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CN112865106A - 一种考虑荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法 - Google Patents

一种考虑荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法 Download PDF

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CN112865106A
CN112865106A CN202011542923.1A CN202011542923A CN112865106A CN 112865106 A CN112865106 A CN 112865106A CN 202011542923 A CN202011542923 A CN 202011542923A CN 112865106 A CN112865106 A CN 112865106A
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马振
肖宇
鄂霖
朱永强
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North China Electric Power University
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North China Electric Power University
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Abstract

本发明提供了一种考虑储能荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法，该功率调度方法包括：交直流混合微电网与储能单元荷电状态(SOC)的工况划分与对应的功率调控策略。该方法步骤包括：首先，获取交流子微网的发电与负荷功率、交流频率、直流子微网的发电与负荷功率、直流母线电压和储能荷电状态，根据所获取参数进行划分7工作状况；然后，以最大化利用新能源电源为目标，考虑满足系统功率平衡、直流电压和交流频率的约束条件，结合具体工况设计功率调度方法；最后，通过控制换流器实现功率合理分配。

Description

一种考虑荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法
技术领域
本发明属于交直流混合微电网功率调度领域，尤其涉及一种考虑储能单元荷电状态的 交直流混合微电网功率调度方法。
技术背景
随着以风、光发电单元为代表的新能源及分布式发电技术得到广泛的推广，可以充分 利用新能源与分布式电源的微型电网已经引起了人们的重视。微电网系统是保障海岛等偏远 地区稳定供电的有效途径，也是大型电力系统的重要补充手段。
微电网系统的首要任务是保持稳定运行，其次是在此基础上对其中的各类发电单元进 行能量的优化调度，提升其经济性。其中，微电网系统的稳定包括电压稳定、频率稳定和功 角稳定。分布式电源中风、光发电单元的出力受风速、光照强度、温度等自然条件因素影响 较大，其功率输出具有波动性和间歇性，这些波动比例往往较高，对微电网的运行造成较大 冲击，不但不利于系统稳定运行，而且对整个系统的能量优化调度也造成了较大的困难。
因此，独立运行微电网系统是否能够在最小化储能配置的条件下确保其稳定、经济运 行，提升微电网系统的经济性，是微电网系统规模化应用的关键。在上述背景下，需要一种 考虑储能荷电状态(SOC)的交直流混合微电网功率调度方法。
发明内容
本发明提出一种考虑储能单元荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法，旨在保持 稳定运行，其次是在此基础上对其中的各类发电单元进行能量的优化调度，提升其经济性。
获取交直流混合微电网基本信息，包括交流子微网电源功率Ps-ac、交流负荷Pl-ac、交 流频率fac、直流电源功率Ps-dc、直流负荷Pl-dc、直流电压Udc、互联变流器(ILC)功率PILC(取交流微网流向直流微网方向为正)和储能单元SOC。
根据以上获取信息判断交直流混合微网两子微网分别处于盈余还是亏损的状态，判断 储能单元处于可充、可放还是可充放的状态。交直流混合微网的功率状态分为三大类，分别 为：双端亏损、双端盈余、一盈一亏；储能单元SOC划分为：可充、可放和可充放状态。
将上述情况结合会得到9种组合，为方便功率调控可以简化为7种工况。按照保持系 统稳定运行，并充分利用新能源发电的原则，制定具体的功率调度策略：
工况1：交直流子微网双端亏损，储能单元处于可放、可充放状态，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，若不满足系统功率缺额，需要微型燃气轮机启动增发功率。
工况2：交直流子微网双端亏损，储能单元处于可充状态，此时储能单元不能外放电 提供功率支撑，需要微型燃气轮机启动增发功率。
工况3：交直流子微网双端盈余，储能单元处于可充、可充放状态，此时储能单元需要充电吸收多余功率，若不能全额吸收多余功率，需要系统电源降低发电功率。
工况4：交直流子微网双端盈余，储能单元处于可放状态，此时储能单元不能充电吸 收多余功率，需要系统电源降低发电功率。
工况5：交直流子微网一盈一亏，储能单元处于可充状态，此时优先使用互联变流器 调动功率流向亏损一侧，计算系统总功率缺额，若系统总体缺功率，此时储能单元不能外放 电提供功率支撑，需要微型燃气轮机启动增发功率。
若系统总体盈余功率，此时储能单元需要充电吸收多余功率，当储能单元不能全额吸 收多余功率时，需要系统电源降低发电功率。
