一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法

摘要

本发明属于电力系统领域，尤其是一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法，针对现有的国产微型燃气轮机技术还不够成熟，许多控制能力还不完备，除基础发电能力外，其余功能基本不具备的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1、数据采集:微电网系统数据采集包含储能系统功率数据，电池状态数据，微型燃气轮机出线功率数据；S2、储能系统的控制系统:储能系统由PLC控制，仅用来对微电网进行频率调节，本发明拓展了微电网中电源的选择范围，使得国产微型燃气轮机具有参与孤网型微电网的市场空间，微电网响应时间极短，孤网运行时的电源可靠性大大提高；具备远程控制能力，自动化程度高。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法。

背景技术

在碳达峰、碳中和的大背景下，低碳能源的使用是人类社会发展的趋势，其中天然气替代柴油发电就是一种具体措施。在野外临时用电或供电可靠性要求高的场景使用燃气轮机供电是一种新兴的解决方案。长久以来，燃气轮机市场及技术均把持在为数不多的欧美日企业手里，国产燃气轮机技术不成熟，许多自动控制及其他发电机组常规控制功能都不具备。

从当前微型燃气轮机的微电网稳定运行控制技术研究来看，大多基于成熟的进口燃气轮机及其完备的自身控制技术，未能充分考虑国产燃气轮机的特点，也没有使用较为成熟的针对国产燃气轮机相对应的控制系统。

目前微电网市场上应用燃气轮机时，都要求燃气轮机具备较强的系统调节能力，满足要求的基本都是进口燃气轮机。一种应用在微电网系统中，尽可能少的要求燃气轮机具备多种自动调节能力的控制系统是备受期待的。

现有含燃气轮机的孤网型微电网中，一般采用柴油发电机作为主电压源甚至主电源，其技术成熟，可靠性高，但缺点是碳排放较高，对环境不友好。在碳达峰、碳中和的大背景下，发展一种替代柴油发电机的更友好更可靠技术是十分必要性。燃气轮机的国产替代也十分必要，但国产微型燃气轮机技术还不够成熟，许多控制能力还不完备，除基础发电能力外，其余功能基本不具备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在国产微型燃气轮机技术还不够成熟，许多控制能力还不完备，除基础发电能力外，其余功能基本不具备的缺点，而提出的一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法，包括以下步骤：

S1、数据采集:微电网系统数据采集包含储能系统功率数据，电池状态数据，微型燃气轮机出线功率数据；

S2、储能系统的控制系统:储能系统由PLC控制，仅用来对微电网进行频率调节，即获取频率变送器采集的电源母线频率值，根据实时频率与工频的偏差计算储能系统需要输出的有功功率大小；

S3、系统频率调节控制:根据微电网系统中负荷工作的频率范围，设置一定的频率调节死区e，以避免储能系统频繁调节，为了保证储能系统具备长期向上和向下调节的能力，储能系统SOC值合理区间应为50％±20％左右；

S4、切除微型燃气轮机控制方法：当频率调节控制需要储能系统充电且有功功率目标值达到或超过额定功率时，需要执行切除微型燃气轮机控制指令；

S5、切除负荷控制方法：当频率调节控制需要储能系统放电且有功功率目标值达到或超过额定功率时，需要执行切除可控负荷的控制指令。

优选的，所述S1中，数据采集：微电网系统数据采集包含储能系统功率数据，电池状态数据，微型燃气轮机出线功率数据，以上数据通过普通数据采集传感器完成，电源母线频率数据通过频率变送器采集完成。

优选的，所述S3中，采用下垂控制实现频率调节，有功功率目标值计算方程为：

P

式中：P

优选的，所述S4中，切除的微型燃气轮机功率数量为：

N＝ΔP/P

式中：ΔP表示储能系统有功功率目标值超过储能系统额定功率的部分，P表示微型燃气轮机额定功率。N值采用“进一法”取整。

优选的，所述S5中，切除的负荷数量为N：N为满足 P

注意：微电网系统容量配置时，不可控负荷容量应小于储能系统功率，否则为了保证微电网系统的稳定，应进行严格的负荷管理，保证负荷单次投入不超过储能系统功率。

优选的，当储能系统低于SOC合理区间下限时，认为储能SOC负偏离，当储能处于放电状态时则会加剧SOC负偏离，则需要升高微型燃气轮机整体功率，使得储能系统转为充电状态，以降低或消除SOC 负偏离。

优选的，当储能系统高于SOC合理区间上限时，认为储能SOC正偏离，当储能处于充电状态时则会加剧SOC正偏离，则需要降低微型燃气轮机整体功率，使得储能系统转为放电状态，以降低或消除SOC 正偏离。

