏差，当达到预设的电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000027
后，使多台双向AC/DC换流器启动运行，来稳定直流母线电压；当直流区功率不平衡量减小至充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000028
内，且直流母线电压偏差减小至电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000029
内，则储能从恒功率运行自动回复到定直流母线电压-限功率控制运行，多台双向AC/DC换流器退出，处于待机状态。
在直定交小功率运行模式时，交流区功率不平衡量小于主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA00013240239300000210
只有主双向AC/DC换流器采用定交流母线频率-电压控制，其余从双向AC/DC换流器处于待机状态；在直定交大功率运行模式时，交流区功率不平衡量超过主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA00013240239300000211
主双向AC/DC换流器恒功率运行，多台从双向AC/DC换流器采用频率偏差下垂控制。
所述的直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式，根据主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA00013240239300000212
和交流母线频率偏差阈值
Figure BDA00013240239300000213
自由切换运行模式，具体是：在主双向AC/DC换流器传输功率超过容量
Figure BDA00013240239300000214
时，交流母线频率出现偏差，所述的偏差达到频率偏差阈值
Figure BDA00013240239300000215
后，多台从双向AC/DC换流器启动运行，来平衡交流区功率并维持电压和频率恒定；当工况变化使得交流区频率偏差小于偏差阈值
Figure BDA00013240239300000216
时，多台从双向AC/DC换流器退出处于待机状态，主双向 AC/DC换流器从恒功率运行自动回复到定交流母线频率-电压控制运行。
一种基于交直流混合微网多模式运行协调控制方法的平滑切换方法，是通过对交直流混合微网的直流母线电压和交流母线频率分别依次进行二次调节和潮流平复，使交直流混合微网实现从交定直运行模式向直定交小功率运行模式平滑切换，使直定交大功率运行模式向自主运行模式平滑切换。
所述的二次调节是在交定直运行模式运行时，交直流混合微网检测到离网信号后，通过多台双向AC/DC换流器的控制器在检同期对直流母线电压进行二次调压，调整至电压标准值，且储能取消充放电功率限定值
Figure BDA00013240239300000217
在完成二次调节后，储能增大充放电功率保持直流区功率平衡，使多台双向AC/DC换流器上传输的功率减小至零，恢复到待机状态，此时静态开关分段，交直流混合微网平滑过渡到直定交小功率运行模式运行，储能采用定直流母线电压控制，多台双向AC/DC换流器控制交流母线频率和电压，并在多台双向AC/DC换流器的交流电流控制环节中补偿静态开关分段前流过的电流。
所述的二次调节是在直定交大功率运行模式运行时，交直流混合微网检测到并网信号后，通过多台从双向AC/DC换流器的控制器在检同期对交流母线频率进行二次调频，调整至频率标准值，并闭合静态开关；在交直流混合微网并网后，大电网平衡交流区功率，使多台双向 AC/DC换流器上传输的功率减小至零，恢复到待机状态，储能充放电功率减小且仅保持直流区功率平衡，重新设置充放电限定值后交直流混合微网完成直定交大功率运行模式向自主运行模式的平滑切换。
本发明的交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法，能够根据交直流混合微网实际运行情况调整功率流动，在保证***稳定电压和频率稳定的前提下，减小并网与离网模式切换过程中的暂态电压和电流冲击，提高了***的电能质量。本发明设置直流母线电压偏差阈值和交流母线频率偏差阈值，等价于多台双向AC/DC换流器设置闭锁区间，避免在小扰动时潮流频繁变化，提高了双向换流器传输功率的效率，减小了交直潮流断面区的功率损耗。设置储能充放电功率限制，消除了微网大功率波动时储能充放电爬坡率不足问题，同时保证了储能维持较大荷电状态，有利于离网运行时充足的剩余容量可供调配和长时运行。本发明提出的平滑切换控制方法减小了离网时直流母线电压和并网时交流母线频率的瞬间冲击，避免了多台双向AC/DC换流器转换控制策略时引起的功率突变，实现了交直流混合微网多模式平滑切换，改善了***的稳定性和动态响应。
