專(zhuān)利名稱(chēng)：便于分布式發(fā)電資源的電力電子接口的控制策略的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電能發(fā)電領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種便于分布式發(fā)電資源的電力電子接口(PEI)的控制策略的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今由使用化石燃料、水力或核能的大型集中式電廠來(lái)產(chǎn)生大量電力，并經(jīng)由長(zhǎng)距離傳輸給終端用戶(hù) 。在這些系統(tǒng)中，電力通過(guò)分布網(wǎng)絡(luò)從集中電站沿一個(gè)方向流向消費(fèi)者。然而，這種集中式發(fā)電示例具有許多缺點(diǎn)，包括溫室氣體和其他污染物對(duì)于環(huán)境的影響、傳輸損耗和低效、日益嚴(yán)重的供電安全問(wèn)題、系統(tǒng)維護(hù)問(wèn)題、轉(zhuǎn)變消耗以及進(jìn)行升級(jí)、傳輸和分布基礎(chǔ)設(shè)施的替換的較高成本。在過(guò)去的幾年中，技術(shù)革新改變了經(jīng)濟(jì)和管理環(huán)境，環(huán)境變化和社會(huì)發(fā)展刺激了對(duì)于分布式發(fā)電(DG)系統(tǒng)的興趣。分布式發(fā)電是一種電力系統(tǒng)的新型模型，基于根據(jù)新型可再生能源技術(shù)(例如太陽(yáng)能、風(fēng)力和燃料電池)將小型和中型發(fā)電機(jī)集成到公用事業(yè)網(wǎng)中。所有這些發(fā)電機(jī)通過(guò)完全交互智能電網(wǎng)互連。這種革新需要復(fù)雜的控制和通信技術(shù)。大多數(shù)DG資源主要用于補(bǔ)充傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)。例如，可以結(jié)合這些資源以便在主公用事業(yè)網(wǎng)的干擾和中斷期間在特定區(qū)域中向鄰近負(fù)載提供連續(xù)電力。將這種DG資源與鄰近負(fù)載的分組稱(chēng)為微電網(wǎng)。通常微電網(wǎng)是一種自包含電生態(tài)系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生、傳輸、消耗、監(jiān)控和管理電力。在許多情況下，可以將微電網(wǎng)集成到大型集中電網(wǎng)中，但其定義特性證明了如果從主電網(wǎng)斷開(kāi)也能夠獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)前開(kāi)發(fā)的大多數(shù)DG資源不能用作微電網(wǎng)的一部分，這是因?yàn)檫@些資源被設(shè)計(jì)為電流源。由這種電力系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出明顯不穩(wěn)定。此外，這種電力系統(tǒng)不能與主電網(wǎng)隔離運(yùn)行以向特定區(qū)域供電。將使用微電網(wǎng)與主電網(wǎng)隔離地相特定區(qū)域或特定位置供電稱(chēng)作孤島化(islanding)。此外，如果被設(shè)計(jì)為電壓源，則DG資源不能用作微電網(wǎng)的一部分。這是由于瞬時(shí)輸出電壓的微小差異導(dǎo)致大量流通電流并可能損壞DG資源。近年來(lái)使用的微電網(wǎng)使用同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)輸出阻抗特性，使其能夠連接到主電網(wǎng)或與主電網(wǎng)隔離的并行操作。根據(jù)上述挑戰(zhàn)，需要一種系統(tǒng)，其中可以通過(guò)使用電力電子接口來(lái)控制多個(gè)DG資源以提供改進(jìn)的特性。此外，需要一種系統(tǒng)，其中集成多個(gè)DG資源以形成微電網(wǎng)。按照這種方式，可以以適當(dāng)方式控制多個(gè)DG資源以保持穩(wěn)定。此外，當(dāng)與大型公用事業(yè)網(wǎng)相連(被稱(chēng)作電網(wǎng)連接模式)以及與公用事業(yè)網(wǎng)分離(被稱(chēng)作孤島模式)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠工作。此夕卜，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠提供操作的電網(wǎng)連接模式和孤島模式之間的平滑轉(zhuǎn)變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)分布式發(fā)電(DG)資源的穩(wěn)定AC發(fā)電和分布系統(tǒng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)以便于通過(guò)使用電力電子接口來(lái)控制DG資源，以使DG資源展示預(yù)定電特性。通過(guò)所述系統(tǒng)展示的預(yù)定電特性類(lèi)似于同步發(fā)電機(jī)的電特性。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，公開(kāi)了一種方法用于將多個(gè)DG單元分組到微電網(wǎng)?？梢酝ㄟ^(guò)使用監(jiān)督控制代理對(duì)微電網(wǎng)的多個(gè)DG單元進(jìn)行分組。監(jiān)督控制代理通過(guò)低帶寬通信網(wǎng)絡(luò)(LBCN)與多個(gè)DG單元進(jìn)行通信。此外，當(dāng)與主電網(wǎng)相連時(shí)微電網(wǎng)運(yùn)行，并且處于孤島模式也能夠工作。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種方法通過(guò)集成多個(gè)DG資源來(lái)創(chuàng)建微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)將多個(gè)微電網(wǎng)排列到預(yù)定分級(jí)結(jié)構(gòu)架構(gòu)中來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)。


