CN107798441A - 一种基于分布式发电的智能微电网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式发电的智能微电网系统，包括由风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统构成的发电储能模块；基本参数采集模块；环境参数采集模块；发电系统工况接入模块；信息库模块；电力情况预报子模块；调度决策模块；专家决策分析模块和人机交互模块。本发明可以根据各发电子系统的工作情况、基本参数数据以及周围环境参数数据进行整个微电网的协同优化调控，从而能提供尽可能优化的微电网调度过程，从而可以提高整个微电网系统调控的有效性和安全性，提高了微电网运行的平稳性和效率。
Description
技术领域
本发明微电网系统领域，特别是指一种基于分布式发电的智能微电网系统。
背景技术
智能微电网是将可再生能源发电技术、能源管理系统和输配电基础设施高度集成的新型电网，它具有提高能源效率、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、保护环境的作用。一直以来，我国新能源发展走的便是集中开发和分散利用相结合的路线：在输电网侧，新能源接入以大规模集中式并网为主，通过以特高压为核心的坚强电网实现跨地区的清洁能源输送；在配电网侧，新能源以分散方式、小容量接入电网，通过智能微电网实现就地消纳。在我国，新能源的开发利用也是解决边远地区农牧民用电、促进农村经济社会发展的一项重要举措。与新能源大规模集中并网方式相比，智能微电网的应用可以弥补大电网安全稳定性的不足，通过合理的规划和管理还可以提高电网的供电可靠性，降低电网的损耗。同时，中国幅员辽阔，有着广袤的土地，有着丰富的风能、太阳能等分布式可再生能源，都是可以“就地取材”的清洁高效的新能源。以风力发电、太阳能光伏发电为代表的新能源发电的开发利用不仅可以有效缓解部分地区电力供给不足的局面，同时也能够解决化石能源枯竭以及环境污染、气候变化等问题。
而风电和太阳能发电区别于传统发电的一个重要特征在于它的随机波动性以及地理分布性。由于产生电力的一次能源来自于自然界空气的流动和太阳光的辐射，不仅不可储存，而且受到季节、气候和时空等的影响，具有很强的随机波动性、间歇性及地理分布性。智能微电网的发电部分采用风能与太阳能互补的方式发电可以平抑新能源电力的随机波动性、间歇性；分布式预测控制可以在满足风力和光伏两子系统的地理分布性的同时，减轻整个系统的计算负担，使系统运行更快速且更具实用价值；储能部分通过使用蓄电池也可以调节、优化新能源电力波动、削峰填谷。在本系统中，风能和太阳能的优缺点正好能够互补，使得风光互补系统更加具有现实性和优势。同时，风力发电子系统和光伏发电子系统是两个地理上分开的子系统，但目前常规风光互补发电系统的控制方法多数基于集中式控制，显然这使风光互补系统仍然存在着不足；而独立的风能或太阳能等新能源发电又会导致输出功率波动大，存在峰谷现象明显、输出功率与外界负荷不匹配、风光互补发电电流突变、蓄电池频繁充放电等问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于分布式发电的智能微电网系统，能提供尽可能优化的微电网调度过程，从而可以提高整个微电网系统调控的有效性和安全性，提高了微电网运行的平稳性和效率。
本发明具体通过以下方案实现：
一种基于分布式发电的智能微电网系统，包括
发电储能模块，由风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统构成；
基本参数采集模块，由各个功能检测模块组成，用于定时定量检测采集指定监测管理段的风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统的基本数据参数的采集；
环境参数采集模块，用于通过天气传感器进行各监测管理段的风力发电子系统、光伏发电子系统周围环境参数数据的采集；
发电系统工况接入模块，用于接入各风力发电子系统、光伏发电子系统、蓄电池储能子系统的实时运行工况信息；
信息库模块，用于接收并标准化集中存储所采集的基本数据参数、电力工况数据以及环境参数数据；
电力情况预报子模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的电力信息、电力工况数据生成短期电力情况预报信息，供调度决策模块使用；
调度决策模块，基于风力发电为主、光伏发电为辅和蓄电池为补充的控制目标的目标函数设计所得，用于针对接收到的基本数据参数、电力工况信息和环境参数数据，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善微电网系统的发电子系统群联合调度方案；
专家决策分析模块，用于接收调度决策模块所得发电子系统群联合调度备选方案，对不同发电子系统调度备选方案所引发的微电网系统变化趋势进行比较，提出最终的调度决策方案，并将最终的决策方法发送到下层子控制器，进行各风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统的调控；
