一种直流微电网群储能优化及协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微电网协调控制器的设计技术，特别涉及一种直流微电网群储能 优化及协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 微电网作为一个具备自我控制和自我能量管理的自治系统，既可工作在并网模 式，也可以工作在离网模式(王成山，武震，李鹏.微电网关键技术研究[J].电工技术学报， 2014，29(2): 1 -12)。如图1为微电网系统结构图，与交流微网相比，在微网中建立直流传输 线，连接各分布式电源和储能系统而形成的直流微网，可以提高变流器的利用率并减少损 耗，有利于各微源间的优势互补与协调控制（王毅，张丽荣，李和明，等.风电直流微网的电 压分层协调控制[J].中国电机工程学报，2013,33(4) :16-24)，且直流系统不存在相位同 步、谐波和无功功率损耗等方面的问题(Wu T F, Sun K H，Kuo C L，et al .Predictive current controlled 5-kff single-phase bidirectional inverter with wide inductance variation for dc-microgrid applications[J]. Power Electronics, IEEE Transactions on ,2010,25(12):3076-3084；Anand S,Fernandes B G,Guerrero M.Distributed control to ensure proportional load sharing and improve voltage regulation in 1ow-vo1tage DC microgrids[J].Power Electronics , IEEE Transactions on ,2013,28(4): 1900-1913)，因此已成为微网技术新的研究方向（丁明，郭 学凤.含多种分布式电源的弱环配电网三相潮流计算[J].中国电机工程学报，2009，29 (13):35-40)。
[0003] 直流微电网规模一般相对较小，负荷波动及外部干扰比较频繁（王成山专著）。为 实现多种分布式发电接入和用户侧高效可靠供电，可计划性的将直流微电网划分为多个子 微网（IEEE Stands Association. IEEE sta 1547.4-2011 .Guide for design,operation, and integration of distributed resource island systems with electric power systems [ S]. 2011)，这样，通过直流母线将地理位置相近的直流微电网通过相应控制策略 连接而形成直流微网群，可以显著提高微网群的稳定和高效可靠供电（He M，Giesselmann M.Reliability-constrained self-organization and energy management towards a resilient microgrid cluster[C]//Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT) ,2015 IEEE Power&Energy Society. IEEE,2015:1-5)。因此，需要根据具体的直流 微电网组网结构，研究直流微电网内各分布式电源、储能系统、负载、断路器和子微网间的 协调控制，以确保微电网在不同运行状态下都能够稳定可靠供电（茆美琴，丁明，张榴晨， 等.多能源发电微网实验平台及其能量管理信息集成[J].电力系统自动化，2010(1) :106-lll；Resende F 0,Gil N J,Lopes J A.Service restoration on distribution systems using Multi-MicroGrids[J].European Transactions on Electrical Power,2011,21 (2): 1327-1342.)。此外，储能系统能够提高微网群应对突发事件的能力及其运行稳定性 (田培根，肖曦，丁若星，等.自治型微电网群多元复合储能系统容量配置方法[J].电力系统 自动化，2013，37(1): 168-173)，特别是在孤岛运行时，储能系统在稳定直流母线电压和平 衡系统功率供需方面发挥重要作用，因此需要采取策略对其加以控制。
[0004] 文献（章健，艾芊，王新刚.多代理系统在微电网中的应用[J].电力系统自动化， 2008，32(24): 80-82)制定以实现发电效率最大化为目标的分层协调控制模型，但其仅研究 了单个微网系统的控制设计，对于多个计划孤岛子微网构成的微网群未作具体分析。文献 (Lopes J,Moreira C L,Madureira A G.Defining control strategies for microgrids islanded operation[J].Power Systems, IEEE Transactions on,2006,21(2):916-924) 采用分层协调控制策略，上层中央控制器根据系统功率供需情况，调节底层分布式电源控 制器的工作状态和负荷投切。文献(周念成，金明，王强钢，等.串联和并联结构的多微网系 统分层协调控制策略[J].电力系统自动化，2013，37 (12): 13-18)提出了多微网系统的联络 线功率和并网同步协调控制策略，可将合闸开关两侧电压的幅值差、频率差和相位差减小 至同步范围内，然而，该方法对于包含两个以上计划孤岛的多微网系统运行控制还有待研 究。但是，现有的研究还少有涉及不同运行状态下多个子微网系统间的协调控制，这对于多 子微网系统的正常运行和负载高效可靠供电至关重要（Liang Che, Mohammad Shahidehpour.DC Microgrids:Economic Operation and Enhancement of Resilience by Hierarchical Control. IEEE Trans.on Smart Grid，2014,5(5):2517-2526)〇
【发明内容】
[0005] 本发明是针对不同运行状态下多个子微网系统间的协调控制的问题，提出了一种 直流微电网群储能优化及协调控制方法，针对直流微电网群离网时的协调控制及储能优化 控制，设计了两层协调控制策略根据母线电压波动范围来控制各子微网间及其与储能电站 间的并联运行。
[0006] 本发明的技术方案为:一种直流微电网群储能优化及协调控制方法，多个子微网 和大容量储能电站通过直流母线连接，构成直流微网群，每个子微网包括分布式发电系统、 小容量储能系统和负载，采用两层协调控制直流微网群稳定运行，底层采用分散控制:子微 网中分布式发电系统采用MPPT控制光伏以最大功率输出电能;子微网内的小容量储能系统 采用功率控制方法来自动分配负荷功率需求且达到安全容量限制时与微电网断开以保护 储能；负荷根据具体要求直接或通过DC/DC变流器进行功率变换后连接至直流母线;储能电 站中各储能单元采用不同储能单元的剩余容量差值按大小进行分段，每段进行模糊下垂控 制动态分配负荷功率，并通过电压反馈控制补偿下垂控制引起的母线电压跌落；
[0007] 上层控制采用集中控制:根据各子微网的母线电压波动范围来控制各子微网间及 与储能电站间的并联运行，将系统运行划分为4个工作模式:1)直流微网群离网运行且各子 微网独立运行；2)直流微网群离网运行且多子微网并联运行；3)直流微网群离网运行且子 微网与储能电站并联运行;4)直流微网群并网运行时交流主网稳压。
[0008] 所述上层控制中的4个工作模式，具体如下：
[0009] 工作模式1):各子微网独立稳定运行，各分布式发电系统由MPPT控制最大功率发 电，子微网系统内的小容量储能系统用来控制各微网母线电压稳定和平衡其功率供需，小 容量储能系统需提供的功率为：
[001 0] pbattery_x=plciad_x-p DG_x，pbattery_x表示第X个子微网中小容量储能系统的充放电功 率，Pload_x表;^第X个子微网中负载功率，PDG_x表;^第X个子微网中分布式发电系统的发电功 率；
[0011] 工作模式2):各子微网中分布式发电系统和小容量储能系统仍不能满足负载用电 时，母线电压波动将会超出允许范围之外，这时母线电压升高和电压跌落的子微网可通过 断路器并联运行，各子微网满足如下功率平衡，
[0012]
[0013] 其中，u表示并联运行子微网的个数，且3;
[0014] 工作模式3):各子微网并联运行后仍不能平衡系统功率供需，母线电压有较大波 动，微网与储能电站并联运行，此时，系统满足如下功率平衡，
[0015]
[0016] 其中，PESS表示储能电站的充放电功率，U表示并联运行子微网的个数，且1 < U < 3， 该模式下，储能电站吸收或放出功率来控制母线电压稳定，且储能电站采用模糊下垂控制 储能电站内各储能单元剩余容量S0