分布式电源集群控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种分布式电源集群控制系统，包括：一个分布式电源集群监控主站和多个分布式电源集群，每个分布式电源集群包括：一个接入分布式电源集群监控主站的分布式电源集群管控装置和多个接入分布式电源集群管控装置的分布式电源。本发明还公开了一种分布式电源集群控制系统的控制方法：分布式电源集群监控主站实时监测电网运行状态，进行区域最优潮流计算，获得最优潮流情况下各分布式电源群的有功功率控制定值、无功功率控制定值、功率因数控制定值和电压控制定值，并将分布式电源集群的控制定值下发给分布式电源集群管控装置，由分布式电源集群管控装置进行分布式电源控制。本发明能减少分布式电源并网对电网的安全稳定影响。
【专利说明】
分布式电源集群控制系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种分布式电源集群控制系统，还涉及一种分布式电源集群控制系统的控制方法，属于分布式电源技术领域。【背景技术】
[0002]光伏、风机等新型清洁能源的应用是解决未来能源危机和环境污染的重要手段。 根据国家发展规划目标，2015年我国分布式电源装机容量可达到74GW，占同期全国总装机的5.0% ; 2020年分布式电源装机容量可达到187GW，占同期全国总装机的9.3%。高渗透分布式电源并网对电网的安全可靠运行提出了挑战，因此，提高电网的新能源消纳比例，减少对电网的安全稳定影响是分布式电源并网技术的重要研究内容之一，
[0003]目前，解决分布式电源并网的主要技术手段包括微电网、虚拟电厂、集群控制等。 集群控制技术最初应用于大规模海上风电场集群并网控制，尚未成功拓展到分布式光伏、 燃气轮机等多类型分布式电源领域。分布式电源的集群控制形式上是对区域内分布式电源进行整合，但区别于虚拟电厂内部电源的多样性，集群控制对象一般为同种类型或出力特性近似的机组，在控制策略上更侧重于集群内各机组、不同控制目标在空间和时间上的协调互补，克服单机控制的孤立性和盲目性。同时，分布式电源区域集群控制强调对电源本体的协调控制，对储能依赖性较低，系统构建较更经济性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种分布式电源集群控制系统， 减少分布式电源并网对电网的安全稳定影响。
[0005]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:分布式电源集群控制系统，其特征在于，包括:一个分布式电源集群监控主站和多个分布式电源集群，每个分布式电源集群包括:一个接入分布式电源集群监控主站的分布式电源集群管控装置和多个接入分布式电源集群管控装置的分布式电源;分布式电源集群监控主站实时监测电网运行状态，进行区域最优潮流计算，获得最优潮流情况下各分布式电源群的有功功率控制定值、无功功率控制定值、功率因数控制定值和电压控制定值，并将分布式电源集群的控制定值下发给分布式电源集群管控装置，由分布式电源集群管控装置进行分布式电源控制。
[0006]所述分布式电源集群按照分布式电源的出力特性、控制方式、并网位置可分为:接入同一母线分布式电源集群、分散接入分布式电源集群。
[0007]本发明还提供了一种分布式电源集群控制系统的控制方法，包括如下步骤:
[0008]步骤一:分布式电源群划分:考虑区域内分布式电源的空间分布式集中度、多机出力相似度、群体协同可控度，将接入同一变电站内同类型分布式电源归为同一集群；
[0009]步骤二:确定分布式电源群控制模式:根据分布式电源群内电源可控情况，确定分布式电源群为:定电压控制模式、定功率因数控制模式和定有功、无功功率控制模式三种模式中的一种；
[0010]步骤三:区域分布式电源集群最优潮流计算:分布式电源集群监控主站将区域内每个分布式电源群等效为一个节点，对区域内的电源、负荷进行最优潮流计算，获得网络中每个节点的最优有功、无功功率定值；
