一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，基于微電網(wǎng)規(guī)劃軟件的規(guī)劃結果在PSCAD/EMTDC仿真軟件中進行微電網(wǎng)模型搭建，通過微電網(wǎng)全過程暫態(tài)仿真方法完成微電網(wǎng)各種工況下的暫態(tài)仿真，利用所提出的方法對仿真結果進行數(shù)據(jù)分析和波形分析，判斷出在該配置下的微電網(wǎng)運行特性并對微電源容量進行反饋校正，并且根據(jù)分析結果對微電網(wǎng)的設備配置提出改進方案，得到可靠穩(wěn)定的微電網(wǎng)規(guī)劃結果。本發(fā)明綜合考慮了微電網(wǎng)基本設備，可滿足各種條件和工況下的微電網(wǎng)規(guī)劃，適用度非常高；并且本發(fā)明從微電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性角度進行微電網(wǎng)規(guī)劃反校支撐，解決了原有微電網(wǎng)規(guī)劃方法的局限性，具有很高的實用性和工程應用價值。
【專利說明】-種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法

【技術領域】
[0001] 一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法屬于微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃領域，更具 體的說，是關于用微電網(wǎng)大擾動暫態(tài)仿真方式實現(xiàn)有效的微電網(wǎng)規(guī)劃的方法。

【背景技術】
[0002] 微電網(wǎng)（MG)是一種在能量供應系統(tǒng)中增加可再生能源和分布式能源滲透率的新 興能量傳輸模式，其由不同種類的分布式電源、儲能系統(tǒng)、負荷的用戶終端以及相關的控 制、保護裝置等組成。微電網(wǎng)控制系統(tǒng)所要達到的控制目標是：實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的并網(wǎng) 穩(wěn)定運行，微型電源能夠按照預定值保證出力；平滑的實現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)到孤島運行狀態(tài) 的切換，同時能夠保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定孤島運行；孤島運行時保障各種模式下微電網(wǎng)內的有 功和無功功率平衡，維持微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定。
[0003] 實現(xiàn)微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，必須有合理的微電網(wǎng)規(guī)劃與合理的微電網(wǎng)控制策略 作基礎。微電網(wǎng)規(guī)劃包括分布式電源種類與功率配置、儲能系統(tǒng)種類與功率配置、輔助設備 配置等，還包括微電網(wǎng)主接線設計、微電網(wǎng)控制策略設計。合理的規(guī)劃設計是保證微電網(wǎng)及 外部配電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行，以及提高清潔能源利用效率的基礎。
[0004] 目前，微電網(wǎng)規(guī)劃的研究主要集中在對微電網(wǎng)的規(guī)劃體系和規(guī)劃算法研究。規(guī)劃 體系研究主要分為孤島規(guī)劃和并網(wǎng)規(guī)劃以及孤島并網(wǎng)綜合考慮規(guī)劃，研究分布式電源的選 址定容、微電網(wǎng)容量的確定，以及考慮經(jīng)濟性、可靠性和環(huán)境效益的規(guī)劃；由于規(guī)劃模型約 束條件較多，規(guī)劃算法研究主要集中在智能算法求解方面。現(xiàn)有的微電網(wǎng)規(guī)劃大多都是以 經(jīng)濟性為總的優(yōu)化目標，以聯(lián)絡線功率、有功平衡、電壓波動、容量配比等作為約束條件，得 出風光儲等微電源的合理配置容量。
[0005] 然而，現(xiàn)有的微電網(wǎng)規(guī)劃結果僅僅給出了微電源的配置結果，并沒有從電網(wǎng)穩(wěn)定 性角度對規(guī)劃結果進一步分析其可行性。具體的講，通過智能算法得出的容量結果并不一 定滿足微電網(wǎng)的運行要求，比如說：微電網(wǎng)的無功平衡問題，微電網(wǎng)運行的暫態(tài)與動態(tài)穩(wěn)定 問題，微電網(wǎng)設備參數(shù)選擇問題等等。這些問題都有可能導致微電網(wǎng)運行失穩(wěn)，因此微電網(wǎng) 規(guī)劃中對微電網(wǎng)的暫態(tài)運行建模仿真分析是不可或缺的環(huán)節(jié)。


