CN106229967B - 一种微电网保电时长的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微电网保电时长的计算方法，采用双层运算方法，上层基于预测数据进行计算，下层根据采集到的实时数据进行实时调整，每个固定的间隔周期内，进行分布式电源发电和负荷用电预测，计算保电时长，然后，根据实时数据实时调整预测曲线，修正保电时长。通过双层运算，可以有效的保证保电时长的计算更加贴近事实，更具有参考价值，一方面，能帮助用户提前把握微电网中关注负荷的运行结果，给用户制定应急策略提供有效参考依据；另一方面，针对含有柴油发电机的微电网，用户能够提前获知柴油发电机中油量的使用时间，为下一次续油做充足的准备。
Description
技术领域
本发明属于微电网系统技术领域，具体涉及到一种微电网的保电时长的计算方法。
背景技术
微电网是一组分布式微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元，接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。微电网解决了分布式电源的大规模接入问题，充分发挥了分布式电源的高效、经济等优势，让用户既能使用绿色低碳的清洁能源，又能享受更高的供电质量和可靠性，因而受到各国关注。
微电网分为独立型和并网型两种类型。独立型微电网独立运行，与外部电网不相连接，独立保证微电网内发电、供电的平衡稳定，为网内负荷稳定供电。并网型微电网既可与大电网联网运行，也可与主网断开单独运行。在正常情况下，并网型微电网与常规配电网并网运行；当检测到电网故障或发生电能质量事件时，将及时与电网断开独立运行。
由于独立型微电网不与大电网相连，一直都是独立运行，因此设计时，在考虑储能、分布式电源和负荷的配比方面已经充分考虑了自身的保电问题，无需实时评估保电能力。
并网型微电网，在设计时会相应考虑大电网的保障，因此在离网情况下其自身的保电能力需要进行评估。在与大电网断开单独运行时，分布式电源及储能提供电能，只能够在一定时间内维持微电网的负荷持续运行。在此时段，用户可以采取相应的应急方案，例如切除不重要负荷，尽可能保证重要负荷能够较长时间运行。为了保证制定的应急方案可靠实用，用户需要一个参考依据——微电网保电时长，即此刻如果微电网与大电网断开独立运行，在一定保电策略前提下，能够维持负荷正常运行的时间长度。
发明内容
本发明提供了一种微电网保电时长的计算方法，通过双层运算，有效的保证保电时长的计算更加贴近事实，更具有参考价值。
本发明的技术方案是这样实现的：一种微电网保电时长的计算方法，采用双层运算方法，上层基于预测数据进行计算，即在每个固定的间隔周期内进行分布式电源发电功率和负荷用电的预测，基于预测数据计算保电时长；下层根据采集到的实时数据进行实时调整，即在所述间隔周期内，对于实际运行状态与上层计算时预测结果出现的偏差，采集数据并进行实时调整，纠正预测不准带来的保电时长计算偏差。
进一步的，所述上层基于预测数据进行计算的步骤为：
步骤101、根据季节特点和负荷特性，利用大数据，采用曲线拟合的方法分析每一个负荷的功率与时间的关系，进行负荷预测；
步骤102、根据保电策略具体要求，拟合微电网系统负荷预测总功率与时间的关系曲线；
步骤103、根据季节特点和分布式电源的日发电特性，利用大数据，采用曲线拟合的方法分析分布式电源发电功率与时间的关系，进行发电功率预测；
步骤104、获取当前微电网系统中每一台柴油发电机的剩余油量、油量下限、燃油消耗率，计算该柴油发电机当前可用油量能够提供的电量，进而得到微电网系统中所有柴油发电机可提供的电能总量；如果微电网系统无柴油发电机，则跳过此步，直接进入步骤105；
步骤105、获取当前微电网系统中每一组储能的容量、荷电状态、放电下限，从而得到微电网系统中所有储能当前总可用电量；
步骤106、拟合储能和柴油发电机可提供电能总量与时间的关系曲线，预测系统可提供电能总量；
步骤107、计算保电时长，保电时长的计算起点为当前时刻，终点为保电结束的时刻，所述保电结束的时刻即为步骤106中所述系统可提供电能总量为0的时刻。
更进一步的，所述步骤102中，拟合微电网中负荷预测总功率与时间的关系曲线时，还需要考虑能量管理算法将不在保电范围内的负荷切除的影响，从而使得拟合的曲线更加真实。
更进一步的，所述步骤106中，计算方法如下：
其中：Q为系统t时刻可提供电能预测总量；
QDGNow为所有柴油发电机当前可提供电能总量；
QBatNow为所有储能当前总可用电量；
PDP(t)为分布式电源发电功率与时间的关系函数；
PLoad(t)为负荷功率与时间的关系函数。
更进一步的，所述下层实时调整具体步骤如下：
步骤201，根据实际负荷功率调整负荷预测功率曲线，调整的部分为此次间隔周期预测的起点至当前时刻的曲线；