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以下將結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，提供附圖以演示而不是限制本發(fā)明，其中類(lèi)似指示表示類(lèi)似組件，圖中:圖1是其中實(shí)踐了本發(fā)明多種實(shí)施例的示例環(huán)境；圖2示出了對(duì)用于實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電(DG)單元的控制策略的系統(tǒng)組件加以演示的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例表示虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的示例電路圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的另一示例電路圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方框圖，示出了將DG系統(tǒng)、負(fù)載以及相關(guān)控制器分組到微電網(wǎng)中；以及圖7表示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種系統(tǒng)和方法，便于分布式發(fā)電(DG)資源的電力電子接口(PEI)的控制策略。DG資源的多種示例可以包括但不局限于:光伏(PV)系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、電池存儲(chǔ)單元和燃料電池。具體地，本發(fā)明關(guān)注一個(gè)或多個(gè)PEI與交流電(AC)電力分布系統(tǒng)之間的交互。圖1是其中能夠?qū)嵺`本發(fā)明多種實(shí)施例的示例環(huán)境。所示圖1包括發(fā)電站102 ; —個(gè)或多個(gè)傳輸單兀104a、104b和104c (統(tǒng)一稱(chēng)作傳輸單兀104)；一個(gè)或多個(gè)分布單兀106a和106b (統(tǒng)一稱(chēng)作分布單兀106);微電網(wǎng)108 ；一個(gè)或多個(gè)負(fù)載IlOa和I IOb (統(tǒng)一稱(chēng)作負(fù)載110);和分布網(wǎng)絡(luò)112。此外，微電網(wǎng)108還包括一個(gè)或多個(gè)PEI114a、114b和114c (統(tǒng)一稱(chēng)作PEI114);—個(gè)或多個(gè)DG資源116a、116b和116c (統(tǒng)一稱(chēng)作DG資源116);和一個(gè)或多個(gè)DG單元118a、118b和118c (統(tǒng)一稱(chēng)作DG單元118)。如圖1所示，當(dāng)與DG資源116相結(jié)合時(shí)PEI單元114形成DG單元118。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1可以包括一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)控制中心(圖1未示出)。此夕卜，電網(wǎng)控制中心提供發(fā)電、傳輸和分布的監(jiān)督和控制。如上所述，發(fā)電站102取決于傳統(tǒng)和可再生源，包括但不局限于:化石燃料、核能、水力、風(fēng)力、光伏和地?zé)?。此?發(fā)電站102產(chǎn)生大量電力以便經(jīng)由分布網(wǎng)絡(luò)112分布到負(fù)載 110。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將發(fā)電站102產(chǎn)生的電力提供給傳輸單元104，以便進(jìn)一步將電力傳輸?shù)椒植紗呜?06。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，微電網(wǎng)108包括圖1所示的DG單元118。DG單元118可以取決于諸如光伏系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、電池存儲(chǔ)單元和燃料電池之類(lèi)的源。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，連接微電網(wǎng)108以便與公用事業(yè)網(wǎng)并行運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，微電網(wǎng)108可以與公用事業(yè)網(wǎng)隔離地運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將發(fā)電站102、傳輸單元104、分布單元106、負(fù)載110和分布網(wǎng)絡(luò)112統(tǒng)一稱(chēng)作公用事業(yè)網(wǎng)。