CN104885329A - 用于具有der和ev的配电网的协调控制方法及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法及其协调控制系统。所述方法从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息；基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率的需求，计算用于DER、EV和负载的P/Q基准和/或断路器控制命令；基于DER、EV和负载的位置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令；以及向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。本发明的解决方案使来自DER和EV的负面影响最小化并维持可控的电压和频率稳定性。

Description

用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法及其控制系统
技术领域
本发明涉及具有分布式能量源(DER)和电动车辆(EV)的配电网，以及更具体地涉及用于配电网及其协调控制系统的协调控制方法。
背景技术
由于对例如能源短缺与不断增长的主要能源和电力的需求、从传统发电厂和运输工具排放的温室气体与全球气候变化等问题的日益关注，近年来全球政府投资数十亿美元来支持DER发电和电力运输工具的发展。广泛分布的分布式发电和充电基础设施正处于计划或建设中，这将对现有的配电网结构带来根本性的改变。功率流模式将首先从单向改变为双向。需要对网络损耗、拥塞程度和电压分布等进行重新评估。电力电子接口和DER和EV充电的波动和间歇性特点会加重电能质量问题，如谐波和电压变动。如果发电或充电曲线是不可调度的，那么峰-谷差异将被扩大。有必要对现有网络进行升级，以容纳大型DER和EV充电而不需要适当的控制策略。
为了适应这些变化、最小化负面影响、以及甚至利用分布式发电和EV充电的可控制性，一次设备和配电网的管理系统与以前相比需要更加智能。例如，变压器应该能够监测自身的运行状况以避免非计划停运；管理系统应该能够从给定的风力涡轮机或光伏(PV)面板和EV负载的几率密度预测发电曲线；以及通信系统应该是双向的，以用于数据采集和管理控制等。具有了这些能力，我们可以实现协调控制以优化配电网在并网运行和孤岛运行期间的运行。
然而，为了运行具有DER和EV充电基础设施集成的配电网，至少需要解决三个潜在的问题：
1、DER和EV充电具有波动的功率需求特点。考虑成本问题，通常配电变压器不会根据最大可能的功率需求来进行设计。因此，可能存在变压器有时会过载的情况，这可能会加速设备老化并且导致不期望的跳闸。为解决这一问题，应该以协调的方式根据不同位置的变压器的状况监测信息来测量和控制网络和DER、EV和负载之间的有功和无功(P/Q)功率交换。
2、DER发电和EV充电的波动会导致潜在的电压变化或电压闪变。如果配电网连接到强大的主干电网中，那么影响会相对小。然而，在某些运行模式下或对于一些乡村网络，电网连接通常是弱的，电压波动可能影响负载或其它设备的正常运行。为了解决该问题，具有四象限运行能力的分布式EV充电基础设施可被协调地控制以维持网络的电压分布。
3、理论上，如果本地发电容量足以支持本地负载，那么对于本地配电网来说，运行在孤岛模式下是可行的。通常将开启同步发电机作为控制电压和频率的主电源。来自DER的功率输出可有助于供给部分负载和减少燃料消耗和二氧化碳排放。然而在另一方面，DER的间歇输出会带来对发电机的电压和频率稳定性的副作用。为在不牺牲DER发电的情况下解决该问题，考虑来自车辆电池或蓄电池的能量存储容量，应该设计对分布式EV充电基础设施的控制，从而支持发电机侧电压和频率控制。
因此，需要开发一种新的控制方法或控制系统以解决上述问题。
发明内容
为了克服上文提到的问题，本发明提出了一种用于配电网及其协调控制系统的协调控制方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法。所述协调控制方法包括：从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息；基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率的需求，计算用于DER、EV和负载的总的P/Q基准和/或断路器控制命令；基于DER、EV和负载的位置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令；以及向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。
根据本发明的优选实施例，所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器的状态和能接受的电压电平，其中所述电压可用于计算实际频率；电压和电流可用于计算实际的P/Q；状况指标包括变压器状况监测数据；其中所述变压器可以是用于配电网、DER、EV和/或负载的变压器；预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及断路器的状态包括“开/关”状态。
根据本发明的优选实施例，获取信息的步骤还包括：从DMS获取主干电网基准，其中所述主干电网基准包括配电网的PCC的电压电平的给定范围和配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围。
根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：向DMS反馈配电网信息，其中所述配电网信息包括配电网的总的有功/无功功率的消耗、配电网的PCC的电压电平和将配电网连接到主干电网的断路器的状态。
根据本发明的优选实施例，断路器可由单个断路器或多个并联的断路器组成。
根据本发明的优选实施例，计算P/Q基准和/或断路器控制命令还包括：基于状况指标计算变压器的允许的过载容量；以及基于变压器的过载容量、配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围和/或预测结果，计算配电网的PCC的P/Q限制、DER的P/Q限制、EV的P/Q限制和负载的P/Q限制；其中P/Q限制包括最大限制和最小限制。
根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：识别计算的实际P/Q是否满足P/Q限制；以及如果不满足，则计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令。
根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：识别实际频率是否满足预设的频率范围；以及如果不满足，则计算用于DER、EV和/或负载的增加的P基准和/或断路器命令。