优选的，为了使得储能系统在响应频率控制调节时有更多裕量，在负荷扰动较小的时候，控制系统应调整微型燃气轮机总功率，降低储能系统绝对功率，使得微电网系统负载由主电源承担。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

控制系统对燃气轮机的自身控制要求较低，仅需响应有功功率指令即可，拓展了微电网中电源的选择范围，使得国产微型燃气轮机具有参与孤网型微电网的市场空间；微电网响应时间极短，孤网运行时的电源可靠性大大提高；具备远程控制能力，自动化程度高；

利用储能系统快速响应的能力，弥补燃气轮机机组响应速度慢的缺点，并且储能系统被动响应微电网系统频率波动，主动控制燃气轮机来调节储能系统功率和电量，分别控制使得微电网可靠性更高，运行更稳定。

附图说明

图1为本发明提出的一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法的微电网系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，一种储能与微型燃气轮机组成的独立微电网运行控制方法，包括以下步骤：

S1、数据采集:微电网系统数据采集包含储能系统功率数据，电池状态数据，微型燃气轮机出线功率数据；

S2、储能系统的控制系统：储能系统由PLC控制，仅用来对微电网进行频率调节，即获取频率变送器采集的电源母线频率值，根据实时频率与工频的偏差计算储能系统需要输出的有功功率大小；

S3、系统频率调节控制：根据微电网系统中负荷工作的频率范围，设置一定的频率调节死区e，以避免储能系统频繁调节，为了保证储能系统具备长期向上和向下调节的能力，储能系统SOC值合理区间应为50％±20％左右；SOC值是指电池荷电状态。

S4、切除微型燃气轮机控制方法：当频率调节控制需要储能系统充电且有功功率目标值达到或超过额定功率时，需要执行切除微型燃气轮机控制指令；

S5、切除负荷控制方法：当频率调节控制需要储能系统放电且有功功率目标值达到或超过额定功率时，需要执行切除可控负荷的控制指令。

本发明中，S1中，数据采集：微电网系统数据采集包含储能系统功率数据，电池状态数据，微型燃气轮机出线功率数据，以上数据通过普通数据采集传感器完成，电源母线频率数据通过频率变送器采集完成。

本发明中，S3中，采用下垂控制实现频率调节，有功功率目标值计算方程为：

P

式中：P

本发明中，S4中，切除的微型燃气轮机功率数量为：

N＝ΔP/P

式中：ΔP表示储能系统有功功率目标值超过储能系统额定功率的部分，P表示微型燃气轮机额定功率。N值采用“进一法”取整。

本发明中，S5中，切除的负荷数量为N：N为满足 P

注意：微电网系统容量配置时，不可控负荷容量应小于储能系统功率，否则为了保证微电网系统的稳定，应进行严格的负荷管理，保证负荷单次投入不超过储能系统功率。

本发明中，当储能系统低于SOC合理区间下限时，认为储能SOC 负偏离，当储能处于放电状态时则会加剧SOC负偏离，则需要升高微型燃气轮机整体功率，使得储能系统转为充电状态，以降低或消除 SOC负偏离。

本发明中，当储能系统高于SOC合理区间上限时，认为储能SOC 正偏离，当储能处于充电状态时则会加剧SOC正偏离，则需要降低微型燃气轮机整体功率，使得储能系统转为放电状态，以降低或消除 SOC正偏离。

本发明中，为了使得储能系统在响应频率控制调节时有更多裕量，在负荷扰动较小的时候，控制系统应调整微型燃气轮机总功率，降低储能系统绝对功率，使得微电网系统负载由主电源承担。

本发明中，微电网系统中，电源包含一套储能系统，多台微型燃气轮机，储能系统通过储能变流器与电源母线连接，微型燃气轮机全部直接连接到电源母线。主要负荷通过一台变压器接入电源母线，电源母线上还连接部分自用电馈线和自动无功补偿器；微电网控制系统包含中央控制器、频率变送器、PLC、子控制器，频率变送器的采集端连接到电源母线上，频率变送器的信号断连接到PLC其中一个输入端上，中央控制器的一个输入端连接到PLC上，PLC的一个输出端连接到储能变流器上。中央控制器与各子控制器通过高速工业以太网总线进行通信连接，各子控制器与微型燃气轮机的控制系统连接。另外还包含若干数据采集模块，数据采集模块采集端连接到微电网的各支路断路器一侧，数据采集模块信号端连接到中央控制器。

本发明中，以多台相同规格的微型燃气轮机并联，储能系统以两台PCS并联为例，峰值负荷大小与微型燃气轮机额定总功率大小相同，单设备最大负荷功率与储能系统额定总功率相同，组成的微电网系统为例，阐述本发明具体方法，系统组成如附图1所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。