附图说明
图1是交直流混合微网分区结构示意图；
图2是交直流混合微网模型等效拓扑电路图；
图3a是储能双向DC/DC换流器定直流电压-限功率控制曲线图；
图3b是多台双向AC/DC换流器直流电压偏差下垂控制曲线图；
图4为双向DC/DC变流器控制器结构示意图；
图5为直流电压偏差下垂控制器结构示意图；
图6a是主双向AC/DC换流器定交流频率控制曲线图；
图6b是多台从换流器交流频率偏差下垂控制曲线图；
图7是交流频率偏差下垂控制结构示意图；
图8是交直流混合微网并网与离网运行切换过程；
图9是并网模式二切换到离网模式三转换时序过程；
图10是离网模式四切换到并网模式一转换时序过程；
图11为本发明案列采用的交直流混合微网等效电路；
图12为案例从并网运行模式切换到离网运行模式的仿真结果；
图13为案例从离网运行模式切换到并网运行模式的仿真结果。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法做出详细说明。
本发明的交直流混合微网多模式运行协调控制方法，是应用于多台双向AC/DC换流器和储能双向DC/DC换流器的多模式运行协调控制及平滑切换的方法，所述的方法包括：交直流混合微网分为交流区、交直潮流断面区和直流区；在交直流混合微网并网运行时依据直流区功率不平衡量的程度分为自主运行模式和交定直运行模式；在交直流混合微网离网运行时，选定多台双向AC/DC换流器中的一台为主双向AC/DC换流器，其余的为从双向AC/DC换流器，依据双向AC/DC换流器接入的台数不同将运行模式分为直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式。
在自主运行模式时，交直流混合微网的直流区功率不平衡量小于储能的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000041
储能双向DC/DC换流器采用定直流母线电压-限功率的控制方式维持直流母线电压恒定，多台双向AC/DC换流器处于待机状态；在交定直运行模式时，交直流混合微网直流区功率不平衡量大于等于储能的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000042
储能以充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000043
恒功率运行，多台双向AC/DC换流器采用直流电压偏差下垂控制来恒定交直流混合微网直流母线电压。
所述的自主运行模式和交定直运行模式根据设置的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000044
和直流母线电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000045
自由切换运行模式；具体是，在储能达到充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000046
时，出现直流母线电压偏差，当达到预设的电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000047
后，使多台双向AC/DC换流器启动运行，来稳定直流母线电压；当直流区功率不平衡量减小且直流母线电压偏差自动减小至充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000048
时，且直流母线电压偏差减小至电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000049
内，则储能从恒功率运行自动回复到定直流母线电压-限功率控制运行，多台双向AC/DC换流器退出，处于待机状态。
交流区功率不平衡量小于主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA00013240239300000410