圖2示出了對(duì)用于實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電(DG)單元的控制策略的系統(tǒng)組件加以演示的方框圖。如圖2所示，方框圖示出了分布式發(fā)電單元202。DG單元202包括分布式發(fā)電(DG)資源204、電力電子接口(PEI)單元206、AC流傳感器208、性能控制器210、電流反饋控制器212、功率流控制器214和短期能量存儲(chǔ)單元216。DG資源204使用諸如光伏系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、電池存儲(chǔ)單元和/或燃料電池之類(lèi)的一個(gè)或多個(gè)源來(lái)產(chǎn)生電力。根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例，使用PEI單元206來(lái)實(shí)現(xiàn)控制方案以控制DG資源204獲得優(yōu)選性能。PEI單元206的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)與其相連的DG資源204的特定特性而變化。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將PEI單元206編程為展示與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似的電特性。PEI單元典型是硬件和軟件的結(jié)合。使用虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)來(lái)仿真特性，將虛擬電網(wǎng)絡(luò)表示為AC電壓源(Vs)和預(yù)定阻抗網(wǎng)絡(luò)的組合。此外，諸如幅度、頻率和相位之類(lèi)AC電壓源(Vs)的多種特性可以實(shí)時(shí)變化以控制DG單元202的無(wú)功/有功功率輸出。將在后續(xù)段落中更詳細(xì)地描述該過(guò)程。在電流反饋環(huán)周?chē)鷺?gòu)建由PEI單元206實(shí)現(xiàn)的控制策略。通過(guò)電流傳感器208和電流反饋控制器212來(lái)實(shí)現(xiàn)電流反饋環(huán)。根據(jù)使用電流傳感器208感測(cè)的電流和電流基準(zhǔn)(Iac)之間的比較來(lái)控制PEI單元206的輸出電流。除了 VEN的數(shù)學(xué)模型以外，性能控制器210還使用AC系統(tǒng)電壓(yj的瞬時(shí)度量來(lái)計(jì)算輸出電流基準(zhǔn)(Iac)的瞬時(shí)值。性能控制器210操控電流基準(zhǔn)(Iae)以便再現(xiàn)VEN的性能，由此仿真同步發(fā)電機(jī)的性能。將結(jié)合圖3來(lái)詳細(xì)描述如上所述的VEN。功率流控制器214通過(guò)連續(xù)調(diào)制功率角來(lái)管理DG資源204和短期能量存儲(chǔ)單元216之間的能量流，以實(shí)現(xiàn)特定功率管理目標(biāo)。管理目標(biāo)之一可以是創(chuàng)建DG單元202的平均有功功率輸出和AC系統(tǒng)電壓(Vac)的頻率之間的預(yù)定衰減關(guān)系。通過(guò)使用AC系統(tǒng)電壓(Vac)和VEN的電壓Vs之間的相位差來(lái)確定功率角，稍后將進(jìn)行描述。此外，功率流控制器214用于確保短期能量存儲(chǔ)單元216保持在適當(dāng)PEI操作且能夠響應(yīng)系統(tǒng)瞬變的令人滿(mǎn)意的能量水平。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例表示虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的電路圖。如圖3所示，電路圖包括AC電壓源(Vs) 302以及阻抗304和306 (統(tǒng)一稱(chēng)作阻抗)。阻抗304和306可以被稱(chēng)作阻抗網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以通過(guò)性能控制器210來(lái)實(shí)現(xiàn)如圖3所示的虛擬電路。將諸如VEN之類(lèi)的虛電路設(shè)計(jì)為包括與阻抗網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的AC電壓源(Vs)302。此夕卜，根據(jù)AC電壓源(Vs) 302的期望特性和數(shù)值來(lái)設(shè)計(jì)形成阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗。由功率流控制器214來(lái)確定AC電壓源(Vs) 302的數(shù)值。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，將阻抗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)。當(dāng)支持專(zhuān)用負(fù)載時(shí)，該設(shè)計(jì)可以保持來(lái)自DG單元的可接受輸出電壓質(zhì)量。這包括:當(dāng)存在負(fù)載電流諧波時(shí)使電壓失真最小化、響應(yīng)于負(fù)載瞬變提供適當(dāng)?shù)淖枘嵋约皩?duì)于重負(fù)載使電壓衰落最小化。阻抗網(wǎng)絡(luò)的另一目標(biāo)涉及根據(jù)電壓(Vac)的幅度和相位創(chuàng)建優(yōu)選的衰減特性。