[發明專利]一種構建自治型可重構微網群系統的運行控制策略有效
| 申請號: | 201810744102.2 | 申請日: | 2018-07-09 |
| 公開(公告)號: | CN110011298B | 公開(公告)日: | 2022-12-27 |
| 發明(設計)人: | 劉一琦 | 申請(專利權)人: | 東北林業大學 |
| 主分類號: | H02J3/00 | 分類號: | H02J3/00 |
| 代理公司: | 哈爾濱奧博專利代理事務所(普通合伙) 23220 | 代理人: | 葉以方 |
| 地址: | 150040 黑龍*** | 國省代碼: | 黑龍江;23 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 構建 自治 型可重構微網 群系 運行 控制 策略 | ||
1.一種構建自治型可重構微網群系統的運行控制策略,其特征在于,包括如下步驟:
1)針對微網大規模接入的多微網群系統,通過結合分層控制結構采用VSG控制技術整理微網層的外特性,此控制結構用于實現微網群系統的自治;
2)針對含多個微網群的配電系統,提出引入SNOP技術解決復雜系統能量互供互濟和組態重構的問題,避免系統由于不確定性因素過多而引起的波動問題;提出新型的下垂控制策略,僅需要基于局部信息對斜率修正系數進行調整,便可通過SNOP實現分散式控制,簡化其控制結構;
3)分析多微網群系統的經濟效益問題,通過對配網自律空間計劃運行方案的制定,提出利用SNOP裝置優化微網群自治運行區間提升系統的運行的可靠性和經濟性;
選用二階經典模型,同時建立逆變器與同步發電機機電模型的對應關系:
式中,Mf為互感系數,if為勵磁電流,θ為轉子角度;
式中,Tm為機械轉矩,Te為電磁轉矩,ω為實際電氣角速度,ωref為額定電角速度,θ1為電角度,D為阻尼系數,J為同步發電機的轉動慣量;
當負荷在可再生能源機組調節范圍之內時,負荷優先由可再生能源機組分擔,根據各機組的綜合發電成本確定VSG的有功出力目標函數及下垂系數,使各個機組合理分配有功出力,同時設置大的轉動慣量來減緩微網的頻率變化;當負荷超出可再生能源機組的調節范圍時,多余的能量由儲能機組補償或吸收,儲能機組應設置小的轉動慣量來使頻率迅速恢復至電網頻率允許偏差范圍之內;
結合分層控制結構設計微網VSG運行控制:首先,分析微網VSG控制的有功調節,根據機械轉矩的計算調節有功功率輸出,并且考慮電網中受不確定因素影響產生的頻率波動偏差,因此對偏差指令進行校正,用于提高并網逆變器對頻率波動抑制的能力;其次,確定無功調節部分的虛擬電勢來調節機端電壓和無功功率兩個控制量,虛擬電勢由空載電勢、無功調節部分電勢和機端電壓調節部分電勢組成,通過上述三部分電勢的動態調節可以分別實現對無功功率的跟蹤補償和配電網電壓偏差的調節;
由于系統中參數的攝動會對控制系統有一定的穩定影響,因此首先選取虛擬同步發電機的同步電感和電阻參數作為攝動量,建立VSG控制系統的小信號模型,通過傳遞函數方程和穩定性分析原理分析參數在合理范圍內變化對控制系統的極點走勢的影響,如參數變化影響到系統的穩定性需要進一步設計系統參數,給定參數取值范圍,保證系統穩定運行;最后對系統中阻尼和慣量參數進行整定,以確保有效應對并網系統的不確定性因素影響;
采用智能軟開關SNOP技術,實現系統的重構,結合下垂系數調節方法對能量分配的控制問題進行解決,提高微網群系統整體的穩定運行,具體方案如下:
(1)明確兩個微網群之間的耦合和隔離情況
第一步,定義第i個微網群的頻率范圍,公式如下所示:
fMGs-ifmin+λ(fmax-fmin) (5)
第二步,確定第i個微網群的容量范圍,公式如下所示:
假設λ=0.1時,必須保證微網群i中未使用的容量大于微網群i總容量的10%,否則定義其過負荷運行,此時,控制器向SNOP發出指令停止兩個微網群之間的能量傳輸,避免過負荷引起另一個微網群的容量不足;