【發(fā)明內容】

[0006] 技術問題：針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提出了一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃的暫態(tài) 仿真方法。以微電網(wǎng)規(guī)劃軟件的最優(yōu)容量配置結果為基礎，通過參數(shù)接口將數(shù)據(jù)輸入到仿 真軟件PSCAD/EMTDC中，在電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD/EMTDC中進行含對應容量分布式電源 的微電網(wǎng)模型的建立。通過一步全過程暫態(tài)仿真完成微電網(wǎng)各種工況下的暫態(tài)穩(wěn)定性的驗 證，并通過仿真數(shù)據(jù)和波形分析得出當前配置下的微電網(wǎng)特性，提出微電網(wǎng)規(guī)劃的工程建 設性意見，包括微電源容量、設備種類配置、設備參數(shù)選擇等等，并反饋到容量配置軟件里。 [000 7] 技術方案：一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，所述暫態(tài)仿真方法 適用于微電網(wǎng)規(guī)劃中的分布式電源配置結果的仿真驗證，用來對配置結果進行反校，包括 以下步驟：
[0008] (1)以規(guī)劃軟件的最優(yōu)容量配置結果為基礎，將最優(yōu)容量配置結果數(shù)據(jù)導入到仿 真軟件PSCAD/EMTDC中；
[0009] (2)在仿真軟件PSCAD/EMTDC中建立微電網(wǎng)精確暫態(tài)模型，并通過主接線設計完 成微電網(wǎng)系統(tǒng)的建立；
[0010] (3)微電網(wǎng)全過程暫態(tài)仿真：在一次全過程仿真中分時間段完成系統(tǒng)初始化、并 網(wǎng)運行、并網(wǎng)轉離網(wǎng)過程、孤島運行和孤島轉并網(wǎng)過程五個階段，并且在每段時間中再分段 完成潮流計算、穩(wěn)定計算、短路計算和無功補償計算，一步完成暫態(tài)計算的四個方面要求；
[0011] 具體的：潮流計算和無功補償計算通過數(shù)據(jù)分析方法完成，穩(wěn)定計算和短路計算 通過波形分析方法完成；
[0012] A數(shù)據(jù)分析方法