根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：识别实际电压是否满足能接受的电压电平；以及如果不能，计算用于DER、EV和/或负载的增加的Q基准和/或断路器命令。
根据本发明的优选实施例，用于DER、EV和/或负载的总的P/Q基准可以通过加上增加的P/Q基准来更新。
根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际P大于配电网的P最大限制，以及/或者配电网的实际频率小于预设的频率范围，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制增加发电量；如果仍旧不满足或者DER的实际P达到DER的P限制，则EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率；以及如果仍旧不满足或者EV的实际P达到EV的P限制，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制减小负载电平。
根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际P小于配电网的P最小限制，以及/或者配电网的实际频率大于预设的频率范围，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制增加负载电平；如果仍旧不满足或者负载的实际P达到负载的P限制，则EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率；以及如果仍旧不满足或者EV的实际P达到EV的P限制，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制减小发电量。
根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际Q大于配电网的Q限制，以及/或者配电网内的实际电压小于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；如果仍旧不满足或者实际Q达到EV的Q限制，则DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；以及如果仍旧不满足或者实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于负载的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际Q小于配电网的Q限制，以及/或者配电网内的实际电压大于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q；如果仍旧不满足或者实际Q达到EV的Q限制，则DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q；以及如果仍旧不满足或者实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于负载的Q限制减小电感Q和/或减小电容Q。
根据本发明的另一方面，提供了用于具有DER和EV的配电网的协调控制系统。所述协调控制系统包括：获取模块、计算模块、分配模块和输出模块，所述获取模块被配置为从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息；所述计算模块被配置为基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率的需求，计算用于DER、EV和负载的总的P/Q基准和/或断路器控制命令；所述分配模块被配置为基于DER、EV和负载的位置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令；所述输出模块被配置为向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。
根据本发明的另一优选的实施例，所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器的状态和能接受的电压电平，其中，电压可用于计算实际频率；电压和电流用于计算实际的P/Q；状况指标包括变压器状况监测数据；其中变压器可以是用于配电网、DER、EV和/或负载的变压器；预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及断路器的状态包括“开/关”状态。
根据本发明的另一优选的实施例，获取模块还从DMS获取主干电网基准，其中所述主干电网基准包括配电网的PCC的电压电平的给定范围和配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围。
根据本发明的另一优选的实施例，协调控制系统还包括：反馈模块，所述反馈模块被配置为向DMS反馈配电网信息，其中所述配电网信息包括配电网的总的有功/无功功率的消耗、配电网的PCC的电压电平和将配电网连接到主干电网的断路器的状态。
根据本发明的另一优选的实施例，断路器可以由单个断路器或多个并联的断路器组成。
根据本发明的另一优选的实施例，计算模块基于状况指标进一步计算变压器的允许的过载容量；以及基于变压器的过载容量、配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围和/或预测结果，计算配电网的PCC的P/Q限制、DER的P/Q限制、EV的P/Q限制和负载的P/Q限制；其中P/Q限制包括最大限制和最小限制。
根据本发明的另一优选的实施例，协调控制系统还包括识别模块，所述识别模块被配置为识别计算的实际P/Q是否满足P/Q限制；以及如果不是，则计算模块计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令。
根据本发明的另一优选的实施例，协调控制系统还包括识别模块，所述识别模块被配置为识别实际频率是否满足预设的频率范围；以及如果不是，则计算模块计算用于DER、EV和/或负载的增加的P基准和/或断路器命令。
根据本发明的另一优选的实施例，协调控制系统还包括识别模块，所述识别模块被配置为识别实际电压是否满足能接受的电压电平；以及如果不是，则计算模块计算用于DER、EV和/或负载的增加的Q基准和/或断路器命令。
根据本发明的另一优选的实施例，用于DER、EV和/或负载的总的P/Q基准可以通过加上增加的P/Q基准来更新。
根据本发明的另一优选的实施例，如果配电网的PCC的实际P大于配电网的P最大限制，以及/或者配电网的实际频率小于预设的频率范围，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制增加发电量；如果仍旧不满足或DER的实际P达到DER的P限制，则EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率；以及如果仍旧不满足或EV的实际P达到EV的P限制，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制减小负载电平。
