CN107872068A - 一种基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，属能源管理领域。其依据风力、光伏等分布式可再生能源的发电预测与负荷预测技术，制订初步的能量分配方案发布于互联网平台，根据用户反馈结果进行进一步的修正；配合储能蓄电池的充放电以及微网联络线与外部大电网的功率交互，实现微网联络线功率的削峰填谷和微网联络线的能量优化控制。针对微网中的储能系统，以电动汽车、蓄电池为代表的能量型储能元件参与微网的削峰填谷，在保证设备运行安全和系统稳定的前提下制定能量存储和释放控制策略。其能利用蓄电池进行调峰填谷，并配合以超级电容器为代表的功率型储能设备共同对微网联络线功率波动进行抑制，以平滑输出功率，提高电能质量。
Description
技术领域
本发明属于能源管理领域，尤其涉及一种用于并网型微网联合能量管理与控制方法。
背景技术
电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势，随着电动汽车的普及，大规模电动汽车接入电网充电，将对电力系统的规划、运行与控制以及能量管理产生了不可忽视的影响。经过对现有专利的检索发现，将电动汽车应用到电网中，能够使含可再生能源发电的峰谷特性更易调节，保证微网电能质量的同时，提高能量利用效率与微网运行经济性。然而，现有专利虽通过相关能量管理与优化策略对含电动汽车的微网功率进行峰谷调节，但均未综合考虑电动汽车快充随机性、电动汽车用户参与微网峰谷调节自觉性对微网运行产生的影响，从而使得相应的控制策略难以实际发挥作用，也未将电动汽车、蓄电池、超级电容构成综合储能系统进行微网的峰谷调节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法。其综合考虑电动汽车快充随机性、电动汽车用户参与微网峰谷调节自觉性对微网运行产生的影响，解决电动汽车用户参与峰谷调节自觉性较低，不便利的问题，并将电动汽车、蓄电池、超级电容构成综合储能系统对微网进行峰谷调节。
本发明的技术方案是：提供一种基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是：
依据风力、光伏等分布式可再生能源的发电预测与负荷预测技术，制订初步的能量分配方案发布于互联网平台，根据用户反馈结果进行进一步的修正；
配合储能蓄电池的充放电以及微网联络线与外部大电网的功率交互，以此实现微网联络线功率的削峰填谷，实现微网联络线的能量优化控制；
所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，针对微网中的储能系统，以电动汽车、蓄电池为代表的能量型储能元件参与微网的削峰填谷，蓄电池调峰填谷时，可综合风力、光伏发电预测、负荷预测以及蓄电池自身的荷电状态、联络线功率交换限制等要素，在保证设备运行安全和系统稳定的前提下制定能量存储和释放控制策略。此外，该并网型微网不仅能利用蓄电池进行调峰填谷，也可配合以超级电容器为代表的功率型储能设备共同对微网联络线功率波动进行抑制，以平滑输出功率，提高电能质量。
具体的，所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，整体考虑微网各种设备的运行特性，以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数。
具体的，所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，在得到初步的能量分配方案之后，为最大化利用电动汽车用户的储能容量，需要根据电动汽车用户的参与意愿进行修正。
进一步的，所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，借助互联网平台实现；
在当前时段，将下一时段的初步能量分配方案发布在互联网平台上，由电动汽车用户选择能否参与其中，并反馈给能量调度中心。为了提高用户参与的积极性，可针对用户参与度制定相应的额外补贴方案。如果用户领取了充电、放电任务，则需要按时到达电动汽车充电站完成任务，如果未能履约，则需要进行适当的违约处罚。对于能量调度中心而言，如果所有的能量分配任务都被用户领取，则说明当前的策略是有效的；如果只有部分任务被领取，则需要进行修正。对于未能被领取的部分，需要通过增大蓄电池或超级电容的参与比例或者通过调度外来用电的方式予以消纳。
进一步的，所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，在削峰填谷阶段中，基于可再生能源出力预测以及负荷预测，以微网日运行最大收益为目标建立目标函数与约束条件，以此对电动汽车慢充平抑时间以及蓄电池、微网联络线各时段交互功率进行优化。
本技术方案所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，综合考虑含风-光-储-电动汽车的并网型微网的联合能量管理与控制；以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数，协调控制电动汽车、蓄电池与超级电容的功率出力。
本技术方案所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，先根据发电预测与负荷预测，结合综合储能系统的充放电能力，通过互联网平台预先发布一份初步的能量分配方案。之后根据用户的反馈结果，对能量分配方案进行进一步的修正，从而通过“计划—修正—计划”的方式，改善了用户充电的随机性，并提高电动汽车用户参与微电网峰谷调节的积极性、有效性；既减少了用电高峰期的用电负荷，又增加了用电高峰期的可用容量，从而保证线路电能质量，提高微网运行经济性。。
与现有技术比较，本发明的优点是：
在微网中应用电动汽车、蓄电池、超级电容构成综合储能系统，对联络线进行峰谷调节，以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数，协调控制电动汽车、蓄电池与超级电容的功率出力。针对电动汽车快充随机性对微网运行影响大的问题，提出了一种基于“互联网+”的解决办法，首先根据发电预测与负荷预测，结合综合储能系统的充放电能力，通过互联网平台预先发布一份初步的能量分配方案。之后根据用户的反馈结果，对能量分配方案进行进一步的修正，从而通过“计划—修正—计划”的方式，改善了用户充电的随机性，并提高电动汽车用户参与微电网峰谷调节的积极性、有效性。既减少了用电高峰期的用电负荷，又增加了用电高峰期的可用容量，从而保证线路电能质量，提高微网运行经济性。
附图说明
图1是本发明的微网能量管理系统结构示意图；
图2是本发明的削峰填谷方法示意图；
图3是本发明的微网能量管理流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的技术方案，提供了一种基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其发明点在于：
依据风力、光伏等分布式可再生能源的发电预测与负荷预测技术，制订初步的能量分配方案发布于互联网平台，根据用户反馈结果进行进一步的修正；
配合储能蓄电池的充放电以及微网联络线与外部大电网的功率交互，以此实现微网联络线功率的削峰填谷，实现微网联络线的能量优化控制；
所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，针对微网中的储能系统，以电动汽车、蓄电池为代表的能量型储能元件参与微网的削峰填谷，蓄电池调峰填谷时，可综合风力、光伏发电预测、负荷预测以及蓄电池自身的荷电状态、联络线功率交换限制等要素，在保证设备运行安全和系统稳定的前提下制定能量存储和释放控制策略。此外，该并网型微网不仅能利用蓄电池进行调峰填谷，也可配合以超级电容器为代表的功率型储能设备共同对微网联络线功率波动进行抑制，以平滑输出功率，提高电能质量。
1、能量管理策略分析
电动汽车有慢充、快充两种充电模式，对于电动汽车慢充方式，由电动汽车慢充充电桩或用户普通家用电源通过交直流变换为电动汽车提供电能，其充电功率通常不高于7千瓦，对微网稳定运行影响较小，本文不做详细考虑。对于电动汽车快充方式，快充充电桩会为电动汽车提供几十千瓦到几百千瓦的充电功率，由于快充模式下的用户充电行为具有极高的随机性，且接入微网后会对微网稳定性造成较大的影响。
不同类型的电动汽车虽然会形成较大的充电负荷，但是,我们同时应该看到，如此庞大充电负荷背后的动力电池所形成的庞大的储能容量，也可用于微网的储能，其与蓄电池的主要区别在于蓄电池在空间上具有固定的位置，可用能量可知，可随时使用；而电动汽车是移动的，何时闲置、何时能够用于反馈微网能量只有用户自身清楚。本文将主要从减少电动汽车用户接入随机性与提高回馈电网积极性两个方面解决此问题。
微网能量管理系统结构如图1所示，该能量管理策略主要用于削峰填谷。依据风力、光伏等分布式可再生能源的发电预测与负荷预测技术，制订初步的能量分配方案发布于互联网平台，根据用户反馈结果进行进一步的修正。配合储能蓄电池的充放电以及微网联络线与外部大电网的功率交互，以此实现微网联络线功率的削峰填谷，实现微网联络线的能量优化控制。