步骤202，根据实际分布式电源发电功率调整分布式电源预测发电功率曲线，调整的部分为此次间隔周期预测的起点至当前时刻的曲线；
步骤203，根据实际柴油发电机的可用油量和荷电状态调整系统可提供电能总量与时间的关系曲线，调整的部分为整条曲线；
步骤204，根据调整后系统可提供电能总量与时间的关系曲线，重新计算保电时长，计算方法同步骤107。
更进一步的，所述间隔周期为5分钟。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明采取双层运算的方法，计算保电时长数据，能够让用户掌握如果此刻微电网与大电网断开独立运行，微网自身的保电能力，一方面，能帮助用户提前把握微电网中关注负荷的运行结果，给用户制定应急策略提供有效参考依据；另一方面，针对含有柴油发电机的微电网，用户能够提前获知柴油发电机中油量的使用时间，为下一次续油做充足的准备。
附图说明
图1是本发明的总体流程图。
图2是本发明实施例中负荷功率实施调整示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提出的微电网保电时长的计算方法采用双层运算方法，上层基于预测数据进行计算，下层根据采集到的实时数据进行实时调整，具体流程参见图1总体流程图。每5分钟，进行分布式电源发电和负荷用电预测，计算保电时长，然后，根据实时数据实时调整预测曲线，修正保电时长。通过双层运算，可以有效的保证保电时长的计算更加贴近事实，更具有参考价值。
本发明主要适用于由风机、光伏、柴油发电机、储能任意组成的并网型微电网不同保电策略的保电时长的计算。例如，将光柴储微电网中的负荷按照重要程度分为三级，其中一级为最重要的负荷，二级为重要负荷，三级为一般负荷，可以应用该发明分别计算保全部负荷的保电时长、保一级和二级负荷的保电时长、只保一级负荷的保电时长。
一、上层预测计算
五分钟进行一次上层预测计算，更新保电时长结果。
第一步，根据季节特点和负荷特性，利用大数据，采用曲线拟合的方法分析每一个负荷的功率与时间的关系，进行负荷预测。
第二步，根据保电策略具体要求，拟合微电网系统负荷预测总功率与时间的关系曲线。
微电网系统运行中，作为微电网大脑的能量管理算法会根据保电策略的要求在一定时刻将不在保电范围内的负荷进行切除，从而最大程度的延长需要保电的负荷的供电时间。因此，拟合微电网中负荷预测总功率与时间的关系曲线时，不能直接将系统中每一个负荷预测功率进行简单求和，还需要考虑能量管理算法将不在保电范围内的负荷切除的影响，从而使得拟合的曲线更加真实。每一时刻微电网系统负荷预测总功率计算如下：
其中：PLoad为微电网系统负荷预测总功率
m为所有负荷个数
PkLoad为第k个负荷预测功率
n为切除的负荷个数
PjLoad为切除的第j个负荷预测功率
第三步，根据季节特点和分布式电源的日发电特性，利用大数据，采用曲线拟合的方法分析分布式电源发电功率与时间的关系，进行发电功率预测。
第四步，获取当前微电网系统中每一台柴油发电机的剩余油量、油量下限、燃油消耗率，计算该柴油发电机当前可用油量能够提供的电量，进而得到微电网系统中所有柴油发电机可提供的电能总量，如下：
其中：QNow为所有柴油发电机当前可提供的电能总量
n为柴油发电机台数
LDOk为第k台柴油发电机的当前剩余油量
LDOkDowb为第k台柴油发电机的油量下限
SFCk为第k台柴油发电机的燃油消耗率
如果微电网系统无柴油发电机，则跳过此步，直接进入第五步。
第五步，获取当前微电网系统中每一组储能的容量、荷电状态、放电下限，从而得到微电网系统中所有储能当前总可用电量，如下：
其中：QBatNow为所有储能当前总可用电量
n为储能组数
CAPk为第k组储能的容量
SOCk为第k组储能荷电状态
SOCkDown为第k组储能放电下限
第六步，拟合储能和柴油发电机可提供电能总量与时间的关系曲线，预测系统可提供电能总量。
根据系统负荷功率与时间的关系曲线、分布式电源发电功率与时间的关系曲线以及系统可提供电能总量，拟合系统可提供电能总量与时间的关系。每一时刻系统可提供电能预测总量的计算如下：
其中：Q为系统t时刻可提供电能预测总量
QDGNow为所有柴油发电机当前可提供电能总量
QBatNow为所有储能当前总可用电量
PDP(t)为分布式电源发电功率与时间的关系函数
PLoad(t)负荷功率与时间的关系函数
第七步，计算保电时长。
保电时长的计算起点为当前时刻，终点为保电结束的时刻，即保电时长T的计算如下：
T＝tOver-tNow
其中：T为保电时长
tOver为保电结束时刻
tNow为当前时刻
因此，保电时长的计算最终转化为保电结束时刻的判定，即无法保证保电负荷正常运行的时刻。当系统可提供电能预测总量为0，判定保电结束。保电时长的计算，最终转化为求解下式中的tOver：
如果上式存在多个解，则取最小的正值；如果上式无解，则保电时长为无穷大。
二、下层实时调整
