專利名稱：微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法。
背景技術(shù)：
隨著智能電網(wǎng)技術(shù)不斷深入人心，分布式電源技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，微電網(wǎng)也因此成為配網(wǎng)的重要補充和組成部分，在用戶終端發(fā)揮著重要作用。所謂微電網(wǎng)(miCTo-grid)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。微電網(wǎng)通常由分布式發(fā)電(風、光、柴發(fā)、燃氣輪機等)和儲能系統(tǒng)構(gòu)成，儲能既可以做主電源，也可以 起輔助調(diào)節(jié)作用。由于分布式電源的間歇性和波動性，儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中起到至關(guān)重要的作用，根據(jù)目前所調(diào)研的國內(nèi)外微網(wǎng)示范工程，儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)中主要功能包括(I)配合新能源接入，可再生能源出力多時吸收電能，可再生能源不足時釋放電網(wǎng)，起到平滑新能源輸出的目的。(2)系統(tǒng)調(diào)頻，主要通過模擬同步發(fā)電機下垂控制特性曲線實現(xiàn)，類似于大電網(wǎng)中的一次調(diào)頻，即頻率下降時，發(fā)出有功，頻率上升時，發(fā)出無功，其控制方程為PMf =K* Λ f，這種功能會導(dǎo)致儲能頻繁的充放電，影響電池使用壽命，同時，如果采用無差頻率調(diào)節(jié)方式Pref = PI* Δ f，則系統(tǒng)會同時出現(xiàn)兩個主電源，按目前技術(shù)尚無法進行有效協(xié)調(diào)控制。(3)系統(tǒng)主電源，控制儲能系統(tǒng)電壓、頻率恒定。(4)緊急調(diào)頻，緊急調(diào)頻控制方式則研究應(yīng)用較少，可供查閱的文獻較少，目前已經(jīng)的微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻方法主要有以下幾種a)深圳寶清電池儲能站中，緊急調(diào)頻的控制方法為Pref = P0,由于大電網(wǎng)中，儲能功率對頻率影響有限，P0設(shè)置為儲能系統(tǒng)額定功率，頻率上下限分別為49Hz、51Hz，即當頻率超限時，儲能系統(tǒng)滿發(fā)或滿吸。由于微網(wǎng)容量相對較小，儲能系統(tǒng)不能采用這種控制方法，否則會引起大的系統(tǒng)擾動，造成系統(tǒng)崩潰山)另一種微網(wǎng)簡單的儲能緊急調(diào)頻控制方式為PMf = P0+K*Af,當系統(tǒng)頻率越限時，儲能系統(tǒng)首先發(fā)出一固定有功Po，然后隨頻率偏差而變化，這種緊急調(diào)頻方法具有一定的自適應(yīng)性，當頻率偏差增大時，儲能會自動增大有功輸出。這種控制方法主要缺點在于，當負荷突增量大于微電網(wǎng)主電源(柴油發(fā)電機或燃氣輪機)時，會引起系統(tǒng)頻率振蕩，導(dǎo)致儲能出現(xiàn)脈沖式有功輸出，過程如下負荷突增一〉頻率下降一〉儲能有功輸出一〉暫時平衡一〉頻率恢復(fù)正常一> 儲能退出運行一> 有功缺額一> 頻率下降。因此，現(xiàn)有的微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法均存在不足，本發(fā)明可以有效解決上述方法存在的問題
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法存在的不足，本發(fā)明專利提出一種可以設(shè)置死區(qū)基于PI控制器的微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法。該方法關(guān)鍵技術(shù)點是(I)在頻率越限時，發(fā)出或吸收固定有功Ptl，以達到快速穩(wěn)定的目的；(2)采用可以設(shè)置死區(qū)的PI控制器，在頻率死區(qū)范圍內(nèi)，PI控制器不起作用，且PI控制器保持固定的輸出，當頻率超出調(diào)節(jié)死區(qū)時，PI控制器發(fā)揮作用，起到調(diào)節(jié)，由于PI控制器是輸出具有連續(xù)性，從而既避免了脈沖式有功輸出，又能很好解決微網(wǎng)中兩個頻率無差調(diào)節(jié)電源協(xié)調(diào)控制問題。