CN104158187A - 一种局域电网能量和功率二次分配的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种局域电网能量和功率二次分配的协调控制方法及控制系统，该控制系统包括数据服务中心，仿真分析中心和能源路由中心；该方法以局域电网为研究对象，考虑可再生能源分散式接入电网和用户用电，动态监测电网的运行状态、用户的短期用电计划和分散式电源短期出力。仿真分析中心根据用电计划和出力预测数据，仿真下一控制周期的电网运行状态，确定局域电网的负荷缺额或电力缺额，并将电网的状态和供需关系上传到能源路由中心。能源路由中心基于储能系统当前SOC，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，协调分散式电源的出力和用电负荷，完成能量和功率的二次分配，实现多种能源的互补并实现新的供需平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种局部电网的控制方法及其控制系统，具体讲涉及一种分布式储能系统参与局域电网能量和功率二次分配的协调控制方法及控制系统。
背景技术
传统电网的能量配置主要依赖于输配电网络，由于电力生产和电力消费的即时性(即发即用)，在电源规划、输配电网络建设等方面多采用各级备用来适应不断变化的负荷需求，实现供需平衡。其中，约有10～35％的电源只在负荷高峰时参与运行，长期存在备用电力资产整体效益低的问题。
可再生能源的开发利用方兴未艾，分散式接入是可再生能源利用的新兴途径。伴随智能用电等技术的出现，终端用户将不再仅仅是电力负荷，同时也具备电源的特性，基于传统电网发、输、配、用单向能量传输的能量配送方式不再适用；另一方面，可再生能源的出力分布与电网的负荷曲线分布并不匹配，如光伏电力集中在白天，而风能多分布在夜间，这就需要能够对源-荷协同管理的机制。
储能系统的能量存储能力突破了电力即发即用的局限，通过储能系统的充放电控制，在电源和负荷间进行功能转换，完成局域电网能量和功率在时间上的平移，从而改变电源出力曲线和负荷曲线的分布，并且通过储能系统的合理布局，能够完成能量和功率在空间上的平移。
因此需要提供一种基于储能系统的能量平移特性，应用电力电子和通信技术，在传统配电网络上构建能源互联局域网，结合燃气轮机等可控电源，多种能源通过能源互联实现综合互补，完成能量和功率的二次分配，实现源-网-荷协同管理，为能量的配置提供新的途径的技术方案，以推进本地生产、就地平衡，网络共享的能源生产消费体系的建立，减少网络损耗，进而提高可再生能源利用率和电网的综合效益。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种局域电网能量和功率二次分配的控制方法及控制系统，本发明能够实现基于局域电网的多能互补，最大化利用可再生能源和现有输配电网络。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种局域电网能量和功率二次分配的控制方法，其改进之处在于，所述方法以局域电网为对象，包括下述步骤：
(1)仿真分析中心读取数据服务中心的用户短期用电计划和出力预测数据，仿真下一控制周期的局域电网运行状态，依据安全运行约束条件和电能质量相关标准判断局域电网是否饱和及供需关系；
(2)对局域电网进行仿真分析，分析下一控制周期内的局域电网运行状态；
(3)确定电力即时平衡下局域电网的是否达到饱和或供需平衡，以及存在的电力溢出量或电力缺额，并上传到能源路由中心；
(4)能源路由中心根据仿真分析中心上传的电力溢出量或电力缺额，基于各储能系统当前荷电状态SOC，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，协调分散式电源的出力和用电负荷，实现新的供需平衡，完成能量和功率的二次分配。
进一步地，所述步骤(1)的安全运行约束条件指IEEE关于电压稳定和频率稳定的定义，电能质量相关标准指GB/T12325-2008关于供电电压偏差的说明和GB/T12326-2008关于电压波动的说明；用户短期用电计划包含用电开始时间、用电持续时间和用电功率信息。
进一步地，所述步骤(2)的所述局域电网包括分散式接入的可再生能源、智能用电终端和储能系统；储能系统包括分散于智能用电终端和配电网枢纽位置，考虑储能系统局部集中配置；所述储能系统局部集中配置的枢纽位置依据分散式接入的发电容量，通过对局域电网的仿真分析确定。
