[发明专利]用于生产和分配来自不同类型的多个生产源的电功率的微电网的控制系统及其控制方法

说明书

提供了一种用于微电网的控制系统，用于产生和分配来自间歇和/或随机和/或可编程和/或蓄电‑系统类型的多个电源的电功率，微电网控制系统在两个级别上组织有分层控制结构，包括用于来自所述多个电源的电功率的功率转换系统(PCS)的第一控制级，用于适于与所述第一控制级协作的微电网控制器(MC)的第二控制级，所述第二控制级适于控制将被供应给配电网的电功率(并网状况)和/或将被供应为初级发电来为隔离的负载供电的电功率(离网状况)，和/或控制智能分布式电功率蓄电系统(ACC)，用于微电网控制器(MC)的所述第二控制级包括：‑监控系统(MON)，适于与由所述控制系统生成的物理信号对接，并对所述功率转换系统(PCS)和所述微电网执行操作；‑控制功能(FC)系统，适于在输入端处接收控制系统的测量和状态，并在输出端处提供所述监控系统(MON)通过其作用于所述功率转换系统(PCS)的参数和设定点，以便管理微电网的功率流；‑状态机(MAS)，适于与所述监控系统(MON)和所述控制功能(FC)协作，以便控制微电网的操作状况并基于所述状况决定哪些控制功能(FC)将被启用；功率转换系统(PCS)的所述第一控制级(CPCS)适于控制由所述微电网生成的电压(V)、频率(f)、有功功率(P)和无功功率(Q)的值，并且包括：‑在所述并网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述有功功率和无功功率(P₀和Q₀)的值，通过分别增加或减小频率和电压基于第一下垂曲线将有功功率和无功功率的值保持在设定点值(P_ref和Q_ref)；‑在所述离网状况下的下垂控制系统，适于作用于所述电压(V)和频率(f)的值，基于第二下垂曲线将f和V的值保持在设定点值(f_ref和V_ref)。

技术领域

本发明涉及一种用于生产和分配来自不同类型的多个生产源(无论是连接到配电网还是隔离)的电功率的微电网(microgrid)的控制系统，以及其控制方法。

背景技术

本发明所针对和解决的主要技术问题是控制用于生产和分配电功率的微电网，包括用于生成来自不同类型的多个生产源的电功率的系统，其中生产源诸如随机可再生源、燃料操作的发电机系统(柴油发电机组)和蓄电系统，无论是隔离的还是连接到配电网络(其可能遭受中断、停电和稳定性问题)并包括现有部件(通常是燃料操作的发电机)和新部件(通常是可再生源发电机、蓄电系统和电网控制器)。

配电网络可能无法充当平衡节点，例如在中断期间或者如果它特别弱(低短路功率)。

平衡节点是电网络的节点，平衡节点使在网络中吸收和生成的有功功率和无功功率平衡。在平衡节点中，施加电压(V)和频率(f)，而功率和电流取决于网络的各个分支中的瞬时功率和电流值。网络中的任何有功功率和无功功率不平衡将从其标称值转变为电压和频率的变化。

因此，为了保持系统的稳定性，必须以准确和快速的方式控制在平衡节点中被生成或吸收的有功功率和无功功率，以调整网络中的频率和电压。

可再生源发电机无法确保对其输出功率的控制，因为它们遵循主要来源的不确定性。燃料操作的发电机可以部分补偿可再生源发电机和负载的功率变化，但它们受到一些限制：它们不能吸收功率，与频率和电压调整动态相比，它们的响应时间通常慢，并且关于输出功率调整范围(最小操作功率、最大过载……)存在技术限制。蓄电系统集成到这种微电网中，具有两个可能的功能：

-充当正或负可调负载，以补偿由可再生源和负载引起的功率波动。

-充当平衡节点，瞬间维持电网功率平衡，并调整频率和电压。

微电网控制器用于处置功率流并确保系统的稳定性：微电网控制器测量电网各个点处的电量、接收关于各种连接的设备的状态的信息，并建立发电机和蓄电系统的功率设定点。当以合适的模式进行控制时，诸如旋转发电机和逆变器(inverter)之类的设备设有下垂(droop)(将在下文中定义)并且可以与其它平衡节点并行地充当平衡节点。

使用多个平衡节点的可能性允许：