一種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法，其子網(wǎng)結構包括傳統(tǒng)負荷、彈性負荷、蓄電池等儲能設備、三個獨立的單相雙向逆變器、光伏電池等微電源、子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器、直流線路。通過控制三個單相雙向逆變器輸出功率，以及對各相彈性負荷的調節(jié)，控制子網(wǎng)各相用電功率，一方面克服傳統(tǒng)負荷及風力發(fā)電機、光伏電池等微電源的擾動，實現(xiàn)子網(wǎng)各相用電功率的分時恒定及互等，以滿足上級微電網(wǎng)對子網(wǎng)的調度要求，實現(xiàn)子網(wǎng)的三相平衡；另一方面以實時電價、燃料價格等為依據(jù)，智能選擇最優(yōu)控制律，實現(xiàn)子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。
【專利說明】—種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微電網(wǎng)系統(tǒng)，特別涉及一種可供上級微電網(wǎng)調度的、可優(yōu)化自身用電成本、實現(xiàn)三相平衡的三相微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法。

【背景技術】
[0002]微電網(wǎng)是智能配電網(wǎng)重要的組成部分，微電網(wǎng)集成了微電源、分布式儲能、彈性負荷等微資源，構成電能發(fā)配用自治系統(tǒng)。然而，由于風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生電源的高度隨機性，傳統(tǒng)負荷、燃料電池等清潔電源的不確定性，以及彈性負荷的可控可調，使得微電網(wǎng)成為公共電網(wǎng)中的不確定負載，對公共電網(wǎng)的穩(wěn)定與優(yōu)化帶來巨大的沖擊。
[0003]目前的微電網(wǎng)研究一般以微電網(wǎng)用電成本作為優(yōu)化目標，只考慮微電網(wǎng)自身的性能，缺少與公共電網(wǎng)的交互，使得微電網(wǎng)對于公共電網(wǎng)而言仍是不確定的。
[0004]另一方面，三相不平衡不但會增大線路損耗，降低電力系統(tǒng)設備的效率，還會造成電壓質量下降，危及用電安全。由于微電網(wǎng)各相實際接入的彈性負荷、微電源并不相同，它們的隨機性及不確定性使得微電網(wǎng)的三相不平衡問題進一步凸顯。
[0005]目前的微電網(wǎng)研究要么僅考慮單相微電網(wǎng)的優(yōu)化，忽略了優(yōu)化效果對其它兩相的影響，要么認為所有的負荷、微電源、儲能設備均是三相的，以三相平衡為前提假設，來研究三相微電網(wǎng)的優(yōu)化方法。缺少解決微電網(wǎng)三相不平衡問題的技術方法。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出一種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法。一方面，利用彈性負荷、儲能設備、微電源進行功率互補，實現(xiàn)微電網(wǎng)子網(wǎng)各相用電功率的分時恒定及互等，以滿足上級微電網(wǎng)對子網(wǎng)的調度要求，同時實現(xiàn)子網(wǎng)的三相平衡；另一方面，以實時電價、燃料價格等為依據(jù)，智能選擇最優(yōu)控制律，實現(xiàn)子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案:
[0008]一種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法，其子網(wǎng)結構包括傳統(tǒng)負荷、彈性負荷、蓄電池等儲能設備、三個位于各相的獨立的單相雙向逆變器、光伏電池等微電源、子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器、直流線路。其特征在于:所述微電網(wǎng)子網(wǎng)各相用電功率在子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器的控制下可實現(xiàn)分時恒定及互等，實現(xiàn)子網(wǎng)三相平衡及子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。
[0009]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:通過分別控制三個單相雙向逆變器輸出功率，以及對各相彈性負荷的調節(jié)，實現(xiàn)對子網(wǎng)各相用電功率的分別控制。
[0010]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器可根據(jù)上級微電網(wǎng)對子網(wǎng)的調度要求，通過控制子網(wǎng)各相的用電功率并令其相互相等，實現(xiàn)子網(wǎng)三相用電功率的分時恒定，實現(xiàn)子網(wǎng)三相平衡。
[0011]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:無需子網(wǎng)并網(wǎng)的物理開關，子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器通過控制子網(wǎng)三相用電功率大小，實現(xiàn)子網(wǎng)的三種狀態(tài)，即微電網(wǎng)向子網(wǎng)供電狀態(tài)、子網(wǎng)向微電網(wǎng)饋電狀態(tài)、子網(wǎng)孤網(wǎng)狀態(tài)。
[0012]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:三個單相雙向逆變器、微電源、儲能設備通過直流線路相連接，通過控制三個單相雙向逆變器輸出功率和微電源輸出功率，控制儲能設備充放電功率。
[0013]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:根據(jù)實時電價、燃料成本、儲能設備剩余電量，通過調節(jié)彈性負荷，以及控制雙向逆變器輸出功率、微電源輸出功率，實現(xiàn)子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。
[0014]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:微電源可根據(jù)子網(wǎng)用電成本優(yōu)化情況而自由增加或刪減。
[0015]所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器可通過通信網(wǎng)絡與上級微電網(wǎng)調度系統(tǒng)進行連接。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0017]本發(fā)明提供了一種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法，將多種類型的微電源、儲能設備等統(tǒng)一與三個單相雙向逆變器進行直流連接，并與負荷相并聯(lián)，構成輸出功率分時恒定的微電網(wǎng)子網(wǎng)系統(tǒng)，大幅簡化上級微電網(wǎng)的調度優(yōu)化難度；分別控制子網(wǎng)各相用電功率并令其相互相等，實現(xiàn)子網(wǎng)三相平衡，大幅提高微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性；微電網(wǎng)子網(wǎng)通過內部調節(jié)，實現(xiàn)子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。本發(fā)明無需對現(xiàn)有電力線路進行升級改造，微電源可自由增減，有利于微電網(wǎng)的組網(wǎng)設計、控制、維護擴容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法示意圖。

