CN102185332B - 微网与大电网的交换功率控制方法 - Google Patents

Abstract

微网与大电网的交换功率控制方法，本发明由微网高级应用软件预测微网中的光伏发电、风力发电24小时发电量、24小时用电量，并计算能量型储能单元允许充放电容量以及可控发电单元功率，从而确定微网与大电网交换功率调节范围；微网能量管理系统根据地区电网调度系统下发的交换功率指令，协调微网内的储能单元、可控发电单元的输出，实现微网与大电网的交换功率达到控制目标。本方法实现了微网按地区电网调度指令进行交换功率的控制，使微网相对于大电网体现出可控性，从而间接地解决分布式电源间歇性、不控制等问题，有利于提高电网对分布式间歇性能源的吸纳能力。

Description

微网与大电网的交换功率控制方法

技术领域

本发明属新能源应用和微网技术，尤其是涉及微网与大电网的交换功率的一种方法技术领域。

背景技术

微网是分布式发电的重要形式之一，微网是指由分布式电源、储能装置、配电网、负荷、控制系统和电力电子接口等构成的微型电力系统。分布式电源包括风能、太阳能等一次能源不可控的随机可再生电源，又存在微型燃气轮机、燃料电池、热电联供机组等一次可控能源的高效电源，还存在着蓄电池、超级电容器等等为了削峰填谷、平抑输出功率波动的储能系统，它们之间通过配电网与负荷连接起来，就构成了一个微型的电力系统。该系统既可以独立自主运行，由分布式电源向微网内部的负荷供电；也可以并网运行，向大电网供出多余的电力或由电网补充微网自身发电量的不足。

通过研究微网并网时的交换功率控制方法，实现微网相对于大电网的可控，从而间接地解决分布式电源间歇性、不控制等问题，有利于提高电网对分布式间歇性能源的吸纳能力，也增加了电网的调节手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种微网与大电网的交换功率控制方法，实现微网按大电网调度指令进行交换功率控制。

本发明是通过下述技术方案实现的：

微网与大电网的交换功率控制方法，实现微网按地区电网调度指令进行交换功率控制，其特征在于，该方法步骤包括：

1、微网高级应用软件预测微网中的光伏发电、风力发电24小时发电量，预测24小时用电量，计算能量型储能单元允许充放电容量，计算可控发电单元功率调节范围。微网可以向电网送出功率，也可以吸收大电网功率；交换功率范围：

U_Lim_P = K1* （（Frcst_E_PV+ Frcst_E_Wind- Frcst_E_Load+ Dsch_E_Strge）/24 + P_{Gen_Max}）

L_Lim_P = K2* （（Frcst_E_PV+ Frcst_E_Wind- Frcst_E_Load- Ch_E_Strge）/24）

其中，U_Lim_P为微网向大电网送出功率上限，L_Lim_P为微网向大电网送出功率下限；K1、K2为比例系数；Frcst_E_PV、Frcst_E_Wind分别为预测的24小时光伏发电量、风力发电量；Frcst_E_Load为24小时的预测用电量；Dsch_E_Strge为能量型储能单元允许放电量、Ch_E_Strge为能量型储能单元允许充电量；P_{Gen_Max}为可控发电单元最大输出功率；

2、根据步骤1中的计算结果，微网高级应用软件将微网与地区电网交换功率的允许范围上传电网调度系统；

3、地区电网调度系统根据电网运行要求（如峰、谷、平三个时段的不同功率要求）和微网允许交换功率范围，给出不同时间段的微网与大电网交换功率指令，并以固定时间间隔或变化时间间隔下发到微网高级应用软件，固定时间间隔可以选用1小时、30分钟或5分钟；

4、微网高级应用软件以大电网调度下发的交换功率指令为控制目标，根据当前微网内的负荷功率、光伏发电功率、风力发电功率，以固定时间隔计算出功率偏差ΔP，固定时间间隔可选择30秒；

ΔP = P_PV + P_Wind- P_Load+ P_Change

其中，P_PV为当前光伏发电功率；

      P_Wind为当前风力发电功率；

      P_Load为当前微网内的负荷载功率；

      P_Change为微网与大电网交换功率，向电网送出功率为正，收功率为负；

5、微网高级应用软件在计算能量型储能单元允许容量的上下限值和运行费用、可控发电单元允许的功率上下限值和运行费用后，将计算出的功率偏差ΔP，在能量型储能单元和可控发电单元间进行功率分配：

