CN104917203A - 基于地理分区的分布式电源联合发电系统及协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统及协调控制方法，本发明对接入配电网的分布式电源按照安装位置联合起来以形成基于地理分区的分布式电源联合发电系统；采集上述发电系统中各分布式发电设备的运行参数，并根据发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，该目标函的结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，按照最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。本发明对接入电网的各分布式电源进行分区管理，采用最大化发电效益的策略对区内各分布式发电设备的发电有功功率进行控制，大大减小了以往分布式电单独并网对公网造成的冲击，降低了分布式电源增长带来的调度难度，提高电网运行的稳定性。

Description

基于地理分区的分布式电源联合发电系统及协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统及协调控制方法，分布式电源控制属于技术领域。

背景技术

随着分布式电源技术的发展，接入电网的分布式电源越来越多，而目前分布式电源都是单独并网，各分布式电源发电本身的不确定性，导致并入电网时无法给电网带来平稳的电量，且随着接入电网的分布式电源的增加，接入电网的各分布式电源给电网带来了的冲击也越来越大，严重影响了电网的稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统及协调控制方法，以解决随着接入电网的分布式电源的增加所导致电网稳定性差的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供了一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统，该发电系统为根据接入输电网上各分布式电源的安装位置分区得到，包括联合协调器和各种分布式发电设备以及设置在各分布式发电设备上的本体控制器，各分布式发电设备接入到输电网上，各分布式发电设备的本体控制器与联合协调器通信连接，所述各分布式发电设备的本体控制器用于采集对应发电设备的运行参数并将其上送给联合协调器，所述联合协调器用于根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并将得到各发电设备的最优化发电有功功率发送给相应的分布式发电设备的本体控制器，各分布式发电设备的本体控制器按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。

所述联合协调器所建立的目标函数为：

$F\left(P_{DGi}\right)=MAX({\mathrm{rP}}_{DGi}-(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2))$

其中r为上网电价，a、b和c为燃料型发电设备耗量特性参数，P_DGi为其发电有功功率。

所述各分布式发电设备包括无需燃料的可再生能源发电设备和燃料型发电设备，对于无需燃料的发电设备，最优化发电有功功率为其发电设备本体的最大化发电有功功率。

所述最优化发电有功功率P_DGi还需满足发电设备最大最小出力的限制，即

P_{min_DGi}＜P_DGi＜P_{max_DGi}

其中P_{min_DGi}为发电设备的最小出力，P_{max_DGi}为发电设备的最大出力。

所述基于地理分区的分布式电源联合发电系统的发电有功功率为各分布式发电设备的最优化发电有功功率之和。

本发明还提供了一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统的协调控制方法，该协调控制方法包括以下步骤：

1)对接入配电网的分布式电源按照安装位置联合起来以形成基于地理分区的分布式电源联合发电系统，并录入各分布式电源发电成本参数和上网电价；

2)采集上述分布式电源联合发电系统中各分布式发电设备的运行参数；

3)根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。

所述步骤3)中建立的目标函数为：

$F\left(P_{DGi}\right)=MAX({\mathrm{rP}}_{DGi}-(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2))$

