基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控制方法

摘要

一种基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控制方法，所述风光直流微电网包括：风力发电机及AC/DC/DC变换器、光伏阵列及DC/DC变换器、可调负荷、直流母线、超级电容器储能系统及双向DC/DC模块、蓄电池储能系统及双向DC/DC模块、双向AC/DC变换器、断路器、综合控制器、大电网、以及与大电网相连的上一级变电站；在峰荷区间，向上级变电站输电，控制其输送功率大小与变电站的典型日负荷曲线成正比；在谷荷区间，若有必要，从上级变电站取电，控制其用电功率大小与变电站的典型日负荷曲线成反比。本发明实现风光直流微电网在联网模式运行时，对上级变电站起到了消峰填谷的作用，实现了稳定运行。

说明书

技术领域

本发明属于风光新能源应用和直流微电网技术，尤其是涉及风光直流 微电网与大电网的交换功率的一种控制方法技术领域。

背景技术

在能源紧缺与环境污染的双重压力下，近年来，分布式发电技术在研 究、开发及利用上都取得了长足的进步，在各种分布式发电技术中， 风力发电和光伏发电技术备受瞩目。但风力发电和光伏发电都具有间 歇性和波动性的特点，输出功率随天气条件的变化而波动。风光发电 设备多采用电力电子变换器组成，本身无惯性，抗过流能力较差，含 有较丰富的谐波。与传统大电网进行并联运行时需引入大量电力电子 设备和电容、电感，将改变原有系统的网络拓扑，从而影响潮流的分 布，给电网的稳定性带来了不确定性，并影响了电能质量。因此，不 少地方的风光电源在并网时受到限制。

为充分发挥分布式发电优势和潜能，微电网的概念被提出，微电网是 指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护 装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和 管理的自治系统。微电网目前可划分为交流微电网和直流微电网两类 ，采用风光直流微电网能减少整个系统的变换级数，且控制时无需考 虑无功，相对简单。

但在目前提出的直流微电网中，联网模式时大部分仍然希望依靠大电 网来镇定直流母线电压。风光电源的固有缺点决定了在电力系统峰负 荷时该直流微电网仍有可能从大电网取电，在电力系统谷负荷时该直 流微电网仍有可能向大电网输电。有可能进一步加剧电力系统的峰谷 差，给电力系统的稳定运行带来不利影响。

发明内容

为了克服已有风光直流微电网的并网控制技术的稳定性较差的不足， 本发明提供一种基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控 制方法，实现风光直流微电网在联网模式运行时，对上级变电站起到 了消峰填谷的作用，实现了稳定运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控制方法，所 述风光直流微电网包括：风力发电机及AC/DC/DC变换器、光伏阵列及 DC/DC变换器、可调负荷、直流母线、超级电容器储能系统及双向DC/ DC模块、蓄电池储能系统及双向DC/DC模块、双向AC/DC变换器、断路 器、综合控制器、大电网、以及与大电网相连的上一级变电站；所述 并网控制方法包括以下过程：

首先获取与风光直流微电网相连的变电站的典型日负荷曲线，并进行 峰谷时间段的划分；以最大峰谷负荷为基准，分别求峰谷荷区间标幺 值，并求峰荷标幺值对时间的积分值；求谷荷区间标幺值补值，并求 其对时间的积分值；

依据正常情况下的每日风光发电量，或根据运行情况的统计分析，确 定系数1，对峰荷标幺值曲线乘系数1作为峰荷区间并网功率设定值。 风光直流微电网在峰荷区间运行时，控制双向AC/DC变换器处于逆变状 态，使得并网功率跟踪设定值；对光伏、风力发电进行最大功率跟踪 控制，控制储能装置的双向DC/DC变换器，使得直流母线电压稳定在一 定范围内。谷荷区间开始时，检测储能装置的剩余电量，根据是否够 第二天并网使用，来判断是否需要进入充电模式；如需要，以谷荷标 幺值补值乘系数2，作为谷荷运行区间充电功率给定值，并控制双向A C/DC变换器处于整流状态，使其整流功率跟踪给定值；在谷荷运行区 间，对光伏、风力发电进行最大功率跟踪控制，控制储能装置的双向 DC/DC变换器， 使得直流母线电压稳定在设定范围内。在谷荷结束，峰荷开始时，对 前一天的各项指标进行统计分析，定期更新系数1和系数2。

进一步，在峰荷区间，向上级变电站输电，控制其输送功率大小与变 电站的典型日负荷曲线成正比；在谷荷区间，从上级变电站取电，控 制其用电功率大小与变电站的典型日负荷曲线成反比。

更进一步，各变换器采用数字控制器进行控制，该数字控制器带有通 信功能，并能通过控制网络和综合控制器交换信息。

所述综合控制器通过控制网络将结果送给各变换器的数字控制器，由 数字控制器控制相应的变换器实现相应的控制算法。

本发明的有益效果主要表现在：依据与风光直流微电网相连的典型变 电站日负荷曲线，通过风光直流微电网内部的控制，在峰荷区间进行 并网发电，并且变电站负荷越大时，发电功率越大；如有需要，在谷 荷区间进行整流充电，并且变电站负荷越小，充电功率越大。对接入 的变电站起到了消峰填谷的作用。

附图说明

图1是风光直流微电网结构示意图;

图2是某变电站典型日负荷曲线;

图3是某变电站典型日负荷曲线的峰荷标幺值;

图4是某变电站典型日负荷曲线的谷荷标幺值补值;

