微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)控制的【技術(shù)領域】，采用分段式控制方法，在低頻越限狀態(tài)以及高頻越限狀態(tài)下分別采取PID算法實現(xiàn)調(diào)節(jié)階段的頻率恢復，采用低通濾波算法實現(xiàn)退出階段儲能的平滑退出，PID算法提高了頻率越限后的調(diào)節(jié)恢復速度，低通濾波算法改善了與其他電源調(diào)頻速度的匹配性能。
【專利說明】微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明公開了微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)控制的【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源與智能電網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，分布式能源發(fā)電正在受到越來越多的關注。微電網(wǎng)作為分布式發(fā)電的重要形式之一，是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監(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)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤網(wǎng)運行(也稱離網(wǎng)運行或孤島運行)。微電網(wǎng)在孤網(wǎng)運行模式時，由于分布式電源的間歇性和波動性，儲能系統(tǒng)對微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行至關重要。微電網(wǎng)主接線如圖1所示。
[0003]微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時，儲能有兩種運行方式，作為主電源運行于VF模式(VF模式即為運行于平衡節(jié)點，電源輸出頻率和電壓可調(diào)，有功和無功不可調(diào))和輔助主電源運行于PQ模式(PQ模式即為運行于PQ節(jié)點，電源輸出頻率和電壓不可調(diào)，有功和無功可調(diào))。當微電網(wǎng)中含有水電、柴發(fā)等旋轉(zhuǎn)類微電源時，此類微電源可以作為主電源，而儲能宜運行于PQ模式，輔助主電源進行微電網(wǎng)穩(wěn)定控制，提高微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。當微電網(wǎng)中不含有旋轉(zhuǎn)類微電源，只含有電力電子類微電源時，儲能則須運行于VF模式。
[0004]儲能輔助主電源控制實現(xiàn)的功能主要包括:(I)微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行時，為消除光伏、風機等間歇類微電源的功率變化，滿足微網(wǎng)內(nèi)負荷需求或?qū)崿F(xiàn)削峰填谷等微電源協(xié)調(diào)優(yōu)化功能。(2)光伏、風機等間歇類微電源受實時天氣等因素，功率變化較大，儲能則可平滑抑制此類電源的功率波動。(3)在系統(tǒng)頻率異常時輔助主電源進行臨時緊急調(diào)頻。微電網(wǎng)儲能調(diào)頻控制目前主要有下垂控制和緊急調(diào)頻控制兩種。
[0005]下垂控制主要通過模擬同步發(fā)電機調(diào)速器的下垂特性曲線實現(xiàn)，與大電網(wǎng)中的一次調(diào)頻類似，根據(jù)有功功率與頻率的線性關系控制儲能增減有功出力。在系統(tǒng)頻率下降時增加儲能的有功出力；在系統(tǒng)頻率上升減小儲能的有功出力。下垂控制方程為:P =PMf+KAf，其中，&為系統(tǒng)頻率偏差；fH為下垂系數(shù)；Pref為儲能參考有功出力。下垂控制算法具有無需與其他微電源通信即可實現(xiàn)自主控制的優(yōu)點，但在微電網(wǎng)出現(xiàn)大功率擾動時，該控制方法無法有效利用儲能功率調(diào)節(jié)速度快的特點，不能在系統(tǒng)緊急情況下提供有功-頻率支撐。
[0006]關于儲能緊急調(diào)頻控制的研究和應用較少，目前微電網(wǎng)緊急調(diào)頻控制主要有三類:
[0007](I)頻率越限功率步長調(diào)節(jié)法，即當系統(tǒng)頻率超出設定的緊急調(diào)頻死區(qū)后，以一定的功率步長增加/減小儲能出力，或者在檢測越限后直接控制儲能滿發(fā)有功或吸有功。此種頻率調(diào)節(jié)方法由于調(diào)節(jié)步長固定，其控制方式簡單，但頻率變化快慢與功率調(diào)節(jié)步長無關聯(lián)性，導致其調(diào)節(jié)性能較差。
[0008](2)固定偏置調(diào)節(jié)法，即當系統(tǒng)頻率超出設定的緊急調(diào)頻死區(qū)后，儲能首先發(fā)出/吸收固定偏置量Pbias,然后隨頻率偏差而變化，其控制方程為:P = Pref+K Δ f+pbias。該種緊急調(diào)頻控制方法實質(zhì)與下垂控制方法相同，但同樣存在大功率擾動時不能充分發(fā)揮儲能響應快的優(yōu)點問題。