其中r为上网电价，a、b和c为燃料型发电设备耗量特性参数，P_DGi为其发电有功功率。

所述各分布式发电设备包括无需燃料的可再生能源发电设备和燃料型发电设备，对于无需燃料的发电设备，最优化发电有功功率为其发电设备本体的最大化发电有功功率。

所述最优化发电有功功率P_DGi还需满足发电设备最大最小出力的限制，即

P_{min_DGi}＜P_DGi＜P_{max_DGi}

其中P_{min_DGi}为发电设备的最小出力，P_{max_DGi}为发电设备的最大出力。

所述基于地理分区的分布式电源联合发电系统的发电有功功率为各分布式发电设备的最优化发电功率之和。

本发明的有益效果是：本发明对接入配电网的分布式电源按照安装位置联合起来以形成基于地理分区的分布式电源联合发电系统；然后采集上述分布式电源联合发电系统中各分布式发电设备的运行参数、发电成本和上网电价；根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。本发明对接入电网的各分布式电源进行分区管理，采用最大化发电效益的策略对区内各分布式发电设备的发电有功功率进行控制，大大减小了以往分布式电单独并网对公网造成的冲击，降低了分布式电源增长带来的调度难度，使配电管理更趋于合理有序，提高电网运行的稳定性。且无需对电网进行改造而能够聚合分布式电源对公网稳定输电，并提供快速响应的辅助服务，降低了单个分布式电源在市场中孤独运行的失衡风险，可以获得规模经济的效益。

附图说明

图1是本发明基于地理分区的分布式电源联合发电系统的构成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统的实施例

为了协调智能电网与分布式电源间的矛盾，本发明将安装位置比较接近的各种类型分布式电源联合起来形成基于地理分区的分布式电源联合发电系统，如图1所示，该分布式电源联合发电系统包括联合协调器和各分布式发电设备以及设置在各分布式发电设备上的本体控制器，本实施例中的分布式发电设备包括光伏发电设备、风力发电设备、微燃气轮发电设备、柴油发电设备和生物质发电设备，各分布式发电设备接入到输电网上，其中光伏发电设备和风力发电设备上的本体控制器分别为光伏逆变器和风机逆变器，各分布式发电设备的本体控制器与联合协调器通过通信网络连接，各分布式发电设备的本体控制器用于采集对应发电设备的运行参数，并将其上送给联合协调器，并录入各分布式电源发电成本参数和上网电价给联合协调器，联合协调器用于根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并将得到各发电设备的最优化发电有功功率发送给相应的分布式发电设备的本体控制器，各分布式发电设备的本体控制器按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。

各分布式发电设备包括无需燃料的可再生能源发电设备和燃料型发电设备，无需燃料的发电设备，如光伏发电设备、风力发电设备等，对于无需燃料的发电设备，从经济性角度出发认为其发电有功功率越大越好，因此对于该类分布式电源沿用其发电设备的最大化发电控制策略而无需干预，因此，无需燃料的发电设备最优化发电有功功率P_DGi为：

P_DGi＝P_{max_DGi}

其中P_DGi为最优化发电有功功率，P_{max_DGi}为发电设备的最大化发电有功功率。

对需要耗能的发电设备(如火力发电机、微燃气轮机、柴油发电机、生物质发电机等)，发电成本常常包括燃料成本、劳动力成本、维护成本等，本发明联合发电系统仅从发电设备角度考虑发电成本，并且为了简化分析忽略各种发电机维护成本、劳动力成本的差异，仅选取燃料成本作为发电成本的计算因子。

燃料性发电机发电成本采用常规指数发电有功功率指数函数，单个发电机等值发电费用为：

$C_i\left(P_{DGi}\right)=a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2$

a、b和c为燃料型发电设备耗量特性参数，P_DGi为其发电有功功率。

为了计算简便，忽略发电机到计费口的线路损耗，则单位时间内发电机发电收益为：R_i(P_DGi)＝rP_DGi

上式r为上网电价。从经济效益来看，当售电收益大于发电成本时，此时发电机具有较好的经济性：

${\mathrm{rP}}_{DGi}>\left(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2\right)$

即：

$F\left(P_{DGi}\right)=MAX({\mathrm{rP}}_{DGi}-(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2))$

对于以上最大效益函数，δF/δP_DGi＝0处时具有最大值，此时发电机发电功率为：

$P_{DGi}=\frac{r-b}{c}$

同时，在考虑经济性可能解时，发电设备发电功率还需满足最大最小出力限制，即：

P_{min_DGi}＜P_DGi＜P_{max_DGi}

因此在实时电价下，燃料型发电设备综合最优化发电有功功率为：

$P_{DGi}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\max \_DGi}& P_{DGi}>=P_{\max \_DGi}\\ \frac{r-b}{c}& P_{\min \_DGi}<P_{DGi}<P_{\max \_DGi}\\ 0& P_{\min \_DGi}>=P_{DGi}\end{array}\right.$