當(dāng)AC系統(tǒng)電壓U的幅度減小時(shí)，優(yōu)選的衰減特性能夠增大DG單元的無(wú)功功率輸出。當(dāng)入的相位角相對(duì)于AC系統(tǒng)電壓(Vac)增大時(shí),優(yōu)選的衰減特性還能夠增大DG單元的有功功率輸出。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于VEN阻抗的數(shù)值保持恒定，并且根據(jù)期望的輸出特性來(lái)確定該數(shù)值。此外，由于Vs相對(duì)于系統(tǒng)電壓Va。的幅度和相位會(huì)影響DG單元的有功/無(wú)功功率輸出，Vs的值保持動(dòng)態(tài)。此外，如上所述，由功率流控制器214確定Vs的瞬時(shí)值。圖4和圖5表示虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的示例電路圖。這些圖示出了根據(jù)相應(yīng)實(shí)施例的實(shí)際VEN配置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明將描述如圖4所示表示VEN配置的示例電路圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解， 圖4所示電路的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與圖3所示電路的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)類(lèi)似。圖4所示的VEN電路圖包括與阻抗網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的AC電壓源(Vs) 302。如根據(jù)圖3所述，阻抗網(wǎng)絡(luò)包括阻抗Zl和Z2的組合。在該實(shí)施例中，根據(jù)圖4的VEN電路圖包括電感Ls和電阻Rd。的串聯(lián)組合(類(lèi)似于圖3中定義的Zl)。此外，圖4可以包括電容Cs(類(lèi)似于圖3中定義的Z2)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，本發(fā)明將描述如圖5所不表不VEN配置的不例電路圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖5所示電路的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與圖3所示電路的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)類(lèi)似。圖5所示的VEN電路圖包括與阻抗網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的AC電壓源(Vs) 302。如根據(jù)圖3所述，阻抗網(wǎng)絡(luò)包括阻抗Zl和Z2的組合。在該實(shí)施例中，根據(jù)圖5的VEN電路圖包括電感Lsl與并聯(lián)組合的電阻Rd。和電容Cd。的串聯(lián)組合(類(lèi)似于圖3中定義的Zl)。此外，圖5可以包括電容Cs和電阻Rdamp的串聯(lián)組合(類(lèi)似于圖3中定義的Z2)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在操作期間VEN電路的配置可以變化以便優(yōu)化多種操作條件下同步發(fā)電機(jī)的特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，VEN可以根據(jù)需求來(lái)變化。電路的多種組件可以包括但不局限于:一個(gè)或多個(gè)電壓源、一個(gè)或多個(gè)電流源、線性或非線性阻性組件、容性組件和感性組件。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方框圖，示出了將DG系統(tǒng)、負(fù)載以及相關(guān)控制器分組到微電網(wǎng)中?？梢詫⒖刂品桨笐?yīng)用于DG系統(tǒng)以允許將多個(gè)DG單元、負(fù)載以及相關(guān)控制器分組到微電網(wǎng)中。圖6所示的方框圖包括:公用事業(yè)網(wǎng)622 ;公用事業(yè)網(wǎng)控制器628 ;和微電網(wǎng)602。微電網(wǎng)602又可以包括:根據(jù)本文所示控制方案控制的一個(gè)或多個(gè)DG單元604的某些組合；根據(jù)其他控制方案控制的一個(gè)或多個(gè)其他DG單元606 ;同步機(jī)系統(tǒng)608 ;監(jiān)督控制代理(SCA) 610 ;低帶寬通信網(wǎng)絡(luò)(LBCN) 624 ;以及負(fù)載626。所有組件可以?xún)H為硬件、僅為軟件或硬件和軟件的結(jié)合。負(fù)載626可以包括一個(gè)或多個(gè)智能負(fù)載630和傳統(tǒng)負(fù)載632。此外，SCA610包括智能開(kāi)關(guān)612和能量管理控制器614。SCA610還可以包括負(fù)載調(diào)度控制器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，負(fù)載調(diào)度控制器616可以形成智能負(fù)載630的一部分或與傳統(tǒng)負(fù)載632相連。智能開(kāi)關(guān)612還可以包括智能控制器618和傳感器620。在本發(fā)明的多種實(shí)施例中，微電網(wǎng)602和公用事業(yè)網(wǎng)622可以直接與智能開(kāi)關(guān)612相連，以便智能開(kāi)關(guān)612提供微電網(wǎng)602和公用事業(yè)網(wǎng)622之間的切換接口。