一种离网型微电网群及其功率平衡控制方法

摘要

本发明涉及一种离网型微电网群及其功率平衡控制方法。离网型微电网群包括若干个子微电网、微电网群控制系统及微电网群配电母线；各子微电网分别包括子微电网配电母线、子微电网控制系统、分布式电源、后备调节电源、储能系统、负荷、用户端以及数据采集单元，子微电网控制系统控制各分布式电源、后备调节电源、储能系统及负荷的投切、运行，并通信连接数据采集单元及用户端。本发明通过储能系统调节、负荷侧主动响应、微电网群交互调节、切除非重要负荷及后备调节电源调节五重调节控制来实现功率平衡，可提高电能质量，提高系统的调节能力和灵活性，有效保障微电网的功率平衡和供电可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，特别是一种离网型微电网群及其功率平衡控制方法。

背景技术

离网型微电网是指利用当地分布式可再生能源、储能系统、负荷、电能转换装置构建的自给自足供电系统，离网型微电网解决了边远区域供电难的问题，同时提高了分布式能源的接纳能力，促进了绿色用电。但因离网型微电网脱离了大电网，使得其普遍存在供电不平衡、电能质量差、系统运行不稳定等问题，电器设备运行效率低，使用寿命短，系统安全性差。保障离网型微电网功率平衡是微电网安全可靠运行的关键。传统的离网型微电网功率平衡控制方法，主要采用储能或者切负荷来保障系统的平衡，但调节能力有限，灵活性差。且粗暴的切除负荷，会影响边远地区人民的生活和幸福指数。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种离网型微电网群及其功率平衡控制方法，解决了离网型微电网供电不平衡、电能质量差、系统运行不稳定的难题，提高了系统的调节能力和灵活性，可有效保障微电网的功率平衡和供电可靠性。

本发明采用如下技术方案：

一种离网型微电网群，包括有若干个子微电网、微电网群控制系统及微电网群配电母线，各子微电网通过微电网群控制系统相互通信连接，各子微电网分别通过控制开关与微电网群配电母线电连接；各子微电网分别包括子微电网配电母线、子微电网控制系统、分布式电源、后备调节电源、储能系统、负荷、用户端以及用于采集分布式电源、后备调节电源的输出功率和负荷功率的数据采集单元，分布式电源、后备调节电源、储能系统及负荷分别通过子控制开关电连接子微电网配电母线，子微电网控制系统通过控制各子控制开关来控制各分布式电源、后备调节电源、储能系统及负荷的投切、运行，并通信连接数据采集单元及用户端。

进一步地，所述各子微电网与微电网群配电母线之间的输电电路上连接有电能双向计量装置。

进一步地，所述分布式电源包括光伏发电模块、风力发电模块、水力发电模块、潮汐发电模块中的一种或多种。

进一步地，所述后备调节电源包括柴油发电机和/或燃气发电模块。

一种离网型微电网群功率平衡控制方法，包括如下步骤：

①子微电网某时刻的分布式能源发电功率大于或小于负荷需求时，可通过储能系统充、放电来实现功率平衡；

②通过储能系统充、放电调节无法实现功率平衡时，若子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求，可通过子微电网控制系统发布负荷需求通知负荷侧各用户，各用户根据负荷需求并结合自身用电特点主动响应切除部分负荷，实现功率平衡；若子微电网的分布式能源发电功率大于负荷需求，可通过切除部分分布式电源或将多余电能转售给微电网群其他缺电的子微电网，实现功率平衡；

③子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若通过用户主动响应切除部分负荷后，仍然无法满足负荷需求，则可通过向微电网群内有富裕发电量的子微电网购电，实现功率平衡；

④子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若通过用户主动响应切除部分负荷及向微电网群内有富裕发电量的子微电网购电后，仍然无法满足负荷需求，则通过强制切除部分非重要负荷，实现功率平衡；

⑤子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若通过用户主动响应切除部分负荷、向微电网群内有富裕发电量的子微电网购电以及强制切除部分非重要负荷后，仍然无法满足负荷需求，则启动后备调节电源发电，实现功率平衡。

进一步地，子微电网某时刻的分布式能源发电功率无法满足负荷需求时，若储能系统荷电状态高于最低下限且储能系统最大放电功率可以满足负荷需求时，则启动储能系统放电满足负荷需求，实现功率平衡；子微电网某时刻的分布式能源发电功率大于负荷需求时，若储能系统未处于充满状态且剩余发电功率不大于储能系统最大充电功率时，则启动储能系统充电，实现功率平衡。

