CN105762844B - 一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，其包括以下步骤：以微电网计划调度结果为参考，建立并网点交换功率或主电源功率的实时控制的包络线。根据各类设备的容量参数与实时监测获得的实时状态数据，计算可控分布式电源、可再生能源电源以及储能设备的实时可调容量。建立基于包络线控制的启发式实时调度策略，当并网点或主电源的功率超出包络线范围时，则启动实时调度策略。为微电网在并网与孤网运行状态的安全运行提供一种有效的实时调度方法。

Description

一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法

技术领域

本发明涉及电力系统中微电网的实时运行调度领域，尤其涉及微电网在并网与孤岛状态下的有功实时调度方法。

背景技术

随着全球能源、环境问题的凸显，风能、太阳能等可再生能源得到较大的发展。与此同时，微电网作为一种包含可再生能源等分布式电源的综合集成技术得到了广泛的关注。微电网具有灵活的运行特性，可以并网或孤岛运行，能同时满足本地用户的电能和热能需求。微电网提高了分布式发电系统的供电可靠性，实现了分布式电源与负荷的一体化运行，减少了系统的污染排放，已经成为智能电网建设中一个重要的组成部分。

微电网的发展具有这良好的前景。它是风电、光伏等分布式发电充分利用的有效组织形式。分布式电源的间歇性与随机性对微电网的稳定运行与功率平衡控制带来了较大的挑战。能量管理系统是微电网安全持续运行的重要保障，其中日前及日内经济调度的研究已较为成熟，微电网的日前调度与日内调度可参照大电网的研究方法，当前，国内外已经有较多的研究成果。

微电网的实时调度的研究还相对较少，当前还没有成熟的理论基础和方法。然而，实时调度是微电网能量管理系统的重要组成部分，主要偏重与分钟级的调度控制。微电网风电、光伏比重一般较大，具有较大的功率波动，对微电网的实时运行带来了较大的影响，因此，高效实用的实时控制，对微电网的安全稳定运行意义重大，在微电网当前的发展阶段已逐步受到重视。并且，实时功率平衡控制问题也是当前实际工程中面临的主要难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，为微电网在并网与孤网运行状态的安全运行提供一种有效的实时调度方法。

为了实现上述目的，本发明在微电网日前调度结果与各类微电源实时可调容量建模的基础上，采用包络线控制原理，提出了微电网在并网与孤网运行状态下的有功实时控制方法，实现了类似于大电网的AGC功能，解决了微电网实时运行的功率平衡控制问题。

分析了微电网实时调度的特征，明确了实时调度的任务是并网状下并网点(PCC)与主网交换功率控制或者孤网状态下主电源功率控制；提出了基于包络线的实时控制思路，将实时运行点控制在以计划调度结果为参考的包络线内，并有利于防止频繁调节各类设备；建立了微电网内各类电源(包括储能设备)的实时可调容量模型；建立了启发式实时调度策略，具有快速响应的特点。

一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，包括：

以微电网并网点交换功率或主电源功率计划调度结果为参考的包络线作为实时调度目标；

将计划调度结果的包络线作为实时调度的触发条件；

根据储能设备的功率和电量限制，计算其实时可调容量；

根据可控分布式电源的启停状态和出力上下限，计算其实时可调容量；

根据可再生能源电源的实时出力状态，计算其实时可调容量；

设计了基于包络线控制的启发式微电网实时调度策略。

所述的以微电网并网点交换功率或主电源功率计划调度结果为参考的包络线作为实时调度目标，以并网情况下并网点功率或孤网情况下主电源功率的计划调度结果为参考，设置控制误差限，得到实时控制的包络线范围：

式中：P^PCC(τ)，P^Main(τ)分别表示并网点与主电源的实时功率；分别为并网点与主电源的计划调度结果；ΔP^PCC，ΔP^Main分别为并网点与主电源允许的实时功率控制误差。

