基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法与流程
本发明涉及能量互补设备控制领域，特别涉及一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法。
背景技术：
1、多端口能量互补设备是一种小规模的电力系统，通常由可再生能源、存储设备、负载和能量管理系统等组成，以满足局部区域的电力需求。随着可再生能源(如太阳能和风能)的逐渐普及和成本的降低，越来越多的区域开始依赖可再生能源来满足电力需求。能量互补设备可以有效地集成可再生能源，并协调不同能源之间的供需关系，以提高能源利用效率。而传统的交流电力系统存在着从大型电网到终端用户的输电损耗和稳定性问题。能量互补设备可以提高能源安全性和可靠性，减少对传输线路的依赖，并降低能源传输损耗。并且能量互补设备采用先进的能源管理和智能控制技术，可以实现对能源流动的灵活调度和优化管理。通过智能化的能源管理系统，能量互补设备可以根据实时的负载需求和可用能源资源进行动态调整，实现能源的高效利用和供需平衡。此外，随着电动车辆、储能技术和智能家居设备等新能源技术的快速发展，能量互补设备作为一种灵活的能源系统，可以更好地适应这些新技术的应用和集成，促进能源系统的协同发展。同时，能量互补设备的发展也与全球对气候变化和环境保护的日益关注有关。通过减少能源传输损耗、提高可再生能源利用率和降低碳排放，能量互补设备有助于推动清洁能源的应用和减缓气候变化的影响。综上所述，能量互补设备的研究背景涵盖了可再生能源发展、能源安全与可靠性、能源管理与智能化、新型能源技术应用以及气候变化挑战等多个方面，反映了对未来能源系统的新需求和新趋势的关注和探索。
2、现有技术的控制方法中，一旦发生故障或遭受攻击，可能导致设备失去控制。在这种情况下，相关的控制目标可能无法实现，从而对整个系统的稳定运行构成潜在威胁。
技术实现思路
1、为了实现能量互补设备的稳定高效投运，针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制策略，增强了能量互补设备应对突发故障的能力，提高了设备运行的可靠性和稳定性。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，包括以下步骤：
4、步骤1：以母线电压为反馈量，通过不同的电压限值将设备的运行模式划分为储能平抑模式、第一限功率模式、第二限功率模式、第一交互模式和第二交互模式；
5、步骤2：多端口能量互补设备根据母线电压区间自适应切换运行模式，并确定各模式下的端口控制策略；所述端口包括光伏端口、风电端口、储能端口、交流负载端口和直流负载端口及并网端口；
6、步骤3：在模式切换过程中，为了避免控制系统因电压波动频繁切换工作模式，采用分别考虑延时和电压的滞环模式切换方法；
7、步骤4：加入电压偏差补偿环节来减小传统下垂控制的偏差，从而提高母线电压的电能质量。
8、进一步地，所述步骤2中，设定uh1、ul1为储能平抑区间的上限、下限；uh2、ul2为限功率区间的上限下限；uht、ult为设备正常工作区间的上限、下限；各模式下的端口控制策略如下：
9、(1)储能平抑模式：ubus∈[ul1,uh1]；
10、此区间内，光照强度、风速和负载功率波动不大，储能电池荷电状态和传输功率均未达到限值；此时分布式电源工作在mppt控制下，通过储能端口下垂控制来稳定母线电压；
11、(2)第一限功率模式：ubus∈(uh1,uh2]；
12、储能端口传输功率达到输入上限值，或储能电池soc达其上限切换至空闲模式，母线电压无法稳定，使得多端口能量互补设备从储能平抑模式切换为第一限功率模式；此时先闭合公共连接点pcc，优先和其他多端口能量互补设备进行能量交互，最大限度消纳新能源，分布式电源仍然保持mppt控制；若无法进行能量交互，母线电压将继续上升，分布式电源将由mppt控制切换至恒压控制，以此来降低发电功率，此时通过分布式电源恒压控制来稳定母线电压；
13、(3)第二限功率模式：ubus∈[ul2,ul1)；
14、储能端口传输功率达到输出上限值，或储能电池soc达其下限切换至空闲模式，母线电压无法稳定，使得多端口能量互补设备从储能平抑模式切换为第二限功率模式；此时先闭合公共连接点pcc，优先和其他多端口能量互补设备进行能量交互，负载仍然正常工作；若无法进行能量交互，母线电压将继续下降，再切除非重要负载以此来降低供载功率，此时通过储能端口下垂控制来稳定母线电压；
15、(4)第一交互模式：ubus∈(uh2,uht]；
16、分布式电源降低发电功率时仍然无法稳定母线电压，多端口能量互补设备从第一限功率模式切换为第一交互模式，为了避免母线电压继续上升，通过电网吸收功率来控制母线电压；
17、(5)第二交互模式：ubus∈[ult,ul2)；
