本發(fā)明涉及應(yīng)急微電網(wǎng)的控制方法，尤其是一種由移動(dòng)應(yīng)急電源組成的應(yīng)急微電網(wǎng)的分散分層控制方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生了不少由冰災(zāi)、雪災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等極端災(zāi)害導(dǎo)致的大面積長(zhǎng)時(shí)間停電事件。2008年年初中國(guó)南方大部分地區(qū)遭遇長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的低溫、雨雪和冰凍天氣，給輸電網(wǎng)造成嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致部分城市大面積長(zhǎng)時(shí)間停電，對(duì)該地區(qū)居民的生產(chǎn)生活造成巨大的影響。2011年3月日本福島地區(qū)的地震和海嘯，導(dǎo)致福島周邊地區(qū)大范圍停電，且長(zhǎng)時(shí)間未能恢復(fù)供電，給當(dāng)?shù)貛?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著特高壓輸電通道的建設(shè)，由于其輸送距離遠(yuǎn)、輸送能力強(qiáng)，線路受到毀壞而停運(yùn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失將更加巨大；并且在全球氣候惡化的大背景下，極端災(zāi)害導(dǎo)致的電力系統(tǒng)停電事故將會(huì)頻繁發(fā)生。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)電力系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定破壞引起的電網(wǎng)事故研究較多，重點(diǎn)大多集中在電力系統(tǒng)三大防線的建立等方面，提出了許多保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的措施與建議，但對(duì)因冰災(zāi)、臺(tái)風(fēng)、戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)害造成電網(wǎng)崩潰，導(dǎo)致的城市配電網(wǎng)大面積停電情況下應(yīng)急措施的研究不足。現(xiàn)代城市是重要負(fù)荷(醫(yī)院、學(xué)校等)的聚集地，遭遇極端災(zāi)害導(dǎo)致的大面積停電事故后，如果不采取應(yīng)急措施對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行應(yīng)急供電，而等待城市電網(wǎng)重新并網(wǎng)后恢復(fù)供電，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至可能威脅到居民的生命安全。微電網(wǎng)的概念最早由美國(guó)CERTS提出，CERTS為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提出的微電網(wǎng)概念的準(zhǔn)確性和合理性，于2006年11月開始在美國(guó)電力公司的多蘭技術(shù)中心搭建微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以及智能配用電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。此外，CERTS也詳細(xì)的闡述了微電網(wǎng)的主要思想和關(guān)鍵技術(shù)。微電網(wǎng)將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷及控制裝置等有效結(jié)合，重新組成一個(gè)小型的發(fā)配電系統(tǒng)，既可以連接電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行又可以脫離電網(wǎng)孤島運(yùn)行。相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)具有諸多優(yōu)勢(shì)，如控制策略豐富、運(yùn)行方式靈活等。目前，集中控制和分散控制是微電網(wǎng)采用的兩種主要控制方式，集中控制通常需要建立龐大的通信網(wǎng)絡(luò)以滿足中央控制器和各發(fā)電機(jī)本地控制器信息交互的要求，并且任意節(jié)點(diǎn)故障容易導(dǎo)致全網(wǎng)性故障。相比集中控制，分散控制利用電力系統(tǒng)的天然耦合特性，不需要通信，僅利用本地信息即可實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)控制，可靠性更高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為提高災(zāi)害條件下城市配電網(wǎng)應(yīng)急供電的能力，本發(fā)明提供一種由移動(dòng)應(yīng)急電源組成的應(yīng)急微電網(wǎng)的分散分層控制方法，其在災(zāi)害導(dǎo)致城市配電網(wǎng)大面積停電后，對(duì)城市配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，利用移動(dòng)應(yīng)急電源組成應(yīng)急微電網(wǎng)為某一區(qū)域的重要負(fù)荷應(yīng)急供電；并且可使移動(dòng)應(yīng)急電源在不借助中央控制器和集中通信系統(tǒng)的情況下，參與系統(tǒng)二次調(diào)頻和調(diào)壓，并且能夠按其容量等比例分?jǐn)傆泄ω?fù)荷。