将计划调度结果的包络线作为实时调度的触发条件，在实时运行过程中当微电网并网点或主电源功率的超出计划调度结果的包络线范围时，则启动实时调度策略。

计算储能设备的实时可调容量时，需考虑其功率调节容量与电量调节容量的限制，设储能设备当前的充放电功率分别为实时调节容量 可分别表示为：

式中，为储能设备的实时充放电功率；为储能设备的最大充放电功率；SOC^ST(τ)为储能设备的实时荷电状态；为储能设备的充放电效率；T_rea为每次实时调度后，储能期望的持续运行时间。

计算可控分布式电源实时可调容量时，开机状态下电源的向上可调容量为当前出力与最大技术出力之间的距离，向下可调容量为当前出力与最小技术出力之间的距离；停机状态下电源的向上、向下调节容量为0。

计算可再生能源电源实时可调容量时，可再生能源电源的最大可用出力由自然条件决定，其向上可用容量为当前出力与采用最大功率追踪控制策略下出力之间的距离，向下可调容量为其当前出力的大小。

基于包络线控制的启发式实时调度策略，当并网点或主电源的功率超出包络线的上边界时，依次增加可再生能源电源、储能设备、可控电源出力、以及中断负荷；当超出包络线的下边界时，依次减少可控电源、储能设备、可再生能源电源出力，将并网点或主电源的功率控制在包络线范围内。

本发明的有益效果在于：明确了微电网实时调度的目标是将并网点交换功率或孤网状态下主电源功率控制在运行范围内，确保微电网的持续安全运行；提出了包络线的实时控制方法，解决了无法将并网点或主电源功率控制在某一固定水平上的难题，使得调度方法更具可行性，并有利于避免设备的频繁触发。建立了微电网的启发式调度策略，具有快速、灵活的特点，可满足微电网实时调度快速响应的需求。

附图说明

图1实时调度包络线示意图；

曲线1为计划调度的趋势线；曲线2为实时调度参考的包络线

图2微电网并网状态下的启发式实时调度流程图；

图3微电网孤网状态下的启发式实时调度流程图。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。但本发明的内容不仅仅局限如此。

应用本发明所提的基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，是以计划调度结果为基础，根据微电网运行时的实时监测数据，制定实时调度策略。首先需要获取参数与数据包括：

微电网中各电源运行参数；

微电网的日前计划调度结果；

微电网当前时刻的运行状态。

第1步：根据日前计划调度结果，计算实时控制的包络线范围：

1)对于微电网的并网运行状态，由于实时调度的目标是将并网点功率控制在合理范围内，因此，以计划调度结果为参考，设置一定的实时控制误差限，建立并网点功率实时控制的包络线范围为：

式中：P^PCC(τ)表示并网点的实时功率；为并网点的计划调度结果；ΔP^PCC为并网点允许的实时功率控制误差。

2)对于微电网的孤网运行状态，由于实时调度的目标是将微电网中主电源的功率控制在合理范围内，因此，以计划调度结果为参考，设置一定的实时控制误差，建立其实时控制的包络线区域为：

式中：P^Main(τ)表示主电源的实时功率；为主电源的计划调度结果；ΔP^Main为主电源允许的实时功率控制误差。

第二步：建立了微电网内各类电源(包括储能设备)的实时调节能力模型，包括：

1)储能的实时可调容量建模

储能设备的实时调度过程中，需考虑其功率调节容量与电量调节容量的限制，设储能设备当前的充放电功率分别为实时调节容量 可分别表示为：

式中，为储能设备的实时充放电功率；为储能设备的最大充放电功率；SOC^ST(τ)为储能设备的实时荷电状态；为储能设备的充放电效率；T_rea为每次实时调度后，储能期望的持续运行时间。