【具體實施方式】
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法示意圖，包括傳統(tǒng)負荷、彈性負荷、儲能設備、三個單相雙向逆變器、微電源、子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器、直流線路；所述雙向逆變器、微電源、儲能設備通過直流線路相連接，微電源及儲能設備可根據(jù)實際自由增減；所述三個單相雙向逆變器分別與各相負荷直接并聯(lián)。
[0021]所述子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器通過通信網(wǎng)絡與上級微電網(wǎng)調度系統(tǒng)連接，接收彈性負荷的用電功率及運行時間的申請；通過功率采樣電路檢測傳統(tǒng)負荷用電功率；通過內部算法計算出儲能設備剩余電量，以及風力發(fā)電機、光伏電池等微電源的最大發(fā)電功率。
[0022]所述子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器以上級微電網(wǎng)調度系統(tǒng)的調度要求、子網(wǎng)各相用電功率互等、子網(wǎng)安全運行作為優(yōu)化控制的約束條件，根據(jù)實時電價、燃料價格等信息對子網(wǎng)進行優(yōu)化，構建優(yōu)化目標函數(shù)如下:
[0023]J(k)=藝 U(Price(i), Cm , u(i), x(i))

i=k
[0024]其中，k為離散階段；U(.)代表用電成本；Price (i)為實時電價，CFuel為單位燃料價格；U(i)是控制策略向量，包括三個單相雙向逆變器、彈性負荷及微電源控制策略；x(i)是儲能設備剩余電量。
[0025]所述子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器根據(jù)所述優(yōu)化模型，采用自適應動態(tài)規(guī)劃算法進行子網(wǎng)內部優(yōu)化，具體步驟包括:
[0026]I)初始化優(yōu)化目標函數(shù)JtlGO,定義迭代階段I = 0,1,2,…，給定儲能設備剩余電量，給定計算精度；
[0027]2)控制策略與優(yōu)化目標函數(shù)根據(jù)下式進行迭代更新:
[0028]uM ⑷=arSmin{u(Price(k),C，u(k),x(k)) +J,(k + l)}


u(k)
[0029]J1+1 (k) = U (Price (k), CFuel, u1+1 (k), x (k)) +J1 (k+1)
[0030]3)迭代結束條件為:I IJwGO-J1GO 11 < ε。
[0031]通過上述優(yōu)化算法，子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器可計算出三個單相雙向逆變器、彈性負荷及微電源優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)子網(wǎng)在用電功率分時恒定、三相平衡條件下的用電成本優(yōu)化控制。
【權利要求】
1.一種微電網(wǎng)三相平衡及電能優(yōu)化的子網(wǎng)結構及控制方法，其子網(wǎng)結構包括傳統(tǒng)負荷、彈性負荷、蓄電池等儲能設備、三個位于各相的獨立的單相雙向逆變器、光伏電池等微電源、子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器、直流線路，其特征在于:所述微電網(wǎng)子網(wǎng)各相用電功率在子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器的控制下可實現(xiàn)分時恒定及互等，實現(xiàn)子網(wǎng)三相平衡及子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。
2.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:通過分別控制三個單相雙向逆變器輸出功率，以及對各相彈性負荷的調節(jié)，實現(xiàn)對子網(wǎng)各相用電功率的分別控制。
3.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器可根據(jù)上級微電網(wǎng)對子網(wǎng)的調度要求，通過控制子網(wǎng)各相的用電功率并令其相互相等，實現(xiàn)子網(wǎng)三相用電功率的分時恒定，實現(xiàn)子網(wǎng)三相平衡。
4.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:無需子網(wǎng)并網(wǎng)的物理開關，子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器通過控制子網(wǎng)三相用電功率大小，實現(xiàn)子網(wǎng)的三種狀態(tài)，即微電網(wǎng)向子網(wǎng)供電狀態(tài)、子網(wǎng)向微電網(wǎng)饋電狀態(tài)、子網(wǎng)孤網(wǎng)狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:三個單相雙向逆變器、微電源、儲能設備通過直流線路相連接，通過控制三個單相雙向逆變器輸出功率和微電源輸出功率，控制儲能設備充放電功率。
6.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:根據(jù)實時電價、燃料成本、儲能設備剩余電量，通過調節(jié)彈性負荷，以及控制雙向逆變器輸出功率、微電源輸出功率，實現(xiàn)子網(wǎng)用電成本的優(yōu)化。
7.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:微電源可根據(jù)子網(wǎng)用電成本優(yōu)化情況而自由增加或刪減。
8.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)子網(wǎng)結構及控制方法，其特征在于:子網(wǎng)電能優(yōu)化控制器可通過通信網(wǎng)絡與上級微電網(wǎng)調度系統(tǒng)進行連接。
【文檔編號】H02J3/00GK104078971SQ201410336049
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2014年7月10日
【發(fā)明者】劉毅, 章云, 余榮, 謝勝利 申請人:廣東工業(yè)大學