一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括作為主電源的柴油發(fā)電機、用于調(diào)節(jié)波動頻率高、波動幅度大的短期波動的飛輪儲能系統(tǒng)、做出穩(wěn)定控制決策的穩(wěn)定控制器。本發(fā)明通過穩(wěn)控控制器將柴油發(fā)電機和飛輪儲能系統(tǒng)有效集成，形成較為穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)，能抑制獨立電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的頻繁擾動，減少發(fā)電系統(tǒng)的故障率，提高偏遠地區(qū)供電可靠性。
【專利說明】
-種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域，用于解決偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)供電穩(wěn)定性問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國農(nóng)村面積廣大，農(nóng)村人口占全國總?cè)丝诘?0.32%。電力作為農(nóng)村重要的基礎(chǔ) 設(shè)施之一，關(guān)系到我國農(nóng)村居民基本生活需求、生活水平提高和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，是全面建設(shè) 小康社會的重要保障措施。我國農(nóng)村自1923年開始用電W來已有90年的歷史，從上世紀60 年代的農(nóng)村電力發(fā)展奠基到90年代末啟動的=期農(nóng)村電網(wǎng)改造工程，農(nóng)村電力發(fā)展取得了 巨大的成就，農(nóng)民電力消費有了顯著的提高。
[0003] 然而，許多農(nóng)村地區(qū)由于地理位置偏遠，自然環(huán)境較惡劣，用電問題至今尚未解 決。只有逐步構(gòu)建覆蓋我國農(nóng)村的電力系統(tǒng)，才能縮小城鄉(xiāng)居民收入和地區(qū)發(fā)展水平的差 距，保持社會的公平公正、維持社會和諧發(fā)展?？梢?，偏遠無電地區(qū)電力建設(shè)的意義十分重 要。
[0004] 此外，對于遠離大陸的偏遠小島，由于最大負荷有限、輸送距離較遠、島蝸面積狹 窄，鋪設(shè)海纜在技術(shù)與經(jīng)濟方面需要付出更大代價，隨著國家對海島開發(fā)利用的重視，加上 居民生活水平的不斷提高，旅游業(yè)的興起，海島供電問題也亟需解決。
[0005] 對于偏遠地區(qū)農(nóng)村和海島，由于負荷有限、輸送距離過遠，供電系統(tǒng)在技術(shù)與經(jīng)濟 方面需要付出更大代價。通常需要圍繞可再生能源為核屯、，開發(fā)清潔可靠的獨立電網(wǎng)。獨立 電網(wǎng)中，由于容量較大，W光伏和風(fēng)電為主的可再生能源出力受到天氣條件影響大，出力波 動，對系統(tǒng)運行有著較大的干擾，導(dǎo)致獨立電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性較大，影響居民生活水平。
[0006] 公布號為CN104283308A公開了 一種微電網(wǎng)智能中央策略控制系統(tǒng)，其對微電網(wǎng)穩(wěn) 定性進行控制，但是，并不能很好的適應(yīng)偏遠地區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對W上問題，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控 制方法，包括作為主電源的柴油發(fā)電機、用于調(diào)節(jié)波動頻率高、波動幅度大的短期波動的飛 輪儲能系統(tǒng)、做出穩(wěn)定控制決策的穩(wěn)定控制器。本發(fā)明通過穩(wěn)控控制器將柴油發(fā)電機和飛 輪儲能系統(tǒng)有效集成，形成較為穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)，能抑制獨立電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的頻繁擾動，減少 發(fā)電系統(tǒng)的故障率，提高偏遠地區(qū)供電可靠性。
[000引為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括按順序進行的下列步驟：
[0009] 步驟一，根據(jù)偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的負荷預(yù)測結(jié)果，配置柴油發(fā)電機組容量，并在柴 油發(fā)電機組母線側(cè)配置一定容量飛輪儲能系統(tǒng)；