ΔP = f(Storage)*P_Str + f(Gen)*P_Gen

其中，f(Storage)为考虑储能单元容量上下限值和费用条件下的功率分配折线函数，f(Gen)为考虑可控发电单元功率上下限值和费用条件下的功率分配折线函数；P_Str 为能量型储能单元的分配功率，P_Gen为可控发电单元的分配功率；

6、微网高级应用软件实时计算功率型储能单元（超级电容器等）的功率控制指令，用于平抑微网与大电网交换功率的快速波动。其指令：

P_EDLC = （K_P + K_I/s）（                                                

- P_Change）

其中，K_P为比例常数，K_I为积分常数，

为数个采样值的平均；

7、异常处理：1）当能量型储能单元达到上下限容量时，重新计算微网与大电网交换功率范围，并调整f(Storage)；2）当可控发电单元因异常退出运行时，重新计算微网与大电网交换功率范围，并调整f(Gen)为零；3）微网高级应用软件判断出分布式发电单元发电量预测、负荷用电量预测较实际值偏差较大时，修正预测软件模块的输入参数，重新进行发电量和用电量预测，然后调整微网与大电网交换功率范围；4）光伏发电单元、风力发电单元异常退出时，重新计算微网与大电网交换功率范围；5）大电网故障或停电时，退出交换功率控制模式，执行微网孤网运行控制模式。

本发明的有益效果是，实现了微网按地区电网调度指令进行交换功率的控制，使微网相对于大电网体现出可控性，从而间接地解决分布式电源间歇性、不控制等问题，有利于提高电网对分布式间歇性能源的吸纳能力。

以下结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明微网与大电网的连接示意图；

图2是本发明微网与大电网的交换功率控制框图。

具体实施方式

微网与大电网的交换功率控制方法，用以实现微网按地区电网调度指令进行交换功率的控制，本发明方法步骤包括：

A、微网高级应用软件预测微网中的光伏发电、风力发电24小时发电量、微网24小时用电量，并计算能量型储能单元允许充放电容量及可控发电单元功率调节范围，从而确定出微网与大电网交换功率范围；微网可以向电网送出功率，也可以吸收大电网功率；交换功率范围：

U_Lim_P = k1* （（Frcst_E_PV+ Frcst_E_Wind- Frcst_E_Load+ Dsch_E_Strge）/24 + P_{Gen_Max}）

L_Lim_P = k2* （（Frcst_E_PV+ Frcst_E_Wind- Frcst_E_Load- Ch_E_Strge）/24）

其中，U_Lim_P为微网向大电网送出功率上限，L_Lim_P为微网向大电网送出功率下限；k1、k2为比例系数；Frcst_E_PV、Frcst_E_Wind分别为预测的24小时光伏发电量、风力发电量；Frcst_E_Load为24小时的用电预测量；Dsch_E_Strge为能量型储能单元允许放电量、Ch_E_Strge为能量型储能单元允许充电量；P_{Gen_Max}为可控发电单元最大输出功率；

B、根据步骤A中的计算结果，上传微网与地区电网交换功率的允许范围到地区电网调度系统；地区电网调度系统根据电网运行要求和微网允许交换功率范围，给出不同时间段的微网与大电网交换功率指令，并以固定时间间隔或变化时间间隔下发到微网高级应用软件；

C、微网高级应用软件以地区电网调度下发的交换功率指令为控制目标，根据当前微网内的负荷功率、光伏发电功率、风力发电功率，以固定时间间隔计算出功率偏差ΔP；

ΔP = P_PV + P_Wind- P_Load+ P_Change

其中，P_PV为当前光伏发电功率；

      P_Wind为当前风力发电功率；

      P_Load为当前微网内的负荷载功率；

      P_Change为微网与大电网交换功率，向电网送出功率为正，收功率为负；

D、微网高级应用软件计算出能量型储能单元允许容量的上下限值和运行费用、可控发电单元允许的功率上下限值和运行费用，然后将功率偏差ΔP在能量型储能单元和可控发电单元间进行功率分配：

ΔP = f(Storage)*P_Str + f(Gen)*P_Gen

其中，f(Storage)为考虑了能量型储能单元容量上下限值和费用条件下的功率分配折线函数，f(Gen)为考虑可控发电单元功率上下限值和费用条件下的功率分配折线函数；P_Str 为能量型储能单元的分配功率，P_Gen为可控发电单元的分配功率；

