[發明專利]一種交直流微電網的動態供需平衡調控方法

有效

• 申請號: 202110233989.0
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113013895B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 徐青山;陳思捷;秦銘磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/26;H02J3/14;H02J3/18;H02J3/48
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

1.一種交直流微電網的動態供需平衡調控方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，考慮交直流微電網的特性，建立微電網基礎模型架構；

步驟S2，根據用戶側房間的參數特性，建立房間等效熱參數模型與變頻空調聯合仿真模型；

步驟S3，接入用戶側房間模型后，設計同步對拖發電機發電控制模型；

步驟S4，考慮微電網的負荷波動，設計同步發電機參與交直流微電網供需平衡頻率調控策略；

步驟S5，根據微電網的負荷特性，設計空調房間聯合仿真模型參與的微電網供需的調控策略；

所述步驟S1中微電網基礎模型為基于數據模型和物理模型的混合仿真模型，所述微電網基礎模型交流側母線電壓為10KV，合并三相開關連于10KV、20GW主電網，主電網等效于無限大功率電源，所述微電網基礎模型直流側母線電壓為500V，通過VSC雙向變流器連接于交流母線；

所述微電網基礎模型還包括200KW光伏發電系統和10KΩ恒阻抗負載，200KW光伏發電系統和10KΩ恒阻抗負載通過直流母線接入微網系統；

所述交流側母線接有同步發電系統、風力發電系統、接地變壓器、無功補償負載和空調負荷；所述風力發電系統作為有功功率源，因此只發出有功功率，無功功率需從電網吸收得到；所述同步發電系統作為功率源的同時，對微網的電壓、頻率起調節作用；所述無功補償負載除作為交流側母線公共負載的同時，充當支撐交流側母線電壓的角色；

所述直流側通過雙向變流器VSC接入交流側，孤網運行時能量以雙向AC/DC換流器為橋梁在交直流母線間流動，實現功率的自主平衡，維持微電網的穩定，直流側母線接有光伏電池模塊以及母線公共負載；

所述步驟S2中還包括空調房間聯合仿真模型如下：

式(1)中，表示對時間的導數,T_room表示室內溫度，℃；T_out表示室外溫度，℃；R_eq為等效熱阻，℃/W；C_air為室內空氣等效熱容，J/℃；Q_colder為空調制冷量，W；

考慮用戶側房間的參數特性，等效熱阻R_eq可表示為：

S_window＝n_windowh_windoww_window (4)，

式(2)-(5)中，Rwall為墻面熱阻，℃/W；Rwindow為窗戶熱阻，℃/W；l_wall,l_window分別為墻面和窗戶的厚度，m；k_wall,k_window分別為墻面和窗戶的傳熱系數，W/m/℃；n_window為窗戶數量；h_window為窗戶高度，m；w_window為窗戶的寬度，m；S_window為窗戶面積，m2；S_wall為墻面面積，m2；rp為屋頂張角，rad；

房間空氣熱容則可由以下式計算得到：

C_air＝M_airc_air (6)，

M_air＝ρ_air(l_roomw_roomh_room+tan(pr)w_rooml_room) (7)，

式(6)、(7)中，M_air為室內空氣質量，kg；c_air為室內空氣比熱容，J/kg·℃；ρ_air為海平面大氣密度，kg/m³；

變頻空調壓縮機控制方式如下所示：

式(8)中，ΔTemp是室溫偏離設定溫度的差值,℃；speed_n為壓縮機在某時刻的轉速，rpm；speed_max,speed_min分別代表壓縮機最高和最低工作轉速,rpm，取決于變頻空調壓縮機的最高與最低頻率的值；k為正常數；

空調室風機按以上電機工作方式進行分檔，制冷量大小與室溫和出風口的溫差以及出風量有關，設空調出風量正相關于轉速，制冷量Q_colder可定義為：

Q_colder＝M_dotc(T_room-T_cloder) (9)，

式(9)中，Q_colder為空調制冷量，W；c為空氣比熱容，J/kg·℃；T_room,T_colder分別為室溫和出風口溫度，℃，相差數值在10左右；M_dot為空氣流速，kg/s，與壓縮機轉速正相關，可建立如下關系式：