根据本发明的另一优选的实施例,如果配电网的PCC的实际P小于配电网的P最小限制，以及/或者配电网的实际频率大于预设的频率范围，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制增大负载电平；如果仍旧不满足或负载的实际P达到负载的P限制，则EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率；以及如果仍旧不满足或EV的实际P达到EV的P限制，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制减小发电量。
根据本发明的另一优选的实施例,如果配电网的PCC的实际Q大于配电网的Q限制，以及/或者配电网内的实际电压小于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；如果仍旧不满足或实际Q达到EV的Q限制，则DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；以及如果仍旧不满足或实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于负载的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
根据本发明的另一优选的实施例,如果配电网的PCC的实际Q小于配电网的Q限制，以及/或者配电网内的实际电压大于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q；如果仍旧不满足或实际Q达到EV的Q限制，则DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q；以及如果仍旧不满足或实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于负载的Q限制减小电感Q和/或减小电容Q。
当配电网运行在并网模式下时，用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法可充分利用配电网的允许的负载容量来满足能源需要并维持能接受的电压分布，而不牺牲DER发电；在孤岛模式下，提出的方法和系统充分利用分布式EV充电基础设施的电源/能量容量以支持本地发电机，从而减轻DER的间断对网络电压和频率控制的影响。
附图说明
下文中将结合附图中所示出的优选的示例性实施例对本发明的主题进行更加详细的解释，其中：
图1示出配电网的系统布局；
图2示出根据本发明实施例的配电网的控制系统布局；
图3示出根据本发明实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法的流程图；
图4示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法的流程图；
图5示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的最佳有功功率控制过程的流程图；
图6示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的最佳无功功率控制过程的流程图；
图7示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的频率控制过程的流程图；
图8示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的电压控制过程的流程图；以及
图9示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制系统。
具体实施方式
结合附图对本发明的示例性实施例进行描述。为简明清晰起见，说明书中并未对实际实施例的所有特征进行描述。
图1示出了具有DER与EV充电基础设施集成的配电网的系统布局，其中局域网通过变电站中的断路器和电网变压器连接到电网。局域网包括分布式的DER、EV站和负载聚合，它们通过各自的变压器和断路器连接到变电站的馈电线。DER站可以使用燃气轮机发电机和/或可再生能量源，如风力，光伏发电等。EV站表示EV充电站和/或电池更换站。负载聚合可具有下游网络，所述下游网络包括传统负载、分布式充电桩和小规模的可再生发电等。
图2示出根据本发明实施例的配电网的控制系统布局。为使其简便且易于解释，该图中仅示出了一个示例性的DER站、EV站和负载聚合；然而本领域技术人员清楚实际的分布式网络可以包括更多的DER站、EV站和负载聚合。
如图2所示，电网变压器(GT)控制器是负责执行协调控制方法的主控制器。为了实现所提出的功能，其他四个控制器也被配置并包含进来以用于运行状态反馈(图2中的附图标记“S”)和命令执行(图2中的附图标记“C”)。具体地，它们分别是配电管理系统(DMS)控制器、DER变压器(DT)控制器、EV变压器(ET)控制器和负载变压器(LT)控制器。
表1中列出了栅极控制器与其他四个控制器之间的详细的信息流。
表1信息标记及其描述
图3示出了根据本发明实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法的流程图。
如图3所示，用于配电网的协调控制方法包括以下步骤：
步骤302，从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息。这些信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器的状态和能接受的电压电平等。具体地，电压可用于计算实际频率；电压和电流可用于计算实际P/Q；状况指标包括变压器状况监测数据，其中变压器可以是用于配电网、DER、EV和/或负载的变压器；预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及断路器的状态包括“开/关”状态。
步骤304，基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率需求，计算用于DER、EV和负载的有功/无功功率(P/Q)基准和/或断路器控制命令。
步骤306，基于DER、EV和负载的位置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令。
步骤308，向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。
根据本发明的优选实施例，获取信息的步骤302还包括：从DMS获取主干电网基准，其中所述主干电网基准包括配电网的PCC的电压电平的给定范围和配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围。