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：由移動(dòng)應(yīng)急電源組成的應(yīng)急微電網(wǎng)的分散分層控制方法，其包括：1)在災(zāi)害導(dǎo)致配電網(wǎng)大面積停電后，對(duì)城市配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，利用移動(dòng)應(yīng)急電源組成應(yīng)急微電網(wǎng)為某一區(qū)域的重要負(fù)荷應(yīng)急供電；2)通過頻率分散分層控制得到應(yīng)急微電網(wǎng)目標(biāo)頻率firef，然后根據(jù)目標(biāo)頻率firef，利用調(diào)速器調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率，完成對(duì)系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)；3)通過電壓分散分層控制得到目標(biāo)電壓Viref，然后根據(jù)目標(biāo)電壓Viref，利用勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓，從而控制移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓在允許范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，步驟2)中的移動(dòng)應(yīng)急電源目標(biāo)頻率firef通過以下公式得到：firef＝fpri(Pi)+fsec(α,firef)/(1+T1s)，其中，fpri(Pi)、fsec(α,firef)分別為通過頻率一次控制方法、頻率二次控制方法得到的頻率；s表示復(fù)頻域中的復(fù)變量，i為移動(dòng)應(yīng)急電源的序數(shù)，α為頻率二次控制方法的增益系數(shù)，Pi為第i臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率，T1為頻率二次控制中低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。頻率二次控制中低通濾波器的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)與頻率一次控制在時(shí)間尺度上的解耦，使整個(gè)控制系統(tǒng)保留一次線性控制良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)避免一次、二次控制同時(shí)動(dòng)作可能引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。更進(jìn)一步地，所述的頻率一次控制方法采用以下公式表示的線性頻率下垂控制方法：fpri(Pi)＝fmax-miPi，其中，fmax和fmin分別為應(yīng)急微電網(wǎng)頻率的上限和下限，Pi和Pimax分別為移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率和輸出有功功率最大值。更進(jìn)一步地，所述的頻率二次控制方法采用以下公式：fsec(α,firef)＝α(f0-firef)，其中，α為頻率二次控制方法的增益系數(shù)，f0和firef分別為移動(dòng)應(yīng)急電源額定頻率和目標(biāo)頻率。頻率二次控制的作用是通過選擇合適的α值，使系統(tǒng)頻率維持在允許的范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，步驟3)中的移動(dòng)應(yīng)急電源目標(biāo)電壓Viref通過以下公式得到：Viref＝Vpri(Qi)+Vsec(β,Viref)/(1+T2s)，其中，Vpri(Qi)、Vsec(α,Viref)分別為通過電壓一次控制方法、電壓二次控制方法得到的電壓；s表示復(fù)頻域中的復(fù)變量，i為移動(dòng)應(yīng)急電源的序數(shù)，β為電壓二次控制方法的增益系數(shù)，Qi為第i臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的無(wú)功功率，T2為電壓二次控制中低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。更進(jìn)一步地，所述的電壓一次控制方法采用以下公式表示的線性電壓下垂控制方法：Vpri(Qi)＝Vmax-niQi，其中，Vmax和Vmin分別為移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓的上限和下限，Qi和Qimax分別為第i臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源的輸出無(wú)功功率和輸出無(wú)功功率最大值。更進(jìn)一步地，所述的電壓二次控制方法采用以下公式：Vsec(β,Viref)＝β(V0-Viref)，其中，V0為額定電壓，Viref是目標(biāo)電壓，β為電壓二次控制方法的增益系數(shù)。