[0010] 步驟二，計量單元采集柴油發(fā)電機組母線電壓/頻率數(shù)據(jù)，并通過通信通道傳遞給 穩(wěn)定控制器；
[0011] 步驟=，穩(wěn)定控制器接柴油發(fā)電機組母線電壓/頻率數(shù)據(jù)，并對其進行糾錯和濾 波；
[0012] 步驟四，穩(wěn)定控制器判斷母線電壓/頻率是否越限，若不越限，則繼續(xù)重復(fù)步驟二 至步驟四，否則轉(zhuǎn)入下一步；
[0013] 步驟五，穩(wěn)定控制器對母線電壓/頻率數(shù)據(jù)進行求導(dǎo)，得到柴油發(fā)電機母線電壓/ 頻率變化率；
[0014] 步驟六，若為母線電壓越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線電壓值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪儲 能無功出力;若為母線頻率越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線頻率值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪儲能有 功出力。
[0015] 步驟一中，柴油發(fā)電機組的容量Pdiesel配置如下式所示：
[001 W Pdiesel 二(l+Kbp ) X Pload
[0017] 式中，PlDad為偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)最大需求負荷預(yù)測值，Kbp為旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)。
[0018] 飛輪儲能系統(tǒng)容量，通常按照最大需求負荷預(yù)測值的5%~15%配置容量。
[0019] 步驟=中，對所接收的柴油發(fā)電機母線側(cè)電壓及系統(tǒng)頻率數(shù)據(jù)進行糾錯處理時， 電壓糾錯判斷主要采用W下判斷條件：
[0020]
[0021] 式中，Ui為當(dāng)前接收的柴油發(fā)電機母線電壓采樣值，Ui-I上一時刻接收的柴油發(fā)電 機母線電壓采樣值，Un為柴油發(fā)電機組母線電壓額定值。
[0022] 當(dāng)穩(wěn)定控制器接收到的母線電壓數(shù)據(jù)化滿足上式條件中的一項或者多項時，則判 斷母線電壓采樣值接收錯誤，啟動數(shù)據(jù)糾錯流程，令化=化-1。
[0023] 頻率糾錯判斷主要采用W下判斷條件：
[0024]
[0025] 式中，fi為當(dāng)前接收的柴油發(fā)電機母線頻率采樣值，fi-i上一時刻接收的柴油發(fā)電 機母線頻率采樣值，fN為柴油發(fā)電機組母線頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)通常取值50化。
[0026] 當(dāng)穩(wěn)定控制器接收到的母線頻率數(shù)據(jù)fi滿足上式條件中的一項或者多項時，則判 斷頻率采樣值接收錯誤，啟動數(shù)據(jù)糾錯流程，令fi = f 1-1。
[0027] 步驟=中，對所接收的母線電壓/頻率進行濾波時，采用二階帶通濾波算法，濾波 器設(shè)計如下式所示：
[002引
[0029] 式中，Ta、Tb、Tc為濾波時間常數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場需要進行調(diào)整。
[0030] 通過二階帶通濾波算法，能夠有效得到電壓/頻率基波分量，作為穩(wěn)定控制器的控 制策略輸入。
[0031 ] 步驟四中，電壓越限判斷依據(jù)如如下式所示：
[0032]
[0033] 式中，KuP、KuL值的確定可依據(jù)國家電能質(zhì)量標準，并考慮偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的實 際情況，適當(dāng)放寬;Un為母線額定電壓值。
[0034] 頻率越限判斷依據(jù)如如下式所示：
[0035]
[0036] 式中，Kf P、KfL值的確定可依據(jù)國家電能質(zhì)量標準，并考慮偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的實 際情況，適當(dāng)放寬;fN為柴油發(fā)電機組母線頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)通常取值50化。
[0037] 步驟六中，若為母線電壓越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線電壓值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪 儲能無功出力，其出力公式為：
[00；3 引