[0009](3)基于PID算法的緊急調(diào)頻控制方法。一種是帶有死區(qū)的PI控制算法，即設置有頻率偏差死區(qū)，然后經(jīng)低通濾波器，再經(jīng)正負偏差PI控制通道，最后經(jīng)限幅器代數(shù)求和輸出儲能有功功率調(diào)節(jié)值。另一種是基于模糊控制理論的PID控制方法，即設置有頻率偏差死區(qū)，頻率偏差經(jīng)低通濾波器，再經(jīng)基于模糊算法的PID控制器，最后經(jīng)限幅器輸出儲能有功功率調(diào)節(jié)值。
[0010]對于緊急調(diào)頻的調(diào)節(jié)過程可以分為兩個階段，第一個階段自頻率越限至頻率恢復至死區(qū)范圍內(nèi)的頻率調(diào)節(jié)恢復階段，第二個階段自恢復越限值至緊急調(diào)頻控制策略的調(diào)節(jié)退出階段?；赑ID的緊急調(diào)頻控制方法在頻率調(diào)節(jié)恢復階段能充分發(fā)揮儲能響應快的優(yōu)點，但是在退出階段其退出速度較快，而對于儲能輔助主電源(通常為旋轉(zhuǎn)類微電源)緊急調(diào)頻時，旋轉(zhuǎn)類主電源存在著較大的慣性，在儲能退出緊急調(diào)頻，將調(diào)節(jié)中所投入的有功功率轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)類主電源時須與主電源調(diào)節(jié)速度匹配，因此相對于調(diào)節(jié)恢復階段，退出階段的調(diào)節(jié)速度須減慢?；赑ID的緊急調(diào)頻控制方法的頻率調(diào)節(jié)恢復階段和退出階段的調(diào)節(jié)速度基本一致，容易在退出階段出現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)類主電源調(diào)節(jié)速度不一致現(xiàn)象，可能導致在退出階段出現(xiàn)多次震蕩動作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法
[0012]本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案:
[0013]微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，實現(xiàn)對儲能做輔助電源的微電網(wǎng)進行調(diào)頻，包括如下步驟:
[0014]步驟1，設定頻率下限、頻率上限，確定頻率死區(qū)范圍；
[0015]步驟2，采集當前時刻系統(tǒng)頻率，
[0016]在當如時刻以如的系統(tǒng)頻率在設定死區(qū)沮圍內(nèi)，且當如時刻系統(tǒng)頻率小于頻率下限時，進入步驟3;
[0017]在當前時刻以前的系統(tǒng)頻率在設定死區(qū)范圍內(nèi)，且當前時刻系統(tǒng)頻率大于頻率上限時，進入步驟4;
[0018]步驟3，進入低頻越限狀態(tài)，記錄該狀態(tài)下每個采用時刻的采樣數(shù)據(jù)，
[0019]步驟3-1，存取低頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值；
[0020]步驟3-2，在低頻越限狀態(tài)下系統(tǒng)頻率首次小于頻率下限時，進入低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段，系統(tǒng)頻率逐漸增大，儲能有功出力值逐漸增大；
[0021]步驟3-3，在系統(tǒng)頻率大于頻率下限且儲能有功出力值大于低頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值時，進入低頻越限退出階段，儲能有功出力值逐漸較小，當儲能有功出力值降低至小于或者等于低頻越限狀態(tài)前存儲有功出力值時，低頻越限退出階段結(jié)束；
[0022]步驟4，進入高頻越限狀態(tài)，
[0023]步驟4-1，存取高頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值；[0024]步驟4-2，在高頻越限狀態(tài)下系統(tǒng)頻率首次大于頻率上限時，進入高頻越限調(diào)節(jié)恢復階段，系統(tǒng)頻率逐漸減小，儲能有功出力值逐漸減??；
[0025]步驟4-3，在系統(tǒng)頻率小于頻率上限且儲能有功出力值小于高頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值時，進入高頻越限退出階段，儲能有功出力值逐漸增大，當儲能有功出力值升高至大于或者等于高頻越限狀態(tài)前存儲的有功出力值時，則高頻越限退出階段結(jié)束。
[0026]作為微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法的進一步優(yōu)化方案，步驟I中所述頻率死區(qū)范圍為對稱區(qū)間或者不對稱區(qū)間。