工况6：交直流子微网一盈一亏，储能单元处于可充放状态，此时优先使用互联变流 器调动功率流向亏损一侧，计算系统总功率缺额。若系统总体缺功率，此时储能单元需要向 外放电提供功率支撑，当不满足系统功率缺额，需要微型燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率，此时储能单元需要充电吸收多余功率，当储能单元不能全额吸 收多余功率时，需要系统电源降低发电功率。
工况7：交直流子微网一盈一亏，储能单元处于可放状态，此时优先使用互联变流器 调动功率流向亏损一侧，计算系统总功率缺额，若系统总体缺功率，此时储能单元需要向外 放电提供功率支撑，当不满足系统功率缺额时，需要微型燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率，此时储能单元不能充电吸收多余功率，需要系统电源降低发电 功率。
附图说明
下面通过附图对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是交直流混合微电网拓扑图。
图2是考虑荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法流程。
图3是储能单元荷电状态的划分。
具体实施方式
如图1所示交直流混合微电网拓扑图，交直流混合微电网分为交流子微网和直流子微 网部分，交流子微网电源为风电机组，微型燃气轮机是负责调峰的备用容量，交流子微网还 接有交流负荷；直流子微网电源为光伏机组，直流子微网还接有直流负荷与储能单元。交直 流子微网通过互联换流器(ILC)和固态开关(STS)相连。
本功率调度方法流程如图2所示，首先获取交直流混合微电网基本信息，包括交流微 网电源功率Ps-ac、交流负荷Pl-ac、交流频率fac、直流电源功率Ps-dc、直流负荷Pl-dc、直流电压Udc、互联变流器(ILC)功率PILC(取交流微网流向直流方向为正)和储能单元SOC；
ΔPac＝Ps-ac-Pl-ac (1)
ΔPdc＝Ps-dc-Pl-dc (2)
ΔP＝ΔPac+ΔPdc (3)
根据以上获取信息得到ΔPac、ΔPdc、ΔP和SOC，判断交直流混合微网两子微网分别 处于盈余还是亏损的状态；由于储能单元不可过充和过放(SOC不可太过接近0或1)，故结 合图3所示的荷电状态划分，判断储能单元处于可充、可放还是可充放的状态。
根据上述的交直流混合微网的运行状态判断，将功率状态分为三大类，分别为：双端 亏损、双端盈余、一盈一亏；储能单元SOC划分为：可充、可放和可充放状态，将上述情 况结合会得到9种组合，为方便功率调控可以简化为7种工况。
微电网系统的首要任务是保持稳定运行，其次是在此基础上对其中的各类发电单元进 行能量的优化调度，充分利用新能源，提升其经济性。按照该原则结合系统的7种工况，制 定以下具体的功率调度策略：
工况1：交直流子微网双端亏损即ΔPac<0且ΔPdc<0，储能单元处于可放、可充放状态 即m≤SOC≤1，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，若不满足系统功率缺额，需要微 型燃气轮机启动增发功率。
工况2：交直流子微网双端亏损即ΔPac<0且ΔPdc<0，储能单元处于可充状态即 0≤SOC≤m，此时储能单元不能外放电提供功率支撑，需要微型燃气轮机启动增发功率。
工况3：交直流子微网双端盈余即ΔPac>0且ΔPdc>0，储能单元处于可充、可充放状态 即0≤SOC≤n，此时储能单元需要充电吸收多余功率，若不能全额吸收多余功率，需要系统 电源降低发电功率。
工况4：交直流子微网双端盈余即ΔPac>0且ΔPdc>0，储能单元处于可放状态即 n≤SOC≤1，此时储能单元不能充电吸收多余功率，需要系统电源降低发电功率。
工况5：交直流子微网一盈一亏即ΔPac>0且ΔPdc<0(或ΔPac<0且ΔPdc>0)，储能单元 处于可充状态即0≤SOC≤m，此时优先使用互联变流器调动功率流向亏损一侧，计算系统总 功率缺额，若系统总体缺功率即ΔP<0，此时储能单元不能外放电提供功率支撑，需要微型 燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率即ΔP>0，此时储能单元需要充电吸收多余功率，当储能单元不 能全额吸收多余功率，需要系统电源降低发电功率。
工况6：交直流子微网一盈一亏即ΔPac>0且ΔPdc<0(或ΔPac<0且ΔPdc>0)，储能单元 处于可充放状态即m≤SOC≤n，此时优先使用互联变流器调动功率流向亏损一侧，计算系统 总功率缺额，若系统总体缺功率即ΔP<0，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，当不 满足系统功率缺额时，需要微型燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率即ΔP>0，此时储能单元需要充电吸收多余功率，当储能单元不 能全额吸收多余功率，需要系统电源降低发电功率；
工况7：交直流子微网一盈一亏即ΔPac>0且ΔPdc<0(或ΔPac<0且ΔPdc>0)，储能单元 处于可放状态n≤SOC≤1，此时优先使用互联变流器调动功率流向亏损一侧，计算系统总功 率缺额，若系统总体缺功率即ΔP<0，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，当不满足 系统功率缺额，需要微型燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率ΔP>0，此时储能单元不能充电吸收多余功率，需要系统电源降 低发电功率。
在得到系统的具体运行工况之后，按照上述的功率调度策略控制交直流混合微电网的 各个换流器运行，可以在保持稳定运行的要求下，即交流频率fac与直流电压Udc不可越限， 实现对新能源充分利用，提升其经济性。