M_dot＝M_dot0δ(speed) (10)，

式(10)中，M_dot0為常量，指代轉速1500rpm時的空氣流速；δ(speed)為與壓縮機轉速相關函數，由實際情況擬合得到；

所述步驟S3中同步對拖發電機發電控制模型包括調速器模型、調頻器模型和汽輪機模型；

所述調速器模型采用電子-液壓控制模型，包含原動機頻率特性的部分和伺服電機部分，電子液壓速度控制機構通過使用電子電路代替低功率部分的機械部件，為調控增大了靈活性，蒸汽流量/第一級壓力反饋和伺服電機反饋回路在機械液壓系統上提供了改進的線性度；

所述汽輪機模型通過氣閥位置的改變來改變輸出的功率，所有復合蒸汽輪機系統在高壓/超高壓渦輪機的入口處使用調速器控制的閥門來控制蒸汽流量，在汽輪機汽缸的蒸汽箱、入口管道、下游的再熱器和交叉管道都會在閥門運動和蒸汽流量變化之間產生延遲，因此可用一階慣性環節來表示其特性；

當外界負荷發生改變時，首先一次調頻迅速響應進行頻率調節，待調節結束，電網頻率達到額定值后，應保持汽輪機功率輸出不變，即調門的開度保持不變，即二次調頻，二次調頻是在電網頻率不變時，通過調頻器改變調節汽門的開度并維持其不變，偏差采用PI控制，如下式所示：

式(11)中，ΔP_c為二次調頻所調節的功率偏差；K_p為比例調節系數；K_I為積分調節系數；f_ref、f分別為參考頻率與實際頻率，以標幺值的形式表示，其值接近于同步角頻率標幺制,pu；

所述步驟S4中考慮微電網的負荷波動，同步發電機原動機頻率特性直線的斜率可表示為：

此值稱為同步電機的原動機的單位調節功率，表示隨頻率變化同步發電機有功功率出力變化的多少，可整定，為同步發電機組的調差系數R_p的倒數；

相應的，綜合負荷的靜態頻率特性可由以下式子表示：

該系數為負荷單位調節功率，表示系統中因頻率的變化綜合負荷功率消耗變化的多少；

發電機輸入為電磁功率P_m和勵磁電壓V_f，V_f的輸入采用的勵磁系統，通過設置勵磁參考電壓V_ref的參考值來達到調節勵磁的作用，P_m經轉速調節器產生，其通過調節參考轉速與實際轉速的偏差來達到調節P_m的作用，參考轉速設置為1pu，初始電磁功率P_o作為PI調節器的積分模塊初始值，也可以延時輸入原動機、發電機實際功率，由于本項目建立的同步發電系統為簡單模型，因此忽略了機械損耗，即假設機械功率等于P_m，使得該轉速調節器能起到一次調頻的作用；

所述步驟S5中根據微電網的負荷特性，在變頻空調參與系統調頻時可將空調機組等效為虛擬同步發電機組，變頻空調的壓縮機轉速根據室內溫度與設定溫度之差實時調整，空調負荷具有很快的響應速度，在該情況下首先需要模擬出變頻空調類似于調頻機組的頻率下垂特性，而后變頻空調可通過檢測頻率偏差改變輸出功率，當系統頻率下降時，減小壓縮機轉速以減小負荷，當壓縮機頻率上升時增大壓縮機轉速以增大負荷，根據已整定集成在頻率響應控制器內整定的參數進行動作，在短時間不會對室溫造成影響；

調頻系數決定了機組的調頻性能，由于變頻空調的消耗功率主要由壓縮機承擔，且壓縮機的輸出功率主要和壓縮機的轉速相關，故可直接建立系統頻率偏差與空調壓縮機轉速n之間的關系式：

式(14)中，n_t為某時刻的變頻空調的壓縮機轉速，rpm；n_min、n_max為壓縮機的最小、和最大轉速，rpm，由變頻壓縮機的調頻區間所決定；f₀為系統的參考頻率，為50Hz；k_AC為調節系數，可提前整定；dz為調頻死區，Hz。