[0039] 式中，Du為電壓變化率，Tu功電壓環(huán)PI控制器積分時間常數(shù)，U功母線電壓值，Un為 母線額定電壓值，Qval為電壓環(huán)輸出無功指令值，Tu為無功功率指令濾波器時間常數(shù)，Q為穩(wěn) 定控制器濾波后的輸出無功指令，即為飛輪儲能系統(tǒng)無功出力指令值，QcMax為飛輪儲能最 大可吸無功功率(感性無功功率），QdMax為飛輪儲能最大可放無功功率(容性無功功率）。
[0040] 如上式所示，穩(wěn)定控制器電壓控制，采用PI控制器+反饋閉環(huán)控制策略，母線電壓 與額定值偏差作為PI控制器的輸入，通過計算得到系統(tǒng)無功功率指令，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn) 無功階躍，引發(fā)系統(tǒng)電壓沖擊，對無功指令值采用一階濾波器進行濾波，經(jīng)過濾波器后的無 功指令值艇圣過穩(wěn)控控制器下發(fā)，對飛輪儲能系統(tǒng)無功功率的進行控制，來保障獨立電網(wǎng)系 統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，同時，為了防止飛輪儲能無功指令越限，需要對PI控制器輸出的無功指令進 行限幅。
[0041 ]步驟六中，若為系統(tǒng)頻率越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)系統(tǒng)頻率值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪 儲能有功出力，其出力公式為：
[0042]
[0043] 式中，Df為頻率變化率，Tf功頻率環(huán)PI控制器積分時間常數(shù)，f功系統(tǒng)頻率值，fN為 系統(tǒng)頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)中通常取50化，Pval為頻率環(huán)輸出有功指令值，Tf為有功 功率指令濾波器時間常數(shù)，P為穩(wěn)定控制器濾波后的輸出有功指令，即為飛輪儲能系統(tǒng)有功 出力指令值，PcMax為飛輪儲能最大可吸有功功率(充電）,PdMax為飛輪儲能最大可放有功功率 (放電）。
[0044] 如上式所示，穩(wěn)定控制器頻率控制，采用PI控制器+反饋閉環(huán)控制策略，系統(tǒng)頻率 與額定值偏差作為PI控制器的輸入，通過計算得到系統(tǒng)有功功率指令，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn) 有功階躍，引發(fā)系統(tǒng)頻率沖擊，對有功指令值采用一階濾波器進行濾波，經(jīng)過濾波器后的有 功指令值P經(jīng)過穩(wěn)控控制器下發(fā)，對飛輪儲能系統(tǒng)無功功率的進行控制，來保障獨立電網(wǎng)系 統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。同時，為了防止飛輪儲能有功指令越限，造成飛輪儲能過充過放，需要對PI 控制器輸出的有功指令進行限幅。
[0045] 步驟六中，若母線電壓和系統(tǒng)頻率同時越限時，穩(wěn)控控制器優(yōu)先進入系統(tǒng)頻率越 限處理流程，協(xié)調(diào)飛輪儲能有功出力；當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)正常時，若此時無功依然越限，則穩(wěn) 定控制進入母線電壓越限處理流程。
【附圖說明】
[0046] 圖1為一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)示意圖
[0047] 圖2為穩(wěn)定控制器母線電壓控制算法框圖 [004引圖3為穩(wěn)定控制器系統(tǒng)頻率控制算法框圖
【具體實施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖和具體實例，對本發(fā)明做進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式 不限于此。
[0050] 本發(fā)明所提供的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法中，主 要為偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)提供穩(wěn)定的主電源，W風(fēng)電和光伏為主的可再生能源可依據(jù)電力系 統(tǒng)接入規(guī)范，接入獨立電網(wǎng);本發(fā)明所提供的的控制方法中，通過在柴油發(fā)電機側(cè)接入飛輪 儲能，并在穩(wěn)定控制器的有效控制下，調(diào)節(jié)飛輪儲能的出力，用于平抑因可再生能源出力或 者負荷波動引發(fā)系統(tǒng)頻率或者電壓的擾動，增大獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度，提高獨立電網(wǎng)的供 電可靠性和電能質(zhì)量。