进一步地，以用户负荷曲线和清洁能源出力曲线历史数据的统计分析为依据确定所述控制周期。
进一步地，所述步骤(4)所述能源路由中心借用信息网络的路由器概念，通过对储能系统功率输入和输出的控制，在局域电网中完成能量流和功率流的分配引导；
对储能系统实施充放电控制的原则是：根据各储能系统当前荷电状态SOC状态的高低，在电力存在缺额的模式下，由当前荷电状态SOC高的储能系统优先放电；在负荷存在缺额的模式下，由当前荷电状态SOC低的储能系统优先充电；充放电持续时间和充放电倍率以对储能系统的电池寿命影响最小为原则，依据储能系统自身的充放电特性设置。
进一步地，为保持局部集中配置储能系统随时处于热备用状态，根据其充放电历史记录，优先考虑局部集中配置储能系统的充放电；
考虑储能系统的双边控制，包括：对于分散在智能用户端的储能系统，当用户接入点的电压偏差和频率偏差已达到允许向下偏差的90％，即电力不足时，首先满足当地用户的负荷需求，不再参与网络二次分配；尚未达到运行边界时，用户没有约定时，根据仿真分析确定是否参与电网的二次分配；用户有约定时则享有最高优先级。
本发明还提供一种局域电网能量和功率二次分配的控制方法的控制系统，其改进之处在于，所述控制系统包括依次进行通信的数据服务中心，仿真分析中心和能源路由中心；终端用户与数据服务中心进行数据交互；
所述控制系统基于局域电网的网络和电源结构，并建立通信网络，构建能源和信息互联体系。
进一步地，所述数据服务中心包括数据采集设备和数据服务器，采集存储分布式电源短期出力预测、用户的短期用电计划、储能系统状态和充放电记录；
所述仿真分析中心用于读取数据服务中心的用户短期用电计划和出力预测数据，仿真下一控制周期的局域电网运行状态，依据安全运行约束条件和电能质量相关标准判断局域电网的是否饱和及供需关系；
所述能源路由中心用于接收仿真分析中心传送的局域电网状态信息，并依据局域电网的供需关系，参考储能系统当前荷电状态SOC及与电网和用户的连接关系，以分布式能源最大化利用和满足用户负荷需求为目标，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，完成能量和功率的二次分配，实现新的供需平衡。
进一步地，所述数据采集设备包括用户终端，电源终端和储能系统终端，物理上分布于局域电网的各个监测终端，通过数据通信网络分别与仿真分析中心和能源交互中心进行数据交互；数据采集设备用于完成用户短期用电计划和分散式电源短期出力预测的采集，并将数据存储到数据服务器。
进一步地，所述用户短期用电计划包含用电开始时间、用电持续时间和用电功率信息。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的方法立足于多种可再生能源分布式并网的应用趋势，基于储能系统的能量平移和功率平移能力，突破传统电网能量即时平衡的局限。在能量和功率即时一次平衡的基础上，通过对储能系统的充放电控制，形成一次平衡之外的电力潮流和负荷需求，完成能量能量和功率的二次分配。
2、本发明中储能系统的配置从两个层面考虑，用户终端的分散配置和局部集中配置两种方式共存，同时满足终端用户层的智能用电需要和局域电网的供需平衡。
3、本发明在传统配电网络和电源结构基础上，引入信息通讯网络，建立能源互联基本体系，通过能源和信息的互联，能够实现多种分布式能源的资源整合和优势互补。
4、本发明能够实现基于局域电网的多能互补，最大化利用可再生能源和现有输配电网络。
附图说明
图1是本发明提供的局域电网能量和功率二次分配控制系统结构图；
图2是本发明提供的局域电网能量和功率二次分配的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种局域电网能量和功率二次分配的控制方法，其流程图如图2所示，该方法包括下述步骤：
(1)仿真分析中心读取数据服务中心的用户短期用电计划和出力预测数据，仿真下一控制周期的局域电网运行状态，依据安全运行约束条件和电能质量相关标准判断局域电网是否饱和及供需关系；
所述的安全运行约束条件安全运行约束条件指IEEE关于电压稳定和频率稳定的定义，所述的电能质量相关标准指GB/T12325-2008关于供电电压偏差的说明和GB/T12326-2008关于电压波动的说明。用户短期用电计划包含用电开始时间、用电持续时间和用电功率。
(2)对局域电网进行仿真分析，分析下一控制周期内的局域电网运行状态：