[0027]作為微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法的進一步優(yōu)化方案，步驟3-3中所述的低頻越限退出階段、步驟4-3中所述的高頻越限退出階段均采用低通濾波方法，
[0028]低頻越限退出階段，頻率下限與當前系統(tǒng)頻率的差值經(jīng)過第一低通濾波器得到有功功率增量，再由有功功率增量與儲能當前有功出力值代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值；
[0029]高頻越限退出階段，頻率上限與當前系統(tǒng)頻率的差值經(jīng)過第二低通濾波器得到有功功率增量，再由有功功率增量與儲能當前有功出力值代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值。
[0030]作為微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法的進一步優(yōu)化方案，所述第一低通濾波器參數(shù)根據(jù)低頻越限退出階段微電網(wǎng)中電源的工況確定、第二低通濾波器參數(shù)根據(jù)高頻越限退出階段微電網(wǎng)中電源的工況確定。
[0031]作為微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法的進一步優(yōu)化方案，步驟3-2中所述的低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段、步驟4-2中所述的高頻越限調(diào)節(jié)恢復階段均采用增量式PID方法，以系統(tǒng)基準頻率為參考值，參考值與當前系統(tǒng)頻率的差值經(jīng)PID環(huán)節(jié)得到有功功率增量，再由有功功率增量與儲能當前有功出力值代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值。
[0032]作為微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法的進一步優(yōu)化方案，所述低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段的PID參數(shù)與高頻越限恢復階段的PID參數(shù)不同，根據(jù)微電網(wǎng)電源實時工況確定。
[0033]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:本發(fā)明利用分段式控制的方法在調(diào)節(jié)恢復階段實現(xiàn)了系統(tǒng)頻率的快速恢復，在退出階段實現(xiàn)了儲能出力平滑轉(zhuǎn)移至微電網(wǎng)主電源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為微電網(wǎng)主接線示意圖。
[0035]圖2為本發(fā)明緊急調(diào)頻的示意圖。
[0036]圖3為調(diào)節(jié)恢復階段增量式PID算法控制框圖。
[0037]圖4為低頻越限退出階段控制框圖。
[0038]圖5為高頻越限退出階段控制框圖。
[0039]圖6為低頻越限儲能分段式緊急調(diào)頻仿真對比圖。
[0040]圖7為高頻越限儲能分段式緊急調(diào)頻仿真對比圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明:[0042]本發(fā)明采用如圖2所示的分段緊急調(diào)頻控制方法，將緊急調(diào)頻分為兩個階段:調(diào)節(jié)恢復階段和退出階段，調(diào)節(jié)恢復階段采用增量式PID算法，退出階段采用低通濾波算法，具體包括如下步驟:
[0043]步驟I，定義儲能放電為有功功率正方向，儲能充電為有功功率負方向，設定頻率下限4、頻率上限fH，確定頻率死區(qū)范圍[fufH];
[0044]步驟2，采集當前時刻系統(tǒng)頻率f，
[0045]在當前時刻以前的系統(tǒng)頻率在設定死區(qū)范圍[fufH]內(nèi)，且f< &時，進入步驟3 ；
[0046]在當前時刻以前的系統(tǒng)頻率在設定死區(qū)范圍[fufH]內(nèi)，且f> fH時，進入步驟4 ;
[0047]步驟3,進入低頻越限狀態(tài),標示為DLIM,
[0048]步驟3-1，存取低頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值P。DUM ；
[0049]步驟3-2，在低頻越限狀態(tài)下系統(tǒng)頻率首次小于頻率下限，即為f < fL時，進入低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段:采用增量式PID算法確定儲能有功功率給定值，在此過程中，系統(tǒng)頻率逐漸增大，儲能有功出力值逐漸增大；
[0050]步驟3-3，在系統(tǒng)頻率大于頻率下限且PnOT > Po dlim時，則進入低頻越限退出階段，儲能有功出力值減小，在P_ ( Pcldum時，低頻越限退出階段結(jié)束，
[0051]低頻越限退出階段如圖4所示:頻率下限4與當前系統(tǒng)頻率f_的差值經(jīng)過第一低通濾波器得到有功功率增量ΛΡ，再由有功功率增量ΛΡ與儲能當前有功出力值Pmw代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值，低頻越限增益1、低頻越限調(diào)頻系數(shù)&根據(jù)低頻越限退出