只有主双向AC/DC换流器采用定交流母线频率-电压控制，其余从双向AC/DC换流器处于待机状态；在直定交大功率运行模式时，交流区功率不平衡量超过主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA00013240239300000411
主双向AC/DC换流器恒功率运行，多台从双向AC/DC换流器采用频率偏差下垂控制。
所述的直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式，根据主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA00013240239300000412
和交流母线频率偏差阈值
Figure BDA00013240239300000413
自由切换运行模式，具体是：在主双向AC/DC换流器传输功率超过容量限制值
Figure BDA00013240239300000414
时，交流母线频率出现偏差，达到频率偏差阈值后多台从双向 AC/DC换流器启动运行，来平衡交流区功率并维持电压和频率恒定；当工况变化使得交流区频率偏差小于偏差阈值时，多台从双向AC/DC换流器退出处于待机状态，主双向AC/DC换流器从恒功率运行自动回复到定交流母线频率-电压控制运行。
本发明的基于交直流混合微网多模式运行协调控制方法的平滑切换方法，是通过对交直流混合微网的直流母线电压和交流母线频率依次进行二次调节和潮流平复，使交直流混合微网实现从交定直运行模式向直定交小功率运行模式平滑切换，使直定交大功率运行模式向自主运行模式平滑切换。
所述的二次调节是在交定直运行模式运行时，交直流混合微网检测到离网信号后，通过多台双向AC/DC换流器的控制器在检同期对直流母线电压进行二次调压调整至电压标准值，且储能取消充放电功率限定值
Figure BDA00013240239300000415
在完成二次调节后，储能增大充放电功率保持直流区功率平衡，使多台双向AC/DC换流器上传输的功率减小至零，恢复到待机状态，此时静态开关 STS分段，交直流混合微网平滑过渡到直定交小功率运行模式运行，储能采用定直流母线电压控制，多台双向AC/DC换流器控制交流母线频率和电压，并在多台双向AC/DC换流器的交流电流电流控制环节中补偿静态开关分段前流过的电流。
所述的二次调节是在直定交大功率运行模式运行时，交直流混合微网检测到并网信号后，通过多台从双向AC/DC换流器的控制器在检同期对并流母线频率进行二次调频，调整至频率标准值，并闭合静态开关；在交直流混合微网并网后，大电网平衡交流区功率，使多台双向 AC/DC换流器上传输的功率减小至零，恢复到待机状态，储能充放电功率减小且仅保持直流区功率平衡，重新设置充放电限定值后交直流混合微网完成直定交大功率运行模式向自主运行模式的平滑切换。
下面结合附图进一步说明本发明的交直流混合微网多模式运行协调控制及平滑切换方法。
图1为本发明所采用的交流耦合型低压交直流混合微网***结构，分为交流区、直流区和交直潮流断面区三部分。交流区包含光伏发电、风力发电、交流负荷及并网静态开关，直流区除分布式发电单元外还包括直流负荷、储能单元。交直潮流断面区由多台双向AC/DC换流器、交流侧滤波器和直流侧电容祖构成。图2为本发明一实例交直流混合微网等效模型拓扑电路，uIC,abc，iIC,abc为经过交流侧滤波器滤波后的交流三相电压和电流，uIC，iIC为经直流侧电容后的直流电压和电流，uC，iC为储能***经双向DC/DC换流器变换后输出的直流电压和电流，iB,abc，udc分别为交流母线电流和直流母线电压，所述的交直流混合微网根据静态开关的状态分为并网运行和离网运行。
1、并网运行
并网运行时大电网可等价于无限大电源，交直流混合微网交流区的电压和频率受大电网钳制，直流区域内各单元的功率变化会打破***原稳定运行时能量平衡关系，使交直流混合微网运行于不同工作模式，依据功率不平衡量的程度不同将***分为自主运行模式和交定直运行模式。所述的自主运行模式，是考虑光伏、风机等可再生能源的连续不稳定输出及负荷的随机性使得直流区功率存在实时扰动，同时考虑各微源控制器中信号的误差延时及控制精度不足，功率及直流母线电压在设定的标准值附近上下波动，当交直流混合微网的直流区功率不平衡量小于储能的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000051
时，该功率不平衡量可通过储能吸收/释放能量实现直流区自身的功率平衡及直流母线电压稳定，即多台双向AC/DC换流器根据预设电压阈值处于待机状态，储能运行采用定直流电压-限功率控制。所述交定直运行模式时，其特征是考虑大容量负荷变化及直流区微源输出功率骤变，使交直流混合微网直流区的功率不平衡量超过储能的充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000052