图5是基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控制方法流程 图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并 网控制方法，所述风光直流微电网包括若干台风力发电机及AC/DC/DC 变换器、若干组 光伏阵列及DC/DC变换器、可调负荷、直流母线、超级电容器储能系统 及双向DC/DC模块、蓄电池储能系统及双向DC/DC模块、双向AC/DC变换 器、断路器、综合控制器、大电网、以及与大电网相连的上一级变电 站，基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控制方法步骤 包括：

1．根据变电站负荷的历史数据，获取其典型日负荷曲线。如果无法得 到变电站负荷的历史数据，以常用的典型日负荷曲线代替。以最大峰 值负荷为基准，绘制日负荷峰荷区间的标幺值曲线，显然，该曲线形 状与典型日负荷峰荷区间曲线一样。对日负荷标幺值曲线的峰荷部分 对时间进行积分，根据经验可选择早8：00到晚22：00这部分区间，积 分结果为S_P；以最大谷值负荷为基准，求出谷荷区间各点的标幺值， 对谷荷各点标幺值进行取补（1-标幺值）操作，绘制日负荷谷荷区间 标幺值曲线，显然，该曲线形状与典型日负荷谷荷区间曲线形状相反 。对日负荷标幺值曲线的谷荷部分对时间进行积分，根据经验可选择 晚22：00到早8：00这部分区间，积分结果为S_V。当然，该峰谷时间段 的划分可根据变电站实际负荷曲线进行修正。

2. 根据风光直流微电网的实际情况，对日负荷的标幺值曲线的峰荷 区间乘一个功率系数K₁，作为在峰荷区间向大电网输送功率的给定曲 线。在峰荷区间，通过控制双向AC/DC变换器处于逆变状态，使得并网 功率跟踪给定曲线。功率系数K₁的确定方法见步骤3中。

3. 对风力发电机、光伏阵列通过相应变换器的连接在直流母线上， 通过对变换器的占空比的控制，进行最大功率点跟踪。设光伏阵列和 风力发电机每日峰荷区间输出的最大电量为W_PDmax，正常天气情况下每日 峰荷区间输出的电量典型值为W_PDav；设光伏阵列和风力发电机每日谷荷 区间输出的最大电量为W_PNmax，正常天气情况下每日谷荷区间输出的电量 典型值为W_PNav。这几个该值在系统开始运行 时可根据光伏阵列和风机的功率估算，随着运行天数的增加，该值可 动态修正。功率系数按下式确定，

K₁=(W_PDav+W_PDmax)/S_P                   （1）

4. 设可调负荷每日峰荷区间消耗的电量最小值为W_LDMin，每日峰荷区间 消耗的电量最大值为W_LDMax；可调负荷每日谷荷区间消耗的电量最小值为 W_LNMin，每日谷荷区间消耗的电量最大值为W_LNMax。超级电容器能储存的最大 电量为W_CSMax，当前剩余电量为W_CS，蓄电池能储存的最大电量为W_BSMax，当前 剩余电量为W_BS。当从峰负荷区间切换到谷负荷区间时，检测储能系统 的剩余电量，如果

(W_CS+W_BS)＜(K₁S_P+W_LDMin+W_LNMax)          （2）

则启动谷负荷对超级电容器和蓄电池的充电功能。充电给定功率曲线 按下式确定：

K₂=(K₁S_P+W_LDMin+W_LNMax-W_CS-W_BS)/S_V           （3）

参照图1，一种风光直流微电网，包括光伏阵列、风力发电机及整流电 路、用于连接风光电源和直流母线的DC/DC变换器、超级电容器、蓄电 池、用于连接储能装置和直流母线的双向DC/DC变换器、用于连接直流 母线和变电站的双向AC/DC变换器、交直流可调负荷及变换器、断开负 载及变电站与直流母线联系的断路器、综合控制器、连接各变换器与 综合控制器的控制网络、连接综合控制器与变电站之间的通信网络。

参照图2，某变电站典型日负荷曲线，24小时中每小时统计一次负荷， 峰荷区间认为从8：00-22：00，峰荷标幺值曲线如图3所示，谷荷标幺 值曲线补值如图4所示。

参照图5，基于变电站典型日负荷曲线的风光直流微电网并网控制方法 流程具体包括如下步骤：

步骤1：获取与风光直流微电网相连的变电站的典型日负荷曲线，并进 行峰谷时间段的划分。

步骤2：求峰荷区间标幺值，并求其对时间的积分值；求谷荷区间标幺 值补值，并求其对时间的积分值。

步骤3：依据正常情况下的每日风光发电量，或根据运行情况的统计分 析，确定系数1，对峰荷标幺值曲线乘系数1作为峰荷区间并网功率设 定值。

步骤4：风光直流微电网在峰荷区间运行时，控制双向AC/DC变换器处 于逆变状态，使得并网功率跟踪设定值。对光伏、风力发电进行最大 功率跟踪控制，控制储能装置的双向DC/DC变换器，使得直流母线电压 稳定在一定范围内。

步骤5：谷荷区间开始时，检测储能装置的剩余电量，根据是否够第二 天并网使用，来判断是否需要进入充电模式。如需要，转步骤6，不需 要，转步骤7。

步骤6：在谷荷运行区间，以谷荷标幺值补值乘系数2，作为谷荷运行 区间充电功率给定值，并控制双向AC/DC变换器处于整流状态，使其整 流功率跟踪给定值。

步骤7：在谷荷运行区间，对光伏、风力发电进行最大功率跟踪控制， 控制储能装置的双向DC/DC变换器，使得直流母线电压稳定在一定范围 内。

步骤8：在谷荷结束，峰荷开始时，对前一天的各项指标进行统计分析 ，定期更新系数1和系数2。分析完，转步骤3。