階段微電網(wǎng)中電源的工況確定，T1.TL為低頻越限時間常數(shù)；
【權(quán)利要求】
1.微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，實現(xiàn)對儲能做輔助電源的微電網(wǎng)進行調(diào)頻，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，設定頻率下限、頻率上限，確定頻率死區(qū)范圍； 步驟2，采集當前時刻系統(tǒng)頻率: 在當前時刻以前的系統(tǒng)頻率在設定死區(qū)范圍內(nèi)，且當前時刻系統(tǒng)頻率小于頻率下限時，進入步驟3 ; 在當前時刻以前的系統(tǒng)頻率在設定死區(qū)范圍內(nèi)，且當前時刻系統(tǒng)頻率大于頻率上限時，進入步驟4 ; 步驟3，進入低頻越限狀態(tài)，記錄該狀態(tài)下每個采用時刻的采樣數(shù)據(jù): 步驟3-1，存取低頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值； 步驟3-2，在低頻越限狀態(tài)下系統(tǒng)頻率首次小于頻率下限時，進入低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段，系統(tǒng)頻率逐漸增大，儲能有功出力值逐漸增大； 步驟3-3，在系統(tǒng)頻率大于頻率下限且儲能有功出力值大于低頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值時，進入低頻越限退出階段，儲能有功出力值逐漸減小，當儲能有功出力值降低至小于或者等于低頻越限狀態(tài)前存儲有功出力值時，低頻越限退出階段結(jié)束； 步驟4，進入高頻越限狀態(tài)，記錄該狀態(tài)下每個采用時刻的采樣數(shù)據(jù): 步驟4-1，存取高頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值； 步驟4-2，在高頻越限狀態(tài)下系統(tǒng)頻率首次大于頻率上限時，進入高頻越限調(diào)節(jié)恢復階段，系統(tǒng)頻率逐漸減小，儲能有功出力值逐漸減?。? 步驟4-3，在系統(tǒng)頻率小于頻率上限且儲能有功出力值小于高頻越限狀態(tài)前儲能有功出力值時，進入高頻越限退出階段，儲能有功出力值逐漸增大，當儲能有功出力值升高至大于或者等于高頻越限狀態(tài)前存儲的有功出力值時，則高頻越限退出階段結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于:步驟I中所述頻率死區(qū)范圍為對稱區(qū)間或者不對稱區(qū)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于:步驟3-3中所述的低頻越限退出階段、步驟4-3中所述的高頻越限退出階段均采用低通濾波方法， 低頻越限退出階段，頻率下限與當前系統(tǒng)頻率的差值經(jīng)過第一低通濾波器得到有功功率增量，再由有功功率增量與儲能當前有功出力值代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值；高頻越限退出階段，頻率上限與當前系統(tǒng)頻率的差值經(jīng)過第二低通濾波器得到有功功率增量，再由有功功率增量與儲能當前有功出力值代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于:所述第一低通濾波器參數(shù)根據(jù)低頻越限退出階段微電網(wǎng)中電源的工況確定、第二低通濾波器參數(shù)根據(jù)高頻越限退出階段微電網(wǎng)中電源的工況確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于:步驟3-2中所述的低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段、步驟4-2中所述的高頻越限調(diào)節(jié)恢復階段均采用增量式PID方法，以系統(tǒng)基準頻率為參考值，參考值與當前系統(tǒng)頻率的差值經(jīng)PID環(huán)節(jié)得到有功功率增量，再由有功功率增量與儲能當前有功出力值代數(shù)求和得到儲能有功功率給定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所 述的微電網(wǎng)儲能分段式緊急調(diào)頻控制方法，其特征在于:所述低頻越限調(diào)節(jié)恢復階段的PID參數(shù)與高頻越限恢復階段的PID參數(shù)不同，根據(jù)微電網(wǎng)電源實時工況確定。
【文檔編號】H02J3/28GK103647295SQ201310681374
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】吳家宏, 劉千杰, 吉小鵬, 翟篤慶, 葛亮, 趙鳳青 申請人:南京四方億能電力自動化有限公司