E、微网高级应用软件实时计算功率型储能单元的功率控制指令，用于平抑微网与大电网交换功率的快速波动；其指令：

P_EDLC = （K_P + K_I/s）（

- P_Change）

其中，K_P为比例系数，K_I为积分系数，

为采样值的平均；

F、异常处理：当能量型储能单元、可控发电单元、光伏发电单元、风机发电异常时，或因发电量预测、用电量预测偏差较大而出现控制设备越限时，重新执行步骤A来计算交换功率范围，并自行设定交换功率目标值，然后将新的交换功率范围上传大电网调度系统；当大电网故障或停电时，退出功率交换控制模式，执行微网孤网运行模式。

如图1所示，微网在与大电网并网运行时，通过联络线与大电网进行功率交换。由微网能管理系统通过光纤以太网络，采用TCP/IP协议与地区电网调度系统通信。并上传微网与大电网交换功率的允许范围，其后地区电网调度系统根据全天负荷的丰、谷、平时段，下发相应的交换功率指令到微网高级应用软件。

微网高级应用软件按照图2所示的控制流程，进行微网内可控发电单元、能量储能单元间的功率分配。同时，将交换功率为控制目标，将以实际量测值间的偏差量作为PI控制环节的输入量，得到功率型储能单元的输出功率指令值。

当微网能管理系统判断出微网中的设备存在异常状态时，进入异常处理流程。

Claims (1)

1.微网与大电网的交换功率控制方法，用以实现微网按地区电网调度指令进行交换功率的控制，其特征在于，该方法步骤包括：

A、微网高级应用软件预测微网中的光伏发电、风力发电24小时发电量、微网24小时用电量，并计算能量型储能单元允许充放电容量及可控发电单元功率调节范围，从而确定出微网与大电网交换功率范围；微网向电网送出功率或吸收大电网功率；交换功率范围：

U_Lim_P=k1*（（Frcst_E_PV+Frcst_E_Wind-Frcst_E_Load+Dsch_E_Strge）/24+P_{Gen_Max}）

L_Lim_P=k2*（（Frcst_E_PV+Frcst_E_Wind-Frcst_E_Load-Ch_E_Strge）/24）

其中，U_Lim_P为微网向大电网送出功率上限，L_Lim_P为微网向大电网送出功率下限；k1、k2为比例系数；Frcst_E_PV、Frcst_E_Wind分别为预测的24小时光伏发电量、风力发电量；Frcst_E_Load为24小时的用电预测量；Dsch_E_Strge为能量型储能单元允许放电量、Ch_E_Strge为能量型储能单元允许充电量；P_{Gen_Max}为可控发电单元最大输出功率；

B、根据步骤A中的计算结果，上传微网与地区电网交换功率的允许范围到地区电网调度系统；地区电网调度系统根据电网运行要求和微网允许交换功率范围，给出不同时间段的微网与大电网交换功率指令，并以固定时间间隔或变化时间间隔下发到微网高级应用软件；

C、微网高级应用软件以地区电网调度下发的交换功率指令为控制目标，根据当前微网内的负荷功率、光伏发电功率、风力发电功率，以固定时间间隔计算出功率偏差ΔP；

ΔP=P_PV+P_Wind-P_Load+P_Change

其中，P_PV为当前光伏发电功率；

P_Wind为当前风力发电功率；

P_Load为当前微网内的负荷载功率；

P_Change为微网与大电网交换功率，向电网送出功率为正，收功率为负；

D、微网高级应用软件计算出能量型储能单元允许容量的上下限值和运行费用、可控发电单元允许的功率上下限值和运行费用，然后将功率偏差ΔP在能量型储能单元和可控发电单元间进行功率分配：

ΔP=f(Storage)*P_Str+f(Gen)*P_Gen

其中，f(Storage)为考虑了能量型储能单元容量上下限值和费用条件下的功率分配折线函数，f(Gen)为考虑可控发电单元功率上下限值和费用条件下的功率分配折线函数；P_Str为能量型储能单元的分配功率，P_Gen为可控发电单元的分配功率；

E、微网高级应用软件实时计算功率型储能单元的功率控制指令，用于平抑微网与大电网交换功率的快速波动；其指令：

$P_{\mathrm{EDLC}}=(K_P+K_I/s)(\stackrel{\‾}{P_{\mathrm{Meas}}}-P_{\mathrm{Change}})$

其中，K_P为比例系数，K_I为积分系数，为采样值的平均；

F、异常处理：当能量型储能单元、可控发电单元、光伏发电单元、风机发电异常时，或因发电量预测、用电量预测偏差较大而出现控制设备越限时，重新执行步骤A来计算交换功率范围，并自行设定交换功率目标值，然后将新的交换功率范围上传大电网调度系统；当大电网故障或停电时，退出功率交换控制模式，执行微网孤网运行模式。

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