18、切除非重要负载降低供载功率时仍然无法稳定母线电压，多端口能量互补设备从叠限功率模式切换为第二交互模式，为了避免母线电压继续下降，通过电网注入功率来控制母线电压。
19、进一步地，各个端口的控制方式如下：
20、(1)光伏及风电boost变换器：光伏端口和风电端口采用mppt即最大功率追踪控制以使得光伏电池时刻保证在其最大功率处输出，从而实现能量利用最大化；在设备离网运行的情况下，储能端口可能因为避免过充或过放切换至空闲模式；此时，若分布式电源的输出功率pdg超过负载所需功率pload，为保持直流母线电压的稳定，光伏端口调整其控制策略，由mppt控制模式切换至恒压控制模式；
21、(2)储能双向buck/boost变换器：直流母线应由单一设备控制，以充分利用分布式能源并使其工作在mppt控制；采用下垂控制，以保持直流母线电压稳定，无论其他端口采用何种控制方法均能够利用储能电池的自主充放电实现能量双向流动，仅在多设备运行时，根据需要将部分设备储能端口的控制策略切换至恒流控制；
22、(3)并网三相ac/dc变流器：为了防止电网端口变换器在稳态运行时频繁动作，设置动作死区作为启动条件；
23、带有动作死区的下垂控制为：
24、ubus＝ubus_ref-ksps；
25、
26、式中：kc为传统下垂系数；ks为带动作死区的下垂系数；ubus_h1和ubus_l1分别为死区上下限，ps为电网端口变换器输出功率限值，ubus_ref为直流母线电压的参考值，ubus为设备的直流母线电压。
27、进一步地，所述步骤3包括：采用考虑延时和电压的滞环模式切换方法，在储能平抑模式与第一、第二限功率模式的切换过程中加入延时环节，先闭合公共连接点pcc，待一个延时ts后，若母线电压仍保持原有状态继续上升或下降，再进行对应的控制策略切换；在第一、第二限功率模式与第一、第二交互模式的切换过程中，并网端口采用带有动作死区的下垂控制，避免频繁并离网切换。
28、进一步地，所述步骤4包括：
29、通过引入电压偏差补偿，调整变换器的输出电压，同时补偿功率偏差，补偿电压δu为：
30、
31、式中：kp和ki为能量互补设备电压偏差补偿控制器的比例系数和积分系数，ubus_ref为直流母线电压的参考值，ubus为设备的直流母线电压。
32、有益效果：
33、1、本发明提出的一种多端口能量互补设备的多模式能量协调控制策略，以母线电压为反馈量，降低了系统对通信的要求，提高了系统的运行可靠性。
34、2、本发明通过在模式切换时分别采用延时和电压的滞环切换方法，避免了控制系统因电压波动频繁切换运行模式。
35、3、本发明加入电压偏差补偿环节来减小传统下垂控制的偏差，提高了母线电压的电能质量。
36、4、本发明提出的多端口能量互补设备的多模式能量协调控制策略具有非常强的普适性，本发明建立在一种多端口能量互补设备的基础上，其核心在于考虑运行的多种模式划分与稳定切换，针对各种模式分别进行控制，在适用于其他具有分布式电源、储能、负载及并网端口的能量互补设备时，本发明依旧成立。
技术特征：
1.一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中，设定uh1、ul1为储能平抑区间的上限、下限；uh2、ul2为限功率区间的上限下限；uht、ult为设备正常工作区间的上限、下限；各模式下的端口控制策略如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，其特征在于，各个端口的控制方式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：采用考虑延时和电压的滞环模式切换方法，在储能平抑模式与第一、第二限功率模式的切换过程中加入延时环节，先闭合公共连接点pcc，待一个延时ts后，若母线电压仍保持原有状态继续上升或下降，再进行对应的控制策略切换；在第一、第二限功率模式与第一、第二交互模式的切换过程中，并网端口采用带有动作死区的下垂控制，避免频繁并离网切换。
5.根据权利要求1所述的一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
技术总结
本发明公开了一种基于母线电压分区的多端口能量互补设备多模式协调控制方法，结合能量互补设备的离网运行场景提出一种以母线电压为反馈量的设备内协调控制策略。该方法采用不同的直流母线电压限值将微网运行划分为5种模式，并制定了各运行模式的控制方法及其之间的切换原则，通过在模式切换时分别采用延时和电压的滞环切换方法，再加入电压偏差补偿环节来减小传统下垂控制的偏差，从而不仅避免了控制系统因电压波动频繁切换运行模式，还提高了母线电压的电能质量。
技术研发人员：徐斌,仇茹嘉,马伟
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23