对于含风-光-储以及电动汽车的综合并网型微网，为提升微网运行经济性，风力发电、光伏发电均以最大功率点跟踪模式运行。鉴于分布式可再生能源的随机性、间歇性与波动性，微网联络线功率存在明显的峰谷特性与短期功率波动性。因此，针对微网中的储能系统，以电动汽车、蓄电池为代表的能量型储能元件参与微网的削峰填谷，蓄电池调峰填谷时，可综合风力、光伏发电预测、负荷预测以及蓄电池自身的荷电状态、联络线功率交换限制等要素，在保证设备运行安全和系统稳定的前提下制定能量存储和释放控制策略。此外，该并网型微网不仅能利用蓄电池进行调峰填谷，也可配合以超级电容器为代表的功率型储能设备共同对微网联络线功率波动进行抑制，以平滑输出功率，提高电能质量。
2、微网削峰填谷方案
2.1目标函数
整体考虑微网各种设备的运行特性，以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数，具体表达式如式(1)所示。
式(1)中，F表示微网运行日收益函数，k为当前时间周期，将单位时间周期长度设定为15min，对于一天中的24h，k＝l，2，…，96；与分别表示k时段的联络线购电售电价格，单位为元/kWh；分别表示k时段微网联络线的流出与流入功率；和表示k时段的联络线功率的流入、流出状态；表示k时段第i辆电动汽车用户的意愿启停条件(0表示处在停运条件，1表示处在开启条件)，则表示优化后的k时段第i辆电动汽车的实际启停结果，表示k时段第i辆电动汽车的充电功率，表示k时段第i辆电动汽车的充电时段平移补贴价格；COM为储能系统的运行维护成本，Pbess,k表示k时段的蓄电池充放电功率；γbess(k)表示为k时段蓄电池的充放电罚函数，它会根据蓄电池的荷电状态对罚值进行调节。γbess在不同时段的具体表达式如式(2)所示。
dSOC(k)＝SOC(k)-SOCmin (3)
式(2-3)中，Pbess,k表示k时段的蓄电池充放电功率，充电时Pbess,k>0，放电时Pbess,k<0；a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8＞0；γbess(k)恒为正；对于峰时段蓄电池应放电，随着放电量的增加，dSOC减少，此时γbess(k)绝对值变大，从而促使在剩余储能量较少时减少放电功率；对于谷时段蓄电池应充电，随着充电量的增加，dSOC增加，此时γbess(k)绝对值变大，从而促使在储能量过高时减少充电功率；SOCmin表示蓄电池储能下限，当k处于峰时段且储能荷电状态SOC低于低电量指标SOCref_low时，通过恒定功率Pbess,ref对储能装置充电。
2.2约束条件
(1)电动汽车电池荷电状态约束
过度的充放电会导致电动汽车锂电池的寿命缩短，须控制第i辆电动汽车第k时段的荷电状态Si(k)限定在一定范围内。
Smin≤Si(k)≤Smax (4)
式(4)中，Smin和Smax分别表示电动汽车电池荷电状态上、下限。
(2)电动汽车用户期望约束
电动汽车慢充结束时锂电池的荷电状态须达到用户要求值。
式(5)中，Si,0表示第i量电动汽车的初始荷电状态；Ei表示第第i量电动汽车的电池容量，Si,E表示第i量电动汽车的用户期望充电容量。
(3)联络线功率平衡
式(6)中，Pwind(k)、Ppv(k)、PL(k)分别表示k时段风力、光伏的发电量以及普通负荷的用电量。
3、削峰填谷方案的修正：
得到初步的能量分配方案之后，为最大化利用电动汽车用户的储能容量，需要根据电动汽车用户的参与意愿进行修正。文献研究表明,一天之中90％的电动车辆都可参与微网的削峰填谷服务,即使在交通的高峰期也有80％的车辆是停驶的。对于私家电动车，一天之中只有4％-5％的时间是行驶的,也即95％的时间可供利用。即便是白天出勤率高的电动公交车、出祖车、环卫车和货运车辆等,也可在夜间负荷低谷时充电,起到填谷的作用。所以电动汽车本身具有大量的储能空间可供利用。
削峰填谷方案修正示意图如图2所示。
具体的修正方法需要借助互联网平台实现。在当前时段，将下一时段的初步能量分配方案发布在互联网平台上，由电动汽车用户选择能否参与其中，并反馈给能量调度中心。为了提高用户参与的积极性，可针对用户参与度制定相应的额外补贴方案。如果用户领取了充电、放电任务，则需要按时到达电动汽车充电站完成任务，如果未能履约，则需要进行适当的违约处罚。对于能量调度中心而言，如果所有的能量分配任务都被用户领取，则说明当前的策略是有效的；如果只有部分任务被领取，则需要进行修正。对于未能被领取的部分，需要通过增大蓄电池或超级电容的参与比例或者通过调度外来用电的方式予以消纳。
微网的能量管理流程如图3所示。在削峰填谷阶段中，基于可再生能源出力预测以及负荷预测，以微网日运行最大收益为目标建立目标函数与约束条件，以此对电动汽车慢充平抑时间以及蓄电池、微网联络线各时段交互功率进行优化。
图3给出了本技术方案的微网能量管理策略流程图。
在削峰填谷阶段中，基于可再生能源出力预测以及负荷预测，以微网日运行最大收益为目标建立目标函数与约束条件，以此对电动汽车慢充平抑时间以及蓄电池、微网联络线各时段交互功率进行优化。