根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：向DMS反馈配电网信息，其中所述配电网信息包括配电网的总的有功/无功功率的消耗、配电网的PCC的电压电平和将配电网连接到主干电网的断路器的状态。
值得注意的是，将配电网连接到主干电网的断路器可以包括单个断路器或多个并联的断路器。
图4示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法的流程图。
如图4所示，用于配电网的协调控制方法包括以下步骤：
步骤401，从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息。
步骤402，从DMS获取主干电网基准。
步骤403，基于状况指标计算电网变压器的允许的过载容量。
步骤404，基于变压器过载容量、配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围和/或预测结果，计算配电网的PCC的P/Q限制、DER的P/Q限制、EV的P/Q限制和负载的P/Q限制；其中P/Q限制包括最大限制和最小限制。
步骤405，识别计算的实际P/Q是否满足P/Q限制；如果不是，则转到步骤406；否则，转到步骤407。
步骤406，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令。
步骤407，识别实际频率是否满足预设的频率范围；如果不是，则转到步骤408；否则，转到步骤409。
步骤408，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P基准和/或断路器命令。
步骤409，识别实际电压是否满足能接受的电压电平；如果不是，则转到步骤410；否则，转到步骤411。
步骤410，计算用于DER、EV和/或负载的增加的Q基准和/或断路器命令。
步骤411，基于DER、EV和负载的位置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令。
步骤412，向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。本领域技术人员知道整个过程将周期性地执行。
值得注意的是，步骤401和步骤402可顺序执行或并列执行；或者在本发明的实施中，步骤402可先于步骤401执行。
根据本发明的实施例，用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法可以在步骤404后直接转到步骤407或步骤409；也就是说，在实际实施中，可选择性的执行功率控制步骤“405和406”、频率控制步骤“407和408”或电压控制步骤“409和410”。
图5和图6分别进一步示出用于最佳的有功功率和无功功率控制的步骤406的细节。具体地，最佳功率控制过程是通过利用在不同位置的配电变压器的在线状况监测信息来控制配电网的有功功率和无功功率，从而充分利用它们的允许的过载容量以满足短期功率需求。
图5示出根据本发明另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的最优有功功率控制过程的流程图。
如图5所示，步骤500，判断配电网的PCC的实际P是否大于配电网的P最大限制；如果是，则转到步骤502；否则，转到步骤501。
步骤501，判断配电网的PCC的实际P是否小于配电网的P最小限制；如果是，则转到步骤503。
步骤502，计算DER的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和DER的P限制增加发电量。
步骤503，计算负载的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和负载的P限制增加负载电平。
步骤504，识别配电网的PCC的实际P减去DER的增加的P基准是否大于配电网的P最大限制；如果是，则转到步骤506。
步骤505，识别配电网的PCC的实际P加上负载的增加的P基准是否小于配电网的P最小限制；如果是，则转到步骤507。
步骤506，计算EV的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率。
步骤507，计算EV的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率。
步骤508，识别配电网的PCC的实际P减去DER和EV的增加的P基准是否大于配电网的P最大限制；如果是，则转到步骤510。
步骤509，识别配电网的PCC的实际P加上负载和EV的增加的P基准是否小于配电网的P最小限制；如果是，则转到步骤511。
步骤510，计算负载的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和负载的P限制减小负载电平。
步骤511，计算DER的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和DER的P限制减小DER发电量。
图6示出根据本发明另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的最优无功功率控制过程的流程图。
如图6所示，步骤600，判断配电网的PCC的实际Q是否大于配电网的Q最大限制；如果是，则转到步骤602；否则，转到步骤601。
步骤601，判断配电网的PCC的实际Q是否小于配电网的Q最小限制；如果是，则转到步骤603。
步骤602，计算EV的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于EV的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
步骤603，计算EV的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于EV的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q。
步骤604，识别配电网的PCC的实际Q减去EV的增加的Q基准是否大于配电网的Q最大限制；如果是，则转到步骤606。
步骤605，识别配电网的PCC的实际Q加上EV的增加的Q基准是否小于配电网的Q最小限制；如果是，则转到步骤607。
步骤606，计算DER的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于DER的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
步骤607，计算DER的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于DER的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q。
步骤608，识别配电网的PCC的实际Q减去EV和DER的增加的Q基准是否大于配电网的Q最大限制；如果是，则转到步骤610。
