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CN108988324A - 一种基于soc和输出功率均衡控制方法 - Google Patents

一种基于soc和输出功率均衡控制方法 Download PDF

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CN108988324A CN201810729078.5A CN201810729078A CN108988324A CN 108988324 A CN108988324 A CN 108988324A CN 201810729078 A CN201810729078 A CN 201810729078A CN 108988324 A CN108988324 A CN 108988324A
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CN
China
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CN201810729078.5A
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Inventor
杨乐
祁晖
翁蓓蓓
梅鑫
段小峰
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Taizhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Taizhou Power Supply Co of Jiangsu Electric Power Co
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明属于电网电源控制方法领域，尤其涉及一种基于SOC和输出功率均衡控制方法。本发明通过对运行模式进行监控切换，使得SOC能够维持在合理区间，保持较大的的充放电裕度，提高电网调度的灵活性，进而扩充微网应用范围，在高负荷区间内，为主网提供服务，同时提高电源模块输出区间，减小储能损耗，延长储能模块的使用寿命；通过分层控制方式，实现频率、电压的多层调节，有效控制器运行范围，实现多储能模块SOC的平衡，协调多个电源模块与储能模块之间的功率分配。

Description

一种基于SOC和输出功率均衡控制方法
技术领域
本发明属于电网电源控制方法领域，尤其涉及一种基于SOC和输出功率均衡控制方法。
背景技术
分布式电源等小型配发电装置是电网中日益增多的辅助设备，其具有灵活性强，且对环境友好的特点，能够环节日益增高的电网需求压力，降低电网建设难度以及简化区域电网，同时其具有可再生能力的特点也为其实现可持续使用提供了基础，由于中国疆域辽阔，为满足偏远距离的用电需求，国内电网电压等级不断提高，虽然在一定程度上解决了电网传输以及利用效率问题，但由于其成本太高，且对基础设备以及电网配套设备都需要进行系列改进，因此短时间内难以进行大范围利用，因此合理利用分布式电源等小型配发电装置，通过特定节点特定区域引入配发电装置来进行针对性的配网规划，能够实现低成本高效率的配电设计规划。
但另一方面，由于小型配发电装置功率以及输出能力有限，一般需要进行规模化利用组成微网来满足基本需求，但由于这些微网中涉及大量的包括变流器接口等中间设备，这些中间设备难以与电网进行同步，惯性较差，在电网或者微网出现电流波动或者负荷突变等扰动时，网内频率以及电压会出现异常变化，对其使用以及输出都造成影响。
发明内容
本发明创造的目的在于，提供一种基于SOC和输出功率均衡控制方法，利用频率/电压分级调节以及多储能SOC均衡控制原理，实现SOC均衡时，控制分布电源合理分配有功负荷。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种基于SOC和输出功率均衡控制方法，用于控制连接至主网的微网，微网内设置有电源模块和储能模块，包括如下步骤：
步骤一、用于实现微网模式切换的步骤，本步骤包括三种模式，
模式A、电源模块和储能模块分别运行于MPPT模式和AGG模式；
模式B、电源模块和储能模块分别运行于AGG模式和热备用模式；
模式C、电源模块和储能模块均运行于AGG模式；
MPPT模式是指电源模块沿MPPT曲线运行；热备用模式是指仅当电源模块最大输出之和小于微网负荷与蛛网交互功率指令之和时，储能模块才补偿缺额功率；AGG模式是指MGCC 将系统负荷以最大可输出功率等比例原则分摊至运行于AGG模式的电源模块，各电源模块按照MGCC的功率指令进行输出；
模式切换步骤具体是指：正常运行时，微网处于模式B，当储能模块放电至 SOC＜SOClow时，由模式B切换至模式A，由电源模块向储能模块充电，同时提高放电裕度；当储能模块充电至时SOC≥SOCnorm时，由模式A切换至模式B，当SOC≥SOChigh时，由模式B切换至模式C；当SOC≤SOCnorm时，由模式C切换至模式B；
步骤二、用于实现储能电压/无功控制的分层控制步骤，包括线性控制以及反馈控制；