[0011]步骤四:集群控制指令下发:对于采用定电压控制模式的分布式电源群下发参考电压值、电压上限值和电压下限值;对于采用定功率因数控制模式的分布式电源群下发参考功率因数、电压上限值和电压下限值;对于采用定有功、无功功率控制模式的分布式电源群下发有功出力目标值、无功出力目标值；
[0012]步骤五:集群分布式电源控制:分布式电源群接收到分布式电源集群监控主站下发的控制指令和调节定值，采用该群控制模式的策略快速控制群内分布式电源，使群满足分布式电源集群监控主站控制需求；
[0013]步骤六:集群控制结果返校，分布式电源集群管控装置将分布式电源控制结果返校给分布式电源集群监控主站。
[0014]步骤二中确定分布式电源群控制模式的具体方法为:
[0015]接入同一母线分布式电源集群可采用任意控制模式;分散接入分布式电源集群仅适用于定有功、无功功率控制模式。
[0016]所述定电压控制模式的具体控制方法如下:
[0017]分布式电源集群管控装置接收到集群母线电压参考定值Un和误差范围AUn，实时监测集群母线电压，若母线电压低于(Un-AUn)，则降低分布式电源功率因数定值，并下发给分布式电源集群内的分布式电源，提升分布式电源集群内输出无功功率;若母线电压高于(Un+AUn)，则提升分布式电源功率因数定值，并下发给分布式电源集群内的分布式电源，降低分布式电源集群内输出无功功率。
[0018]所述定功率因数控制模式的具体控制方法如下:
[0019]分布式电源集群管控装置接收到集群母线功率因数参考定值，结合母线接入的负荷功率，计算集群内分布式电源的有功功率、无功功率出力值，下发分布式电源功率定值， 保证母线功率因数在分布式电源集群监控主站下发功率因数范围以内。
[0020]所述定有功、无功功率控制模式的具体控制方法如下:
[0021]分布式电源集群管控装置接收分布式电源集群监控主站下发的分布式电源集群出力有功功率、无功功率定值，分布式电源集群管控装置根据分布式电源集群内分布式电源的出力情况，按比例调节各分布式电源的实时功率，保证分布式电源集群出力在分布式电源集群监控主站下发的定值范围内。
[0022]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是:采用三层控制结构，通过不同时间维度的优化控制，实现了分布式电源并网对电网的有效支撑，能够提升电网中分布式电源并网消纳能力，减少分布式电源并网对电网的安全稳定影响，提升分布式电源集群监控主站对分布式电源的调控能力;采用集群方式控制，将多个分布式电源节点等效为一点，简化了网络拓扑，有效提升的集群监控主站的新能源接入数量。【附图说明】
[0023]图1是本发明提供的分布式电源集群控制系统的结构示意图。
[0024]图2是专线接入同一母线分布式电源集群的结构示意图。
[0025]图3是分散接入分布式电源集群的结构示意图。
[0026]图4是本发明提供的分布式电源集群控制系统的控制方法的流程图。
[0027]图5是分布式电源集群控制策略框图【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0029]如图1所示，分布式电源集群控制系统，包括:一个分布式电源集群监控主站和多个分布式电源集群。其中，每个分布式电源集群包括:一个接入分布式电源集群监控主站的分布式电源集群管控装置和多个接入分布式电源集群管控装置的分布式电源。分布式电源集群管控装置部署集群控制策略，以实现集群内多分布式电源的协调控制，管理分布式电源有功功率控制、无功功率控制，实现集群统一控制目标。集群内分布式电源应具备接受并响应有功功率定值、无功功率定值、功率因数定值的能力。
[0030]分布式电源集群按照分布式电源的出力特性、控制方式、并网位置可分为:接入同一母线分布式电源集群、分散接入分布式电源集群。
[0031]如图2所示，是专线接入同一母线分布式电源集群的结构示意图，所有的分布式电源均与同一母线连接，群内所有分布式电源的出力均对分布式电源群公共连接点的电压、 频率产生影响。
[0032]如图3所示，是分散接入分布式电源集群的结构示意图，区域内分布式电源地理位置相近、出力相似，但分布式电源接入不同母线。