步骤609，识别配电网的PCC的实际Q加上EV和DER的增加的Q基准是否小于配电网的Q最小限制；如果是，则转到步骤611。
步骤610，计算负载的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于负载的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
步骤611，计算负载的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于负载的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q。
图6和图7进一步示出频率控制过程和电压控制过程的细节，这是对在并网运行模式和孤岛运行模式期间用于配电网的频率和电压的精细调整的最佳功率控制的补充。
图7示出用于频率控制的步骤408的细节。具体地，图7示出根据本发明的另一实施例的在用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的频率控制过程的流程图。
如图7所示，步骤700，判断实际频率水平是否能接受，例如，实际频率是否满足预设的频率范围；如果不是，则转到步骤701。
步骤701，启用闭环频率调整以计算用于配电网的总的增加的PTot基准。
步骤702，判断增加的PTot基准是否大于零；如果是，则转到步骤704；否则，转到步骤703。
步骤703，判断增加的PTot基准是否小于零；如果是，则转到步骤705。
步骤704，计算DER的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和DER的P限制增大DER发电量。
步骤705，计算负载的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和负载的P限制增大负载电平。
步骤706，判断增加的PTot基准减去DER的增加的P基准是否大于零；如果是，则转到步骤708；否则，转到步骤707。
步骤707，判断增加的PTot基准加上负载的增加的P基准是否小于零；如果是，则转到步骤709。
步骤708，计算EV的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率。
步骤709，计算EV的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率。
步骤710，识别增加的PTot减去DER和EV的增加的P基准是否大于零；如果是，则转到步骤712。
步骤711，判断增加的PTot加上负载和EV的增加的P基准是否小于零；如果是，则转到步骤713。
步骤712，计算负载的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和负载的P限制减小负载电平。
步骤713，计算DER的增加的P基准和/或断路器命令，从而基于预测结果和DER的P限制减小DER发电量。
图8示出用于电压控制的步骤410的细节。具体地，图8示出根据本发明的另一实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法中的电压控制过程的流程图。
如图8所示，步骤800，识别电压电平是否是能接受的；如果不是，则转到步骤801。
步骤801，启用闭环电压调整器以计算用于配电网的总的增加的QTot基准。
步骤802，判断增加的QTot基准是否小于零；如果是，则转到步骤804；否则，转到步骤803。
步骤803，判断增加的QTot基准是否大于零；如果是，则转到步骤805。
步骤804，计算EV的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于EVT的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
步骤805，计算EV的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于EV的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q。
步骤806，判断增加的QTot基准加上EV的增加的Q基准是否小于零；如果是，则转到步骤808；否则，转到步骤807。
步骤807，判断增加的QTot基准减去EV的增加的Q基准是否大于零；如果是，则转到步骤809。
步骤808，计算DER的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于DER的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
步骤809，计算DER的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于DER的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q。
步骤810，识别增加的QTot加上DER和EV的增加的Q基准是否小于零；如果是，则转到步骤812。
步骤811，判断增加的QTot减去DER和EV的增加的Q基准是否大于零；如果是，则转到步骤813。
步骤812，计算负载的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于负载的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
步骤813，计算负载的增加的Q基准和/或断路器命令，从而基于负载的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q。
图9示出根据本发明实施例的用于具有DER和EV的配电网的协调控制系统。
如图9所示，协调控制系统900包括获取模块902、计算模块904、分配模块806和输出模块908。
获取模块902被配置为从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息。所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器的状态和能接受的电压电平，其中电压可用于计算实际频率；电压和电流可用于计算实际的P/Q；状况指标包括变压器状况监测数据；其中变压器可以是用于配电网、DER、EV和/或负载的变压器；预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及断路器的状态包括“开/关”状态。
计算模块904被配置为基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率的需求，计算用于DER、EV和负载的有功/无功功率(P/Q)基准和/或断路器控制命令。在优选的实施例中，获取模块还从DMS获取主干电网基准，其中所述主干电网基准包括配电网的PCC的电压电平的给定范围和配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围。