本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明能夠提高城市電網(wǎng)遭遇極端災(zāi)害導(dǎo)致配電網(wǎng)大面積停電后的應(yīng)急供電的能力，并且本發(fā)明所述的控制方法不需要借助中央控制器和通信網(wǎng)絡(luò)，僅利用本地信息即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率、電壓的二次調(diào)節(jié)，能夠使移動(dòng)應(yīng)急電源按其容量等比例分?jǐn)傆泄ω?fù)荷，使應(yīng)急微電網(wǎng)穩(wěn)定裕度最大，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)應(yīng)急電源的即插即用，提高了應(yīng)急微電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，此外，還具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。本發(fā)明適用于冰災(zāi)、臺(tái)風(fēng)、戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)害導(dǎo)致城市配電網(wǎng)大面積停電后的應(yīng)急供電，并且也可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于以逆變器為接口的分布式電源的控制。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明應(yīng)用例的仿真驗(yàn)證中移動(dòng)應(yīng)急電源組網(wǎng)供電模型圖。圖3為本發(fā)明應(yīng)用例仿真驗(yàn)證中移動(dòng)應(yīng)急微電網(wǎng)頻率變化曲線。圖4為本發(fā)明應(yīng)用例仿真驗(yàn)證中移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓變化曲線。圖5為本發(fā)明應(yīng)用例仿真驗(yàn)證中移動(dòng)應(yīng)急電源穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出的有功功率。圖6為本發(fā)明應(yīng)用例仿真驗(yàn)證中移動(dòng)應(yīng)急電源穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出的無(wú)功功率。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說(shuō)明書附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明包括以下部分：1)在災(zāi)害導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰后，對(duì)城市配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，利用移動(dòng)應(yīng)急電源組成應(yīng)急微電網(wǎng)為某一區(qū)域的重要負(fù)荷應(yīng)急供電；2)通過頻率分散分層控制得到應(yīng)急微電網(wǎng)目標(biāo)頻率firef，然后根據(jù)目標(biāo)頻率firef，利用調(diào)速器調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率，完成對(duì)系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)；3)通過電壓分散分層控制得到目標(biāo)電壓Viref，然后根據(jù)目標(biāo)電壓Viref，利用勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓，從而控制移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓在允許范圍內(nèi)。如圖1所示，所述的第2)部分中的移動(dòng)應(yīng)急電源目標(biāo)頻率firef采用以下公式得到：firef＝fpri(Pi)+fsec(α,firef)/(1+T1s)，其中，fpri(Pi)、fsec(α,firef)分別為通過頻率一次控制方法(DFPC,DecentralizedFrequencyPrimaryControl)、頻率二次控制方法(DFSC,DecentralizedFrequencySecondaryControl)得到的頻率；s表示復(fù)頻域中的復(fù)變量，i為移動(dòng)應(yīng)急電源的序數(shù)，α為頻率二次控制的增益系數(shù)，Pi為第i臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率，T1為頻率二次控制中低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。頻率二次控制中低通濾波器的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)與一次控制在時(shí)間尺度上的解耦，使整個(gè)控制系統(tǒng)(見圖1)保留一次線性控制良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)避免一次、二次控制同時(shí)動(dòng)作可能引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。所述的頻率一次控制方法采用如下公式所示的線性頻率下垂控制方法：fpri(Pi)＝fmax-miPi，其中，fmax和fmin分別為應(yīng)急微電網(wǎng)頻率的上限和下限，Pi和Pimax分別為移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率和輸出有功功率最大值。所述的頻率二次控制方法采用以下公式表示：fsec(α,firef)＝α(f0-firef)，其中，α為頻率二次控制方法的增益系數(shù)，f0和fi分別為移動(dòng)應(yīng)急電源額定頻率和目標(biāo)頻率。頻率二次控制的作用是通過選擇合適的α，使系統(tǒng)頻率維持在允許的范圍內(nèi)。