本发明以局域电网为研究对象。在传统配电网的基础上，分散式接入的可再生能源，智能用电终端和储能系统，共同构成局域电网；传统配电网络的系统电源、分散式接入的可再生能源构成了局域电网的一次电源供给，配电网络的各终端用户构成局域电网的一次负荷，电源和负荷的即时直接平衡完成能量和功率的一次分配。引入储能系统，形成新的负荷需求和电力注入，平衡一次分配中过剩的电力，或满足一次分配中不能满足的负荷需求，从而完成能量和功率的二次分配。
储能系统分散于局域电网的智能用电终端和配点网络枢纽位置，考虑局部集中配置。充放电控制中从面向用户和面向电网两个方面分别考虑。
储能系统局部集中配置的枢纽位置依据分散式接入的发电容量，通过对局域电网的仿真分析确定。控制周期的确定基于对用户负荷曲线和清洁能源出力曲线历史数据的统计分析。
(3)确定电力即时平衡下局域电网的是否达到饱和或供需平衡，以及存在的电力溢出量或电力缺额，并上传到能源路由中心；
(4)能源路由中心根据仿真分析中心上传的电力溢出量或电力缺额，基于各储能系统当前荷电状态SOC，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，协调分散式电源的出力和用电负荷，实现新的供需平衡，完成能量和功率的二次分配：
能源路由借用信息网络的路由器概念，通过对储能系统功率输入和输出的控制，在局域能源网络中完成能量流和功率流的引导。
储能系统的充放电控制，首先需要充分考虑储能系统的SOC状态。一般的原则是，根据SOC状态的高低，在电力存在缺额的模式下，由SOC高的储能系统优先放电；在负荷存在缺额的模式下，由SOC低的储能系统优先充电。充放电持续时间和充放电倍率以对电池寿命影响最小为原则，依据储能系统自身的充放电特性设置(与电池类别有关，如锂电池最低能放电到10％SOC，最大可以2C倍率充放电)。
储能系统的充放电控制，为保持集中配置的储能系统随时处于热备用状态，根据其充放电历史记录，优先考虑集中配置的储能系统的充放电。
储能系统的充放电控制过程中，考虑储能系统的双边控制。对于分散在智能用户端的储能系统，当用户接入点的电压偏差和频率偏差已达到允许向下偏差的90％，即电力不足时，首先满足当地用户的负荷需求，不再参与网络二次分配；尚未达到运行边界时，用户没有约定时，根据仿真分析确定是否参与电网的二次分配，用户有约定时则享有最高优先级。
本发明还提供的一种局域电网能量和功率二次分配控制系统，其结构如图1所示，控制系统包括由数据服务中心、仿真分析中心和能源路由中心构成。基于局域电网的网络和协调控制监测需要，建立终端用户、分布式接入电源，储能系统与数据服务中心的通信网络，通过信息的互联保障局域电网能源的互联。
数据服务中心由数据采集设备和数据服务器构成。数据采集设备包含用户终端采集设备，电源终端采集设备和储能系统终端采集设备，物理上分布于局域电网的各个监测终端，通过数据通信网络与仿真分析中心和能源路由中心交互信息。
数据服务中心通过各数据终端采集并存储用户的短期用电计划、分散式电源短期出力预测。终端设备完成智能用户短期用电计划、分散式电源短期出力预测的采集，并将数据存储到数据服务器。智能用户短期用电计划包含用电开始时间、用电持续时间和用电功率信息。
仿真分析中心读取数据服务中心的用户用电计划和分布式电源的短期预测出力，对下一控制周期内局域电网的运行进行仿真，依据相关约束条件分析电力和负荷是否饱和或达到平衡，以及存在的缺额或过剩，并将电力缺额或过剩发送到能源路由中心。
能源路由中心，接收仿真分析中心传送的状态信息，并依据局域电网的供需关系，参考储能系统当前SOC及与电网和用户的连接关系，以分布式能源最大化利用和满足用户负荷需求为目标，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，完成能量和功率的二次分配，实现新的供需平衡。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种局域电网能量和功率二次分配的控制方法，其特征在于，所述方法以局域电网为对象，包括下述步骤：
(1)仿真分析中心读取数据服务中心的用户短期用电计划和出力预测数据，仿真下一控制周期的局域电网运行状态，依据安全运行约束条件和电能质量相关标准判断局域电网是否饱和及供需关系；
(2)对局域电网进行仿真分析，分析下一控制周期内的局域电网运行状态；
(3)确定电力即时平衡下局域电网的是否达到饱和或供需平衡，以及存在的电力溢出量或电力缺额，并上传到能源路由中心；