分配模块906被配置为基于DER、EV和负载的位置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令。
输出模块908被配置为向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。
根据本发明的优选实施例，协调控制系统还包括反馈模块910，被配置为向DMS反馈配电网信息，其中所述配电网信息包括配电网的总的有功/无功功率的消耗、配电网的PCC的电压电平和将配电网连接到主干电网的断路器的状态。
值得注意的是，在协调控制中，配电网与主干电网之间的断路器可以包括单个断路器或多个并联的断路器。
在上述协调控制系统中，计算模块还基于状况指标计算变压器的允许的过载容量；以及基于变压器过载容量、配电网与主干电网之间的P/Q交换的给定范围和/或预测结果，计算配电网的公共连接点(PCC)、DER、EV和负载的P/Q限制；其中P/Q限制包括最大限制和最小限制。
协调控制系统还包括识别模块，其被配置为识别计算的实际P/Q是否满足P/Q限制；如果不是，则计算模块计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令。在本发明的另一实施例中，识别模块还被配置为识别实际频率是否满足预设的频率范围；如果不是，则计算模块计算用于DER、EV和/或负载的增加的P基准和/或断路器命令。此外，识别模块还被配置为识别实际电压是否满足能接受的电压电平；如果不是，则计算模块计算用于DER、EV和/或负载的增加的Q基准和/或断路器命令。上述用于DER、EV和/或负载的P/Q基准可以通过加上增加的P/Q基准来更新。
如果配电网的公共连接点(PCC)的实际P大于配电网的P最大限制，以及/或者配电网的实际频率小于预设的频率范围，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制增大发电量；如果仍旧不满足或DER的实际P达到DER的P限制，则EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率；以及如果仍旧不满足或EV的实际P达到EV的P限制，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制减小负载电平。
如果配电网的公共连接点(PCC)的实际P小于配电网的P最小限制，以及/或者配电网的实际频率大于预设的频率范围，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制增大负载电平；如果仍旧不满足或负载的实际P达到负载的P限制，则EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率；以及如果仍旧不满足或EV的实际P达到EV的P限制，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制减小发电量。
如果配电网的公共连接点(PCC)的实际Q高于配电网的Q限制，以及/或者配电网内的实际电压低于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的Q限制和位置减小电感Q和/或增大电容Q；如果仍旧不满足或实际Q达到EV的Q限制，则DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制和位置减小电感Q和/或增大电容Q；以及如果仍旧不满足或实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于负载的Q限制和位置减小电感Q和/或增大电容Q。
如果配电网的公共连接点(PCC)的实际Q低于配电网的Q限制，以及/或者配电网内的实际电压高于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的Q限制和位置增大电感Q和/或减小电容Q；如果仍旧不满足或实际Q达到EV的Q限制，则DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制和位置增大电感Q和/或减小电容Q；以及如果仍旧不满足或实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于负载的Q限制和位置减小电感Q和/或减小电容Q。
基于本发明的教导，本领域技术人员领会下述技术益处和技术效果：
1、本发明所提供的用于具有DER和EV的配电网的协调控制方法及相应的控制系统能够使配电网整合大规模的DER发电和EV充电站，并且具有最小的负面影响和改进的运行性能。
2、通过利用对分布式变压器的实时监测和容量计算，能够减小由于变压器故障所引起的非计划停运的风险，这也有助于将更多的DER电源整合到电网中，并且能够在配电网中容纳更多的电动车。
3、此外，借助协调控制器，能够很好的减轻由可再生发电的波动和/或EV快速充电引起的电压/频率的变化；这也有助于在孤岛运行期间维持配电网的电压和频率的稳定性。
虽然本发明是基于一些优选的实施例被描述的，本领域技术人员应该领会，这些实施例不应限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和思想的情况下，可在本领域技术人员的理解范围内对实施例进行更改和修改，并且这些更改和修改落入随附的权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (28)

1.一种用于具有分布式能量源(DER)和电动车辆(EV)的配电网的协调控制方法，其中所述协调控制方法包括：
从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息；
基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率需求，计算用于所述DER、所述EV和所述负载的总的有功/无功功率(P/Q)基准和/或断路器控制命令；
基于所述DER、所述EV和所述负载的位置和可用容量向所述DER、所述EV和所述负载分配所述基准和/或所述控制命令；以及
向所述DER、所述EV和所述负载输出所分配的基准和/或控制命令。
2.根据权利要求1所述的协调控制方法，其中，所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器的状态和能接受的电压电平，其中
所述电压能够用于计算实际频率；
所述电压和所述电流用于计算实际的P/Q；
所述状况指标包括变压器状况监测数据；其中所述变压器能够为用于所述配电网、所述DER、所述EV和/或所述负载的变压器；
所述预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及
所述断路器的状态包括“开/关”状态。
3.根据权利要求1所述的协调控制方法，其中所述获取信息的步骤还包括：从配电管理系统(DMS)获取主干电网基准，其中
