一种基于通信网络的微电网控制方法

摘要

本发明提供了一种基于通信网络的微电网控制方法，包括如下步骤：S1、所述n台分布式发电机将自身电压和功率数据通过通信网络发送至所述电压‑功率补偿器；S2、所述电压‑功率补偿器基于接收的各发电机电压、负荷阻抗及功率数据经计算得到所述配电静止无功补偿器的参考电压；S3、所述配电静止无功补偿器基于所述参考电压输出无功功率；若输出的无功功率达到配电静止无功补偿器的输出限值，则基于通信网络通过分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整。本发明的微电网控制方法，可在电压调节限值内实现稳定快速的无功功率补偿，保证微电网及无功补偿器的稳定运行。

权利要求

1.一种基于通信网络的微电网控制方法，其特征在于，所述微电网包括n台带有电压控制的分布式发电机，还包括与所述n台分布式发电机分别通过通信网络连接的电压-功率补偿器，以及连接所述电压-功率补偿器的配电静止无功补偿器，该方法包括如下步骤：S1、所述n台分布式发电机将自身电压和功率数据通过通信网络发送至所述电压-功率补偿器；

S2、所述电压-功率补偿器基于接收的各发电机电压、功率数据结合负荷阻抗经计算得到所述配电静止无功补偿器的参考电压，所述参考电压基于如下公式计算：其中，Vss为参考电压，V0为电网母线标称电压，Qs为配电静止无功补偿器的无功输出，Ri、Xi、Pi、Qi和Vii分别为各电机对应的母线阻抗、感抗、有功功率、无功功率和电压，Vs为配电静止无功补偿器对应的母线电压，ms、Ki分别为增益系数，i＝1,2,…m,…n；

S3、所述配电静止无功补偿器基于所述参考电压输出无功功率；若输出的无功功率达到配电静止无功补偿器的输出限值，则基于通信网络通过分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整。

2.如权利要求1所述的基于通信网络的微电网控制方法，其特征在于，S3中，分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整时，所述功率控制器的输出功率为：Pi＝Pimax-ki(Viimax-Vii)

其中，增益系数ki的取值条件为：实际电压小于线路的标称电压，并且确保电压的波动调节在可接收的限值之内。

3.如权利要求1或2所述的基于通信网络的微电网控制方法，其特征在于，S3中，配电静止无功补偿器优先对离其较远的分布式发电机的有功功率和电压输出进行调整。

说明书

一种基于通信网络的微电网控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种微电网控制方法。

背景技术

[0002] 为了解决能源与环境问题，世界各国都一直致力于推进新能源领域的发展，新能源电力的应用越来越广泛。但新能源能量密度偏低，进行大功率电力发电需要适合的场地，电力不稳定，所以新能源发电常出现电压和频率不稳定的情况，易对大电网造成严重冲击。而微电网技术的提出，为高效利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。对于一个可靠的微电网而言，最终目标是在并网以及孤岛模式下均能实现在发电的同时确保电能质量，其主要的电能质量问题就是电压波动，电压的不稳定将导致电网的波动。在配电网络中，通常在馈线位置进行电压调节，但是，微电网采用自主运行方式，馈线两侧的电压调节可能超出限值。因此，采用分布式发电机与配电网静止无功补偿器并联运行的微电网可以实现对电压的调整和功率的协调。

[0003] 在微电网运行情况下，馈线的位置相距甚远，并不一定能在适当的位置通过三相设备实现无功功率补偿。为了实现分布式发电机和配电静止补偿器的连锁控制，需要进行信息的交换，因此必须依赖通信系统。借助通信系统，可以提高配电网静止无功补偿器和分布式发电机的工作性能。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于通信网络的微电网控制方法，可在电压调节限值内实现稳定快速的无功功率补偿，保证微电网及无功补偿器的稳定运行。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 一种基于通信网络的微电网控制方法，所述微电网包括n台带有电压控制的分布式发电机，还包括与所述n台分布式发电机分别通过通信网络连接的电压-功率补偿器，以及连接所述电压-功率补偿器的配电静止无功补偿器，该方法包括如下步骤：

[0007] S1、所述n台分布式发电机将自身电压和功率数据通过通信网络发送至所述电压-功率补偿器；

[0008] S2、所述电压-功率补偿器基于接收的各发电机电压、功率数据结合负荷阻抗经计算得到所述配电静止无功补偿器的参考电压；

[0009] S3、所述配电静止无功补偿器基于所述参考电压输出无功功率；若输出的无功功率达到配电静止无功补偿器的输出限值，则基于通信网络通过分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整。

[0010] 进一步的，S2中，所述参考电压基于如下公式计算：

[0011]

[0012] 其中，Vss为参考电压，V0为电网母线标称电压，Qs为配电静止无功补偿器的无功输出，Ri、Xi、Pi、Qi和Vii分别为各电机对应的母线阻抗、感抗、有功功率、无功功率和电压，Vs为配电静止无功补偿器对应的母线电压，ms、Ki分别为增益系数，i＝1,2,…m,…n。

[0013] 进一步的，S3中，分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整时，所述功率控制器的输出功率为：

[0014] Pi＝Pimax-ki(Viimax-Vii)

[0015] 其中，增益系数ki的取值条件为：实际电压小于线路的标称电压即传输电压的限值，并且确保电压的波动调节在可接收的限值之内。

[0016] 进一步的，S3中，配电静止无功补偿器优先对离其较远的分布式发电机的有功功率和电压输出进行调整。

[0017] 本发明的微电网控制方法，能够通过分布式发电机和配电静止无功补偿器(DSTATCOM)的连锁控制来改善无功功率补偿。在微电网中应用带有电压控制的分布式发电机，可以实现分布式发电机的无功功率协调，在电压控制过程中实现对配电网静止无功补偿器的控制，静止无功补偿器通过自身的功率限值又控制着分布式发电机的电压和功率输出，因此形成了一个闭环系统，保证了微电网及无功补偿器的稳定运行。本发明提出的控制方法可在电压调节限值内实现稳定快速的无功功率补偿。