人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，用于对基本数据参数、电力工况信息、数据预处理中间过程、调度决策结果进行图像化展示；同时用于实现监测信息图形化、预测结果显示、操作员站、管理终端的多画面同步展示。
优选地，所述功能检测模块至少包括：
辐射传感器，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统的发热以及放电情况；
湿度传感器，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统周围空气的湿度情况；
电压采集模块，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统的输入电压和输出电压数据；
声与振动传感模块，用于进行待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统机械结构系统及间隙放电的故障情况；
表面电位变化或感应电流的检测模块，用于进行待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统内部绝缘的完好程度数据；
磁光效应检测模块，用于待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统电流以及周围磁场的数据的采集；
光弹性效应监测模块，用于待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统变形以及周围环境压力的数据的采集。
优选地，每个功能检测模块和天气传感器内均安装有北斗模块，该北斗模块采用短报文通讯的方式实现数据传输。
优选地，所述调度决策模块包括
物理模型构建模块，用于通过Simulink搭建各发电子系统的仿真分析模型；
虚拟参数作动器，用于驱动参数变化的，与Simulink中的各元素建立关系后，可以基于风力发电为主、光伏发电为辅和蓄电池为补充的控制目标的目标函数对参数进行变动，从而驱动仿真分析模块针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，用来在仿真分析模型中插入的可以直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于将输入可以划分为单元、特性、载荷、设计变量、设计目标和设计约束的仿真算法和仿真方法；
虚拟参数作动器驱动仿真算法和/仿真方法循环执行并将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收并自动显示结果。
优选地，所述虚拟参数作动模块用于输入可以分解为设计变量、设计目标以及设计约束的参数，所有的设计变量、设计目标以及设计约束均与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。
优选地，所述蓄电池储能子系统内设有一自动断路器，用于在蓄电池发电量达到蓄电池容量前自动断开以防损坏蓄电池。
优选地，还包括一报警模块，该报警模块包括
语音报警模块，用于根据电力情况预报子模块发送的控制命令发出语音报警；
短信编辑发送模块，用于根据电力情况预报子模块发送的控制命令发送预警短信至指定的移动终端；发送的短信至少包括功能检测模块型号、所在位置以及目前基本参数采集模块所检测到的数据。
优选地，还包括一定位数据识别模块，用于进行所接收到的基本参数数据和环境参数数据内北斗模块的定位数据的识别，从而完成各功能检测模块和天气传感器工作状态的判定，一旦未检测到对应的功能检测模块或天气传感器所对应的的北斗定位数据，则启动预警模块，发送该功能检测模块的代码到指定的移动终端，提醒及时进行维修更换。
本发明具有以下有益效果：
可以根据各发电子系统的工作情况、基本参数数据以及周围环境参数数据进行整个微电网的协同优化调控，从而能提供尽可能优化的微电网调度过程，从而可以提高整个微电网系统调控的有效性和安全性，提高了微电网运行的平稳性和效率。
附图说明
图1为本发明的一种基于分布式发电的智能微电网系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于分布式发电的智能微电网系统，包括
发电储能模块，由风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统构成；
基本参数采集模块，由各个功能检测模块组成，用于定时定量检测采集指定监测管理段的风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统的基本数据参数的采集；
环境参数采集模块，用于通过天气传感器进行各监测管理段的风力发电子系统、光伏发电子系统周围环境参数数据的采集；
发电系统工况接入模块，用于接入各风力发电子系统、光伏发电子系统、蓄电池储能子系统的实时运行工况信息；
信息库模块，用于接收并标准化集中存储所采集的基本数据参数、电力工况数据以及环境参数数据；
电力情况预报子模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的电力信息、电力工况数据生成短期电力情况预报信息，供调度决策模块使用；
