一种微电网的有功功率缺额的计算方法和系统 |
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| 申请号 | CN201410601609.4 | 申请日 | 2014-10-30 | 公开(公告)号 | CN104300558A | 公开(公告)日 | 2015-01-21 |
| 申请人 | 国家电网公司; 许继集团有限公司; 江苏省电力公司电力科学研究院; | 发明人 | 彭世康; 王伟; 马红伟; 傅美平; 毛建容; 周逢权; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种微 电网 的有功功率缺额的计算方法和系统，方法包括：根据微电网的当前 频率 f(0)和目标频率f(1)分别计算当前频率的标幺 频率偏差 和目标频率的标幺频率偏差；利用的公式(1)计算每个旋转电源i和每个负荷j在频率的有功调节系数KGi*和KLj*；每一个旋转电源i的当前有功功率及额定有功功率，每一个负荷j的当前有功功率及额定有功功率均为已知量；由公式(8)获得微电网单位调节功率KM；其中m为微电网中旋转电源的个数，n为微电网中负荷的个数；由公式(9)获得微电网系统从频率f(0)到f(1)的有功功率缺额PE+。在频率出现异常时，快速准确计算出微电网有功功率的缺额。根据有功功率缺额调整有功功率，从而稳定微电网运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种微电网的有功功率缺额的计算方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种微电网的有功功率缺额的计算方法和系统技术领域[0001] 本发明涉及微电网控制技术领域，特别涉及一种微电网的有功功率缺额的计算方法和系统。 背景技术[0002] 在能源危机和环境保护的双重压力下，利用以可再生能源为主的分布式电源(DER，Distributed Electric Resource)供电受到越来越多的关注。但是，风、光等分布式电源具有很大的间歇性和波动性，若是直接将其并入大电网中，会对大电网的安全稳定运行造成很大的冲击。 [0003] 因此，大多数情况下，分布式电源采用单独组网供电的方式，只能适用于一些对于电能质量和持续供电时间要求低的电力用户，电能的利用效率很低。为了使分布式能源能够并入大电网中运行，提高分布式能源的利用率，必须解决分布式能量的波动性对大电网供电质量造成的冲击，从而出现了一种新的电网结构和技术，即微电网。 [0004] 微电网是一种由符合和分布式电源紧密结合的局部配用电系统。微电网内部的电源包含有大量的电力电子器件，并含有多种能源方式(风、光、燃气等)和多种能量输出形式(电、热、冷等)。 [0005] 当微电网与主网因为故障突然解列时，微电网能够单独发电，维持对自身用户的电能供应；当外部故障消失后，微电网还能够自动恢复并网运行状态。即，微电网既可以并网运行，也可以离网运行。 [0007] 电网的安全稳定运行体现在两个方面：一是频率稳定，波动幅度不超过±0.2～0.5Hz；二是电压稳定，波动幅度不超过±5％。 [0008] 实际上，电网内的频率稳定主要是由有功功率供应状况决定的，电压稳定主要是由无功功率供应状况决定。 [0009] 因此，本领域技术人员需要提供一种微电网的有功缺额的计算方法和系统，能够准确获得微电网中离网频率异常时系统内存在的有功功率缺额。 发明内容[0010] 本发明要解决的技术问题是提供一种微电网的有功缺额的计算方法和系统，能够准确获得微电网中离网频率异常时系统内存在的有功功率缺额。 [0011] 本发明实施例提供一种微电网的有功功率缺额的计算方法，包括： [0012] 根据微电网的当前频率f(0)和目标频率f(1)分别计算当前频率的标幺频率偏差(0) (1)和目标频率的标幺频率偏差 f 和f 均为已知量； [0013] 利用所述 和下面的公式(1)计算每个旋转电源i和每个负荷j在频率的有功调节系数KGi*和KLj*； [0014] [0015] 其中， 每一个旋转电源i的当前有功功率 及额定有功功率 每一个负荷j的当前有功功率 及额定有功功率 均为已知量； [0016] 利用KGi*和KLj*由公式 获得微电网单位调节功率KM；其中m为微电网中旋转电源的个数，n为微电网中负荷的个数； [0017] 由公式 获得微电网系统从频率f(0)到f(1)的有功功率缺额PE+。 [0018] 优选地， [0019] 所述 [0020] 其中，f(N)为微电网的额定频率为已知量。 [0022] 所述 由每一个负荷的当前电压和电流获得。 [0023] 本发明实施例提供一种微电网的有功功率缺额的计算系统，包括：标幺频率偏差获得单元、有功调节系数获得单元、微电网单位调节功率获得单元和有功功率缺额获得单元； [0024] 所述标幺频率偏差获得单元，用于根据微电网的当前频率f(0)和目标频率f(1)分别计算当前频率的标幺频率偏差 和目标频率的标幺频率偏差 f(0)和f(1)均为已知量； [0025] 所述有功调节系数获得单元，用于利用所述 和下面的公式(1)计算每个旋转电源i和每个负荷j在频率的有功调节系数KGi*和KLj*； [0026] [0027] 其中， 每一个旋转电源i的当前有功功率 及额定有功功率 每一个负荷j的当前有功功率 及额定有功功率 均为已知量； [0028] 所述微 电网单位 调节功 率获得单 元，用于 利用KGi*和KLj*由公 式获得微电网单位调节功率KM；其中m为微电网中旋转电源的个数，n为微电网中负荷的个数； [0029] 所述有功功率缺额获得单元，用于由公式 获得微电网系统从频率f(0)到f(1)的有功功率缺额PE+。 [0030] 优选地， [0031] 所述 [0032] 其中，f(N)为微电网的额定频率为已知量。 [0033] 优选地，还包括：旋转电源的当前有功功率获得单元和负荷的当前有功功率获得单元； [0034] 所述旋转电源的当前有功功率获得单元，用于由每一个旋转电源的当前输出电压和输出电流获得 [0035] 所述负荷的当前有功功率获得单元，用于由每一个负荷的当前电压和电流获得[0036] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： [0037] 当微电网中旋转电源作为主电源进行离网运行时，有功功率缺额的计算对于微电网的频率稳定控制具有重要的意义。本实施例提供的方法，在频率出现异常时，快速准确计算出微电网有功功率的缺额。根据计算出来的有功功率缺额对应地调节旋转电源输出的有功功率和负荷的有功功率，从而稳定整个微电网的运行。本方法将微电网的有功功率的调节方式从定性调节提升到定量调节。而且考虑到微电网中每一个有功设备(包括旋转电源和负荷)的投切对于微电网中频率的波动影响，从而考虑频率的安全稳定性。附图说明 [0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0039] 图1是本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算方法实施例一流程图； [0040] 图2是本发明提供的旋转电源和负荷的静态频率特性曲线图； [0041] 图3是本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算方法实施例二流程图； [0042] 图4是本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算系统实施例一示意图； [0043] 图5是本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算系统实施例二示意图。 具体实施方式[0044] 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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0045] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 [0046] 方法实施例一： [0047] 参见图1，该图为本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算方法实施例一流程图。 [0048] 为了本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，首先介绍一下本领域的基本原理。 [0049] 参见图2，该图为本发明提供的旋转电源和负荷的静态频率特性曲线图。 [0050] 可以理解的是，离网运行的微电网系统中存在投运的旋转电源、负荷和电力电子电源。 [0051] 例如，旋转电源可以为旋转发电机。 [0052] 从图2可以看出，横坐标为频率的标幺值，用f*表示。