根據(jù)以上兩點，提出一種微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻方法控制方程為=Pref=PJPI* Λ f ;具體技術(shù)方案為微電網(wǎng)中各分布式電源及儲能系統(tǒng)采用交流連接方式，柴油發(fā)電機、微型燃氣輪機或其他同步發(fā)電機作為主電源，儲能系統(tǒng)作微網(wǎng)輔助調(diào)節(jié)單元，采用PQ控制方式，經(jīng)單極式DC/AC或雙極式D⑶C/AC并入微網(wǎng)，其功能之一配置為緊急調(diào)頻；首先根據(jù)控制方程Pm=Pc^PI* Δ f給出儲能系統(tǒng)有功出力參考值，隨后采用PQ控制方式控制儲能系統(tǒng)輸出P跟隨有功參考值Pm，最終在微電網(wǎng)主電源和儲能共同調(diào)節(jié)下使系統(tǒng)頻率達到允許范圍內(nèi)；由于采用可以設(shè)置死區(qū)的PI控制器，需要將控制系統(tǒng)分為正偏差控制通道和負偏差控制通道，微電網(wǎng)頻率采樣值與頻率額定值50Hz做差后經(jīng)低通濾波器，然后分別送入正偏差控制通道和負偏差控制通道，在正、負偏差控制通道中與頻率調(diào)節(jié)死區(qū)做差后送入PI控制器，PI控制器輸出進行功率限幅后，最終將正偏差通道和負偏差通道輸出加和后作為儲能系統(tǒng)有功參考值；該儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻方法共包括以下主要參數(shù)，分別是采用濾波時間常數(shù)、頻率調(diào)節(jié)死區(qū)、PI參數(shù)、緊急調(diào)頻功率上下限。本發(fā)明專利的有益效果是，微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻功能采用控制方程Pref=PfPhAf,其中PI為可以設(shè)置死區(qū)的PI控制器，可以很好的進行緊急調(diào)頻，避免儲能系統(tǒng)出現(xiàn)脈沖式功率輸出或兩主電源不能很好協(xié)調(diào)控制的問題，從而有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和儲能壽命。


圖I:典型微網(wǎng)接線圖
圖2:本發(fā)明專利提出的微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法圖3:儲能系統(tǒng)PQ控制框4-圖6:微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻實施效果對比圖4 :未采用儲能緊急調(diào)頻功能圖5 :米用緊急調(diào)頻功能后圖6 :儲能系統(tǒng)有功參考值圖中UMl是負偏差控制通道限幅器，上限為零，下限為儲能系統(tǒng)用于緊急調(diào)頻的最大吸收功率山頂2是正偏差控制通道限幅器，下限為零，上限為儲能系統(tǒng)用于緊急調(diào)頻的最大放電功率。
具體實施方式
圖I是典型的微電網(wǎng)主接線圖，圖中包括柴油發(fā)電機、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能以及用電負荷，通常柴油發(fā)電機出口電壓為380V，通過升壓變接入IOkV線路，光伏經(jīng)DC/AC接入IOkV線路，風機經(jīng)AC/DC/AC變流器接入IOkV線路，儲能系統(tǒng)則采用DC/AC接入電網(wǎng)。本發(fā)明專利采用的實施例中，柴油發(fā)電機為主電源，儲能系統(tǒng)起輔助調(diào)節(jié)作用，其功能之一為緊急調(diào)頻，當負荷突增或突減超過一定值時，微網(wǎng)頻率越限，儲能緊急調(diào)頻功能開始動作，通過發(fā)出或吸收有功功率進行反向調(diào)節(jié)，從而使得頻率快速恢復(fù)正常，起到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。圖2是針對圖I所示的微電網(wǎng)實施例提出的基于死區(qū)調(diào)節(jié)PI控制器的儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制框圖，是本發(fā)明專利主要創(chuàng)新點。本圖中fo是電網(wǎng)頻率額定值(50Hz)，f是電網(wǎng)頻率實時采樣值，Tf是低通濾波器時間常數(shù)，F(xiàn)band是頻率調(diào)節(jié)死區(qū)，Kp, K1是PI控制器參數(shù)，UM1、UM2分別是負、正偏差控制通道限幅器，Pief是儲能有功出力參考值。采用圖2中的緊急調(diào)頻控制方法，可以達到的效果是，在頻率調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)，PI控制器不起調(diào)節(jié)作用，只起到保持前一時刻輸出值，在頻率調(diào)節(jié)死區(qū)外，PI控制器起調(diào)節(jié)作用，保證頻率控制在一 定范圍內(nèi)。