由于储能输出功率存在爬坡率问题，不能快速调节直流区功率波动，此时多台双向AC/DC换流器可迅速依据直流区网络的电压变化调整功率输出，通过整流和逆变平衡直流区功率从而稳定直流母线电压，即储能恒功率充放电运行，多台双向 AC/DC换流器采用直流电压偏差下垂控制。
图3a和图3b是本发明直流母线电压协调控制曲线图。其中，
图3a为储能双向DC/DC换流器定直流电压-限功率控制曲线图，根据特性曲线，并网运行时在电压调节环后设计功率限制器，限制电流环参考值
Figure BDA0001324023930000053
离网运行时取消功率限定，双向 DC/DC换流器的控制器结构如图4所示。
图3b为多台双向AC/DC换流器直流电压偏差下垂控制曲线图，图5为直流电压偏差下垂控制器结构；△udc为双向AC/DC换流器直流侧电容组电压与直流母线标准值之间实际电压偏差。 SU为逻辑选择开关，对比电压偏差实际值与电压偏差阈值，选择不同使能信号将电流直轴参考信号
Figure BDA0001324023930000061
下发给多台双向AC/DC换流器的交流电流调节环节，控制双向AC/DC换流运行于待机状态和直流下垂运行，其逻辑选择式为:
Figure BDA0001324023930000062
直流电压下垂控制与直流母线电压偏差补偿控制环节表达式为：
Figure BDA0001324023930000063
其中，RIC,i为不同双向AC/DC换流器外环下垂斜率，等价于虚拟内部阻抗，与电容组电流相乘构成输出电压前馈。
Figure BDA0001324023930000064
为电压偏差补偿，减少由储能定电压控制过渡到双向AC/DC换流器下垂控制时引起的电压偏差。由于交直潮流断面可双向传输能量，因此电压偏差方向不同， Sd为1时表示运行点电压比标准值高，双向AC/DC换流器逆变运行，反之时则表示整流运行。
2、离网运行
离网模式下，交直流混合微网中储能作为唯一稳定电源，需要承担起整个微网的功率平衡及***稳定，并保证重要交流负荷、直流负荷正常供电。微网直流区始终由储能充放电维持功率平衡及直流母线电压恒定，其并网接入点即为直流区平衡节点；交流区则需要通过交直潮流断面平抑交流区功率波动及控制交流母线频率/电压，其交流侧并网点即为交流区平衡节点。由于光伏、风机、负荷功率具有强随机性，交直潮流断面区传输的功率大小实时变化且不可精确预测，需要根据双向AC/DC换流器的功率等级进行合理分配，依据双向AC/DC 换流器接入的台数不同，在离网模式下将交直流混合微网分为直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式。所述的直定交小功率运行模式时，交流区功率不平衡量小于主双向 AC/DC换流器容量
Figure BDA0001324023930000065
只有主双向AC/DC换流器采用定交流母线频率-电压控制交流母线电压和频率，其余从双向AC/DC换流器处于待机状态。所述直定交大功率运行模式时，交流区功率不平衡量超过主双向AC/DC换流器容量
Figure BDA0001324023930000066
主双向AC/DC换流器恒功率运行，多台从双向AC/DC双向换流器采用频率偏差下垂控制，通过调节有功功率和无功功率使交流区达到功率平衡状态。
图6a和图6b是本发明交流母线频率协调控制曲线图。其中，
图6a为主双向AC/DC换流器定交流频率控制曲线图，始终控制交流区频率为
Figure BDA0001324023930000067
电压为
Figure BDA0001324023930000068
图6b为多台从双向AC/DC换流器交流频率偏差下垂控制曲线图，图7为多台从双向AC/DC换流器交流频率偏差下垂控制结构示意图。
采取交流侧滤波器上的三相电流iIC,abc和三相电压uIC,abc，计算送到交流区的有功功率和无功功率，通过一阶低通滤波器滤波后作为交流下垂控制的反馈功率，公式为：
Figure BDA0001324023930000071
Figure BDA0001324023930000072
其中：ωp为低通滤波器转折频率。并联的多台从双向AC/DC换流器对交流区不平衡功率按比例分配，交流下垂及偏差补偿表达式为：
Figure BDA0001324023930000073
Figure BDA0001324023930000074
