CN105119325B - 用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统及控制方法，它包括三联供控制系统，在主动配电网中小水电接入处设置有小水电控制管理单元HMU，在三联供控制系统接入处布置三联供控制管理单元CMU，在小水电和三联供所在区域配电网布置小水电与三联供协同交互控制器CC，小水电控制管理单元HMU、三联供控制管理单元CMU和小水电与三联供协同交互控制器CC之间采用GOOSE通讯网络连接；解决了现有技术中小水电与冷热电三联供系统的协调控制采用微电网形式组成的系统进行的微电网系统运行控制管理存在的不能有效提高配电网的消纳能力和整体运行的经济性的问题。

Description

用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化的技术领域，尤其涉及一种用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统及控制方法。

背景技术

随着新型分布式能源（DER）不断地接入配网以及智能电网的发展，改变了原有配网的特性，在配电网中出现功率的双向流动，使电网稳定性降低。而原有配网调度管理机制以及自动化水平，严重制约了小型传统电源（如小型水电和火电）和分布式电源的优化运行。针对这一现状，主动配电网(Active Distribution Network，ADN)技术应运而生，并且成为未来智能配网的一种发展模式。主动配电网旨在解决电网兼容及应用大规模间歇式可再生能源，提升绿色清洁能源的利用率，优化一次能源结构等问题。从传统向主动配电网迈进，是我国配电网发展的一个必然趋势。

当前国内对于主动配电网的研究还处于起步阶段，关于分布式电源接入配电网的运行控制方面，目前研究较多的是光伏、风机等新型绿色清洁能源在主动配网中的运行控制，如光伏接入配电网的运行管理及电压控制。然而由于历史原因和我国西南部水资源较分散的特点，上世纪末兴建的小型水电站基本处于无序管理甚至停止发电的状态，造成了水资源的浪费。若将小型水电站接入配电网，并基于主动配电网思想，实现配电网与水电的有效互动运行管理，则能大大提升水电的利用率，提升原有配电网的主动性。

冷热电三联供（Combined Cooling Heating and Power，CCHP），是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力供应用户的电力需求，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户供热、供冷。目前对于冷热电三联供系统的研究与实践，多见以微电网形式组成的系统进行的微电网系统运行控制管理，而采用微电网形式的运行控制管理在协调控制冷热电三联供与小水电时，不能有效提高配电网的消纳能力和整体运行的经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统及控制方法，已解决现有技术中小水电与冷热电三联供系统的协调控制采用微电网形式组成的系统进行的微电网系统运行控制管理存在的不能有效提高配电网的消纳能力和整体运行的经济性。

本发明技术方案：

一种用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统的控制方法，所述用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统它包括三联供控制系统，在主动配电网中小水电接入处设置有小水电控制管理单元HMU，在三联供控制系统接入处布置三联供控制管理单元CMU，在小水电和三联供所在区域配电网布置小水电与三联供协同交互控制器CC， 小水电控制管理单元HMU、三联供控制管理单元CMU和小水电与三联供协同交互控制器CC之间采用GOOSE通讯网络连接；所述控制方法包括下述步骤：

步骤1、三联供控制系统预测冷热负荷需求，将冷热负荷需求和三联供机组的运行信息一起上送给三联供控制管理单元CMU，并根据三联供控制管理单元CMU的指令完成对冷热电三联的直接控制；小水电控制系统将水情和机组运行信息上送给小水电控制管理单元HMU，并根据小水电控制管理单元HMU的指令完成对小水电机组的直接控制；

步骤2、三联供控制管理单元CMU和小水电控制管理单元HMU计算出当前电源的等效增量曲线，与并网点信息和机组运行信息一起上送给小水电与三联供协同交互控制器CC；步骤2所述的计算当前电源的等效增量曲线的方法为：采用增加单位发电功率所需花费来计算等效增量，三联供的等效增量计算将电、冷、热负荷作为一个整体考虑，并以预测的冷、热负荷需求作为分界条件，当增加三联供系统的发电量同时增加的冷量和热量不超出预测的冷热负荷需求时，则将对应的冷热量折算成电量与发电机的发电量累加作为总发电量进行计算；当增加的三联供系统的发电量同时增加的冷量或热量超出预测的冷热负荷需求时，则将需求内的冷热量折算成电量与发电机的发电量累加作为总发电量进行计算；