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖6所示所有組件可以是硬件和軟件的組合。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖中所示的所有組件可以表示硬件組件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，SCA610可以作為單個(gè)物理模塊存在。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，SCA610可以作為內(nèi)置到多個(gè)分立系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的特征的集合。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，負(fù)載626可以包括但不局限于:可調(diào)負(fù)載、可調(diào)度負(fù)載和固定負(fù)載。負(fù)載626還可以包括集成到負(fù)載調(diào)度控制器616的一個(gè)或多個(gè)智能負(fù)載630和傳統(tǒng)負(fù)載632。為了與傳統(tǒng)負(fù)載632 —起操作,可以期待外部負(fù)載控制器。外部負(fù)載控制器可以是SCA610的一部分或可以是分立組件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，智能開(kāi)關(guān)612用作AC連接器以將微電網(wǎng)602與公用事業(yè)網(wǎng)622相隔離。智能開(kāi)關(guān)612還可以包括智能控制器618和傳感器620。智能控制器618用于分析微電網(wǎng)電壓、公用事業(yè)網(wǎng)電壓和電流的度量。智能控制器618還通過(guò)低帶寬通信網(wǎng)絡(luò)(LBCN)624將分析結(jié)果報(bào)告給能量管理控制器614。智能控制器618還有助于微電網(wǎng)602與公用事業(yè)網(wǎng)622的斷開(kāi)、同步和互連。此外，智能控制器618管理到公用事業(yè)網(wǎng)622的公共耦合點(diǎn)的附著標(biāo)準(zhǔn)。這可以包括:限制引入到主電網(wǎng)的無(wú)功功率和/或諧波電流；和/或防止非故意孤島化(在電網(wǎng)故障/中斷期間對(duì)微電網(wǎng)外部的負(fù)載提供電能)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能量管`理控制器614和負(fù)載調(diào)度控制器616可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)功能。該功能可以包括但不局限于:收集和共享各個(gè)DG單元604和606、同步機(jī)系統(tǒng)608、智能開(kāi)關(guān)612和負(fù)載調(diào)度控制器616的信息；收集和共享公用事業(yè)網(wǎng)控制器628的信息；預(yù)報(bào)DG資源的可用性和電網(wǎng)的可用性；以及能源定價(jià)。該預(yù)報(bào)基于諸如當(dāng)前/預(yù)報(bào)負(fù)載、天氣狀況以及本地獲得或來(lái)自外部服務(wù)的其他數(shù)據(jù)之類(lèi)的因素。此外，其功能還可以包括:判定轉(zhuǎn)變到操作的故意孤島模式和脫離故意孤島模式、提供負(fù)載分離和優(yōu)先級(jí)調(diào)度、規(guī)定DG資源的使用和充電的優(yōu)先級(jí)、對(duì)實(shí)時(shí)價(jià)格進(jìn)行響應(yīng)以及從事能源市場(chǎng)。根據(jù)圖6，DG和PEI之間的所有通信基于LBCN624進(jìn)行。低帶寬通信相對(duì)于其他模式是優(yōu)選的，這是因?yàn)榈蛶捦ㄐ鸥恿畠r(jià)且更易于設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以將LBCN624實(shí)現(xiàn)為專(zhuān)用于控制這種系統(tǒng)的分離網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以使用局域網(wǎng)(LAN)、Wif1、WLAN、電力線通信和GPRS網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)LBCN624。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)彼此并聯(lián)的集成多個(gè)DG單元604和606以支持AC負(fù)載，如圖6所示的系統(tǒng)可以運(yùn)行在孤島模式。通過(guò)控制DG單元604和606，SCA610實(shí)現(xiàn)孤島模式中的操作過(guò)程。最初，SCA610便于一個(gè)或多個(gè)微電網(wǎng)從公用事業(yè)網(wǎng)622斷開(kāi)。之后，DG單元604和606在容限內(nèi)集中調(diào)整微電網(wǎng)電壓。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，SCA610可以便于DG單兀604和606的負(fù)載共享。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，SCA610還可以根據(jù)預(yù)定加載優(yōu)先級(jí)調(diào)度來(lái)允許能量的交換，而無(wú)需多個(gè)DG單元604和606中的至少兩個(gè)之間的直接通信。