[0051] 本發(fā)明提供的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法中，包括 按順序進行的下列步驟：
[0052] 步驟一，根據(jù)偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的負荷預(yù)測結(jié)果，配置柴油發(fā)電機組容量，并在柴 油發(fā)電機組母線側(cè)配置一定容量飛輪儲能系統(tǒng)；
[0053] 步驟二，計量單元采集柴油發(fā)電機組母線電壓/頻率數(shù)據(jù)，并通過通信通道傳遞給 穩(wěn)定控制器；
[0054] 步驟=，穩(wěn)定控制器接柴油發(fā)電機組母線電壓/頻率數(shù)據(jù)，并對其進行糾錯和濾 波；
[0055] 步驟四，穩(wěn)定控制器判斷母線電壓/頻率是否越限，若不越限，則繼續(xù)重復(fù)步驟二 至步驟四，否則轉(zhuǎn)入下一步；
[0056] 步驟五，穩(wěn)定控制器對母線電壓/頻率數(shù)據(jù)進行求導(dǎo)，得到柴油發(fā)電機母線電壓/ 頻率變化率；
[0057] 步驟六，若為母線電壓越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線電壓值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪儲 能無功出力;若為母線頻率越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線頻率值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪儲能有 功出力。
[005引步驟一中，柴油發(fā)電機組的容量Pdiesel配置如下式所示：
[0059] Pdiesel 二(1+Kbp ) X Pload
[0060] 式中，Plnad為偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)最大需求負荷預(yù)測值，Kbp為旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)。其中， 偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)最大需求負荷預(yù)測，可采用W下兩種方式進行預(yù)測：
[0061] 1)戶均法:通過對獨立電網(wǎng)所轄區(qū)域內(nèi)用電負荷的家庭數(shù)（戶數(shù))進行調(diào)查，并按 照國家標準中每戶家庭用電負荷標準值，考慮負荷同時率，即可得到用電負荷預(yù)測值；
[0062] 2)負荷密度法:根據(jù)獨立電網(wǎng)所轄區(qū)域內(nèi)±地使用用途進行調(diào)研，根據(jù)國家標準 中不同負荷的負荷密度化W/公頃），考慮負荷同時率，即可得到用電負荷預(yù)測值。
[0063] 此外，根據(jù)獨立電網(wǎng)所轄區(qū)域內(nèi)的資源條件，W及未來規(guī)劃發(fā)展，可對負荷預(yù)測結(jié) 果進行適當(dāng)調(diào)整。
[0064] 旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)Kbp的取值，可從兩個方面考慮，一是考慮柴油發(fā)電機的檢修備用、事 故備用，當(dāng)負荷較低時，可退出一臺柴油發(fā)電機進行檢修，或者某臺柴油發(fā)電機發(fā)生故障退 出運行時，柴油發(fā)電機組的容量裕度，可W繼續(xù)保證負荷的供電；二是考慮負荷備用，負荷 突增時，柴油發(fā)電機的容量裕度，能夠保證突增后負荷的供電，W及渡過突增過程中的沖 山O
[0065] 飛輪儲能系統(tǒng)容量，通常按照最大需求負荷預(yù)測值的5%~15% W持續(xù)30s供電來 配置容量。
[0066] 步驟=中，對所接收的柴油發(fā)電機母線側(cè)電壓及系統(tǒng)頻率數(shù)據(jù)進行糾錯處理時， 電壓糾錯判斷主要采用W下判斷條件：
[0067]
[006引式中，Ui為當(dāng)前接收的柴油發(fā)電機母線電壓采樣值，Ui-I上一時刻接收的柴油發(fā)電 機母線電壓采樣值，Un為柴油發(fā)電機組母線電壓額定值。
[0069] 當(dāng)前系統(tǒng)電壓采樣值相比上一時刻變化幅度超過額定值的一半，或者當(dāng)前系統(tǒng)電 壓采樣值超過2倍額定值及少于0的值等異常現(xiàn)象出現(xiàn)時，則表明通信數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失或者出 錯，穩(wěn)定控制器不應(yīng)該動作。
[0070] 當(dāng)穩(wěn)定控制器接收到的母線電壓數(shù)據(jù)化滿足上式條件中的一項或者多項時，則判 斷母線電壓采樣值接收錯誤，啟動數(shù)據(jù)糾錯流程，令化=化-1。
[0071] 麻態(tài)如錯塵Il齡古巧巫巧W下判斷條件.