其中：
Figure BDA0001324023930000075
分别为交流母线标准频率和标准电压值，mIC,i和nIC,i分别为不同从双向 AC/DC换流器频率下垂系数和电压下垂系数，
Figure BDA0001324023930000076
分别交流下垂有功功率和无功功率参考值，默认设置为0。
Figure BDA0001324023930000077
为频率偏差阈值，补偿主双向AC/DC换流器功率超过额定容量时产生的频率偏差。下垂环节计算输出实时电压参考值EIC和相位参考值θIC后，生成电压指令表达式为：
Figure BDA0001324023930000078
Figure BDA0001324023930000079
得到的结果通过电压调节器和电流调节器无差跟踪控制，多台从双向AC/DC换流器并行输出相同交流频率和电压。
图8为交直流混合微网并网与离网运行切换过程分析，所述方法说明并网与离网不同运行模式切换时的平滑切换过程。
1、交定直运行模式切换到直定交小功率运行模式
交定直运行模式运行时多台双向AC/DC换流器采同直流电压偏差下垂控制，直流母线电压沿着下垂曲线自然下垂，与母线标准值的差值为：
Figure BDA00013240239300000710
当微网中央控制器检测到离网切换信号后微网进入检同期，储能取消功率限制，并独自控制直流母线电压。由于电压差值的存在，直流母线电压需要二次调压调整到标准值。模拟传统电力***二次调节，可通过调整多台双向AC/DC换流器下垂曲线的参考电压值实现，其调节量大小与电压偏差量相等，调节量正负与功率传输方向有关，即逆变段下垂曲线下移△udc，右侧整流段下垂曲线上移△udc，重新得到参考电压表达式为：
Figure BDA00013240239300000711
具体参与二次调压的第i台双向AC/DC换流器调整过程如图3b所示，实线是电压偏差下垂曲线，双向AC/DC换流器i工作在整流运行点A处，分担有功功率PIC,i，各台双向AC/DC换流器输出直流母线电压均为uIC，此时微网直流母线下跌△udc，检测到离网信号后，向上平移下垂曲线，即微网中央控制器调节参考电压至
Figure BDA00013240239300000712
使得双向AC/DC换流器输出电压
Figure BDA00013240239300000713
工作在新的运行点B。
经过二次调压后直流母线电压运行于标准值，但双向AC/DC换流器i仍传输功率PIC,i，直接切换控制策略会导致功率剧烈波动。此时交直潮流断面区的功率可通过储能增大充放电功率平复，从而平衡直流区功率。储能在平复期输出功率改变值为各台双向AC/DC换流器传输的总功率，即：
Figure BDA0001324023930000081
待双向AC/DC换流器传输功率减小至零回复到待机状态，即从运行点B过渡到O点，此时静态开关分段，微网离网运行，主双向AC/DC换流器可直接切换为定交流频率-电压控制，并考虑并网运行时大电网平衡交流区的功率，即补偿离网前从静态开关流过的电流，按照各台双向AC/DC换流器的容量分配给各控制器电流调节环中电流参考值，避免交流区功率波动。并网切换到离网不同时序的具体调节过程如图9所示。
2、直定交大功率运行模式切换到自主运行模式
直定交大功率运行模式运行时储能定直流母线电压控制稳定直流区，主双向AC/DC换流器以最大功率输出，多台从双向AC/DC换流器采用交流频率偏差下垂控制，交流母线实时频率与标准频率差值为
Figure BDA0001324023930000082
当微网中央控制器检测到并网切换信号时，由于交流母线需要与大电网直接相连，因此在检同期需要二次调频恢复母线频率至标准值。直接平移多台从双向AC/DC换流器下垂曲线改变频率的参考值，更新后的频率参考表达式为：
Figure BDA0001324023930000083
离网运行时取逆变段方向为正，与并网运行时正方向相反，因此调整量Sd△fac取值为负。参与二次调频的第i台从双向AC/DC换流器调整过程如图6b所示，第i台从双向AC/DC换流器工作在逆变运行点C处，传输到交流区的有功功率为PIC,i，各台从双向AC/DC换流器下垂控制得到的频率均为fIC，下跌量均为△fac。为了使交流母线频率与大电网标准频率相等，通过调节微网中央控制器使下垂曲线向上平移至运行点D，此时fIC＝50Hz。
经二次调频后静态开关闭合，交流区平衡点从多台双向AC/DC换流器交流侧并网点转移到交直流混合微网与大电网的并网点，且大电网平滑平衡交流区功率，使得交直潮流断面区功率逐渐减小至零，即从运行点D过渡到运行点O，切换过程中大电网补偿功率总量为：