此外，SCA610通過(guò)經(jīng)由LBCN624發(fā)布適當(dāng)?shù)拿顏?lái)影響加載優(yōu)先級(jí)和加載分布。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以由DG單元根據(jù)預(yù)定加載優(yōu)先級(jí)調(diào)度來(lái)執(zhí)行能量的負(fù)載共享和交換，而不涉及SCA610。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，通過(guò)將DG單元604和606與公用事業(yè)網(wǎng)622并聯(lián)，如圖6所示的系統(tǒng)可以運(yùn)行在連網(wǎng)模式。如下所述圖6所示的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連網(wǎng)模式的操作過(guò)程。首先，SCA610便于將包括DG單元604和606的微電網(wǎng)602連接到公用事業(yè)網(wǎng)622。DG單元604和606根據(jù)預(yù)定默認(rèn)設(shè)置提供有功/無(wú)功功率。此外，SCA610通過(guò)經(jīng)由LBCN624發(fā)布適當(dāng)?shù)拿顏?lái)影響由各DG單元604和606提供的有功/無(wú)功功率。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，DG單元604和606能夠?qū)崿F(xiàn)連網(wǎng)模式和孤島模式之間的無(wú)縫轉(zhuǎn)變。此外，通過(guò)經(jīng)由LBCN624從SCA610向各DG單元604和606的PEI發(fā)布命令，實(shí)現(xiàn)從孤島模式到連網(wǎng)模式無(wú)縫轉(zhuǎn)變的過(guò)程可能會(huì)影響DG單元604和606的電壓幅度、頻率和相位。因此，當(dāng)令人滿(mǎn)意地同步DG單元604和606的輸出電壓、幅度、頻率和相位時(shí)，SCA610將微電網(wǎng)602與公用事業(yè)網(wǎng)622相連。圖7表示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)。圖7包括系統(tǒng)702、一個(gè)或多個(gè)子微電網(wǎng)704和706 (統(tǒng)一稱(chēng)作子微電網(wǎng))和父微電網(wǎng)708。微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)表示多個(gè)微電網(wǎng)到預(yù)定分級(jí)架構(gòu)的排列。如上所述，通過(guò)在不同微電網(wǎng)的SCA之間指派預(yù)定父子關(guān)系來(lái)創(chuàng)建微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)。預(yù)定父子關(guān)系基于各種因素，包括但不局限于:微電網(wǎng)的尺寸、拓?fù)浜拖到y(tǒng)內(nèi)的地理位置。此外，可以預(yù)先指派該關(guān)系，或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)修改該關(guān)系以適應(yīng)變化的運(yùn)行條件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)中的不同微電網(wǎng)招募為子微電網(wǎng)或父微電網(wǎng)。每一個(gè)子微電網(wǎng)可以被招募為父微電網(wǎng)的成員，從而創(chuàng)建這些微電網(wǎng)的SCA之間的父子關(guān)系。本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以理解，父微電網(wǎng)甚至還可以表現(xiàn)為更大的微電網(wǎng)的子，如結(jié)合以下示例所示。如圖7所示，系統(tǒng)702表現(xiàn)為子微電網(wǎng)704和706的父微電網(wǎng)。然而，同時(shí)系統(tǒng)702表現(xiàn)為父微電網(wǎng)708的子微電網(wǎng)。上述父子關(guān)系允許父SCA將子微電網(wǎng)作為通用DG資源進(jìn)行處理。父SCA可以使用DG通信協(xié)議和數(shù)據(jù)模型來(lái)從子微電網(wǎng)收集數(shù)據(jù)并隨后發(fā)布命令以監(jiān)督子微電網(wǎng)的操作。此外，子SCA用于從其成員系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，向父SCA呈現(xiàn)收集的數(shù)據(jù)。子SCA還分析由相應(yīng)父SCA發(fā)布的命令，并且可以向其成員系統(tǒng)發(fā)布命令，以確保對(duì)于父微電網(wǎng)的適當(dāng)響應(yīng)。形成微電網(wǎng)分離結(jié)構(gòu)使得能夠在包括主電網(wǎng)和微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)的整個(gè)公用事業(yè)網(wǎng)中進(jìn)行智能分布。該分布有助于避免依賴(lài)需要大量數(shù)據(jù)收集、處理、判決和通信資源的集中式能量管理控制器。此外，避免依賴(lài)集中式能量管理控制器還消除了單點(diǎn)故障的可能性。形成微電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)還允許對(duì)系統(tǒng)分區(qū)并有助于以不同分級(jí)級(jí)別來(lái)形成故意孤島?？梢砸郧度胧娇刂破鞯男问絹?lái)體現(xiàn)本發(fā)明所述的、便于分布式發(fā)電資源的電力電子接口控制策略的方法和系統(tǒng)或其任意組件。嵌入式控制器的典型示例包括通用計(jì)算機(jī)、可編程微處理器、微控制器、外圍集成電路組件、ASIC(專(zhuān)用集成電路)、PLC(可編程邏輯控制器)和能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)成本發(fā)明方法的步驟的其他器件或器件排列。