其中线性控制可表达如下：fpri(Pi)＝fmax-miPi；Vpri(Qi)＝Vmax-niQi；mi为频率下垂系数，fmax为最大频率值，Pi为电源输出有功功率，ni为电压下垂系数，Vmax为机端最大电压值，Qi为电源输出无功功率；
其中反馈控制可表达如下：fsec(α，firef)＝α(f0-firef)；Vsec(β，Viref)＝β(V0-Viref)；f0为额定频率，firef为目标频率，α为反馈电压控制增益系数，V0为额定电压，Viref为目标电压，β为反馈电压控制增益系数；
步骤三、用于实现储能SOC平衡的储能SOC偏差动态控制，包括充电控制和放电控制两个阶段；
当系统放电时，其动态控制方式可表示如下：Pi＞0；
当系统放电时，其动态控制方式可表示如下：Pi＜0；其中ki为下垂曲线系数，f*为下垂控制的额定频率，SOCi为储能单元的荷电状态，为所有储能SOC的算数平均值，λ为均衡控制系数。
进一步地，FPC频率控制和VPC电压控制中还设置有低通滤波控制，含有低通滤波控制的FPC频率控制和VPC电压控制综合控制，可表达如下：
firef＝firef(Pi)+fsec(α，firef)/(1+T1s)；Viref＝Viref(Pi)+Vsec(β，Viref)/(1+T2s)。
进一步地，在分层控制和储能SOC偏差动态偏差动态控制中引入不同时间常数的低通滤波器，得到分层控制和储能SOC偏差动态偏差动态控制的综合控制表达式如下：
firef＝firef(Pi)+fsec(α，firef)/(1+T2s)+(fier(Pi，SOCi)-fpri(Pi))/(1+T3s)；其中T2、T3是低通滤波器的时间常数。
其有益效果在于：通过对运行模式进行监控切换，使得SOC能够维持在合理区间，保持较大的的充放电裕度，提高电网调度的灵活性，进而扩充微网应用范围，在高负荷区间内，为主网提供服务，同时提高电源模块输出区间，减小储能损耗，延长储能模块的使用寿命；通过分层控制方式，实现频率、电压的多层调节，有效控制器运行范围，实现多储能模块SOC的平衡，协调多个电源模块与储能模块之间的功率分配；通过进一步分层引入低通滤波器，实现时间尺度上的解耦，维持良好的动态特性的同时，降低中央控制以及通信的需求，即使在通信故障等异常事件发生后，也可以通过使SOCAVR保持在通信前的值或者禁用分层控制和储能SOC偏差动态偏差动态控制的综合控制维持微网的稳定运行。
附图说明
图1是本发明用于实现微网模式切换的步骤的原理示意图；
图2是本发明中反馈控制的原理示意图；
图3是本发明中线性控制与反馈控制在时间尺度上的解耦原理示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
一种基于SOC和输出功率均衡控制方法，用于控制连接至主网的微网，微网是分布式发电利用和并网的有效方式之一，一般情况下微网内设置有电源模块和储能模块，电源模块用途输出电能至主网或者向存储模块充电，储能模块用于储存电能并在需要时向主网输出电能；需要指出的是，由于单一的电源模块以及储能模块的功率以及输出/容量有限，一般微网内均包括多个电源模块以及储能模块，并通过各种并网方式进行组合，最终以整体形势构成微网向外进行输出，因此下述电源模块以及储能模块均代指所有电源模块以及所有储能模块的集合体。为实现微网的可调度功能，保证储能SOC位于合适区间，本发明设置了用于实现微网模式切换的步骤，如图1所示，本步骤包括三种模式，
模式A、电源模块和储能模块分别运行于MPPT模式和AGG模式；
模式B、电源模块和储能模块分别运行于AGG模式和热备用模式；
模式C、电源模块和储能模块均运行于AGG模式；
MPPT模式是指电源模块沿MPPT曲线运行；热备用模式是指仅当电源模块最大输出之和小于微网负荷与蛛网交互功率指令之和时，储能模块才补偿缺额功率；AGG模式是指MGCC 将系统负荷以最大可输出功率等比例原则分摊至运行于AGG模式的电源模块，各电源模块按照MGCC的功率指令进行输出；
模式切换步骤具体是指：
正常运行时，微网处于模式B，负荷由电源组件按照最大可输出功率进行等比例分配，设电源模块的最大输出以及最小输出为PRES，max、PRES，min，储能模块的最大充电功率和发电功率为-PESS，max、PESS，max，微网与电网交互功率的调度指令Plinecmd应当满足：
正常使用是：削峰填谷时：其中Pload为微网有功负荷。
储能模块的剩余电量可用SOC表示，当储能模块放电至SOC＜SOClow时，由模式B切换至模式A，由电源模块向储能模块充电，以避免储能模块过度放电，同时提高放电裕度；当储能模块充电至时SOC≥SOCnorm时，由模式A切换至模式B，当SOC≥SOChigh时，由模式B切换至模式C，对储能模块进行放电，避免过度充电，同时提高充电裕度；当 SOC≤SOCnorm时，由模式C切换至模式B；基于上述模式切换的步骤，
在前述基础上，本发明提供了一种用于实现储能电压/无功控制的分层控制步骤，包括线性控制以及反馈控制；线性控制采用典型的下垂控制，反馈控制利用电源模块的机端频率以及电压信息实现系统频率以及电压的反馈调节，以保证系统频率和电压位于许用范围。
本发明中的线性控制可表达如下：fpri(Pi)＝fmax-miPi；Vpri(Qi)＝Vmax-niQi；其中mi为频率下垂系数，fmax为最大频率值，Pi为电源输出有功功率，ni为电压下垂系数，Vmax为机端最大电压值，Qi为电源输出无功功率；