调度决策模块，基于风力发电为主、光伏发电为辅和蓄电池为补充的控制目标的目标函数设计所得，用于针对接收到的基本数据参数、电力工况信息和环境参数数据，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善微电网系统的发电子系统群联合调度方案；所述调度决策模块包括
物理模型构建模块，用于通过Simulink搭建各发电子系统的仿真分析模型；
虚拟参数作动器，用于驱动参数变化的，与Simulink中的各元素建立关系后，可以基于风力发电为主、光伏发电为辅和蓄电池为补充的控制目标的目标函数对参数进行变动，从而驱动仿真分析模块针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，用来在仿真分析模型中插入的可以直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于将输入可以划分为单元、特性、载荷、设计变量、设计目标和设计约束的仿真算法和仿真方法；
虚拟参数作动器驱动仿真算法和/仿真方法循环执行并将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收并自动显示结果。
所述虚拟参数作动模块用于输入可以分解为设计变量、设计目标以及设计约束的参数，所有的设计变量、设计目标以及设计约束均与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。
专家决策分析模块，用于接收调度决策模块所得发电子系统群联合调度备选方案，对不同发电子系统调度备选方案所引发的微电网系统变化趋势进行比较，提出最终的调度决策方案，并将最终的决策方法发送到下层子控制器，进行各风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统的调控；
人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，用于对基本数据参数、电力工况信息、数据预处理中间过程、调度决策结果进行图像化展示；同时用于实现监测信息图形化、预测结果显示、操作员站、管理终端的多画面同步展示。
还包括一报警模块，该报警模块包括
语音报警模块，用于根据电力情况预报子模块发送的控制命令发出语音报警；
短信编辑发送模块，用于根据电力情况预报子模块发送的控制命令发送预警短信至指定的移动终端；发送的短信至少包括功能检测模块型号、所在位置以及目前基本参数采集模块所检测到的数据。
还包括一定位数据识别模块，用于进行所接收到的基本参数数据和环境参数数据内北斗模块的定位数据的识别，从而完成各功能检测模块和天气传感器工作状态的判定，一旦未检测到对应的功能检测模块或天气传感器所对应的的北斗定位数据，则启动预警模块，发送该功能检测模块的代码到指定的移动终端，提醒及时进行维修更换。
优选地，所述功能检测模块至少包括：
辐射传感器，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统的发热以及放电情况；
湿度传感器，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统周围空气的湿度情况；
电压采集模块，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统的输入电压和输出电压数据；
声与振动传感模块，用于进行待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统机械结构系统及间隙放电的故障情况；
表面电位变化或感应电流的检测模块，用于进行待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统内部绝缘的完好程度数据；
磁光效应检测模块，用于待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统电流以及周围磁场的数据的采集；
光弹性效应监测模块，用于待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统变形以及周围环境压力的数据的采集。
每个功能检测模块和天气传感器内均安装有北斗模块，该北斗模块采用短报文通讯的方式实现数据传输。
所述蓄电池储能子系统内设有一自动断路器，用于在蓄电池发电量达到蓄电池容量前自动断开以防损坏蓄电池。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，包括
发电储能模块，由风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统构成；
基本参数采集模块，由各个功能检测模块组成，用于定时定量检测采集指定监测管理段的风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统的基本数据参数的采集；
环境参数采集模块，用于通过天气传感器进行各监测管理段的风力发电子系统、光伏发电子系统周围环境参数数据的采集；
发电系统工况接入模块，用于接入各风力发电子系统、光伏发电子系统、蓄电池储能子系统的实时运行工况信息；
信息库模块，用于接收并标准化集中存储所采集的基本数据参数、电力工况数据以及环境参数数据；