上层预测计算的间隔为五分钟，在此间隔内，实际运行状态与预测结果可能出现偏差。下层实时调整的目标为根据采集数据，进行实时调整，纠正预测不准带来的保电时长计算偏差，保证保电时长的结果更具有参考价值。
以负荷功率为例，说明实时调整的含义，如图2所示，实线为预测的负荷功率曲线，虚线为实际负荷功率曲线。在0时刻进行了保电时长的计算，得出结果为T0，从0时刻一直至5时刻，上层计算不会进行再次预测计算，如果没有下层实时调整，用户在五分钟内得到的保电时长一直是T0。假设当前为4时刻，从下图可以看出实际负荷功率与预测值存在一定偏差，此时实时调整会根据虚线进行调整，即以从0时刻到4时刻的实际功率曲线替换预测功率曲线。
实时调整具体步骤如下：
第一步，根据实际负荷功率调整负荷预测功率曲线，调整的部分为此次5分钟预测的起点至当前时刻的曲线。
第二步，根据实际分布式电源发电功率调整分布式电源预测发电功率曲线，调整的部分为此次5分钟预测的起点至当前时刻的曲线。
第三步，根据实际柴油发电机的可用油量和荷电状态调整系统可提供电能总量与时间的关系曲线，调整整条曲线。
第四步，根据调整后系统可提供电能总量与时间的关系曲线，重新计算保电时长，计算方法同上层预测计算第七步。
本发明通过双层运算，有效的保证保电时长的计算更加贴近事实，目前应用在Y-2016-0015智能微电网电动汽车充电桩的项目中,作为智能微电网保电时长的依据,效果良好。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种微电网保电时长的计算方法，其特征在于，采用双层运算方法，上层基于预测数据进行计算，即在每个固定的间隔周期内进行分布式电源发电功率和负荷用电的预测，基于预测数据计算保电时长；下层根据采集到的实时数据进行实时调整，即在所述间隔周期内，对于实际运行状态与上层计算时预测结果出现的偏差，采集数据并进行实时调整，纠正预测不准带来的保电时长计算偏差；
所述上层基于预测数据进行计算的步骤为：
步骤101、根据季节特点和负荷特性，利用大数据，采用曲线拟合的方法分析每一个负荷的功率与时间的关系，进行负荷预测；
步骤102、根据保电策略具体要求，拟合微电网系统负荷预测总功率与时间的关系曲线；
步骤103、根据季节特点和分布式电源的日发电特性，利用大数据，采用曲线拟合的方法分析分布式电源发电功率与时间的关系，进行发电功率预测；
步骤104、获取当前微电网系统中每一台柴油发电机的剩余油量、油量下限、燃油消耗率，计算该柴油发电机当前可用油量能够提供的电量，进而得到微电网系统中所有柴油发电机可提供的电能总量；如果微电网系统无柴油发电机，则跳过此步，直接进入步骤105；
步骤105、获取当前微电网系统中每一组储能的容量、荷电状态、放电下限，从而得到微电网系统中所有储能当前总可用电量；
步骤106、拟合储能和柴油发电机可提供电能总量与时间的关系曲线，预测系统可提供电能总量；
步骤107、计算保电时长，保电时长的计算起点为当前时刻，终点为保电结束的时刻，所述保电结束的时刻即为步骤106中所述系统可提供电能总量为0的时刻；
所述步骤106中，可提供电能总量计算方法如下：
其中：Q为系统t时刻可提供电能预测总量；
QDGNow为所有柴油发电机当前可提供电能总量；
QBatNow为所有储能当前总可用电量；
PDP(t)为分布式电源发电功率与时间的关系函数；
PLoad(t)为负荷功率与时间的关系函数。
2.根据权利要求1所述的一种微电网保电时长的计算方法，其特征在于，所述步骤102中，拟合微电网系统负荷预测总功率与时间的关系曲线时，还需要考虑能量管理算法将不在保电范围内的负荷切除的影响，从而使得拟合的曲线更加真实。
3.根据权利要求1所述的一种微电网保电时长的计算方法，其特征在于，所述下层实时调整具体步骤如下：
步骤201，根据实际负荷功率调整负荷预测功率曲线，调整的部分为此次间隔周期预测的起点至当前时刻的曲线；
步骤202，根据实际分布式电源发电功率调整分布式电源预测发电功率曲线，调整的部分为此次间隔周期预测的起点至当前时刻的曲线；
步骤203，根据实际柴油发电机的可用油量和荷电状态调整系统可提供电能总量与时间的关系曲线，调整的部分为整条曲线；
步骤204，根据调整后系统可提供电能总量与时间的关系曲线，重新计算保电时长，计算方法同步骤107。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种微电网保电时长的计算方法，其特征在于，所述间隔周期为5分钟。
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| KR101678857B1 (ko) * | 2014-06-24 | 2016-11-23 | 인하대학교 산학협력단 | 마이크로그리드의 실시간 전력 수급, 전력 수급 예측 및 전력 공유 제어 장치 |
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