Claims (3)

1.一种考虑储能荷电状态的交直流混合微电网功率调度方法，其特征在于，所述规划方法包括以下步骤：
(1)获取交直流混合微电网基本信息，包括交流子微网电源功率Ps-ac、交流负荷功率Pl-ac、交流频率fac、直流电源功率Ps-dc、直流负荷Pl-dc、直流电压Udc、互联变流器(ILC)功率PILC和储能单元荷电状态(SOC)；
(2)根据以上获取信息判断交直流混合微网两子微网分别处于盈余还是亏损的状态，判断储能单元处于可充、可放还是可充放的状态；
(3)从上一步得到的交直流混合微电网状态，按照保持系统稳定运行，并充分利用新能源发电的原则，在考虑储能单元荷电状态(SOC)的基础上选择控制策略。
2.根据权利要求1所述的获取信息判断交直流混合微网的功率状态分为三大类，分别为：双端亏损、双端盈余、一盈一亏，判断储能单元处于可充、可放还是可充放的状态；将上述情况结合会得到9种组合，为方便功率调控可以简化为7种工况。
3.根据权利要求2所述的7种工况，按照保持系统稳定运行，并充分利用新能源发电的原则，制定具体的功率调度策略：
工况1：交直流子微网双端亏损，储能单元处于可放、可充放状态，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，若不满足系统功率缺额，需要微型燃气轮机启动增发功率；
工况2：交直流子微网双端亏损，储能单元处于可充状态，此时储能单元不能外放电提供功率支撑，需要微型燃气轮机启动增发功率；
工况3：交直流子微网双端盈余，储能单元处于可充、可充放状态，此时储能单元需要充电吸收多余功率，若不能全额吸收多余功率，需要系统电源降低发电功率；
工况4：交直流子微网双端盈余，储能单元处于可放状态，此时储能单元不能充电吸收多余功率，需要系统电源降低发电功率；
工况5：交直流子微网一盈一亏，储能单元处于可充状态，此时优先使用互联变流器调动功率流向亏损一侧，计算系统总功率缺额，若系统总体缺功率，此时储能单元不能外放电提供功率支撑，需要微型燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率，此时储能单元需要充电吸收多余功率，当储能单元不能全额吸收多余功率时，需要系统电源降低发电功率；
工况6：交直流子微网一盈一亏，储能单元处于可充放状态，此时优先使用互联变流器调动功率流向亏损一侧，计算系统总功率缺额。若系统总体缺功率，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，当不满足系统功率缺额，需要微型燃气轮机启动增发功率；
若系统总体盈余功率，此时储能单元需要充电吸收多余功率，当储能单元不能全额吸收多余功率时，需要系统电源降低发电功率；
工况7：交直流子微网一盈一亏，储能单元处于可放状态，此时优先使用互联变流器调动功率流向亏损一侧，计算系统总功率缺额，若系统总体缺功率，此时储能单元需要向外放电提供功率支撑，当不满足系统功率缺额时，需要微型燃气轮机启动增发功率；
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