电力情况预报子模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的电力信息、电力工况数据生成短期电力情况预报信息，供调度决策模块使用；
调度决策模块，基于风力发电为主、光伏发电为辅和蓄电池为补充的控制目标的目标函数设计所得，用于针对接收到的基本数据参数、电力工况信息和环境参数数据，采用多分组差分进化算法优化计算得到有利于改善微电网系统的发电子系统群联合调度方案；
专家决策分析模块，用于接收调度决策模块所得发电子系统群联合调度备选方案，对不同发电子系统调度备选方案所引发的微电网系统变化趋势进行比较，提出最终的调度决策方案，并将最终的决策方法发送到下层子控制器，进行各风力发电子系统、光伏发电子系统和蓄电池储能子系统的调控；
人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，用于对基本数据参数、电力工况信息、数据预处理中间过程、调度决策结果进行图像化展示；同时用于实现监测信息图形化、预测结果显示、操作员站、管理终端的多画面同步展示。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，所述功能检测模块至少包括：
辐射传感器，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统的发热以及放电情况；
湿度传感器，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统周围空气的湿度情况；
电压采集模块，用于检测待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统的输入电压和输出电压数据；
声与振动传感模块，用于进行待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统机械结构系统及间隙放电的故障情况；
表面电位变化或感应电流的检测模块，用于进行待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统内部绝缘的完好程度数据；
磁光效应检测模块，用于待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统电流以及周围磁场的数据的采集；
光弹性效应监测模块，用于待监测风力发电子系统、光伏发电子系统或蓄电池储能子系统变形以及周围环境压力的数据的采集。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，每个功能检测模块和天气传感器内均安装有北斗模块，该北斗模块采用短报文通讯的方式实现数据传输。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，所述调度决策模块包括
物理模型构建模块，用于通过Simulink搭建各发电子系统的仿真分析模型；
虚拟参数作动器，用于驱动参数变化的，与Simulink中的各元素建立关系后，可以基于风力发电为主、光伏发电为辅和蓄电池为补充的控制目标的目标函数对参数进行变动，从而驱动仿真分析模块针对不同的参数进行计算求解；
虚拟参数模块，用来在仿真分析模型中插入的可以直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于将输入可以划分为单元、特性、载荷、设计变量、设计目标和设计约束的仿真算法和仿真方法；
虚拟参数作动器驱动仿真算法和/仿真方法循环执行并将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟参数模块，所述虚拟参数模块接收并自动显示结果。
5.根据权利要求4所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，所述虚拟参数作动模块用于输入可以分解为设计变量、设计目标以及设计约束的参数，所有的设计变量、设计目标以及设计约束均与仿真分析模块中相关元素有着直接或间接的对应关系。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，所述蓄电池储能子系统内设有一自动断路器，用于在蓄电池发电量达到蓄电池容量前自动断开以防损坏蓄电池。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，还包括一报警模块，该报警模块包括
语音报警模块，用于根据电力情况预报子模块发送的控制命令发出语音报警；
短信编辑发送模块，用于根据电力情况预报子模块发送的控制命令发送预警短信至指定的移动终端；发送的短信至少包括功能检测模块型号、所在位置以及目前基本参数采集模块所检测到的数据。
8.根据权利要求1所述的一种基于分布式发电的智能微电网系统，其特征在于，还包括一定位数据识别模块，用于进行所接收到的基本参数数据和环境参数数据内北斗模块的定位数据的识别，从而完成各功能检测模块和天气传感器工作状态的判定，一旦未检测到对应的功能检测模块或天气传感器所对应的的北斗定位数据，则启动预警模块，发送该功能检测模块的代码到指定的移动终端，提醒及时进行维修更换。
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