步骤3、小水电与三联供协同交互控制器CC根据从主动配电网智能决策主站接收到的调度指令、功率指令、当前区域配电网运行方式、三联供控制管理单元CMU和小水电控制管理单元HMU上送的信息，首先确定下一时刻区域配电网的运行方式，再进行小水电与三联供之间的功率分配，达到可靠经济运行的目的；步骤3所述下一时刻区域配电网的运行方式的确定方法为：a、当小水电与三联供协同交互控制器CC接收到智能决策主站下发的由并联运行转独立运行指令时，根据从区域边界开关上采集的功率及方向计算流入的不平衡功率，若不平衡功率大于区域内的电源的有效备用功率，则可按预先设定的优先级顺序逐次跳开可控负荷支路开关，直至不平衡功率小于区域内电源的有效备用功率，然后给小水电控制管理单元HMU下发转调峰运行即按实时负荷变动发电运行指令，给三联供控制管理单元CMU下发投入紧急调频功能的指令，依次跳开区域配电网的边界开关，最后区域配电网转入独立运行模式；b、当小水电与三联供协同交互控制器CC接收到智能决策主站下发的由独立运行转并联运行指令时，首先给小水电控制管理单元HMU下发转下垂运行指令，然后实时检测选择的并网开关两侧电压的幅值，并判断幅值，若幅值不满足同期条件，则根据差值给小水电控制管理单元HMU下发电压调整指令，直至满足；然后实时检测选择的并网开关两侧电压的相位差，并判断相位差，若在预先设定的时间内相位差不能满足同期条件，则给HMU下发频率调整指令，然后再检测相位差，当相位差满足同期条件时控制选择的并网开关闭合，然后给三联供控制管理单元CMU下发退出紧急调频功能的指令，最后给HMU下发转基荷运行即按照给定的功率稳定连续性地发电运行指令，区域配电网转入并联运行模式；

步骤3中所述小水电与三联供之间的功率分配方法为：a、当区域配电网独立运行时，首先判断当前区域配电网的电压和频率，若有异常，则不进行功率分配；若无异常，则根据步骤2中的等效增量曲线和当前电源功率，按照电源总功率不变计算重新分配后的功率值，然后校验计算的功率值，若在设备允许的运行范围内，则按设定步长调整三联供的发电功率至计算值，否则以计算值为方向，以设定步长逐步校验允许范围进行调整，直至超出允许范围后停止调整；b、当区域配电网并联运行时，则根据步骤2中的等效增量曲线和当前电源功率，按照电源总功率等于调度指令计算重新分配后的功率值，然后判断计算的功率值，若在设备允许的运行范围内，则调整小水电、三联供的发电功率至计算值，否则以计算值为方向，以设定步长逐步校验允许范围进行调整，直至超出允许范围后停止调整。

所述步骤2中，小水电的等效增量计算是对稳定运行区间、许可运行区间和禁止运行区间分段计算，许可运行区间和禁止运行区间的计算是在稳定运行区间的等效增量计算方法基础上分别乘以不同的惩罚系数。

本发明的有益效果：

本发明是基于主动配电网的思想，在水电运行控制系统和冷热电联供系统基础上为实现主动配电网运行管理，增加水电和冷热电三联供系统的整体协同管理控制系统，并受配电网调度管理，实现多分布式发电系统的统筹管理，实现主动配电网中一定区域的协调控制。