[0072]
[0073] 式中，fi為當(dāng)前接收的柴油發(fā)電機母線頻率采樣值，fi-i上一時刻接收的柴油發(fā)電 機母線頻率采樣值，fN為柴油發(fā)電機組母線頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)通常取值50化。
[0074] 當(dāng)穩(wěn)定控制器接收到的母線頻率數(shù)據(jù)fi滿足上式條件中的一項或者多項時，則判 斷頻率采樣值接收錯誤，啟動數(shù)據(jù)糾錯流程，令fi = f 1-1。
[0075] 步驟=中，對所接收的母線電壓/系統(tǒng)頻率數(shù)據(jù)進行濾波時，采用二階帶通濾波算 法，濾波器設(shè)計如下式所示：
[0076]
[0077] 式中，Ta、Tb、Tc為濾波時間常數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場需要進行調(diào)整。
[0078] 獨立電網(wǎng)系統(tǒng)，電能質(zhì)量指標通常不優(yōu)，所測量的電壓含有較多的諧波成分，通過 二階帶通濾波算法，能夠有效得到電壓/頻率基波分量，作為穩(wěn)定控制器的控制策略輸入。
[0079] 步驟四中，電壓越限判斷依據(jù)如如下式所示：
[0080]
[0081 ]式中，KuP、KuL值的確定可依據(jù)國家電能質(zhì)量標準，并考慮偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的實 際情況，適當(dāng)放寬;Un為母線額定電壓值。
[0082] 頻率越限判斷依據(jù)如如下式所示：
[0083]
[0084] 式中，KfP、KfL值的確定可依據(jù)國家電能質(zhì)量標準，并考慮偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的實 際情況，適當(dāng)放寬;fN為柴油發(fā)電機組母線頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)通常取值50化。
[0085] 步驟六中，若為母線電壓越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線電壓值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪 儲能無功出力，控制過程采用限幅式PID控制器，并根據(jù)電壓變化率實現(xiàn)PI控制器中比例增 益的自適應(yīng)調(diào)整，其出力公式為：
[0086]
[0087] 式中，Du為電壓變化率，Tu功電壓環(huán)PI控制器積分時間常數(shù)，U功母線電壓值，Un為 母線額定電壓值，Qval為電壓環(huán)輸出無功指令值，Tu為無功功率指令濾波器時間常數(shù)，Q為穩(wěn) 定控制器濾波后的輸出無功指令，即為飛輪儲能系統(tǒng)無功出力指令值，QcMax為飛輪儲能最 大可吸無功功率(感性無功功率），QdMax為飛輪儲能最大可放無功功率(容性無功功率）。
[0088] 如上式所示，穩(wěn)定控制器電壓控制，采用PI控制器+反饋閉環(huán)控制策略，母線電壓 與額定值偏差作為PI控制器的輸入，通過計算得到系統(tǒng)無功功率指令，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn) 無功階躍，引發(fā)系統(tǒng)電壓沖擊，對無功指令值采用一階濾波器進行濾波，經(jīng)過濾波器后的無 功指令值艇圣過穩(wěn)控控制器下發(fā)，對飛輪儲能系統(tǒng)無功功率的進行控制，來保障獨立電網(wǎng)系 統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，同時，為了防止飛輪儲能無功指令越限，需要對PI控制器輸出的無功指令進 行限幅。
[0089] 步驟六中，若為系統(tǒng)頻率越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)系統(tǒng)頻率值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪 儲能有功出力，控制過程采用限幅式PID控制器，并根據(jù)頻率變化率實現(xiàn)PI控制器中比例增 益的自適應(yīng)調(diào)整，其出力公式為：
[0090]
[oow]式中，Df為頻率變化率，Tf功頻率環(huán)PI控制器積分時間常數(shù)，fi為系統(tǒng)頻率值，fN為 系統(tǒng)頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)中通常取50化，Pvai為頻率環(huán)輸出有功指令值，Tf為有功 功率指令濾波器時間常數(shù)，P為穩(wěn)定控制器濾波后的輸出有功指令，即為飛輪儲能系統(tǒng)有功 出力指令值，PcMax為飛輪儲能最大可吸有功功率(充電）,PdMax為飛輪儲能最大可放有功功率 (放電）。