嵌入式控制器執(zhí)行存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)組件中的指令集合(或程序指令)以處理輸入數(shù)據(jù)。這些存儲(chǔ)組件還可以根據(jù)需要保存數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)，并且可以是信息源或處理機(jī)中出現(xiàn)的物理存儲(chǔ)組件的形式。指令的集合可以包括多種命令，指示處理機(jī)執(zhí)行諸如構(gòu)成本發(fā)明方法的步驟的特定任務(wù)。指令的集合可以是軟件或固件程序的形式。此外，軟件或固件可以是分離軟件集合、具有大型程序的程序模塊或程序模塊的一部分的形式。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，清楚的是本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。各種修 改、改變、變化、替換和等同物對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制分布式發(fā)電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 分布式發(fā)電(DG)資源； 短期能量存儲(chǔ)單元； 交流電(AC)傳感器； 功率流控制器，配置成從DG資源和短期能量存儲(chǔ)單元接收狀態(tài)信息； 性能控制器，與功率流控制器進(jìn)行通信，并被配置為感測(cè)來(lái)自AC系統(tǒng)的電壓(Vac)； 電流反饋控制器，與性能控制器和AC傳感器進(jìn)行通信；以及 電力電子接口(PEI)，配置成根據(jù)從電流反饋控制器接收的信號(hào)，使得DG資源按照與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似的方式進(jìn)行操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，PEI是硬件、固件和軟件的結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述PEI被配置成使得DG資源按照與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似的方式進(jìn)行操作包括:由于性能控制器向電流反饋控制器提供由性能控制器使用虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)產(chǎn)生的電流基準(zhǔn)(IJ，所述PEI被配置成使得DG資源按照與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似的方式進(jìn)行操作，其中虛擬電網(wǎng)絡(luò)包括: AC電壓源(Vs)；以及 預(yù)定義的阻抗網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述VEN的參數(shù)實(shí)時(shí)改變以控制DG資源的無(wú)功功率和有功功率輸出，所述VEN的參數(shù)包括以下中的至少之一:AC電壓源(Vs)的幅度、AC電壓源(Vs)的頻率和AC電壓源(Vs)的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，性能控制器被配置成使用來(lái)自AC系統(tǒng)的電壓(Vac)的瞬時(shí)度量和VEN的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算電流基準(zhǔn)(Iae)的瞬時(shí)值，以產(chǎn)生期望的VEN性能，由此使PEI使得DG資源按照與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似的方式進(jìn)行操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，從電流反饋控制器接收的信號(hào)基于由AC傳感器感測(cè)的電流和電流基準(zhǔn)(Ia。)之間的比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，功率流控制器被配置成通過(guò)連續(xù)調(diào)制功率角來(lái)管理DG資源和短期能量存儲(chǔ)單元之間的能量流，以實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)功率管理目標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)功率管理目標(biāo)包括創(chuàng)建DG資源的平均有功功率輸出和來(lái)自AC系統(tǒng)的電壓(yj的頻率之間的預(yù)定衰減關(guān)系，其中通過(guò)使用來(lái)自AC系統(tǒng)的電壓(VJ和VEN的AC電壓源(Vs)之間的相位差來(lái)確定功率角。