[0033]工作时，分布式电源集群监控主站实时监测电网运行状态，在分钟级的时间维度进行区域最优潮流计算，获得最优潮流情况下各分布式电源群的有功功率控制定值、无功功率控制定值、功率因数控制定值和电压控制定值，并将分布式电源集群的控制定值下发给分布式电源集群管控装置，由分布式电源集群管控装置进行分布式电源控制。
[0034]本发明还公开了一种分布式电源集群控制系统的控制方法，该控制方法是基于上述分布式电源集群控制系统实现的，具体包括如下步骤:
[0035]步骤一:分布式电源群划分:考虑区域内分布式电源的空间分布式集中度、多机出力相似度、群体协同可控度等因素，将接入同一变电站内同类型分布式电源归为同一集群；
[0036]步骤二:确定分布式电源群控制模式:根据分布式电源群内电源可控情况，确定分布式电源群为:定电压控制模式、定功率因数控制模式和定有功、无功功率控制模式三种模式中的一种:对于接入同一母线分布式电源集群可采用任意控制模式;对于分散接入分布式电源集群仅适用于定有功、无功功率控制模式。
[0037]步骤三:区域分布式电源集群最优潮流计算:分布式电源集群监控主站将区域内每个分布式电源群等效为一个节点，对区域内的电源、负荷进行最优潮流计算，获得网络中每个节点的最优有功、无功功率定值。[〇〇38]步骤四:集群控制指令下发:
[0039]对于采用定电压控制模式的分布式电源群下发参考电压值、电压上限值和电压下限值。定电压控制模式的具体控制方法如下:
[0040]分布式电源集群管控装置接收到集群母线电压参考定值Un和误差范围AUn，实时监测集群母线电压，若母线电压低于(Un-AUn)，则降低分布式电源功率因数定值，并下发给分布式电源集群内的分布式电源，提升分布式电源集群内输出无功功率;若母线电压高于(Un+AUn)，则提升分布式电源功率因数定值，并下发给分布式电源集群内的分布式电源，降低分布式电源集群内输出无功功率。
[0041]对于采用定功率因数控制模式的分布式电源群下发参考功率因数、电压上限值和电压下限值。定功率因数控制模式的具体控制方法如下:[〇〇42]分布式电源集群管控装置接收到集群母线功率因数参考定值，结合母线接入的负荷功率，计算集群内分布式电源的有功功率、无功功率出力值，下发分布式电源功率定值， 保证母线功率因数在分布式电源集群监控主站下发功率因数范围以内。
[0043]对于采用定有功、无功功率控制模式的分布式电源群下发有功出力目标值、无功出力目标值。定有功、无功功率控制模式的具体控制方法如下:
[0044]分布式电源集群管控装置接收分布式电源集群监控主站下发的分布式电源集群出力有功功率、无功功率定值，分布式电源集群管控装置根据分布式电源集群内分布式电源的出力情况，按比例调节各分布式电源的实时功率，保证分布式电源集群出力在分布式电源集群监控主站下发的定值范围内。
[0045]步骤五:集群分布式电源控制:分布式电源群接收到分布式电源集群监控主站下发的控制指令和调节定值，采用该群控制模式的策略快速控制群内分布式电源，使群满足分布式电源集群监控主站控制需求;集群控制模块输入、输出信息如图5所示，集群控制的输入数据有:
[0046]分布式电源信息包括分布式电源逆变器运行参数、运行状态，分布式电源并网点 Bw的电压、电流、有功、无功、功率因数，集群并网PCC的电压、、有功、无功、功率因数；
[0047]主站下发指令包括功率因数参数序列，电压控制参数序列，定有功、无功定值，定值容差、变换率参数。
[0048]输出信息包括控制日志，运行日志，上送数据等。[〇〇49]步骤六:集群控制结果返校，分布式电源集群管控装置将分布式电源控制结果返校给分布式电源集群监控主站。