[0092] 如上式所示，穩(wěn)定控制器頻率控制，采用PI控制器+反饋閉環(huán)控制策略，系統(tǒng)頻率 與額定值偏差作為PI控制器的輸入，通過計算得到系統(tǒng)有功功率指令，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn) 有功階躍，引發(fā)系統(tǒng)頻率沖擊，對有功指令值采用一階濾波器進行濾波，經(jīng)過濾波器后的有 功指令值P經(jīng)過穩(wěn)控控制器下發(fā)，對飛輪儲能系統(tǒng)無功功率的進行控制，來保障獨立電網(wǎng)系 統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。同時，為了防止飛輪儲能有功指令越限，造成飛輪儲能過充過放，需要對PI 控制器輸出的有功指令進行限幅。
[0093] 步驟六中，若母線電壓和系統(tǒng)頻率同時越限時，穩(wěn)控控制器優(yōu)先進入系統(tǒng)頻率越 限處理流程，協(xié)調(diào)飛輪儲能有功出力，否則對系統(tǒng)電壓進行調(diào)整時會加劇系統(tǒng)有功缺額，導(dǎo) 致頻率越限問題更嚴重；當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)正常時，若此時無功依然越限，則穩(wěn)定控制進入母 線電壓越限處理流程。
[0094] 本發(fā)明能夠很好的解決偏遠地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，將飛輪儲能和柴油機很好的應(yīng)用 于供電系統(tǒng)中，通過控制系統(tǒng)控制算法的優(yōu)化，使電網(wǎng)與柴油發(fā)電機，儲能系統(tǒng)無縫對接， 保證偏遠地區(qū)穩(wěn)定的供電。
【主權(quán)項】
1. 一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括W下步驟： 步驟一，根據(jù)偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的負荷預(yù)測結(jié)果，配置柴油發(fā)電機組容量，并在柴油發(fā) 電機組母線側(cè)配置一定容量飛輪儲能系統(tǒng)； 步驟二，計量單元采集柴油發(fā)電機組母線電壓/頻率數(shù)據(jù)，并通過通信通道傳遞給穩(wěn)定 控制器； 步驟Ξ，穩(wěn)定控制器接柴油發(fā)電機組母線電壓/頻率數(shù)據(jù)，并對其進行糾錯和濾波； 步驟四，穩(wěn)定控制器判斷母線電壓/頻率是否越限，若不越限，則繼續(xù)重復(fù)步驟二至步 驟四，否則轉(zhuǎn)入下一步； 步驟五，穩(wěn)定控制器對母線電壓/頻率數(shù)據(jù)進行求導(dǎo)，得到柴油發(fā)電機母線電壓/頻率 變化率； 步驟六，若為母線電壓越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線電壓值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪儲能無 功出力;若為母線頻率越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線頻率值和變化率，協(xié)調(diào)飛輪儲能有功出 力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于:所述的步驟一中，柴油發(fā)電機組的容量Pdiesel配置如下式所示： Pdiesel= (1+Kbp) XPload 式中，Plnad為偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)最大需求負荷預(yù)測值，Kbp為旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)； 飛輪儲能系統(tǒng)容量，通常按照最大需求負荷預(yù)測值的5%~15%配置容量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于:所述的步驟Ξ中，對所接收的柴油發(fā)電機母線側(cè)電壓及系統(tǒng)頻率數(shù)據(jù)進行糾 錯處理時，電壓糾錯判斷主要采用W下判斷條件：式中，Ui為當(dāng)前接收的柴油發(fā)電機母線電壓采樣值，化-1上一時刻接收的柴油發(fā)電機母 線電壓采樣值，Un為柴油發(fā)電機組母線電壓額定值； 當(dāng)穩(wěn)定控制器接收到的母線電壓數(shù)據(jù)化滿足上式條件中的一項或者多項時，則判斷母 線電壓采樣值接收錯誤，啟動數(shù)據(jù)糾錯流程，令化=化-1; 頻率糾錯判斷主要采用W下判斷條件：式中，fi為當(dāng)前接收的柴油發(fā)電機母線頻率采樣值，fi-1上一時刻接收的柴油發(fā)電機母 線頻率采樣值，fN為柴油發(fā)電機組母線頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)通常取值50化； 當(dāng)穩(wěn)定控制器接收到的母線頻率數(shù)據(jù)fi滿足上式條件中的一項或者多項時，則判斷頻 率采樣值接收錯誤，啟動數(shù)據(jù)糾錯流程，令fi = f 1-1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于:所述的步驟Ξ中，對所接收的母線電壓/系統(tǒng)頻率進行濾波時，采用二階帶通 濾波算法，濾波器設(shè)計如下式所示：式中，Ta、Tb、Tc為濾波時間常數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場需要進行調(diào)整； 通過二階帶通濾波算法，能夠有效得到電壓/頻率基波分量，作為穩(wěn)定控制器的控制策 略輸入。