Figure BDA0001324023930000084
平滑切换完成后交直流混合微网以自主运行模式运行，多台双向AC/DC换流器处于待机状态，储能仅稳定直流区功率平衡，并重新设定功率阈值。离网切换到并网不同时序的具体调节过程如图10所示。
最后，为验证所提协调控制及平滑切换方法的有效性和可行性，根据图11所示的交直流混合微网等效电路在MATLAB/Simulink平台进行不同模式切换的仿真验证，选取直流母线电压为560V，交流母线电压为10kV，三台双向AC/DC换流器的额定容量均为250kVA，储能容量为1MWh，设置储能充放电功率限定值
Figure BDA0001324023930000085
为50kW，预设直流电压偏差阈值
Figure BDA0001324023930000086
为6V，预设交流母线频率偏差阈值
Figure BDA0001324023930000087
为0.1Hz。2种工况验证本发明提出的交直流混合微网多模式运行协调控制方法及平滑切换方法。
工况1：***并网稳定自主运行至0.5s时，直流负荷突增450kW，运行至1.1s时，交直流混合微网接收到离网信号，仿真实验结果如图12所示。
从仿真结果可以看出，当直流负荷突增时，直流母线电压出现较大跌落，三台双向AC/DC 换流器采取直流电压偏差下垂控制自动分担直流区的有功功率不平衡，并将直流母线电压稳定在540V。三台双向AC/DC换流器由于容量相同，下垂系数设置相同，***稳定后传输的有功功率均为150kW。经过0.2s的动态变化后，交直流混合微网以交定直模式运行。在1.1s 检测到离网信号后，储能取消功率限制，直接完成直流区功率的功率平衡，即平抑了交直潮流断面传输的功率，此时直流母线电压恢复到标准值560V，三台双向AC/DC换流器传输功率为零。静态开关断开后，主双向AC/DC换流器从直流区向交流区传输-100kW功率，由于在并网运行时交流区功率平衡需从大电网吸收100kW，因此离网后储能需提供功率补偿交流区功率缺额，此时***平滑切换到直定交小功率运行。
工况2：***离网稳定直定交小功率运行至2s时，交流负荷突增350kW，运行至3s时，交直流混合微网接收到并网信号，仿真实验结果如图13所示。
从仿真结果可以看出，当交流负荷突增时，交流母线频率瞬间跌落，在三台双向AC/DC 换流器同时启动频率偏差下垂控制后，双向AC/DC换流器均传输-150kW，且频率减小至49.7 Hz，储能输出有功功率增加至470kW，经过0.2s调整后，***直定交大功率运行。在3s时***检测到并网信号，交流母线频率经二次调频后恢复至50Hz，此时静态开关闭合，大电网直接平衡交流区功率，三台双向AC/DC换流器传输功率减小至零处于待机状态，完成过渡后储能输出功率减小至20kW，***平滑切换至自主运行模式。

Claims (7)

1.一种交直流混合微网多模式运行协调控制方法，其特征在于，是应用于多台双向AC/DC换流器和储能双向DC/DC换流器的多模式运行协调控制及平滑切换的方法，所述的方法包括：交直流混合微网分为交流区、交直潮流断面区和直流区；在交直流混合微网并网运行时依据直流区功率不平衡量的程度分为自主运行模式和交定直运行模式；在交直流混合微网离网运行时，选定多台双向AC/DC换流器中的一台为主双向AC/DC换流器，其余的为从双向AC/DC换流器，依据双向AC/DC换流器接入的台数不同将运行模式分为直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式，在自主运行模式时，交直流混合微网的直流区功率不平衡量小于储能的充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000011
储能双向DC/DC换流器采用定直流母线电压-限功率的控制方式维持直流母线电压恒定，多台双向AC/DC换流器处于待机状态；在交定直运行模式时，交直流混合微网直流区功率不平衡量大于等于储能的充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000012
储能以充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000013
恒功率运行，多台双向AC/DC换流器采用直流电压偏差下垂控制来恒定交直流混合微网直流母线电压。