由上式可知，在微网负荷变化时，系统频率和电压调节存在偏差，因此需要通过反馈控制来补偿偏差值，以控制其具体范围，其具体控制原理如图2所示；其中反馈控制可表达如下：fsec(α，firef)＝α(f0-firef)；Vsec(β，Viref)＝β(V0-Viref)；f0为额定频率，firef为目标频率，α为反馈电压控制增益系数，V0为额定电压，Viref为目标电压，β为反馈电压控制增益系数。
进一步地，本发明在线性控制以及反馈控制中还设置有低通滤波控制，通过在反馈控制中引入低通滤波器，以实现线性控制与反馈控制在时间尺度上的解耦，以提高微网的动态特性，其具体控制原理如图3所示，其控制方式可表达如下：
firef＝firef(Pi)+fsec(α，firef)/(1+T1s)；Viref＝Viref(Pi)+Vsec(β，Viref)/(1+T2s)；其中firef为参考频率，Viref为参考电压。
进一步地，在某些微网中，由于线性控制以及反馈控制的动态耦合性较强，当微网中负荷发生变化时，可能产生网内干扰导致微网运行异常，在所述线性控制以及反馈控制中设置有低通滤波控制的基础上，引入不同时间常数的低通滤波器，得到分层控制和储能SOC 偏差动态偏差动态控制的综合控制，表达式如下：
firef＝firef(Pi)+fsec(α，firef)/(1+T2s)+(fier(Pi，SOCi)-fpri(Pi))/(1+T3s)；其中T2、T3是低通滤波器的时间常数。
本发明还设置了用于实现储能SOC平衡的储能SOC偏差动态控制，包括充电控制和放电控制两个阶段；
当系统放电时，其动态控制方式可表示如下：Pi＞0；
当系统放电时，其动态控制方式可表示如下：Pi＜0；其中ki为下垂曲线系数，f*为下垂控制的额定频率，SOCi为储能单元的荷电状态，为所有储能SOC的算数平均值，λ为均衡控制系数。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.根据权利要求1所述一种基于SOC和输出功率均衡控制方法，用于控制连接至主网的微网，所述微网内设置有电源模块和储能模块，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、用于实现微网模式切换的步骤，本步骤包括三种模式，
模式A、电源模块和储能模块分别运行于MPPT模式和AGG模式；
模式B、电源模块和储能模块分别运行于AGG模式和热备用模式；
模式C、电源模块和储能模块均运行于AGG模式；
所述MPPT模式是指电源模块沿MPPT曲线运行；所述热备用模式是指仅当电源模块最大输出之和小于微网负荷与蛛网交互功率指令之和时，储能模块才补偿缺额功率；所述AGG模式是指MGCC将系统负荷以最大可输出功率等比例原则分摊至运行于AGG模式的电源模块，各电源模块按照MGCC的功率指令进行输出；
所述模式切换步骤具体是指：正常运行时，微网处于模式B，当储能模块放电至SOC＜SOClow时，由模式B切换至模式A，由电源模块向储能模块充电，同时提高放电裕度；当储能模块充电至时SOC≥SOCnorm时，由模式A切换至模式B，当SOC≥SOChigh时，由模式B切换至模式C；当SOC≤SOCnorm时，由模式C切换至模式B；
步骤二、用于实现储能电压/无功控制的分层控制步骤，包括线性控制以及反馈控制；
其中线性控制可表达如下：fpri(Pi)＝fmax-miPi；Vpri(Qi)＝Vmax-niQi；mi为频率下垂系数，fmax为最大频率值，Pi为电源输出有功功率，ni为电压下垂系数，Vmax为机端最大电压值，Qi为电源输出无功功率；
其中反馈控制可表达如下：fsec(α，firef)＝α(f0-firef)；Vsec(β，Viref)＝β(V0-Viref)；f0为额定频率，firef为目标频率，α为反馈电压控制增益系数，V0为额定电压，Viref为目标电压，β为反馈电压控制增益系数；
步骤三、用于实现储能SOC平衡的储能SOC偏差动态控制，包括充电控制和放电控制两个阶段；
当系统放电时，其动态控制方式可表示如下：
当系统放电时，其动态控制方式可表示如下：
其中ki为下垂曲线系数，f*为下垂控制的额定频率，SOCi为储能单元的荷电状态，为所有储能SOC的算数平均值，λ为均衡控制系数。
2.根据权利要求1所述一种基于SOC和输出功率均衡控制方法，其特征在于，线性控制以及反馈控制中还设置有低通滤波控制，可表达如下：
firef＝firef(Pi)+fsec(α，firef)/(1+T1s)；Viref＝Viref(Pi)+Vsec(β，Viref)/(1+T2s)。
3.根据权利要求2所述一种基于SOC和输出功率均衡控制方法，其特征在于，在所述线性控制以及反馈控制中设置有低通滤波控制，并引入不同时间常数的低通滤波器，得到分层控制和储能SOC偏差动态偏差动态控制的综合控制表达式如下：
firef＝firef(Pi)+fsec(α，firef)/(1+T2s)+(fier(Pi，SOCi)-fpri(Pi))/(1+T3s)；其中T2、T3是低通滤波器的时间常数。
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