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于:所述的步驟四中，電壓越限判斷依據(jù)如如下式所示：式中，KuP、KuL值的確定可依據(jù)國家電能質(zhì)量標準，并考慮偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的實際情 況，適當(dāng)放寬;Un為母線額定電壓值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于： 頻率越限判斷依據(jù)如下式所示：式中，KfP、KfL值的確定可依據(jù)國家電能質(zhì)量標準，并考慮偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的實際情 況，適當(dāng)放寬;fN為柴油發(fā)電機組母線頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)通常取值50化。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于:步驟六中，若為母線電壓越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)母線電壓值和變化率，協(xié)調(diào) 飛輪儲能無功出力，其出力公式為：式中，Du為電壓變化率，Tu功電壓環(huán)PI控制器積分時間常數(shù)，U功母線電壓值，帕為母線 額定電壓值，Qval為電壓環(huán)輸出無功指令值，Tu為無功功率指令濾波器時間常數(shù)，Q為穩(wěn)定控 制器濾波后的輸出無功指令，即為飛輪儲能系統(tǒng)無功出力指令值，QcMax為飛輪儲能最大可 吸無功功率，即感性無功功率，QdMax為飛輪儲能最大可放無功功率，即容性無功功率。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于： 根據(jù)所述飛輪儲能無功出力公式，穩(wěn)定控制器電壓控制，采用PI控制器+反饋閉環(huán)控制 策略，母線電壓與額定值偏差作為PI控制器的輸入，通過計算得到系統(tǒng)無功功率指令，為了 避免系統(tǒng)出現(xiàn)無功階躍，引發(fā)系統(tǒng)電壓沖擊，對無功指令值采用一階濾波器進行濾波，經(jīng)過 濾波器后的無功指令值艇圣過穩(wěn)控控制器下發(fā)，對飛輪儲能系統(tǒng)無功功率的進行控制，來保 障獨立電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，同時，為了防止飛輪儲能無功指令越限，需要對PI控制器輸出 的無功指令進行限幅。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于:步驟六中，若為系統(tǒng)頻率越限，則穩(wěn)定控制器根據(jù)系統(tǒng)頻率值和變化率，協(xié)調(diào) 飛輪儲能有功出力，其出力公式為：式中，Df為頻率變化率，Tf功頻率環(huán)PI控制器積分時間常數(shù)，f功系統(tǒng)頻率值，fN為系統(tǒng) 頻率額定值，在我國電力系統(tǒng)中通常取50化，Pval為頻率環(huán)輸出有功指令值，Tf為有功功率 指令濾波器時間常數(shù)，P為穩(wěn)定控制器濾波后的輸出有功指令，即為飛輪儲能系統(tǒng)有功出力 指令值，PcMax為飛輪儲能最大可吸有功功率，即充電，PdMax為飛輪儲能最大可放有功功率，即 放電。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種適應(yīng)于偏遠地區(qū)獨立電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于： 根據(jù)所述飛輪儲能有功出力公式，穩(wěn)定控制器頻率控制，采用PI控制器+反饋閉環(huán)控制 策略，系統(tǒng)頻率與額定值偏差作為PI控制器的輸入，通過計算得到系統(tǒng)有功功率指令，為了 避免系統(tǒng)出現(xiàn)有功階躍，引發(fā)系統(tǒng)頻率沖擊，對有功指令值采用一階濾波器進行濾波，經(jīng)過 濾波器后的有功指令值P經(jīng)過穩(wěn)控控制器下發(fā)，對飛輪儲能系統(tǒng)無功功率的進行控制，來保 障獨立電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定；同時，為了防止飛輪儲能有功指令越限，造成飛輪儲能過充過 放，需要對PI控制器輸出的有功指令進行限幅。
【文檔編號】H02J3/46GK106099994SQ201610515144
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】曾憲瑞
【申請人】曾憲瑞