[0050]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.分布式电源集群控制系统，其特征在于，包括:一个分布式电源集群监控主站和多个 分布式电源集群，每个分布式电源集群包括:一个接入分布式电源集群监控主站的分布式 电源集群管控装置和多个接入分布式电源集群管控装置的分布式电源；分布式电源集群监控主站实时监测电网运行状态，进行区域最优潮流计算，获得最优 潮流情况下各分布式电源群的有功功率控制定值、无功功率控制定值、功率因数控制定值 和电压控制定值，并将分布式电源集群的控制定值下发给分布式电源集群管控装置，由分 布式电源集群管控装置进行分布式电源控制。2.根据权利要求1所述的分布式电源集群控制系统，其特征在于，所述分布式电源集群 按照分布式电源的出力特性、控制方式、并网位置可分为:接入同一母线分布式电源集群、 分散接入分布式电源集群。3.分布式电源集群控制系统的控制方法，其特征在于:包括如下步骤:步骤一:分布式电源群划分:考虑区域内分布式电源的空间分布式集中度、多机出力相 似度、群体协同可控度，将接入同一变电站内同类型分布式电源归为同一集群；步骤二:确定分布式电源群控制模式:根据分布式电源群内电源可控情况，确定分布式 电源群为:定电压控制模式、定功率因数控制模式和定有功、无功功率控制模式三种模式中 的一种；步骤三:区域分布式电源集群最优潮流计算:分布式电源集群监控主站将区域内每个 分布式电源群等效为一个节点，对区域内的电源、负荷进行最优潮流计算，获得网络中每个 节点的最优有功、无功功率定值；步骤四:集群控制指令下发:对于采用定电压控制模式的分布式电源群下发参考电压 值、电压上限值和电压下限值;对于采用定功率因数控制模式的分布式电源群下发参考功 率因数、电压上限值和电压下限值;对于采用定有功、无功功率控制模式的分布式电源群下 发有功出力目标值、无功出力目标值；步骤五:集群分布式电源控制:分布式电源群接收到分布式电源集群监控主站下发的 控制指令和调节定值，采用该群控制模式的策略快速控制群内分布式电源，使群满足分布 式电源集群监控主站控制需求；步骤六:集群控制结果返校，分布式电源集群管控装置将分布式电源控制结果返校给 分布式电源集群监控主站。4.根据权利要求3所述的分布式电源集群控制系统的控制方法，其特征在于:步骤二中 确定分布式电源群控制模式的具体方法为:接入同一母线分布式电源集群可采用任意控制模式;分散接入分布式电源集群仅适用 于定有功、无功功率控制模式。5.根据权利要求3所述的分布式电源集群控制系统的控制方法，其特征在于:所述定电 压控制模式的具体控制方法如下:分布式电源集群管控装置接收到集群母线电压参考定值Un和误差范围AUn，实时监测 集群母线电压，若母线电压低于(Un-AUn)，则降低分布式电源功率因数定值，并下发给分 布式电源集群内的分布式电源，提升分布式电源集群内输出无功功率;若母线电压高于(Un +AUn)，则提升分布式电源功率因数定值，并下发给分布式电源集群内的分布式电源，降低 分布式电源集群内输出无功功率。6.根据权利要求3所述的分布式电源集群控制系统的控制方法，其特征在于:所述定功 率因数控制模式的具体控制方法如下:分布式电源集群管控装置接收到集群母线功率因数参考定值，结合母线接入的负荷功 率，计算集群内分布式电源的有功功率、无功功率出力值，下发分布式电源功率定值，保证 母线功率因数在分布式电源集群监控主站下发功率因数范围以内。7.根据权利要求3所述的分布式电源集群控制系统的控制方法，其特征在于:所述定有 功、无功功率控制模式的具体控制方法如下:分布式电源集群管控装置接收分布式电源集群监控主站下发的分布式电源集群出力 有功功率、无功功率定值，分布式电源集群管控装置根据分布式电源集群内分布式电源的 出力情况，按比例调节各分布式电源的实时功率，保证分布式电源集群出力在分布式电源 集群监控主站下发的定值范围内。
【文档编号】H02J13/00GK105958535SQ201610392352
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】赵景涛, 陈娜, 李哲, 李鹏, 龚向阳, 周金辉, 王威, 刘沛立, 马国平
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国家电网公司, 国网浙江省电力公司电力科学研究院, 国网浙江省电力公司宁波供电公司