本发明采用分层分布式架构，对接入配电网的小水电和三联供进行主动的协调控制。在电网正常情况下，在主动配电网智能决策系统的调度管理下，综合考虑冷热负荷需求和各个电源的运行特性，在小水电和三联供之间合理分配调度负荷，提高配电网对分布式电源的消纳能力和整体运行经济性。在主动配电网异常或者计划检修的情况下，根据主动配电网智能决策系统的指令，计算区域配电网的电源和负荷配置，实现区域配电网内重要负荷的持续供电，对配电网运行提供支撑。，解决了现有技术中小水电与冷热电三联供系统的协调控制采用微电网形式组成的系统进行的微电网系统运行控制管理存在的不能有效提高配电网的消纳能力和整体运行的经济性。

附图说明：

图1为小水电与三联供协同控制系统示意图；

图2为协同控制系统结构示意图；

图3为系统并联运行转独立运行切换示意图；

图4为系统独立运行转并联运行切换示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，图中CB1和CB2是两条馈线对应的变电站出口开关，CB3是配电变压器低压侧开关，TB是两条馈线的联络开关，控制系统采用分层分布式布局。小水电与三联供协同控制系统，在小水电接入处布置小水电控制管理单元（简称HMU），在三联供接入处布置三联供控制管理单元（简称CMU），在小水电和三联供所在区域配电网布置小水电与三联供协同交互控制器（简称CC）。三者之间通过建立的GOOSE通讯网络进行信息交互。CC采集区域配电网的边界开关、联络开关和可控负荷支路开关位置、功率及方向，并能对开关进行分合控制以改变区域配电网的运行方式，实现小水电与三联供所在的区域配电网与公共配电网并联或者独立运行的情况。

适用于主动配电网的小水电与三联供协同控制系统及其方法，具体实施步骤如下：

步骤1，如图1所示，三联供控制系统是联系三联供机组与CMU的纽带，预测冷热负荷需求，并和三联供机组的运行信息一起上送给CMU，并根据CMU的指令完成对冷热电三联的直接控制。小水电控制系统是联系小水电机组与HMU的纽带，将水情和机组运行信息上送给HMU，并根据HMU的指令完成对小水电机组的直接控制。

步骤2，如图1所示，CMU和HMU分别计算出其所控制的当前电源的等效增量曲线，与并网点信息、机组运行信息通过GOOSE通讯网络一起上送给CC。

步骤3，如图2所示，CC根据从主动配电网智能决策主站接收到的调度指令（包括功率指令和）、当前区域配电网运行方式、CMU和HMU上送的信息，通过制定的决策逻辑，首先确定下一时刻区域配电网的运行方式，再进行小水电与三联供之间的功率分配，达到可靠经济运行的目的。

所述步骤1中，三联供控制系统冷热负荷需求预测方法如下：首先按日对冷热负荷的历史数据进行整理；然后按工作日、节假日、周末三种类型和优先级顺序对负荷数据进行分类，所述优先级顺序是指按照工作日、节假日、周末的顺序。比如，对于既是工作日又是周末的日子，对于某些调休的情况，则归入工作日类型。并分别建立日特征向量（日期，天气，温度）与负荷数据之间的映射关系。（工作日是指实际工作的日子，节假日是指实际节假休息日，周末则是指日历上的周五和周六。寻找与当日同一分类中以当日的特征向量为中心的超球内的负荷数据簇，球的半径可根据负荷数据簇内数量进行调整；在数据簇中选取与当日负荷序列从当前时刻往前匹配最长的日负荷数据，并将其下一时刻的数据作为预测负荷需求。

所述步骤2中，采用增加单位发电功率所需花费来计算等效增量，三联供的等效增量计算将电、冷、热负荷作为一个整体考虑，并以预测的冷、热负荷需求作为分界条件，当增加三联供系统的发电量同时增加的冷量和热量不超出预测的冷热负荷需求时，则将对应的冷热量折算成电量与发电机的发电量累加作为总发电量进行计算；当增加的三联供系统的发电量同时增加的冷量或热量超出预测的冷热负荷需求时，则将需求内的冷热量折算成电量与发电机的发电量累加作为总发电量进行计算。

所述步骤2中，小水电的等效增量计算需对稳定运行区间、许可运行区间和禁止运行区间分段计算，许可运行区间和禁止运行区间的计算是在稳定运行区间的等效增量计算方法的基础上乘以不同的惩罚系数。稳定运行区间是指水电正常运行的稳定区间，且经济性良好；许可运行区间是指水电可以运行的区间，不包括稳定运行区间，但存在经济性差等特点；禁止运行区间是指水电稳定和许可运行区间以外的运行区间；惩罚系数是一个权重系数，乘以该权重系数的目的是尽量避免水电进入许可运行区间和禁止运行区间。

所述步骤3中CC根据接收到的调度指令，按照如下策略改变区域配电网的运行方式：

（1）当CC接收到智能决策主站下发的由并联运行转独立运行时，根据从区域边界开关上采集的功率及方向计算流入的不平衡功率，若不平衡功率大于区域内的电源的有效备用功率，则可按预先设定的优先级顺序逐次跳开可控负荷支路开关，直至不平衡功率小于区域内电源的有效备用功率，然后给HMU下发转调峰运行（即按实时负荷变动发电运行）指令，给CMU下发投入紧急调频功能的指令，依次跳开区域配电网的边界开关，最后区域配电网转入独立运行模式。

（2）当CC接收到智能决策主站下发的由独立运行转并联运行时，首先给HMU下发转下垂运行指令，然后实时检测选择的并网开关两侧电压的幅值是否满足同期条件，若幅值不满足，则根据差值给HMU下发电压调整指令，直至满足。然后实时检测选择的并网开关两侧电压的相位差是否满足同期条件，若在预先设定的一段时间内始终不能满足，则给HMU下发频率调整指令，然后再检测相位差是否满足同期条件，当满足时控制选择的并网开关闭合，然后给CMU下发退出紧急调频功能的指令，最后给HMU下发转基荷运行（即按照给定的功率稳定连续性地发电运行）指令，区域配电网转入并联运行模式。

所述步骤3中，CC根据区域配电网的运行方式，按照如下策略在小水电与三联供之间进行功率分配：

（1）当区域配电网独立运行时，首先判断当前区域配电网的电压和频率是否有异常，若有异常，则不进行功率分配；若无异常，则根据步骤2中的等效增量曲线和当前电源功率，按照电源总功率不变的原则，计算重新分配后的功率值，然后校验计算的功率值是否在设备允许的运行范围内，若在允许范围内，则按设定步长（斜率小于小水电的爬坡率）调整三联供的发电功率至计算值，否则以计算值为方向，以设定步长逐步校验允许范围进行调整，直至超出允许范围后停止调整。

（2）当区域配电网并联运行时，则根据步骤2中的等效增量曲线和当前电源功率，按照电源总功率等于调度指令原则，计算重新分配后的功率值，然后校验计算的功率值是否在设备允许的运行范围内，若在允许范围内，则调整小水电、三联供的发电功率至计算值，否则以计算值为方向，以设定步长逐步校验允许范围进行调整，直至超出允许范围后停止调整。

Claims (1)

1.一种用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统的控制方法，所述用于主动配电网小水电与三联供协同控制系统包括三联供控制系统，在主动配电网中小水电接入处设置有小水电控制管理单元HMU，在三联供控制系统接入处布置三联供控制管理单元CMU，在小水电和三联供所在区域配电网布置小水电与三联供协同交互控制器CC， 小水电控制管理单元HMU、三联供控制管理单元CMU和小水电与三联供协同交互控制器CC之间采用GOOSE通讯网络连接；其特征在于：所述控制方法包括下述步骤：

步骤1、三联供控制系统预测冷热负荷需求，将冷热负荷需求和三联供机组的运行信息一起上送给三联供控制管理单元CMU，并根据三联供控制管理单元CMU的指令完成对冷热电三联的直接控制；小水电控制系统将水情和机组运行信息上送给小水电控制管理单元HMU，并根据小水电控制管理单元HMU的指令完成对小水电机组的直接控制；

步骤2、三联供控制管理单元CMU和小水电控制管理单元HMU计算出当前电源的等效增量曲线，与并网点信息和机组运行信息一起上送给小水电与三联供协同交互控制器CC；步骤2所述的计算当前电源的等效增量曲线的方法为：采用增加单位发电功率所需花费来计算等效增量，三联供的等效增量计算将电、冷、热负荷作为一个整体考虑，并以预测的冷、热负荷需求作为分界条件，当增加三联供系统发电量同时增加的冷量和热量不超出预测的冷热负荷需求时，则将对应的冷热量折算成电量与发电机的发电量累加作为总发电量进行计算；当增加的三联供系统的发电量同时增加的冷量或热量超出预测的冷热负荷需求时，则将需求内的冷热量折算成电量与发电机的发电量累加作为总发电量进行计算；小水电的等效增量计算是对稳定运行区间、许可运行区间和禁止运行区间分段计算，许可运行区间和禁止运行区间的计算是在稳定运行区间的等效增量计算方法基础上分别乘以不同的惩罚系数；

步骤3、小水电与三联供协同交互控制器CC根据从主动配电网智能决策主站接收到的调度指令、功率指令、当前区域配电网运行方式、三联供控制管理单元CMU和小水电控制管理单元HMU上送的信息，首先确定下一时刻区域配电网的运行方式，再进行小水电与三联供之间的功率分配，达到可靠经济运行的目的；步骤3所述下一时刻区域配电网的运行方式的确定方法为：a、当小水电与三联供协同交互控制器CC接收到智能决策主站下发的由并联运行转独立运行指令时，根据从区域边界开关上采集的功率及方向计算流入的不平衡功率，若不平衡功率大于区域内的电源的有效备用功率，则可按预先设定的优先级顺序逐次跳开可控负荷支路开关，直至不平衡功率小于区域内电源的有效备用功率，然后给小水电控制管理单元HMU下发转调峰运行即按实时负荷变动发电运行指令，给三联供控制管理单元CMU下发投入紧急调频功能的指令，依次跳开区域配电网的边界开关，最后区域配电网转入独立运行模式；b、当小水电与三联供协同交互控制器CC接收到智能决策主站下发的由独立运行转并联运行指令时，首先给小水电控制管理单元HMU下发转下垂运行指令，然后实时检测选择的并网开关两侧电压的幅值，并判断幅值，若幅值不满足同期条件，则根据差值给小水电控制管理单元HMU下发电压调整指令，直至满足；然后实时检测选择的并网开关两侧电压的相位差，并判断相位差，若在预先设定的时间内相位差不能满足同期条件，则给小水电控制管理单元HMU下发频率调整指令，然后再检测相位差，当相位差满足同期条件时控制选择的并网开关闭合，然后给三联供控制管理单元CMU下发退出紧急调频功能的指令，最后给小水电控制管理单元HMU下发转基荷运行即按照给定的功率稳定连续性地发电运行指令，区域配电网转入并联运行模式；

步骤3中所述小水电与三联供之间的功率分配方法为：a、当区域配电网独立运行时，首先判断当前区域配电网的电压和频率，若有异常，则不进行功率分配；若无异常，则根据步骤2中的等效增量曲线和当前电源功率，按照电源总功率不变计算重新分配后的功率值，然后校验计算的功率值，若在设备允许的运行范围内，则按设定步长调整三联供的发电功率至计算值，否则以计算值为方向，以设定步长逐步校验允许范围进行调整，直至超出允许范围后停止调整；b、当区域配电网并联运行时，则根据步骤2中的等效增量曲线和当前电源功率，按照电源总功率等于调度指令计算重新分配后的功率值，然后判断计算的功率值，若在设备允许的运行范围内，则调整小水电、三联供的发电功率至计算值，否则以计算值为方向，以设定步长逐步校验允许范围进行调整，直至超出允许范围后停止调整。