【權利要求】
1. 一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在于：所述暫態(tài)仿真方法 適用于微電網(wǎng)規(guī)劃中的分布式電源配置結果的仿真驗證，用來對配置結果進行反校，包括 以下步驟： (1) 以規(guī)劃軟件的最優(yōu)容量配置結果為基礎，將最優(yōu)容量配置結果數(shù)據(jù)導入到仿真軟 件PSCAD/EMTDC中； (2) 在仿真軟件PSCAD/EMTDC中建立微電網(wǎng)精確暫態(tài)模型，并通過主接線設計完成微 電網(wǎng)系統(tǒng)的建立； (3) 微電網(wǎng)全過程暫態(tài)仿真：在一次全過程仿真中分時間段完成系統(tǒng)初始化、并網(wǎng)運 行、并網(wǎng)轉離網(wǎng)過程、孤島運行和孤島轉并網(wǎng)過程五個階段，并且在每段時間中再分段完成 潮流計算、穩(wěn)定計算、短路計算和無功補償計算，一步完成暫態(tài)計算的四個方面要求； 具體的：潮流計算和無功補償計算通過數(shù)據(jù)分析方法完成，穩(wěn)定計算和短路計算通過 波形分析方法完成； A數(shù)據(jù)分析方法 穩(wěn)態(tài)運行情況下，通過式（1)考察在步驟（1)中所述最優(yōu)容量配置下微電網(wǎng)運行情況， 檢查各種元件是否能滿足運行中的要求，檢查微電網(wǎng)中各測量點電壓頻率是否滿足要求；
式中，M(t)為數(shù)據(jù)分析判定函數(shù)； Ui;t為t時刻測量點i的電壓量； Umf為額定參考電壓值；ft為微電網(wǎng)在t時刻的系統(tǒng)頻率； fMf為額定參考頻率值； n為微電網(wǎng)廣義微電源個數(shù)； 在一次全過程仿真過后，計算M(t)的值與參考值比較，估計微電網(wǎng)穩(wěn)定運行情況：若M(t) >正參考值，則整個微電網(wǎng)功率有剩余，需要降低微電源的總功率或減小負荷功率； 若M(t) <負參考值，則整個微電網(wǎng)功率不足，需要增加微電源的總功率或減小負荷功率； 再根據(jù)各微電源入網(wǎng)點的電壓對微電源配置容量進行修改：電壓偏高則減小該微電源的有 功出力或減小無功出力；電壓偏低則增大該微電源的有功出力或增大無功出力； B波形分析方法 對于蓄電池作為主電源供電時，通過公式（2)、（3)和（4)計算來判斷蓄電池的穩(wěn)定裕 度，從而確定所選擇的蓄電池和PCS的容量是否滿足運行要求；
式中，Prcs，t和Qrcs，t分別為蓄電池pcs的輸出有功功率和無功功率測量值；pmax_srt為所 設定的蓄電池穩(wěn)定功率限定值； 在蓄電池作電壓源的時間h到區(qū)間內對函數(shù)B(t)積分，由于h到時間段內設定 了負荷波動、微電源出力波動、接地故障工況，得到的積分值Nb反應孤島下蓄電池作為主電 源的穩(wěn)定性能，與第一設定值比較，完成校驗蓄電池功率和容量的工作：若計算值大于第一 設定值，則應減小蓄電池容量；若計算值小于第一設定值，則應增大蓄電池容量； 對于發(fā)電機作為主電源供電時，通過公式（5)、（6)、（7)、（8)和（9)計算來判斷發(fā)電機 的功率穩(wěn)定裕度和功率因數(shù)穩(wěn)定裕度，從而確定所選擇的發(fā)電機的的容量和功率因數(shù)是否 滿足運行要求；
式中，PDrc，t和Qmm分別為發(fā)電機的輸出有功和無功功率測量值；pmax-set矛口Pmin-set分別 為所設定的發(fā)電機穩(wěn)定功率最大和最小值；cosP為所設定的功率因數(shù)值； 在發(fā)電機作電壓源的時間到t2區(qū)間內對函數(shù)D(t)和Df(t)積分，得到的積分值Nd 和Nm反應孤島下發(fā)電機作為主電源的穩(wěn)定性能，與第二設定值比較，完成校驗發(fā)電機容量 和功率因數(shù)的工作：若計算值大于第二設定值，則應減小發(fā)電機容量；若計算值小于第二 設定值，則應增大發(fā)電機容量； (4)在微電網(wǎng)規(guī)劃仿真中的PSCAD/EMTDC平臺上設置Multirun多路運行，設置多參數(shù) 運行以選取穩(wěn)定效果最好的運行參數(shù)；在步驟（3)中一次仿真后，就可以通過數(shù)據(jù)和波形 分析完成一次設備容量和參數(shù)的反饋，以及系統(tǒng)控制參數(shù)的修正；最終，經(jīng)過多次全過程仿 真得到暫態(tài)穩(wěn)定好的微電網(wǎng)規(guī)劃結果。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：所述數(shù)據(jù)分析方法中，在并網(wǎng)穩(wěn)定運行和并網(wǎng)故障情況下需要考察PCC點無功功率；在 并離網(wǎng)切換和孤島故障情況下需要考察電壓源的無功功率出力情況；通過式（10)考察微 電網(wǎng)無功需求情況，以合理配置微電網(wǎng)無功補償器和具有無功出力的微電源；
式中，Qrai為微電網(wǎng)所需求的無功出力；Qpeat為并網(wǎng)運行時PCC點t時刻的無功功率；QrctM為PCC點設定的參考無功功率；Qv，t為孤島運行時電壓源t時刻的輸出無功功率；SV rat為電壓源的額定功率值；Pv，t為電壓源t時刻的輸出有功功率； 計算m個時間點的微電網(wǎng)無功偏差最大值來確定微電網(wǎng)運行時的無功缺額，由此來估 算微電網(wǎng)無功補償器的容量和具有無功出力的微電源的功率因數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：所述m個時間點包含穩(wěn)定運行點和暫態(tài)運行點。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：Cos^-cosa=0.05。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：所述第一設定值為微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行情況下蓄電池功率剩余容量為40%時通過式（2)算 得的值。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：所述第二設定值為微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行情況下發(fā)電機功率剩余容量為40%時通過式（5)算 得的值。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：在PSCAD/EMTDC電力系統(tǒng)仿真軟件中，建立與微電網(wǎng)規(guī)劃軟件的數(shù)據(jù)通信的參數(shù)接口， 所述步驟（1)中直接將規(guī)劃軟件的容量配置結果數(shù)據(jù)通過參數(shù)接口導入到PSCAD/EMTDC 中。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：在PSCAD/EMTDC軟件中構建的微電網(wǎng)系統(tǒng)，所含一次設備包含可控無功補償電容器、固 態(tài)斷路器、柴油發(fā)電機、電能質量治理裝置。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種支撐微電網(wǎng)規(guī)劃設計的全過程暫態(tài)仿真方法，其特征在 于：所述參考值為〇. 〇2n，n為微電網(wǎng)廣義微電源個數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK104268345SQ201410514021
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權日:2014年9月29日
【發(fā)明者】吳在軍, 黃冬冬, 竇曉波, 胡敏強, 趙波, 孫旻, 孫純軍 申請人:東南大學