附图说明

[0018] 图1为本发明中微电网组成及控制方法实施例示意图。

[0019] 图2为并网模式下采用本发明的控制方法电压调节效果示意图。

[0020] 图3为孤岛模式下采用本发明的控制方法电压调节效果示意图。

[0021] 图4为并网模式下配电静止无功补偿器处的通信节点失效时的电压模拟示意图。

[0022] 图5为孤岛模式下配电静止无功补偿器处的通信节点失效时的电压模拟示意图。

具体实施方式

[0023] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

[0024] 本发明实施例提供了一种基于通信网络的微电网控制方法。如附图1所示，所述的微电网包括n台带有电压控制的分布式发电机，各自通过母线与电网母线耦接；还包括与所述n台分布式发电机分别通过通信网络连接的电压-功率补偿器，以及连接所述电压-功率补偿器的配电静止无功补偿器(DSTATCOM)，配电静止无功补偿器通过母线DSTATCOM与电网母线耦接。

[0025] 本发明的微电网控制方法包括如下步骤：

[0026] 首先，n台分布式发电机将自身电压和功率数据通过通信网络发送至所述电压-功率补偿器；

[0027] 之后，电压-功率补偿器基于接收的各发电机电压、功率数据结合负荷阻抗经计算得到所述配电静止无功补偿器的参考电压；Vss。其中，负荷阻抗中的电阻： 在工程计算中，各种型号导线的电阻值可以直接从有关的手册中查到；感抗：在工程计算中，各种型号导线的电抗值可以直接从有关的手
册中查到。

[0028] 最后，配电静止无功补偿器基于所述参考电压Vss输出无功功率；若输出的无功功率达到配电静止无功补偿器的输出限值，则基于通信网络通过分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整。

[0029] 作为一种优选实施方案，上述步骤中，参考电压Vss基于如下公式计算：

[0030]

[0031] 其中，V0为电网母线标称电压，Qs为配电静止无功补偿器的无功输出，Ri、Xi、Pi、Qi和Vii分别为各电机对应的母线阻抗、感抗、有功功率、无功功率和电压，Vs为配电静止无功补偿器对应的母线电压，ms、Ki分别为增益系数，i＝1,2,…m,…n。另外，附图1中，发电机的有功功率和无功功率发电分别表示为Pii和Qii，每条母线上的负载功率需求表示为PLi和QLi。

[0032] 进一步的，分布式发电机的功率控制器对其有功功率和电压输出进行调整时，功率控制器的输出功率为：

[0033] Pi＝Pimax-ki(Viimax-Vii)

[0034] 其中，增益系数ki的取值条件为：实际电压小于线路的标称电压即传输电压的限值，并且确保电压的波动调节在可接收的限值之内，即满足如下国家标准：

[0035] 35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10％；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的土7％；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％,-10％。

[0036] 以分布式发电机DG-1为例，该处的功率控制器的输出功率为：

[0037] P＝P1max-k(V11max-V11)

[0038] 在并网模式下，馈线远端的压降较大，所以远端的分布式发电机(DGs)更有可能最先达到其无功电流的限值。在孤岛模式下，任何位置的电压都有可能低于可接受的电压调节限值。但是，如果配置了配电静止补偿器(DSTATCOM)，在任意一侧，距离配电静止补偿器(DSTATCOM)较远的分布式发电机(DGs)更有可能达到其无功功率的限值，而较为靠近配电静止补偿器(DSTATCOM)的分布式发电机(DGs)将在电压调节的限值之内按照各自无功功率的比例运行。因此，配电静止无功补偿器优先对离其较远的分布式发电机的有功功率和电压输出进行调整。

[0039] 下面结合采用本发明的控制方法进行无功功率补偿的具体实例来对本发明的方法进行进一步说明。

[0040] 对于并网模式，电压如图2所示。可以看出，应用本发明提出的方法，与无功补偿器连接侧的电压调节效果较明显，在无功补偿器馈线中端和远端，电压变化保持在2％以内。

[0041] 对于孤岛模式，电压如图3所示。可以看出，应用本发明提出的方法，配电静止补偿器侧、馈线中端或远端的电压调整高效而稳定。

[0042] 另一方面，如果配电静止补偿器(DSTATCOM)处的通信节点失效，会产生很大影响，导致所有与该配电静止补偿器(DSTATCOM)之间的通信停止。不能与配电静止补偿器(DSTATCOM)进行通信，

[0043] 在一个测试用例中，并网模式下，假设在配电静止补偿器(DSTATCOM)处的通信节点发生了故障。系统响应如图4所示，模拟了在1.25秒时发生电压波动的情况。从模拟结果可以看出，静止补偿器侧、馈线中端和远端都产生了压降。

[0044] 同样的，在孤岛模式下，模拟了在1.25秒时发生电压波动的情况，系统响应如图5所示，从模拟结果可以看出，静止补偿器侧的电压降低。但是，馈线中端和远端的电压没有发生明显的变化。

[0045] 本发明上述实施例的基于通信网络的微电网控制方法，其主要应用环境是相距较远的地区，馈线较长，通过微电网来满足负载的需求。本发明提出的方法可以通过数量较多的分布式发电机(DGs)的电压调节来更加有效地减小压降，保证电网的电压稳定。

[0046] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。