圖3是根據(jù)圖2輸出的儲能系統(tǒng)有功出力參考值，采用PQ控制方法使儲能輸出PQ跟隨PMf，從而使儲能輸出有功與Pref趨向一致。儲能系統(tǒng)PQ控制方法中采用雙環(huán)控制，分別是功率環(huán)和電流環(huán)，功率環(huán)控制儲能輸出P、Q跟隨Pref和Q&，電流環(huán)則用于提高系統(tǒng)響應(yīng)時間。圖4-圖6是本發(fā)明專利提出的微網(wǎng)儲能緊急調(diào)頻控制效果對比圖，圖I實施例中，初始狀態(tài)柴油發(fā)電機負載率為75%Pd(Pd為柴油發(fā)電機額定功率)，突增負荷量為75%Pd，即突增后柴油發(fā)電機過載50%，初始狀態(tài)下微電網(wǎng)運行正常。圖4:為未采取緊急調(diào)頻控制方法的電壓、頻率波形圖，從圖中可以看出頻率、電壓均失穩(wěn)，微電網(wǎng)最終全部停電；圖5采取了本發(fā)明提出的緊急調(diào)頻控制方法后電壓、頻率波形圖，從圖中可以看出頻率最大跌幅為O. 021p. u. (I. 05Hz),電壓最大跌幅為O. 07p. u.，當系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定時，頻率、電壓均無偏差；圖6為儲能系統(tǒng)有功參考值，從圖中可以看出，儲能功率參考值連續(xù)，沒有出現(xiàn)脈沖式輸出現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻方法控制方程為=Pref = Ρο+ΡΙ* Δ f ； 具體技術(shù)方案為微網(wǎng)中各分布式電源及儲能系統(tǒng)采用交流連接方式，柴油發(fā)電機、微型燃氣輪機或其他同步發(fā)電機作為主電源，儲能系統(tǒng)作微網(wǎng)輔助調(diào)節(jié)單元，采用PQ控制方式，經(jīng)單極式DC/AC或雙極式DC-DC/AC并入微網(wǎng)，其功能之一配置為緊急調(diào)頻；首先根據(jù)控制方程Pref=PJPI* Δ f給出儲能系統(tǒng)有功出力參考值，隨后采用PQ控制方式控制儲能系統(tǒng)輸出P跟隨有功參考值Pm，最終在微電網(wǎng)主電源和儲能共同調(diào)節(jié)下使系統(tǒng)頻率達到允許范圍內(nèi)；由于采用可以設(shè)置死區(qū)的PI控制器，需要將控制系統(tǒng)分為正偏差控制通道和負偏差控制通道，微電網(wǎng)頻率采樣值與頻率額定值50Hz做差后經(jīng)低通濾波器，然后分別送入正 偏差控制通道和負偏差控制通道，在正、負偏差控制通道中與頻率調(diào)節(jié)死區(qū)做差后送入PI控制器，PI控制器輸出進行功率限幅后，最終將正偏差通道和負偏差通道輸出加和后作為儲能系統(tǒng)有功參考值；該儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻方法共包括以下主要參數(shù)，分別是采用濾波時間常數(shù)、頻率調(diào)節(jié)死區(qū)、PI參數(shù)、緊急調(diào)頻功率上下限。
全文摘要
一種微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法,具體技術(shù)方案為微網(wǎng)中各分布式電源及儲能系統(tǒng)采用交流連接方式，柴油發(fā)電機、微型燃氣輪機或其他同步發(fā)電機作為主電源，儲能系統(tǒng)作微網(wǎng)輔助調(diào)節(jié)單元，采用PQ控制方式，經(jīng)單極式DC/AC或雙極式DC-DC/AC并入微網(wǎng)，其功能之一配置為緊急調(diào)頻；首先根據(jù)控制方程Pref=P0+PI*△f給出儲能系統(tǒng)有功出力參考值，隨后采用PQ控制方式控制儲能系統(tǒng)輸出P跟隨有功參考值Pref，最終在微電網(wǎng)主電源和儲能共同調(diào)節(jié)下使系統(tǒng)頻率達到允許范圍內(nèi),微網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻功能采用控制方程Pref=P0+PI*△f，其中PI為可以設(shè)置死區(qū)的PI控制器，可以很好的進行緊急調(diào)頻，避免儲能系統(tǒng)出現(xiàn)脈沖式功率輸出或兩主電源不能很好協(xié)調(diào)控制的問題，從而有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和儲能壽命。
文檔編號H02J3/28GK102709928SQ20121014866
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者史丹, 張樂平, 段衛(wèi)國, 王科, 董旭柱, 金小明, 陸志剛, 陳建斌, 陳政, 陳柔伊, 雷金勇 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司