所述主干电网基准包括所述配电网的公共连接点(PCC)的电压电平的给定范围和所述配电网与所述主干电网之间的P/Q交换的给定范围。
4.根据权利要求1所述的协调控制方法，其中所述协调控制方法还包括：向所述DMS反馈所述配电网信息，其中
所述配电网信息包括所述配电网的所述总的有功/无功功率的消耗、所述配电网的公共连接点(PCC)的电压电平和将所述配电网连接到所述主干电网的断路器的状态。
5.根据权利要求4所述的协调控制方法，其中所述断路器能够由单个断路器或多个并联的断路器组成。
6.根据权利要求1或2所述的协调控制方法，其中所述计算有功/无功功率(P/Q)基准和/或断路器控制命令还包括：
基于状况指标计算所述变压器的允许的过载容量；以及
基于所述变压器的过载容量、所述配电网与所述主干电网之间的P/Q交换的给定范围和/或所述预测结果，计算用于所述配电网的公共连接点(PCC)的P/Q限制、用于所述DER的P/Q限制、用于所述EV的P/Q限制和用于所述负载的P/Q限制；其中所述P/Q限制包括最大限制和最小限制。
7.根据权利要求6所述的协调控制方法，其中所述协调控制方法还包括：
识别所述计算的实际P/Q是否满足所述P/Q限制；以及
如果不是，则计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令。
8.根据权利要求6或7所述的协调控制方法，其中所述协调控制方法还包括：
识别所述实际频率是否满足预设的频率范围；以及
如果不是，则计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P基准和/或断路器命令。
9.根据权利要求6或8所述的协调控制方法，其中所述协调控制方法还包括：
识别实际电压是否满足所述能接受的电压电平；以及
如果不是，计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的Q基准和/或断路器命令。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的协调控制方法，用于所述DER、所述EV和/或所述负载的所述总的P/Q基准能通过加上所述增加的P/Q基准来更新。
11.根据权利要求7至9中任意一项所述的协调控制方法，其中所述计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：
如果所述配电网的PCC的实际P大于所述配电网的所述P最大限制，以及/或者所述配电网的所述实际频率小于所述预设的频率范围，则所述DER的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述DER的P限制增加发电量；
如果仍旧不满足或者所述DER的所述实际P达到所述DER的所述P限制，则所述EV的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率；以及
如果仍不满足或者所述EV的所述实际P达到所述EV的所述P限制，则所述负载的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述负载的P限制减小负载电平。
12.根据权利要求7至9中任意一项所述的协调控制方法，其中所述计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：
如果所述配电网的PCC的所述实际P小于所述配电网的所述P最小限制，以及/或者所述配电网的所述实际频率大于所述预设的频率范围，则所述负载的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述负载的P限制增加所述负载电平；
如果仍不满足或者所述负载的所述实际P达到所述负载的所述P限制，则所述EV的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率；以及
如果仍不满足或者所述EV的所述实际P达到所述EV的所述P限制，则所述DER的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述DER的P限制减小发电量。
13.根据权利要求7至9中任意一项所述的协调控制方法，其中所述计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：
如果所述配电网的PCC的所述实际Q大于所述配电网的所述Q限制，以及/或者所述配电网内的实际电压小于所述能接受的电压电平，则所述EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述EV的所述Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；
如果仍不满足或者所述实际Q达到所述EV的Q限制，则所述DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述DER的所述Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；以及
如果仍不满足或者所述实际Q达到所述DER的所述Q限制，则所述负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述负载的所述Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
14.根据权利要求7至9中任意一项所述的协调控制方法，其中所述计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令还包括：
如果所述配电网的PCC的所述实际Q小于所述配电网的所述Q限制，以及/或者所述配电网内的所述实际电压大于所述能接受的电压电平，则所述EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述EV的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q；
如果仍不满足或者所述实际Q达到所述EV的所述Q限制，则所述DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述DER的所述Q限制增大电感Q或减小电容Q；以及
如果仍不满足或者所述实际Q达到所述DER的所述Q限制，则所述负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述负载的所述Q限制减小电感Q和/或减小电容Q。
15.一种用于具有分布式能量源(DER)和电动车辆(EV)的配电网的协调控制系统，其中所述协调控制系统包括：
获取模块，所述获取模块被配置为从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息；
计算模块，所述计算模块被配置为基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率需求，计算用于所述DER、所述EV和所述负载的总的有功/无功功率(P/Q)基准和/或断路器控制命令；