2)可控电源实时可调容量建模

以柴油机为例，开机状态下，设其当前出力为则实时向上、向下可调容量可表示为：

式中，为柴油机的最小、最大技术出力。

可控电源在停机状态下的实时调节容量为零。

3)可再生能源电源(如风电、光伏)的实时可调容量建模

微电网运行过程中，光伏、风电及负荷的实际功率与预测值之间存在一定的偏差，并网运行情况下，这部分波动功率首先由配电网平衡，孤岛运行情况下则首先由主电源平衡。然后，需要通过实时调度对微电网与配电网之间的交换功率或主电源的输出功率重新进行调整。设光伏当前出力光伏出力的向上、向下可调容量分别为：

风电出力的向上、向下可调容量分别为：

式中：为光伏、风电采用最大功率追踪控制时的出力。当风电、光伏处于最大功率追踪控制状态下，其向上调节容量为0。当光伏、风电处于降出力运行状态时，由于的取值是未知量，实际运行中可通过试探的方式获得。

4)主电源的实时可调容量建模

微电网中可由储能设备作为主电源，本专利中以储能设备为例分析主电源的实时可调容量。

并网运行状态下主电源的实时可调容量为保留备用容量后的功率可调范围。主电源应预留一定的备用容量，确保微电网从并网运行状态安全切换到孤网运行状态。预留备用容量应不小于微电网与配电网之间的交换功率的大小。考虑微电网安全运行备用时，主电源的可调容量为：

式中：为主电源的充、放电功率；为主电源的充、放电功率的最大值；P^Buy(τ)、P^Sell(τ)分别为微电网的购、售电功率。

当考虑主电源的电量备用约束时，其可调容量分别为：

同时，考虑到主电源的功率备用与容量备用时，其实时功率可调范围可表示为：

其中，P^Buy(τ)，P^Sell(τ)分别为当前时刻主电源的充、放电功率、微电网与配网之间的购、售电功率；T_rea为每次实时调度后，储能期望的持续运行时间。

孤网运行状态下，主电源的主要承担瞬时功率平衡控制，维持微电网的稳定运行。实时调度过程中无法对其功率进行直接控制，而是通过对其他电源的出力进行实时调节，从而使其恢复至计划运行点或新的安全运行点，保持足够的备用容量。

主电源应保持足够的备用，平衡微电网中可能出现的最大瞬时功率波动。瞬时功率波动主要来自于风电、光伏，以及用电负荷。主电源的备用容量的确定应结合系统净负荷的预测误差分布，根据分位数理论，选择一定的置信区度，获得满足1‐α的置信水平的主电源备用容量。当通过其他电源的调节无法使主电源的运行状态恢复至计划运行点时，可以使其在保证足够安全备用容量的前提下，达到一个新的运行点。因此，新的运行点偏离计划运行点的允许值为：

式中：P_{net_L,α/2}是净负荷预测误差分布上分位数μ_α/2对应的功率值，P_L,1-α/2是负荷预测误差分布上分位数μ_1-α/2对应的功率值。

第三部步：建立启发式实时调度策略，实现类似大电网的AGC功能，包括：

1)监测并网状态下并网点或孤网状态下主电源的实时功率，若实时功率超出包络线时，则启动实时调度；

2)微电网并网运行过程中，当并网点(PCC)功率高于计划调度结果时，依次增加可再生能源电源、储能设备、可控电源出力、可中断负荷。当PCC功率低于计划调度结果时，依次减少可控电源、储能设备、可再生能源电源出力。以柴油机(DE)代表可控电源、光伏(PV)代表可再生能源，微电网启发式实时调度策略如图2所示，决策过程为：

(1)当PCC点功率超出包络线范围，且偏差为负时，转入(6)；否则，转入(2)；

(2)判断光伏电源是否处于最大功率追踪控制模式，若是，转入执行储能的实时调度，增加储能设备的出力；否则，增加光伏出力，由于在降出力运行时，光伏的最大可用出力未知，可采用试探法获得，即下达调度指令由光伏电源承担所有不平衡功率，然后转入(3)进行校验；