进一步地，子微电网某时刻的分布式能源发电功率无法满足负荷需求时，若储能系统的荷电状态低于最低下限或储能系统放电功率不足以满足负荷需求时，按公式（1）计算该子微电网负荷缺电额P

P

其中：P

进一步地，子微电网控制系统将负荷需求P

进一步地，缺电的子微电网在微电网群控制系统中发布购电需求，发电有富裕的子微电网向微电网群控制系统报送可售电量及相应价格，通过竞价方式，缺电的子微电网可优先选择低价的电购入。

进一步地，所述负荷根据重要性分组设置，并分别设置优先级，每组可独立控制投切，需要切除部分负荷时，优先切除非重要负荷。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一，本发明提出的离网型微电网群及功率平衡控制方法，通过储能系统调节、负荷侧主动响应、微电网群交互调节、切除非重要负荷及后备调节电源调节五重调节控制机制分步调节来实现功率平衡，解决了离网型微电网供电不平衡、电能质量差、系统运行不稳定的难题，提高了系统的调节能力和灵活性；

第二，优先采用微电网内部自主调节方式，逐步到微电网群内之间相互调节方式，最后至强切负荷、启动后备调节电源发电等多重调节，层层递进，实现绿色、低碳、环保供电，提高了微电网的调节控制能力，有效的保障了微电网的功率平衡和供电可靠性；同时，不同于以往的一刀切的粗暴切除负荷调节方式，增加了负荷侧自动响应调节方式，鼓励用户参与到系统调节中去，提高了用户的参与度和幸福指数；

第三，多重控制调节，适时调整，逐步加深调节方式，调节能力强;采用竞价购电，具有良好的社会经济效益。

附图说明

图1是本发明离网型微电网群的拓扑结构图；

图2是本发明实施例1的离网型微电网群的拓扑结构图；

图3是本发明实施例1的子微电网的拓扑结构图；

图4是本发明实施例1的离网型微电网群功率平衡控制方法框图；

图5是本发明实施例1的离网型微电网群功率平衡控制方法流程图。

图中：8.微电网群配电母线，9.电能双向计量装置，10.子微电网配电母线。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1：

参照图1和图3，本发明的一种离网型微电网群，包括有若干个子微电网、微电网群控制系统及微电网群配电母线8，各子微电网通过微电网群控制系统相互通信连接，各子微电网分别通过控制开关与微电网群配电母线8电连接，各子微电网与微电网群配电母线8之间的输电电路上连接有电能双向计量装置9，用于计量子微电网的售电及购电量。

各子微电网分别包括子微电网配电母线10、子微电网控制系统、分布式电源、后备调节电源、储能系统、负荷、用户端以及用于采集分布式电源、后备调节电源的输出功率和负荷功率的数据采集单元，分布式电源、后备调节电源、储能系统及负荷分别通过子控制开关电连接子微电网配电母线10，子微电网控制系统通过控制各子控制开关来控制各分布式电源、后备调节电源、储能系统及负荷的投切、运行，并通信连接数据采集单元及用户端。分布式电源包括光伏发电模块和风力发电模块。后备调节电源包括柴油发电机。储能系统包括储能电池及电池管理系统，储能电池的充、放电功率均可通过电池管理系统进行调节。负荷根据重要性分组设置，并分别设置优先级，每组可独立控制投切，需要切除部分负荷时，优先切除非重要负荷。微电网群控制系统、子微电网控制系统均采用现有技术的电网控制系统。

参照图4和图5，本发明的一种离网型微电网群功率平衡控制方法，包括如下步骤：

①子微电网某时刻的分布式能源发电功率大于负荷需求时，若储能系统未处于充满状态且剩余发电功率不大于储能系统最大充电功率时，则可通过启动储能系统充电，实现功率平衡；子微电网某时刻的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若储能系统荷电状态SOC高于最低下限20%且储能系统最大放电功率可以满足负荷需求时，则可通过启动储能系统放电满足负荷需求，实现功率平衡。

②通过储能系统充、放电调节无法实现功率平衡时，若子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求，同时储能系统的荷电状态SOC低于最低下限20%或储能系统放电功率不足以满足负荷需求时，按公式（1）计算该子微电网负荷缺电额P

P

其中：P

若子微电网的分布式能源发电功率大于负荷需求，可通过切除部分分布式电源或将多余电能转售给微电网群其他缺电的子微电网，实现功率平衡。

③子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若通过用户主动响应切除部分负荷后，仍然无法满足负荷需求，则可通过向微电网群内有富裕发电量的子微电网购电，实现功率平衡；缺电的子微电网在微电网群控制系统中发布购电需求，发电有富裕的子微电网向微电网群控制系统报送可售电量及相应价格，通过竞价方式，缺电的子微电网可优先选择低价的电购入。