其中P_{min_DGi}为发电设备的最小出力，P_{max_DGi}为发电设备的最大出力。

多个分布式电源组合后，该分布式电源联合发电系统的发电功率按照各自最优发电有功功率之和，即：

P_DG＝ΣP_DGi

在分布式的电源经济优化自律控制中，控制系统根据各分布式电源发电特性、实时电价，制定各点电源的最优发电功率，并实时将该计划值下发给各分布式电源。虚拟发电机最优化发电是其默认运行控制方式，即如果配电网无特殊要求，则整个虚拟发电机则以其最优发电功率运行。

本发明分布式电源联合发电系统的协调控制方法的实施例

该协调控制方法包括以下步骤：

1.对接入配电网的分布式电源按照安装位置联合起来以形成基于地理分区的分布式电源联合发电系统，并录入各分布式电源发电成本参数和上网电价，

如图1所示，本实施例中的分布式电源联合发电系统包括安装位置比较接近的光伏发电设备、风力发电设备、微燃气轮机发电设备、柴油发电机发电设备和生物质发电设备，各分布式发电设备均接入到输电网上。

2.采集上述分布式电源联合发电系统中各分布式发电设备的运行参数。

该过程中各参数的采集是由设置在各发电设备上的本体控制器实现，属于各分布式电源的一部分，其中光伏发电设备和风力发电设备上的本体控制器分别为光伏逆变器和风机逆变器。

3.根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。

各分布式发电设备包括无需燃料的可再生能源发电设备和燃料型发电设备，无需燃料的发电设备，如光伏发电设备、风力发电发设备等，对于无需燃料的发电设备，从经济性角度出发认为其发电有功功率越大越好，因此对于该类分布式电源沿用其发电设备的最大化发电控制策略而无需干预，因此，无需燃料的发电设备最优化发电有功功率P_DGi为：

P_DGi＝P_{max_DGi}

其中P_DGi为最优化发电有功功率，P_{max_DGi}为发电设备的最大化发电有功功率。

对需要耗能的发电设备(如火力发电机、微燃气轮机、柴油发电机、生物质发电机等)，发电成本常常包括燃料成本、劳动力成本、维护成本等，本发明联合发电系统仅从发电设备角度考虑发电成本，并且为了简化分析忽略各种发电机维护成本、劳动力成本的差异，仅选取燃料成本作为发电成本的计算因子。

燃料性发电机发电成本采用常规指数发电有功功率指数函数，单个发电机等值发电费用为：

$C_i\left(P_{DGi}\right)=a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2$

其中a、b和c为燃料型发电设备耗量特性参数。为了计算简便，忽略发电机到计费口的线路损耗，则单位时间内发电机发电收益为：

R_i(P_DGi)＝rP_DGi

上式r为上网电价。从经济效益来看，当售电收益大于发电成本时，此时发电机具有较好的经济性：

${\mathrm{rP}}_{DGi}>(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2)$

即： $F\left(P_{DGi}\right)=MAX({\mathrm{rP}}_{DGi}-(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2))$

对于以上最大效益函数，δF/δP_DGi＝0处时具有最大值，此时发电机发电功率为：

$P_{DGi}=\frac{r-b}{c}$

同时，在考虑经济性可能解时，发电设备发电功率还需满足最大最小出力限制，即：

P_{min_DGi}＜P_DGi＜P_{max_DGi}

因此在实时电价下，燃料型发电设备综合最优化发电有功功率为：

$P_{DGi}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\max \_DGi}& P_{DGi}>=P_{\max \_DGi}\\ \frac{r-b}{c}& P_{\min \_DGi}<P_{DGi}<P_{\max \_DGi}\\ 0& P_{\min \_DGi}>=P_{DGi}\end{array}\right.$