分配模块，所述分配模块被配置为基于所述DER、所述EV和所述负载的位置和可用容量向所述DER、所述EV和所述负载分配所述基准和/或所述控制命令；以及
输出模块，所述输出模块被配置为向所述DER、所述EV和所述负载输出所分配的基准和/或控制命令。
16.根据权利要求15所述的协调控制系统，其中所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器的状态和能接受的电压电平，其中，
所述电压能用于计算所述实际频率；
所述电压和电流用于计算所述实际的P/Q；
所述状况指标包括变压器状况监测数据；其中所述变压器能够是用于所述配电网、所述DER、所述EV和/或所述负载的变压器；
所述预测结果包括所述DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及
所述断路器的状态包括“开/关”状态。
17.根据权利要求15所述的协调控制系统，其中所述获取模块还从配电管理系统(DMS)获取主干电网基准，其中
所述主干电网基准包括所述配电网的公共连接点(PCC)的电压电平的给定范围和所述配电网与所述主干电网之间的P/Q交换的给定范围。
18.根据权利要求15所述的协调控制系统，其中所述协调控制系统还包括：反馈模块，所述反馈模块被配置为向所述DMS反馈所述配电网信息，其中
所述配电网信息包括所述配电网的总的有功/无功功率消耗、所述配电网的公共连接点(PCC)的电压电平和将所述配电网连接到所述主干电网的断路器的状态。
19.根据权利要求18所述的协调控制系统，其中所述断路器能够由单个断路器或多个并联的断路器组成。
20.根据权利要求15或16所述的协调控制系统，其中所述计算模块基于状况指标进一步计算所述变压器的允许的过载容量；以及
基于所述变压器的过载容量、所述配电网与所述主干电网之间的P/Q交换的给定范围和/或所述预测结果，计算所述配电网的公共连接点(PCC)的P/Q限制、所述DER的P/Q限制、所述EV的P/Q限制和所述负载的P/Q限制；其中所述P/Q限制包括最大限制和最小限制。
21.根据权利要求20所述的协调控制系统，其中所述协调控制系统还包括识别模块，所述识别模块被配置为识别所述计算的实际P/Q是否满足所述P/Q限制；以及
如果不是，则所述计算模块计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P/Q基准和/或断路器命令。
22.根据权利要求20或21所述的协调控制系统，其中所述协调控制系统还包括识别模块，所述识别模块被配置为识别所述实际频率是否满足预设的频率范围；以及
如果不是，则所述计算模块计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的P基准和/或断路器命令。
23.根据权利要求20或22所述的协调控制系统，其中所述协调控制系统还包括识别模块，所述识别模块被配置为识别实际电压是否满足所述能接受的电压电平；以及
如果不是，则所述计算模块计算用于所述DER、所述EV和/或所述负载的增加的Q基准和/或断路器命令。
24.根据权利要求21至23中任意一项所述的协调控制系统，用于所述DER、所述EV和/或所述负载的所述总的P/Q基准能通过加上所述增加的P/Q基准来更新。
25.根据权利要求21至23中任意一项所述的协调控制系统，其中
如果所述配电网的PCC的所述实际P大于所述配电网的所述P最大限制，以及/或者所述配电网的实际频率小于所述预设的频率范围，则所述DER的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述DER的P限制增加发电量；
如果仍不满足或所述DER的实际P达到所述DER的所述P限制，则所述EV的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述EV的P限制减小充电功率和/或增大放电功率；以及
如果仍不满足或所述EV的实际P达到所述EV的所述P限制，则所述负载的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述负载的P限制减小负载电平。
26.根据权利要求21至23中任意一项所述的协调控制系统，其中
如果所述配电网的PCC的实际P小于所述配电网的所述P最小限制，以及/或者所述配电网的实际频率大于所述预设的频率范围，则所述负载的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述负载的P限制增大所述负载电平；
如果仍不满足或所述负载的所述实际P达到所述负载的所述P限制，则所述EV的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述EV的P限制增大充电功率和/或减小放电功率；以及
如果仍不满足或所述EV的所述实际P达到所述EV的所述P限制，则所述DER的增加的P基准和/或断路器命令基于所述预测结果和所述DER的P限制减小发电量。
27.根据权利要求21至23中任意一项所述的协调控制系统，其中
如果所述配电网的PCC的所述实际Q大于所述配电网的所述Q限制，以及/或者所述配电网内的所述实际电压小于所述能接受的电压电平，则所述EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述EV的所述Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；
如果仍不满足或所述实际Q达到所述EV的所述Q限制，则所述DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述DER的所述Q限制减小电感Q和/或增大电容Q；以及
如果仍不满足或所述实际Q达到所述DER的所述Q限制，则所述负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述负载的所述Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
28.根据权利要求21至23中任意一项所述的协调控制系统，其中
如果所述配电网的PCC的所述实际Q小于所述配电网的所述Q限制，以及/或者所述配电网内的所述实际电压大于所述能接受的电压电平，则所述EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述EV的所述Q限制增大电感Q和/或减小电容Q；
如果仍不满足或所述实际Q达到所述EV的所述Q限制，则所述DER的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述DER的所述Q限制增大电感Q或减小电容Q；以及
如果仍不满足或所述实际Q达到所述DER的所述Q限制，则所述负载的增加的Q基准和/或断路器命令基于所述负载的所述Q限制减小电感Q和/或减小电容Q。
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