④子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若通过用户主动响应切除部分负荷及向微电网群内有富裕发电量的子微电网购电后，仍然无法满足负荷需求，则通过强制切除部分非重要负荷，实现功率平衡；

⑤子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求时，若通过用户主动响应切除部分负荷、向微电网群内有富裕发电量的子微电网购电以及强制切除部分非重要负荷后，仍然无法满足负荷需求，则启动柴油发电机发电，实现功率平衡。

参照图2，本实施例应用于某边远区域，有5个村落，分布不集中，分别针对性的设计子微电网，并组建微电网群。

子微电网1：风力发电150kw，光伏发电200kw，最高负荷为300kw，储能系统为150Kw/1.5MWh,柴油发电机配置为300kw；

子微电网2：风力发电80kw ，光伏发电150kw，最高负荷为200kw，储能系统为120Kw/1.2MWh, 柴油发电机配置为200kw；

子微电网3：风力发电60kw，光伏发电100kw， 最高负荷为120kw，储能系统为80Kw/0.8MWh, 柴油发电机配置为120kw；

子微电网4：风力发电50kw， 光伏发电150kw，最高负荷为150kw，储能系统为100Kw/1MWh, 柴油发电机配置为150kw；

子微电网5：风力发电150kw，光伏发电300kw，最高负荷为400kw，储能系统为250Kw/2.5MWh, 柴油发电机配置为400kw。

微电网群运行过程中的应用场景一：

某个时刻，子微电网1的负荷为280kw，但因子微网的光伏系统故障，光伏发电仅为10kW，当时风力不佳，风力发电仅为50kW。可再生能源发电共计为10+50＝60kW<280kW, 启动第一重调节，子微网的储能系统发电，发电功率为150kW；但10+50+150＝210kW<280kW，仍不然满足负荷需求，缺电额为70kW；启动第二重调节，子微电网1在其子微电网控制系统平台发布需求即缺电额70kW，各用户端根据自身的用电情况，向系统自主申报可切负荷大小，如此时各用户累计可切20kW，仍不能实现电能平衡；此时需启动第三重调节，子微电网1向微电网群控制系统平台发布购电需求50kW，其他子微电网若有富裕发电量，则通过竞价方式来申报，若其他子微电网共计可售给微电网1的电能为30kW，此时子微电网系统功率仍不平衡，则需启动第四重保护，即强制性切除一部分不重要的负荷（负荷侧自主申报阶段未申报的），若此时为可强制性切除的不重要负荷为10kW，仍不能实现功率平衡，则需启动第五重调节，即启动柴油发电机，发电功率为10kW，实现功率平衡。

微电网群运行过程中的应用场景二：

某个时刻，子微电网1的负荷为180kw，光伏发电为100kW，风力发电仅为60kW。可再生能源发电共计为100+60＝160kW<180kW, 启动第一重调节，但此时子微电网1的储能系统SOC低于20%，储能系统无法供电。则可启动第二重调节，子微电网1在其子微电网控制系统平台发布需求即缺电额20kW，各用户端根据自身的用电情况，向系统自主申报可切负荷大小，如此时各用户累计可切30kW，则系统择优选择所切20kW负荷，实现电能平衡。

微电网群运行过程中的应用场景三：

某个时刻，子微电网1的负荷为260kw，光伏发电为120kW，风力发电仅为90kW。可再生能源发电共计为120+90＝210kW<260kW, 启动第一重调节，但此时子微电网1的储能系统SOC低于20%，储能系统无法供电。则可启动第二重调节，子微电网在其控制系统平台发布需求即缺电额50kW，各个用户根据自身的用电情况，向系统自主申报可切负荷大小，如此时各用户累计可切20kW，则仍不能实现电能平衡；此时需启动第三重调节，子微电网1向微电网群控制系统平台发布购电需求50kW，其他子微电网若有富裕发电量，则通过竞价方式来申报，此时其他子微电网系统申报电能为100kW，向低价的子微电网系统购50kW电能，实现功率平衡。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：分布式电源包括光伏发电模块、风力发电模块和小型的水力发电模块。后备调节电源包括柴油发电机和燃气发电模块。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：通过储能系统充、放电调节无法实现功率平衡时，若子微电网的分布式能源发电功率小于负荷需求，同时储能系统的荷电状态SOC低于最低下限20%或储能系统放电功率不足以满足负荷需求时，按公式（1）计算该子微电网负荷缺电额P

P

其中：P

上述仅为本发明的三个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。