所述的第3)部分中的移動(dòng)應(yīng)急電源目標(biāo)電壓Viref通過以下公式得到：Viref＝Vpri(Qi)+Vsec(α,Viref)/(1+T2s)，其中，Vpri(Qi)、Vsec(α,Viref)分別為通過電壓一次控制方法(DVPC,DecentralizedVoltagePrimaryControl)、電壓二次控制方法(DVSC,DecentralizedVoltageSecondaryControl)得到的電壓；s表示復(fù)頻域中的復(fù)變量，i為移動(dòng)應(yīng)急電源的序數(shù)，β為電壓二次控制方法的增益系數(shù)，Qi為第i臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的無(wú)功功率，T2為電壓二次控制中低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。所述的電壓一次控制方法采用如下公式所示的線性電壓下垂控制方法：Vpri(Qi)＝Vmax-niQi，其中，Vmax和Vmin分別為移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓的上限和下限，Qi和Qimax分別為第i臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的無(wú)功功率和輸出的無(wú)功功率最大值。所述的電壓二次控制方法采用以下公式：Vsec(β,Viref)＝β(V0-Viref)，其中，V0為額定電壓，Viref是目標(biāo)電壓，β為增益系數(shù)。本發(fā)明的應(yīng)用例如下：假設(shè)災(zāi)害導(dǎo)致城市配電網(wǎng)大面積停電后，配電網(wǎng)區(qū)域劃分的一個(gè)小區(qū)域如圖2所示，由4臺(tái)移動(dòng)應(yīng)急電源組成應(yīng)急微電網(wǎng)對(duì)其中的重要負(fù)荷進(jìn)行應(yīng)急供電仿真測(cè)試。算例參數(shù)如表1所示。表1應(yīng)用例仿真系統(tǒng)主要參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)值應(yīng)急電源1(G1)容量/MW1應(yīng)急電源2(G2)容量/MW0.7應(yīng)急電源3(G3)容量/MW0.8應(yīng)急電源4(G4)容量/MW0.9負(fù)荷L1/MW0.4+j0.2負(fù)荷L2/MW0.3+j0.05負(fù)荷L3/MW0.2+j0.1負(fù)荷L4/MW0.3+j0.1負(fù)荷L5/MW0.3+j0.2負(fù)荷L6/MW0.4+j0.3fmax50.5Hzfmin49.5HzVmax1.125Vmin0.875α,β20T1、T2/s1系統(tǒng)初始負(fù)荷如表1所示，應(yīng)用例考慮以下4種情況：第30s時(shí)，在節(jié)點(diǎn)6處，投入0.5MW有功負(fù)荷；第40s時(shí)，在節(jié)點(diǎn)6處，切除0.5MW有功負(fù)荷；第50s時(shí)，在節(jié)點(diǎn)6處，投入0.5MVar無(wú)功負(fù)荷；第60s時(shí)，在節(jié)點(diǎn)6處，切除0.5MVar無(wú)功負(fù)荷。圖3-圖6為仿真測(cè)試結(jié)果。圖3為應(yīng)急微電網(wǎng)頻率變化情況，圖4為移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓變化曲線，圖5為移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的有功功率，圖6為移動(dòng)應(yīng)急電源輸出的無(wú)功功率。從圖3和圖4中可以看出，應(yīng)急微電網(wǎng)頻率和移動(dòng)應(yīng)急電源機(jī)端電壓最大偏差分別發(fā)生在有功負(fù)荷投切和無(wú)功負(fù)荷投切時(shí)，但很快恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，且穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率偏差小于0.025Hz，機(jī)端電壓偏差小于0.625％。從圖5中可以看出，應(yīng)急電源輸出有功功率(標(biāo)幺值，以各移動(dòng)應(yīng)急電源的容量為基準(zhǔn))相等，即移動(dòng)應(yīng)急電源能夠按其容量等比例分配有功負(fù)荷。因此，本發(fā)明能夠應(yīng)用于災(zāi)害導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰后城市配電網(wǎng)的應(yīng)急供電，并且本發(fā)明不需要微電網(wǎng)中央控制器和通信系統(tǒng)，僅利用本地信息即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急微電網(wǎng)的二次頻率、電壓調(diào)節(jié)功能，又能夠協(xié)調(diào)各移動(dòng)應(yīng)急電源按其容量等比例分配有功負(fù)荷，使微電網(wǎng)穩(wěn)定裕度最大，還保持了一次線性下垂控制策略良好的動(dòng)態(tài)特性。此外，移動(dòng)應(yīng)急電源具備即插即用功能，提高了災(zāi)害條件下應(yīng)急微電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，有利于應(yīng)對(duì)災(zāi)害條件下的各種緊急情況，具有突出顯著的技術(shù)效果。上述具體實(shí)施方式用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3