(3)检测PCC功率偏差是否为0，若是，说明光伏电源的功率调整完成了功率平衡控制，调度结束；否则光伏电源将自动转入最大功率跟踪控制状态，然后增加储能设备的出力，该步骤结束后转入(4)；

(4)若PCC功率偏差小于柴油机向上调节备用，则由柴油机平衡PCC功率偏差；否则，柴油机的向上备用容量全部调用；

(5)当PCC功率偏差仍然较大，且影响微电网的安全运行时，则通过切负荷操作消除PCC功率偏差；

(6)PCC功率偏差为负时，首先减少柴油机出力，若柴油机向下调节容量大于PCC功率偏差，则降低柴油机出力使PCC功率恢复至参考值；否则柴油机向下调节容量全部调用，然后转入(7)；

(7)执行可控储能的实时调度，然后减少储能设备的输出功率，该步骤结束后转入步骤(8)；

(8)若PCC功率偏差仍小于0，增加弃光量；否则，本次实时调度决策过程结束。

步骤3.3：微电网孤网运行过程中，当主电源功率高于计划调度结果时，依次增加可再生能源电源、储能设备、可控电源出力、可中断负荷。当主电源功率低于计划调度结果时，依次减少可控电源、储能设备、可再生能源电源出力。以柴油机(DE)代表可控电源、光伏(PV)代表可再生能源，微电网启发式实时调度策略如图3所示。

Claims (2)

1.一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，其特征在于，包括：

以微电网并网点交换功率计划调度结果或主电源功率计划调度结果为参考的包络线作为实时调度目标；

将计划调度结果的包络线作为实时调度的触发条件；

根据储能设备的功率和电量限制，计算其实时可调容量；

根据可控分布式电源的启停状态和出力上下限，计算其实时可调容量；

根据可再生能源电源的实时出力状态，计算其实时可调容量；

以包络线为控制目标的启发式微电网实时调度策略；

所述的以微电网并网点交换功率或主电源功率计划调度结果为参考的包络线作为实时调度目标，以并网情况下并网点功率或孤网情况下主电源功率的计划调度结果为参考，设置控制误差限，得到实时控制的包络线范围：

式中：P^PCC(τ)，P^Main(τ)分别表示并网点与主电源的实时功率；分别为并网点与主电源的计划调度结果；ΔP^PCC，ΔP^Main分别为并网点与主电源允许的实时功率控制误差；

计算储能设备的实时可调容量时，需考虑其功率调节容量与电量调节容量的限制，设储能设备当前的充放电功率分别为实时调节容量 可分别表示为：

式中，为储能设备的实时充放电功率；为储能设备的最大充放电功率；SOC^ST(τ)为储能设备的实时荷电状态；为储能设备的充放电效率；T_rea为每次实时调度后，储能期望的持续运行时间；

计算可控分布式电源实时可调容量时，开机状态下电源的向上可调容量为当前出力与最大技术出力之间的距离，向下可调容量为当前出力与最小技术出力之间的距离；停机状态下电源的向上、向下调节容量为0；

计算可再生能源电源实时可调容量时，可再生能源电源的最大可用出力由自然条件决定，其向上可用容量为当前出力与采用最大功率追踪控制策略下出力之间的距离，向下可调容量为其当前出力的大小；

以包络线为控制目标的启发式实时调度策略，即当并网点或主电源的功率超出包络线的上边界时，所采用的启发式实时调度策略为依次增加可再生能源电源、储能设备、可控电源出力、以及中断负荷；当超出包络线的下边界时，所采用的启发式实时调度策略为依次减少可控电源、储能设备、可再生能源电源出力，直到将并网点或主电源的功率控制在包络线范围内。

2.根据权利要求1所述的一种基于包络线控制的微电网有功实时调度方法，其特征在于：将计划调度结果的包络线作为实时调度的触发条件，在实时运行过程中当微电网并网点或主电源功率的超出计划调度结果的包络线范围时，则启动实时调度策略。