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)功率管理目標(biāo)包括確保短期能量存儲(chǔ)單元保持令人滿(mǎn)意的能量水平以允許PEI響應(yīng)系統(tǒng)瞬變。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，VEN是一種虛電路，其中由功率流控制器確定AC電壓源(Vs)的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，AC電壓源(Vs)的值保持動(dòng)態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，VEN是一種虛電路，其中阻抗網(wǎng)絡(luò)包括根據(jù)期望的特性而設(shè)計(jì)的阻抗值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述阻抗值保持恒定，并且是根據(jù)期望的輸出特性確定的。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，VEN的配置被配置成在操作期間變化以?xún)?yōu)化與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似的方式操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，VEN包括以下中的至少一個(gè):至少一個(gè)附加電壓源、至少一個(gè)附加電流源、至少一個(gè)線性阻性組件、至少一個(gè)非線性阻性組件、至少一個(gè)容性組件和至少一個(gè)感性組件。
16.—種用于控制分布式發(fā)電的方法,所述方法包括: 接收交流電系統(tǒng)電壓(yj的瞬時(shí)度量； 根據(jù)從AC系統(tǒng)接收的交流電系統(tǒng)電壓(Vac)的瞬時(shí)度量和虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算輸出電流基準(zhǔn)(Ia。)的瞬時(shí)值； 根據(jù)計(jì)算的輸出電流基準(zhǔn)(IJ的瞬時(shí)值和從AC系統(tǒng)感測(cè)的AC電流之間的比較來(lái)創(chuàng)建控制信號(hào)；以及 根據(jù)創(chuàng)建的控制信號(hào)來(lái)調(diào)整分布式發(fā)電資源的輸出以仿真同步發(fā)電機(jī)的特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述的方法，其中，根據(jù)虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算輸出電流基準(zhǔn)(Iac)的瞬時(shí)值包括:根據(jù)虛擬電網(wǎng)絡(luò)(VEN)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算輸出電流基準(zhǔn)(Iac)的瞬時(shí)值，所述虛擬電網(wǎng)絡(luò)包括: AC電壓源(Vs)；以及 預(yù)定義的阻抗網(wǎng)絡(luò)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，調(diào)整分布式發(fā)電資源的輸出包括:調(diào)整分布式生成資源的輸出，其中分布式發(fā)電資源包括以下之一:光伏系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、電池存儲(chǔ)單元和燃料電池。
19.一種系統(tǒng)，配置成允許將分布式發(fā)電(DG)資源、負(fù)載和關(guān)聯(lián)的控制器成組，所述系統(tǒng)包括: 公用事業(yè)網(wǎng)； 公用事業(yè)網(wǎng)控制器；以及 微電網(wǎng)，所述微電網(wǎng)包括: 根據(jù)控制方案控制的一個(gè)或多個(gè)DG資源的組合，所述一個(gè)或多個(gè)DG資源包括電力電子接口(PEI)單元； 同步機(jī)系統(tǒng)； 智能開(kāi)關(guān)； 監(jiān)督控制代理(SCA)； 低帶寬通信網(wǎng)絡(luò)(LBCN);和 負(fù)載。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，SCA包括以下之一:單個(gè)物理模塊，或者作為特征集合被內(nèi)置到多個(gè)分立系統(tǒng)或子系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電(DG)單元的控制策略的方法和系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)控制策略，以便DG單元按照與同步發(fā)電機(jī)類(lèi)似地進(jìn)行操作。所述方法還描述了通過(guò)使用監(jiān)督控制代理對(duì)多個(gè)DG單元分組以形成微電網(wǎng)。還可以按照分級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)排列微電網(wǎng)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK103229380SQ201180050954
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者哈薩姆·阿拉特拉什, 納舍爾·庫(kù)圖特 申請(qǐng)人:佩特拉太陽(yáng)能公司