本发明对接入电网的各分布式电源进行分区管理，采用最大化发电效益的策略对区内各分布式发电设备的发电有功进行控制，大大减小了以往分布式电源单独并网对公网造成的冲击，降低了分布式电源增长带来的调度难度，使配电管理更趋于合理有序，提高电网运行的稳定性。

Claims (10)

1.一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统，其特征在于，该发电系统为根据接入输电网上各分布式电源的安装位置分区得到，包括联合协调器和各种分布式发电设备以及设置在各分布式发电设备上的本体控制器，各分布式发电设备接入到输电网上，各分布式发电设备的本体控制器与联合协调器通信连接，所述各分布式发电设备的本体控制器用于采集对应发电设备的运行参数并将其上送给联合协调器，所述联合协调器用于根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并将得到各发电设备的最优化发电有功功率发送给相应的分布式发电设备的本体控制器，各分布式发电设备的本体控制器按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。

2.根据权利要求1所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统，其特征在于，所述联合协调器所建立的目标函数为：

$F\left(P_{DGi}\right)=MAX({\mathrm{rP}}_{DGi}-(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2\left)\right)$

其中r为上网电价，a、b和c为燃料型发电设备耗量特性参数，P_DGi为其发电有功功率。

3.根据权利要求2所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统，其特征在于，所述各分布式发电设备包括无需燃料的可再生能源发电设备和燃料型发电设备，对于无需燃料的发电设备，最优化发电有功功率为其发电设备本体的最大化发电有功功率。

4.根据权利要求3所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统，其特征在于，所述最优化发电有功功率P_DGi还需满足发电设备最大最小出力的限制，即

P_{min_DGi}＜P_DGi＜P_{max_DGi}

其中P_{min_DGi}为发电设备的最小出力，P_{max_DGi}为发电设备的最大出力。

5.根据权利要求4所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统，其特征在于，所述基于地理分区的分布式电源联合发电系统的发电有功功率为各分布式发电设备的最优化发电有功功率之和。

6.一种基于地理分区的分布式电源联合发电系统的协调控制方法，其特征在于，该协调控制方法包括以下步骤：

1)对接入配电网的分布式电源按照安装位置联合起来以形成基于地理分区的分布式电源联合发电系统，并录入各分布式电源发电成本参数和上网电价；

2)采集上述分布式电源联合发电系统中各分布式发电设备的运行参数；

3)根据上述接收到的各发电设备的运行参数、发电成本和上网电价建立以最大化收益为目标的目标函数，求解该目标函数，所得结果即为各发电设备的最优化发电有功功率，并按照接收到的最优化发电有功功率控制对应发电设备发电。

7.根据权利要求6所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统的协调控制方法，其特征在于，所述步骤3)中建立的目标函数为：

$F\left(P_{DGi}\right)=MAX({\mathrm{rP}}_{DGi}-(a+{\mathrm{bP}}_{DGi}+{\mathrm{cP}}_{DGi}^2\left)\right)$

其中r为上网电价，a、b和c为燃料型发电设备耗量特性参数，P_DGi为其发电有功功率。

8.根据权利要求7所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统的协调控制方法，其特征在于，所述各分布式发电设备包括无需燃料的可再生能源发电设备和燃料型发电设备，对于无需燃料的发电设备，最优化发电有功功率为其发电设备本体的最大化发电有功功率。

9.根据权利要求8所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统的协调控制方法，其特征在于，所述最优化发电有功功率P_DGi还需满足发电设备最大最小出力的限制，即

P_{min_DGi}＜P_DGi＜P_{max_DGi}

其中P_{min_DGi}为发电设备的最小出力，P_{max_DGi}为发电设备的最大出力。

10.根据权利要求9所述的基于地理分区的分布式电源联合发电系统的协调控制方法，其特征在于，所述基于地理分区的分布式电源联合发电系统的发电有功功率为各分布式发电设备的最优化发电功率之和。