第三步,在前兩個步驟基礎上結合基于VSG控制技術整理微網層對微網群的統一外特性,計算微網群n的等效的下垂系數mMGs-i,最終確定微網群n的頻率范圍;
第四步,當SNOP處于導通狀態,兩個微網群形成了相互耦合的系統,功率經SNOP雙向流動,當SNOP上流經過的功率滿足式(8)時,則表明微網群i獲得了從另一個微網群輸送的能量;反之,則表明不再需求功率的傳輸,兩個微網群可以處于隔離狀態;
(2)采用分散式控制的多微網群系統運行模式
運行模式的目的是解決相鄰微網群之間功率級的能量分配問題,在多微網群系統的分散式控制中包含三種運行模式,具體如下:
1)互聯互供模式
在微網群系統中,與SNOP鄰近的兩個網群形成聯接互供狀態,則要求具有冗余容量的網群向其余要求提供能量的網群輸送能量,實現這一模式的運行首先要定義功率分配比例與微網群的等效下垂參數成反比,再根據兩不同微網群的下垂參數定義其斜率修正系數,最后推導出聯接互供模式下的下垂修正系數如下式所示:
2)消除暫態沖擊模式
SNOP在運行過程中主要作用是實現功率互動的控制,準確切換系統運行模式,通過恰當的斜率修正系數調整功率分配容量的大小,同時還要考慮調節過程中SNOP支路的功率損耗,如果將其降低到接近0時會有效的避免微分項引起的暫態跳變;當系統中微網群i的發電量大于負荷容量時,通過公式(8)進行判斷,切換到分散式控制系統中的模式2),提高下垂系數,減低發電量,同時通過調節斜率修正系數逐漸的降低PSNOP直至損耗接近于0;此時斜率修正系數如下所示:
3)網群隔離模式
當PSNOP控制到0時,SNOP切換到斷開狀態,此時在沒有暫態沖擊的情況下實現兩個微網群之間隔離,此時斜率修正系數為1;
(3)計算斜率修正系數
斜率修正系數λ是通過單一方向低帶寬通訊系統去調節微網群系統控制的下垂系數,根據上述系統運行模式確定SNOP開斷狀態,針對不同模式分別計算其斜率修正系數,最終將其發送到每個微網群過負荷運行的子微網中,實現系統穩定可靠控制;
構建可重構微網群系統的自律空間優化模型:為了構建含微網群配電系統的自律性空間運行計劃優化模型,首先要確定系統的優化背景和優化角度,然后對其進行深入分析,其具體步驟為:
1)在典型日內,根據各微網群和區域負荷的歷史信息,按照功率-時間特性劃分具有代表性的時間場景;各微網群根據自身特性上報各時間場景下日發用電預測區間;假設微網群i上報的場景△t內預測運行區間為A=[Pai,Pbi],實際運行區間為A'=[Pa'i,Pb'i],兩區間加急部分的持續時間為△t',區間置信度為α;
Ai為微網群i的置信度考核結果;
式中,m和n分別代表日數和每日場景數;在配網可分配資源有限時,配電系統根據各微網群的置信度考核結果對各微網群發用電權力進行排序;
2)配電管理系統根據各微網群運行狀態、系統各節點的電壓幅值、支路饋線間SNOP的開關狀態、SNOP傳輸的有功功率和發出的無功功率,預估配電網可分配的有功區間;
3)配電系統根據各微網群預測運行區間、置信度評估結果及預估的配電網可分配有功區間制定并下發自律性空間計劃,Pi微網群i的凈發電訴求,Pi,j為微網群i期望與微網群j交換的功率,線路損耗功率為PZ,SNOP的傳輸功率為PSNOP;微網群間交換功率為:
若P1,2=P2,1,則雙方期望目標無沖突;通過SNOP調節的微網群之間的交換功率,使得微網群在更大范圍內按自治方式運行;
若P1,2≠P2,1,則優化目標為:
式中,Pg1,2=[P1,2,P2,1],F為不一致程度函數;
優化模型為:
式中,Gn(X)=0為潮流方程約束,Hn(X)=0為控制變量及函數的不等式約束條件,ε∈[εmin,εmax]為目標滿意閾值區間。
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