由于该图采用国标进行绘制和标注，本领域的技术人员，完全可以根据其所示，明确地、毫无异义地得知其所要表述的各个步骤和各步骤中的具体工作内容，故在此不再详述。
本发明的技术方案，在微网中应用电动汽车、蓄电池、超级电容构成综合储能系统，对联络线进行峰谷调节，以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数，协调控制电动汽车、蓄电池与超级电容的功率出力。针对电动汽车快充随机性对微网运行影响大的问题，提出了一种基于“互联网+”的解决办法，首先根据发电预测与负荷预测，结合综合储能系统的充放电能力，通过互联网平台预先发布一份初步的能量分配方案。之后根据用户的反馈结果，对能量分配方案进行进一步的修正，从而通过“计划—修正—计划”的方式，改善了用户充电的随机性，并提高电动汽车用户参与微电网峰谷调节的积极性、有效性。既减少了用电高峰期的用电负荷，又增加了用电高峰期的可用容量，从而保证线路电能质量，提高微网运行经济性。
本发明可广泛用于微网的能源管理和运行管理领域。
Claims (7)
1.一种基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是：
依据风力、光伏等分布式可再生能源的发电预测与负荷预测技术，制订初步的能量分配方案发布于互联网平台，根据用户反馈结果进行进一步的修正；
配合储能蓄电池的充放电以及微网联络线与外部大电网的功率交互，以此实现微网联络线功率的削峰填谷，实现微网联络线的能量优化控制；
所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，针对微网中的储能系统，以电动汽车、蓄电池为代表的能量型储能元件参与微网的削峰填谷，蓄电池调峰填谷时，可综合风力、光伏发电预测、负荷预测以及蓄电池自身的荷电状态、联络线功率交换限制等要素，在保证设备运行安全和系统稳定的前提下制定能量存储和释放控制策略。此外，该并网型微网不仅能利用蓄电池进行调峰填谷，也可配合以超级电容器为代表的功率型储能设备共同对微网联络线功率波动进行抑制，以平滑输出功率，提高电能质量。
2.按照权利要求1所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，整体考虑微网各种设备的运行特性，以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数。
3.按照权利要求1所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，在得到初步的能量分配方案之后，为最大化利用电动汽车用户的储能容量，需要根据电动汽车用户的参与意愿进行修正。
4.按照权利要求1所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，借助互联网平台实现；
在当前时段，将下一时段的初步能量分配方案发布在互联网平台上，由电动汽车用户选择能否参与其中，并反馈给能量调度中心。为了提高用户参与的积极性，可针对用户参与度制定相应的额外补贴方案。如果用户领取了充电、放电任务，则需要按时到达电动汽车充电站完成任务，如果未能履约，则需要进行适当的违约处罚。对于能量调度中心而言，如果所有的能量分配任务都被用户领取，则说明当前的策略是有效的；如果只有部分任务被领取，则需要进行修正。对于未能被领取的部分，需要通过增大蓄电池或超级电容的参与比例或者通过调度外来用电的方式予以消纳。
5.按照权利要求1所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，在削峰填谷阶段中，基于可再生能源出力预测以及负荷预测，以微网日运行最大收益为目标建立目标函数与约束条件，以此对电动汽车慢充平抑时间以及蓄电池、微网联络线各时段交互功率进行优化。
6.按照权利要求1所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，综合考虑含风-光-储-电动汽车的并网型微网的联合能量管理与控制；以微网运行的日最大收益为目标建立相应目标函数，协调控制电动汽车、蓄电池与超级电容的功率出力。
7.按照权利要求1所述的基于互联网的并网型微网联合能量管理与控制方法，其特征是所述的并网型微网联合能量管理与控制方法，先根据发电预测与负荷预测，结合综合储能系统的充放电能力，通过互联网平台预先发布一份初步的能量分配方案。之后根据用户的反馈结果，对能量分配方案进行进一步的修正，从而通过“计划—修正—计划”的方式，改善了用户充电的随机性，并提高电动汽车用户参与微电网峰谷调节的积极性、有效性；既减少了用电高峰期的用电负荷，又增加了用电高峰期的可用容量，从而保证线路电能质量，提高微网运行经济性。
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