(4)能源路由中心根据仿真分析中心上传的电力溢出量或电力缺额，基于各储能系统当前荷电状态SOC，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，协调分散式电源的出力和用电负荷，实现新的供需平衡，完成能量和功率的二次分配。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)的安全运行约束条件指IEEE关于电压稳定和频率稳定的定义，电能质量相关标准指GB/T12325-2008关于供电电压偏差的说明和GB/T12326-2008关于电压波动的说明；用户短期用电计划包含用电开始时间、用电持续时间和用电功率信息。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的所述局域电网包括分散式接入的可再生能源、智能用电终端和储能系统；储能系统包括分散于智能用电终端和配电网枢纽位置，考虑储能系统局部集中配置；所述储能系统局部集中配置的枢纽位置依据分散式接入的发电容量，通过对局域电网的仿真分析确定。
4.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，以用户负荷曲线和清洁能源出力曲线历史数据的统计分析为依据确定所述控制周期。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)所述能源路由中心借用信息网络的路由器概念，通过对储能系统功率输入和输出的控制，在局域电网中完成能量流和功率流的分配引导；
对储能系统实施充放电控制的原则是：根据各储能系统当前荷电状态SOC状态的高低，在电力存在缺额的模式下，由当前荷电状态SOC高的储能系统优先放电；在负荷存在缺额的模式下，由当前荷电状态SOC低的储能系统优先充电；充放电持续时间和充放电倍率以对储能系统的电池寿命影响最小为原则，依据储能系统自身的充放电特性设置。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，为保持局部集中配置储能系统随时处于热备用状态，根据其充放电历史记录，优先考虑局部集中配置储能系统的充放电；
考虑储能系统的双边控制，包括：对于分散在智能用户端的储能系统，当用户接入点的电压偏差和频率偏差已达到允许向下偏差的90％，即电力不足时，首先满足当地用户的负荷需求，不再参与网络二次分配；尚未达到运行边界时，用户没有约定时，根据仿真分析确定是否参与电网的二次分配；用户有约定时则享有最高优先级。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的局域电网能量和功率二次分配的控制方法的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括依次进行通信的数据服务中心，仿真分析中心和能源路由中心；终端用户与数据服务中心进行数据交互；
所述控制系统基于局域电网的网络和电源结构，并建立通信网络，构建能源和信息互联体系。
8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述数据服务中心包括数据采集设备和数据服务器，采集存储分布式电源短期出力预测、用户的短期用电计划、储能系统状态和充放电记录；
所述仿真分析中心用于读取数据服务中心的用户短期用电计划和出力预测数据，仿真下一控制周期的局域电网运行状态，依据安全运行约束条件和电能质量相关标准判断局域电网的是否饱和及供需关系；
所述能源路由中心用于接收仿真分析中心传送的局域电网状态信息，并依据局域电网的供需关系，参考储能系统当前荷电状态SOC及与电网和用户的连接关系，以分布式能源最大化利用和满足用户负荷需求为目标，对储能系统实施充放电控制，形成新的负荷需求或电力注入，完成能量和功率的二次分配，实现新的供需平衡。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述数据采集设备包括用户终端，电源终端和储能系统终端，物理上分布于局域电网的各个监测终端，通过数据通信网络分别与仿真分析中心和能源交互中心进行数据交互；数据采集设备用于完成用户短期用电计划和分散式电源短期出力预测的采集，并将数据存储到数据服务器。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述用户短期用电计划包含用电开始时间、用电持续时间和用电功率信息。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |