CN105634012B - 一种分布式发电与微电网智能监测控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，包括微电网发电容量监测、微电网系统监测和分布式电源监测。本发明将分布式电源，如光伏、风力、混合发电等、微电网和设备运行状况实现一体化监测，监测参数丰富全面，所采集数据信息量大，数据可靠，为大数据分析与云计算提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，属于电力工业的技术领域。
背景技术
随着全球二氧化碳排量控制与减排，清洁能源和新能源成为了全球研究和应用开发热点。在我国，为了推进清洁能源和新能源发展和应用，出台了一系列鼓励政策，光伏、风电等分布发电逐渐受到重视，而且随着光伏电源和风力电发电技术的发展和完善，已经呈现喷发式发展。如分布光伏发电，从工厂、机关、学校，甚至居民房顶都可以安装光伏发电装置，其中较小规模的分布式发电可以采用220或380V直接接入终端电网，而较大规模的光伏发电则是以10kV电压等级接入电网，10kV电压等级的多个分布电源可以组成微电网，既可以并网运行，也可以孤网运行。从投入和产出比考虑，微电网是今后的光伏分布式电源的主要发展方向，微电网不仅极大满足了不同的社会需求，同时又提高了用电的灵活性。
若将10kV直接接入电网，由于10kV线路覆盖区域面积大、线路拉手率高，随着分布式电源的增加，每条线路上的分布式电源达到一定容量后，不仅会影响线路的电压和变压器容量参数，而且使保护系统复杂化，甚至直接影响电网运行安全。另外，随着微电网内部分布电源数量增加和多样化，各种因素互相交叉影响，必须采用统一和智能化管理系统，来实现发电资源的最优化，同时对运行状态和设备健康安全进行监控，使微电网始终处于安全和可靠的运行状态，使经济、社会和环境效益最大化。10kV微电网的运行管理面临著极大挑战，这就要求提高输变电的自动化和智能化，通过对10kV微电网的在线监测、控制、分析和预警等来实施，从而确保电网的安全运行。
申请号为CN104410100的发明专利和专利号为CN 204230933的实用新型专利提供了一种安装选址灵活、接入快速方便、安全可靠、免维护、独立性强和智能化程度高的分布式光伏发电并网智能黑匣子，只解决了220和380V分布式光伏发电并网问题，不足之处是没有考虑光照强度和光照时间对实际电量输出的影响，特别是对电网稳定性的影响，而且规模越大和电压等级越高，对电网的影响越突出。
在国外，2015年3月20日欧洲出现了一次日全食，通过对气象条件的在线监测，预判光伏发电对系统的影响，采用及时补充容量，确保了电网的正常运行。
由此可见，光伏分布式发电受外界条件影响很大，从而进一步影响电网安全运行。对于10kV等级分布式发电与微电网，目前国内未见分布式发电与微电网智能监测控制的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种分布式发电与微电网智能监测控制方法。本发明适用于10kV电压等级分布发电设备与微电网的监测与控制，本发明采用监测模块及其相应传感器，实现发电、微电网和设备运行状态的在线监测、数据采集与传输一体化。
对于专业人士，分布式发电(电源)比较熟悉，此专利涉及的分布式电源包括光伏发电、风力发电等，而这些只是分布式电源的不同形式而已。其特点是规模相对较小、布局分散、区域性明显、受环境气候等影响、稳定性差等。
分布式电源仅是指不同的电源，本身形不成网。
微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转化装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自制系统，可以并网和孤网运行。
该专利的分布式电源可以是单独分布光伏电源组合、单独分布风力电源组合、分布光伏电源+分布风力电源的组合、其他不同分布式电源及组合等。
本发明的技术方案如下：
一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，包括微电网发电容量监测、微电网系统监测和分布式电源监测：
所述微电网发电容量监测包括监测装机容量、实际输出容量和稳定输出容量，步骤如1)-3)：
1)计算和确定微电网的规模与容量；
2)分析和计算微电网实际发电输出容量：通过监测分布式电源外部的环境参数，分别计算所述分布式电源的实际发电输出容量；其中，所述环境参数包括分布式电源所处地域、季节和气象的因素；然后根据微电网所包含分布式电源的数量计算所述微电网的实际发电输出容量；
所述微电网系统监测包括步骤3)：
3)分布式电源与微电网全天候稳定输出：
通过监测外界环境因素预测实际用电需求量，结合微电网实际发电输出容量配置储能系统或配置电力补充系统，
当微电网实际发电输出容量与实际用电需求量差值为正值时，则调度配置储能系统，即，
配置储能系统调度量＝(微电网实际发电输出容量-实际用电需求量)；
当微电网实际发电输出容量与实际用电需求量差值为负值时，则调度配置电力补充系统，即，
配置电力补充系统调度量＝|微电网实际发电输出容量-实际用电需求量|；
所述分布式电源监测包括步骤4)：
4)分布式电源的监测和维护：
预设微电网中各个分布式电源运行参数数据库，包括分布式电源的编号、对应编号下分布式电源的容量和分布式电源的地理位置；
预设区域范围内微电网的估计发电容量，其中所述估计发电容量的计算方法:
估计发电输出容量＝微电网容量×地域因子×季节因子×预报气象因子；所述预报气象因子为根据天气预报对应的气象因子；
监测区域范围内微电网的实际发电输出容量和估计发电输出容量差值的绝对值E，预设一个发电差值阈值β：
当E>β时，则判断该区域范围内微电网故障，监测该区域范围内各个分布式电源，将故障分布式电源的地理位置以报错信息形式返回监测模块；
当E≤β时，则判断该区域范围内微电网运行正常。
本发明通过监测分布式电源效率衰减，分析和预判寿命，通过及时定位、维护、保养和置换等措施，实现在全服役期内发电输出稳定和资源配置最优化。
根据本发明优选的，在计算微电网实际发电输出容量的方法为：
5)按照不同地域、不同季节和不同气象分别预算对应的折算因子，即地域因子、季节因子和气象因子，上述折算因子是通过实际环境测算统计得出的；
6)分布式电源实际发电输出容量＝分布式电源的装机容量×地域因子×季节因子×气象因子；
7)然后根据微电网所包含分布式电源的数量计算所述微电网的实际发电输出容量。
根据本发明优选的，所述微电网系统监测还包括对微电网基本参数的实时监测、对比：
预设微电网基本参数的波动阈值；
设置微电网基本参数的基值；
对微电网的基本参数实时监测；
所述微电网基本参数包括电流、频率、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电量与谐波频率；
在微电网的监测模块中，分别将上述实时监测到的基本参数分别对应与所述基值进行对比获得差值：
如差值的绝对值大于波动阈值，则判断微电网基本参数波动范围过大，由所述微电网的监测模块报告微电网工作异常；
如差值的绝对值小于等于波动阈值，则判断微电网基本参数波动范围正常，由所述微电网的监测模块报告微电网工作正常。
根据本发明优选的，所述微电网系统监测还包括监测分布式电源的内部温度、湿度、开关开断次数、磁场、涡流、灭弧室内金属微粒含量与配件使用寿命。
本发明的优点体现在：
1、本发明将分布式电源(光伏、风力、混合发电等)、微电网和设备运行状况实现一体化监测，监测参数丰富全面，所采集数据信息量大，数据可靠，为大数据分析与云计算提供依据。
2、本发明在线监测分布式电源的相关参数，为提高分布式电源输出稳定性奠定基础。
3、本发明在线监测微电网和分布式电源运行参数，为实现微电网运行稳定与安全提供数据支持。
4、本发明通过对所采集的监测数据进行分析，确定影响运行状态的主要参数，为系统和设备安全运行和调整控制提供判据。
5、本发明通过及时调整和控制影响运行状态的各参数，使微电网始终处于安全、稳定和可靠运行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，包括微电网发电容量监测、微电网系统监测和分布式电源监测：其中，所述的分布式电源为光伏发电设备；
所述微电网发电容量监测包括监测装机容量、实际输出容量和稳定输出容量，步骤如1)-3)：
1)计算和确定微电网的规模与容量；
2)分析和计算微电网实际发电输出容量：通过监测分布式电源外部的环境参数，分别计算所述分布式电源的实际发电输出容量；其中，所述环境参数包括分布式电源所处地域、季节和气象的因素；然后根据微电网所包含分布式电源的数量计算所述微电网的实际发电输出容量；
在计算微电网实际发电输出容量的方法为步骤5)-7)：
5)按照不同地域、不同季节和不同气象分别预算对应的折算因子，即地域因子、季节因子和气象因子，上述折算因子是通过实际环境测算统计得出的；
6)分布式电源实际发电输出容量＝分布式电源的装机容量×地域因子×季节因子×气象因子；
7)然后根据微电网所包含分布式电源的数量计算所述微电网的实际发电输出容量；
所述微电网系统监测包括步骤3)：
3)分布式电源与微电网全天候稳定输出：
通过监测外界环境因素预测实际用电需求量，结合微电网实际发电输出容量配置储能系统或配置电力补充系统，
当微电网实际发电输出容量与实际用电需求量差值为正值时，则调度配置储能系统，即，
配置储能系统调度量＝(微电网实际发电输出容量-实际用电需求量)；
当微电网实际发电输出容量与实际用电需求量差值为负值时，则调度配置电力补充系统，即，
配置电力补充系统调度量＝|微电网实际发电输出容量-实际用电需求量|；
所述分布式电源监测包括步骤4)：
4)分布式电源的监测和维护：
预设微电网中各个分布式电源运行参数数据库，包括分布式电源的编号、对应编号下分布式电源的容量和分布式电源的地理位置；
预设区域范围内微电网的估计发电容量，其中所述估计发电容量的计算方法:
估计发电输出容量＝微电网容量×地域因子×季节因子×预报气象因子；所述预报气象因子为根据天气预报对应的气象因子；
监测区域范围内微电网的实际发电输出容量和估计发电输出容量差值的绝对值E，预设一个发电差值阈值β：
当E>β时，则判断该区域范围内微电网故障，监测该区域范围内各个分布式电源，将故障分布式电源的地理位置以报错信息形式返回监测模块；
当E≤β时，则判断该区域范围内微电网运行正常。
实施例2、
如实施例1所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其区别在于，所述微电网系统监测还包括对微电网基本参数的实时监测、对比：
预设微电网基本参数的波动阈值；
设置微电网基本参数的基值；
对微电网的基本参数实时监测；
所述微电网基本参数包括电流、频率、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电量与谐波频率；
在微电网的监测模块中，分别将上述实时监测到的基本参数分别对应与所述基值进行对比获得差值：
如差值的绝对值大于波动阈值，则判断微电网基本参数波动范围过大，由所述微电网的监测模块报告微电网工作异常；
如差值的绝对值小于等于波动阈值，则判断微电网基本参数波动范围正常，由所述微电网的监测模块报告微电网工作正常。
实施例3、
如实施例1所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其区别在于，所述微电网系统监测还包括监测分布式电源的内部温度、湿度、开关开断次数、磁场、涡流、灭弧室内金属微粒含量与配件使用寿命。
实施例4、
如实施例1-3所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其区别在于，所述的分布式电源为风力发电设备。
实施例5、
如实施例1-3所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其区别在于，所述的分布式电源为光伏发电设备和风力发电设备相组合的混合发电设备。
Claims (4)
1.一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其特征在于，该控制方法包括微电网发电容量监测、微电网系统监测和分布式电源监测：
所述微电网发电容量监测包括监测装机容量、实际发电输出容量和稳定输出容量，步骤如1)-2)：
1)计算和确定微电网的规模与容量；
2)分析和计算微电网实际发电输出容量：通过监测分布式电源外部的环境参数，分别计算所述分布式电源的实际发电输出容量；其中，所述环境参数包括分布式电源所处地域、季节和气象的因素；然后根据微电网所包含分布式电源的数量计算所述微电网的实际发电输出容量；
所述微电网系统监测包括步骤3)：
3)分布式电源与微电网全天候稳定输出：
通过监测外界环境因素预测实际用电需求量，结合微电网实际发电输出容量配置储能系统或配置电力补充系统，
当微电网实际发电输出容量与实际用电需求量差值为正值时，则调度配置储能系统，即，
配置储能系统调度量＝(微电网实际发电输出容量-实际用电需求量)；
当微电网实际发电输出容量与实际用电需求量差值为负值时，则调度配置电力补充系统，即，
配置电力补充系统调度量＝|微电网实际发电输出容量-实际用电需求量|；
所述分布式电源监测包括步骤4)：
4)分布式电源的监测和维护：
预设微电网中各个分布式电源运行参数数据库，包括分布式电源的编号、对应编号下分布式电源的容量和分布式电源的地理位置；
预设区域范围内微电网的估计发电输出容量，其中所述估计发电输出容量的计算方法:
估计发电输出容量＝微电网容量×地域因子×季节因子×预报气象因子；所述预报气象因子为根据天气预报对应的气象因子；
监测区域范围内微电网的实际发电输出容量和估计发电输出容量差值的绝对值E，预设一个发电差值阈值β：
当E>β时，则判断该区域范围内微电网故障，监测该区域范围内各个分布式电源，将故障分布式电源的地理位置以报错信息形式返回监测模块；
当E≤β时，则判断该区域范围内微电网运行正常。
2.根据权利要求1所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其特征在于，在计算微电网实际发电输出容量的方法为：
5)按照不同地域、不同季节和不同气象分别预算对应的折算因子，即地域因子、季节因子和气象因子，上述折算因子是通过实际环境测算统计得出的；
6)分布式电源实际发电输出容量＝分布式电源的装机容量×地域因子×季节因子×气象因子；
7)然后根据微电网所包含分布式电源的数量计算所述微电网的实际发电输出容量。
3.根据权利要求1所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其特征在于，所述微电网系统监测还包括对微电网基本参数的实时监测、对比：
预设微电网基本参数的波动阈值；
设置微电网基本参数的基值；
对微电网的基本参数实时监测；
所述微电网基本参数包括电流、频率、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电量与谐波频率；
在微电网的监测模块中，分别将上述实时监测到的基本参数分别对应与所述基值进行对比获得差值：
如差值的绝对值大于波动阈值，则判断微电网基本参数波动范围过大，由所述微电网的监测模块报告微电网工作异常；
如差值的绝对值小于等于波动阈值，则判断微电网基本参数波动范围正常，由所述微电网的监测模块报告微电网工作正常。
4.根据权利要求1所述的一种分布式发电与微电网智能监测控制方法，其特征在于，所述微电网系统监测还包括监测分布式电源的内部温度、湿度、开关开断次数、磁场、涡流、灭弧室内金属微粒含量与配件使用寿命。
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| CN105207259A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-30 | 北京北变微电网技术有限公司 | 基于能量管理的并网状态下的微电网系统调度方法 |
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2016
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| 含多种分布式电源和储能的微网优化运行与管理研究;徐晓琳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20131215;第1-48页 * |
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