纵坐标为有功功率标幺值，用P*表示。 [0053] 图2中的PG*(f)表示频率f时旋转电源的有功功率标幺值，PL*(f)表示频率f时负荷的有功功率标幺值。 [0054] 从图2所示的特性曲线中可以看出，负荷的有功功率PL*(f)随着频率f的升高而变大，负荷的静态频率调节效应系数KLd*>0；旋转电源输出的有功功率PG*(f)随着频率f的升高而减小；即对于旋转电源和负荷的静态频率调节方向正好相反。 [0055] 对于电力电子电源，其输出的有功功率由电力电子设备控制装置(PCS)按照控制下发的指令自动调节，PCS随时检测相关电源输出的有功功率并随时调整有功功率处于命令值附近，因此，电力电子电源输出的有功功率与微电网的频率无关，可以认为其静态功率调节效应系数为0，即，KG*＝0。 [0056] 因此，本发明中，对于微电网的有功功率缺额计算，仅考虑旋转电源和负荷在频率变化时的有功功率缺额，不考虑电力电子电源的有功功率缺额。 [0057] 本实施例提供的微电网的有功功率缺额的计算方法，包括： [0058] S101：根据微电网的当前频率f(0)和目标频率f(1)分别计算当前频率的标幺频率偏差 和目标频率的标幺频率偏差 f(0)和f(1)均为已知量； [0059] 可以理解的是，所述 [0060] 其中，f(N)为微电网的额定频率为已知量。 [0061] 本发明实施例中，用下标*表示标幺值。 [0062] S102：利用所述 和下面的公式(1)计算每个旋转电源i和每个负荷j在频率的有功调节系数KGi*和KLj*； [0063] [0064] 其中， 每一个旋转电源i的当前有功功率 及额定有功功率 每一个负荷j的当前有功功率 及额定有功功率 均为已知量； [0065] 需要说明的是，S102中只需要计算出PGi*(f(0))和PLj*(f(0))即可，因此，只需要利用到 和 [0066] S103：利用KGi*和KLj*由公式 获得微电网单位调节功率KM；其中m为微电网中旋转电源的个数，n为微电网中负荷的个数； [0067] 其中， [0068] 由于微电网系统中包括多个旋转电源和多个负荷，因此，需要对这些旋转电源和负荷对应的有功功率调节功率进行加运算。 [0069] S104：由公式 获得微电网系统从频率f(0)到f(1)的有功功率缺额PE+。 [0070] 当微电网中旋转电源作为主电源进行离网运行时，有功功率缺额的计算对于微电网的频率稳定控制具有重要的意义。本实施例提供的方法，在频率出现异常时，快速准确计算出微电网有功功率的缺额。根据计算出来的有功功率缺额对应地调节旋转电源输出的有功功率和负荷的有功功率，从而稳定整个微电网的运行。本方法将微电网的有功功率的调节方式从定性调节提升到定量调节。而且考虑到微电网中每一个有功设备(包括旋转电源和负荷)的投切对于微电网中频率的波动影响，从而考虑频率的安全稳定性。 [0071] 方法实施例二： [0072] 参见图3，该图为本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算方法实施例二流程图。 [0073] 本实施例中的S301与S101相同，S302-S305分别与S102-S104相同，在此不再赘述。 [0074] 对于旋转电源和负荷来说，由其对应的电压和电流可以计算出有功功率。 [0075] S302：所述 由每一个旋转电源的当前输出电压和输出电流获得；所述 由每一个负荷的当前电压和电流获得。 [0076] 下面说明公式(1)的推导过程。 [0077] 设单个旋转电源i、单个负荷j的单位调节功率分别为(0) (1) 那么当频率由初始频率f 变为目标频率f 后，有： [0078](1,0) (1) (0) [0079] 其中，Δf ＝f -f 。 [0080] 设旋转电源i和负荷j的额定频率有功功率分别为 令有 因此有： [0081] [0082] 设f(0)＝f(N)，f(1)＝f，将公式(3)代入公式(2)中，并将代入后的公式(2)等号两端均除以额定频率有功功率，可得： [0083] [0084] 需要说明的是，以上介绍的公式(1)、(2)和(3)均是以单个设备的有功特性来介绍的，其中的设备包括旋转电源和负荷。 [0085] 下面介绍微电网系统中的有功设备的综合有功特性。 [0086] 由于微电网系统中的有功设备包括多个，因此，有功特别是多个设备的叠加。 [0087] 根据公式(2)可以获得系统有功特性，如公式(4)； [0088] [0089] 由公式(3)可以获得系统的单位调节功率系数，如公式(5)； [0090] [0091] 公式(5)为微电网系统的总旋转电源单位调节功率标幺值KG*和总负荷静态频率调节效应系数KL*的计算式。 [0092] 由公式(5)可以将公式(4)简化如下： [0093] [0094] 根据微电网系统总额定功率 和 可得f(1)、f(0)下有功功率关系为： [0095] [0096] 由式(5)和式(7)计算微电网单位调节功率KM。 [0097] [0098] 则微电网系统从频率f(0)到f(1)的有功功率缺额PE+为： [0099] [0100] 基于以上实施例提供的一种微电网的有功功率缺额的计算方法，本发明实施例还提供了一种微电网的有功功率缺额的计算系统，下面结合附图来进行详细的介绍。 [0101] 系统实施例一： [0102] 参见图4，该图为本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算系统实施例一示意图。 [0103] 本发明实施例提供一种微电网的有功功率缺额的计算系统，包括：标幺频率偏差获得单元401、有功调节系数获得单元402、微电网单位调节功率获得单元403和有功功率缺额获得单元404； [0104] 所述标幺频率偏差获得单元401，用于根据微电网的当前频率f(0)和目标频率f(1)(0) (1)分别计算当前频率的标幺频率偏差 和目标频率的标幺频率偏差 f 和f 均为已知量； [0105] 可以理解的是，离网运行的微电网系统中存在投运的旋转电源、负荷和电力电子电源。 [0106] 例如，旋转电源可以为旋转发电机。 [0107] 可以理解的是，所述 [0108] 其中，f(N)为微电网的额定频率为已知量。 [0109] 本发明实施例中，用下标*表示标幺值。 [0110] 所述有功调节系数获得单元402，用于利用所述 和下面的公式(1)计算每个旋转电源i和每个负荷j在频率的有功调节系数KGi*和KLj*； [0111] [0112] 其中， 每一个旋转电源i的当前有功功率 及额定有功功率 每一个负荷j的当前有功功率 及额定有功功率 均为已知量； (0) (0) [0113] 需要说明的是，只需要计算出PGi*(f )和PLj*(f )即可，因此，只需要利用到和 [0114] 所述微电网单位调节功率获得单元403，用于利用KGi*和KLj*由公式获得微电网单位调节功率KM；其中m为微电网中旋转电源的个数，n为微电网中负荷的个数； [0115] 其中， [0116] 由于微电网系统中包括多个旋转电源和多个负荷，因此，需要对这些旋转电源和负荷对应的有功功率调节功率进行加运算。 [0117] 所述有功功率缺额获得单元404，用于由公式(0) (1) 获得微电网系统从频率f 到f 的有功功率缺额PE+。 [0118] 当微电网中旋转电源作为主电源进行离网运行时，有功功率缺额的计算对于微电网的频率稳定控制具有重要的意义。本实施例提供的方法，在频率出现异常时，快速准确计算出微电网有功功率的缺额。根据计算出来的有功功率缺额对应地调节旋转电源输出的有功功率和负荷的有功功率，从而稳定整个微电网的运行。本方法将微电网的有功功率的调节方式从定性调节提升到定量调节。而且考虑到微电网中每一个有功设备(包括旋转电源和负荷)的投切对于微电网中频率的波动影响，从而考虑频率的安全稳定性。 [0119] 系统实施例二： [0120] 参见图5，该图为本发明提供的微电网的有功功率缺额的计算系统实施例二示意图。 [0121] 本实施例提供的微电网的有功功率缺额的计算系统，还包括：旋转电源的当前有功功率获得单元501和负荷的当前有功功率获得单元502； [0122] 对于旋转电源和负荷来说，由其对应的电压和电流可以计算出有功功率。 [0123] 所述旋转电源的当前有功功率获得单元501，用于由每一个旋转电源的当前输出电压和输出电流获得 [0124] 所述负荷的当前有功功率获得单元502，用于由每一个负荷的当前电压和电流获得 [0125] 以上实施例提供的方法和系统，可以快速计算出微电网系统中当频率变化时对应的有功功率缺额，进而可以根据计算出来的有功功率缺额来进行对应的控制，从而使微电网系统工作于稳定状态。 [0126] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 |
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