2.根据权利要求1所述的交直流混合微网多模式运行协调控制方法，其特征在于，所述的自主运行模式和交定直运行模式根据设置的充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000014
和直流母线电压偏差阈值
Figure FDA0002233739310000015
自由切换运行模式；具体是，在储能达到充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000016
时，出现直流母线电压偏差，当达到预设的电压偏差阈值
Figure FDA0002233739310000017
后，使多台双向AC/DC换流器启动运行，来稳定直流母线电压；当直流区功率不平衡量减小至充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000018
内，且直流母线电压偏差减小至电压偏差阈值
Figure FDA0002233739310000019
内，则储能从恒功率运行自动回复到定直流母线电压-限功率控制运行，多台双向AC/DC换流器退出，处于待机状态。
3.根据权利要求1所述的交直流混合微网多模式运行协调控制方法，其特征在于，在直定交小功率运行模式时，交流区功率不平衡量小于主双向AC/DC换流器容量
Figure FDA00022337393100000110
只有主双向AC/DC换流器采用定交流母线频率-电压控制，其余从双向AC/DC换流器处于待机状态；在直定交大功率运行模式时，交流区功率不平衡量超过主双向AC/DC换流器容量
Figure FDA00022337393100000111
主双向AC/DC换流器恒功率运行，多台从双向AC/DC换流器采用频率偏差下垂控制。
4.根据权利要求3所述的交直流混合微网多模式运行协调控制方法，其特征在于，所述的直定交小功率运行模式和直定交大功率运行模式，根据主双向AC/DC换流器容量
Figure FDA00022337393100000112
和交流母线频率偏差阈值
Figure FDA00022337393100000113
自由切换运行模式，具体是：在主双向AC/DC换流器传输功率超过容量
Figure FDA00022337393100000114
时，交流母线频率出现偏差，所述的偏差达到频率偏差阈值
Figure FDA00022337393100000115
后，多台从双向AC/DC换流器启动运行，来平衡交流区功率并维持电压和频率恒定；当工况变化使得交流区频率偏差小于偏差阈值
Figure FDA00022337393100000116
时，多台从双向AC/DC换流器退出处于待机状态，主双向AC/DC换流器从恒功率运行自动回复到定交流母线频率-电压控制运行。
5.一种基于权利要求1所述的交直流混合微网多模式运行协调控制方法的平滑切换方法，其特征在于，是通过对交直流混合微网的直流母线电压和交流母线频率分别依次进行二次调节和潮流平复，使交直流混合微网实现从交定直运行模式向直定交小功率运行模式平滑切换，使直定交大功率运行模式向自主运行模式平滑切换。
6.根据权利要求5所述的基于交直流混合微网多模式运行协调控制方法的平滑切换方法，其特征在于，所述的二次调节是在交定直运行模式运行时，交直流混合微网检测到离网信号后，通过多台双向AC/DC换流器的控制器在检同期对直流母线电压进行二次调压，调整至电压标准值，且储能取消充放电功率限定值
Figure FDA0002233739310000021
在完成二次调节后，储能增大充放电功率保持直流区功率平衡，使多台双向AC/DC换流器上传输的功率减小至零，恢复到待机状态，此时静态开关分段，交直流混合微网平滑过渡到直定交小功率运行模式运行，储能采用定直流母线电压控制，多台双向AC/DC换流器控制交流母线频率和电压，并在多台双向AC/DC换流器的交流电流控制环节中补偿静态开关分段前流过的电流。
7.根据权利要求5所述的交直流混合微网多模式运行协调控制方法的平滑切换方法，其特征在于，所述的二次调节是在直定交大功率运行模式运行时，交直流混合微网检测到并网信号后，通过多台从双向AC/DC换流器的控制器在检同期对交流母线频率进行二次调频，调整至频率标准值，并闭合静态开关；在交直流混合微网并网后，大电网平衡交流区功率，使多台双向AC/DC换流器上传输的功率减小至零，恢复到待机状态，储能充放电功率减小且仅保持直流区功率平衡，重新设置充放电限定值后交直流混合微网完成直定交大功率运行模式向自主运行模式的平滑切换。
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