CN108233361B - 面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合供能系统协同控制方法，特别是一种面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法，遵循“分层分区，区域协调，就地为主，协调为辅”的控制原则，包括向下控制策略和向上控制策略两条控制路径，向下控制策略主要针对网络级的故障和微网级的故障，通过网络协调控制，确保微网和微系统的正常用能；向上控制策略主要针对微网和微系统内部的能源不平衡，通过网络协调控制，实现各个微网之间和微网与主网之间的能源平衡；两条控制路径之间相互转换，提高了控制响应速度，尽量将控制影响范围缩小，同时又能达到优化控制目的，实现高效利用和就地消纳可再生能源、提高综合供能系统的能源利用效率、提高供电可靠性的技术效果。

Description

面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法

技术领域

本发明涉及一种综合供能系统协同控制方法，特别是一种面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法。

背景技术

微电网（Micro-Grid）也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡，是大电网的有力补充，是智能电网领域的重要组成部分。微电网包括：直流微电网，交流微电网，交直流混合微电网，中压配电支线微电网，低压微电网。

然而现有技术中，微电网协同控制的研究主要针对中、高压配网的相互协调控制，例如基于多代理技术的微电网协调控制系统（CN101510686），在微网建设中按照能源互联网的理念，采用先进的互联网及信息技术，实现能源生产和使用的智能化匹配及协同运行；或者是以功能类型区分的微电网的协同控制，如基于冷热电三联供的智能电网园区综合能源优化控制方法（CN104730923），将智能电网园区内多类供能设备和储能设备作为分布式能源向具有不同负荷的多种用户进行冷热电三联供；或者是以其中一种微网作为主电源进行，如基于主从策略的微网系统协调控制方法（CN101931238A）是一种以蓄电池储能系统作为主电源的微网系统协调控制方法。

上述各种方法在协同控制中存在偏颇的问题，既没有计及低压用户的因素，也无法对微电网的各个层次进行统筹考虑，事实上，微网不仅仅功能多、类型复杂，而且层次也多，分布广，对于园区的综合供能更是如此，因此目前已有的各种方法都无法形成全面有层次的控制方法，从而无法保证对敏感性负荷、重要负荷的供电可靠性。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种全面、高效、能够提高能源利用率及供电可靠性的面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法。

本发明所述目的是通过以下途径来实现的：

面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法，其要点在于，包括如下步骤：

1）将整个供能网络控制分成三个层次：网络级控制、微网级控制、微系统级控制，具体为：

网络级控制，是指以110kV～10kV中高压配电网络形成的大型网络的控制策略，其是由多个微型网络组合而成，主要是实现网络级别的电能的平衡供应；

微网级控制，是指以分布式电源和冷热电三联供系统组成的微型能源供给网络，其是上级大型网络的子网络，主要是实现微网内部的能源供给和消纳；

微系统级控制，是指由热泵供热系统和冰蓄冷空调系统组成的冷热两个自循环系统，是用户需求侧终端级的能源消耗及控制系统，其是微网级的子系统，主要实现冷热系统内部的能量供给、自动控制及故障处理；

2）面向园区微网的综合供能系统包括以下两条控制路径：

2.1）第一条控制路径为向下控制策略：依序为网络级控制、微网级控制、微系统级控制：

2.1.1）将供冷系统和供热系统等效为负荷，根据配电网运行状态评估方法，对整个电力供能网络进行运行状态评估；

2.1.2）若系统运行状态评估结果为紧急状态，表示供能网络发生故障，则根据配电网自愈控制方法对整个供能网络进行自愈控制，将整个网络的运行状态调整到安全运行状态，若电力供能网络系统运行状态评估结果为非紧急状态则进入第二条控制路径中步骤2.2.4）的优化控制；

2.1.3）通过配电网运行状态评估和等效负荷方法，对三联供系统进行评估，若系统发生故障，则需根据不同的运行模式进行故障紧急控制，确保供冷系统和供热系统运行在稳定状态，若三联供系统运行状态评估结果为非故障紧急状态，则进入第二条控制路径中步骤2.2.3）微网三联供系统的评估；

2.1.4）根据需求侧运行状态评估方法，对用户的用电状态进行综合评估，若评估结果为用户侧故障（断线、短路、跳闸等），则需通知相关抢修人员进行紧急抢修处理，若综合评估结果为非故障紧急状态，则表示整个多源供能系统运行在非故障紧急状态，则需进入下一步通过第二条控制路径的步骤2.2.2）进行三联供系统评估和优化控制；

2.2）第二条控制路径为向上控制策略：依序为微系统级控制、微网级控制、网络级控制：

2.2.1）根据需求侧运行状态评估方法，利用需求侧智能电表，对用户的用电状态进行综合评估，若评估结果为用户侧供电线路老化，供电路径阻抗达到警戒状态，则通知相关人员进行线路更换作业，确保供电安全；若是双电源用户，则需进行负荷转移，确保用户正常供电，并进入下一步分析；若用户的用电状态评估结果是用户故障，则进入第一条控制路径的步骤2.1.4）所述的抢修处理；

2.2.2）通过配电网运行状态评估和等效负荷的方法，对三联供系统进行评估；若系统未发生故障，则需根据不同的运行控制模式进行优化运行控制，确保供冷系统和供热系统运行在优化状态，并进入下一步分析；若评估结果是用户故障，则进入第一条控制路径的步骤2.1.3）所述的故障紧急控制；

2.2.3）根据置信容量评估方法，对微网三联供系统进行置信容量和供能消纳评估，并根据源、网、荷优化控制方法进行分布式电源消纳控制，并进入下一步分析；

2.2.4）将供冷系统和供热系统等效为负荷，根据配电网运行状态评估方法，对整个电力供能网络进行运行状态评估，若电力供能网络系统运行状态评估结果为异常状态、警戒状态或安全非经济状态，则根据配电网运行状态自愈控制策略，对整个供能网络进行优化控制，将整个网络的运行状态从非健康状态调整到健康状态。

本发明所述向下控制策略主要针对网络级的故障和微网级的故障，通过网络协调控制，确保微网和微系统的正常用能；向上控制策略主要针对微网和微系统内部的能源不平衡，通过网络协调控制，实现各个微网之间和微网与主网之间的能源平衡。本发明所述控制方法主要遵循“分层分区，区域协调，就地为主，协调为辅”的控制原则，其主要目的是为了提高控制响应速度，限制控制范围，明晰控制责任，以就地控制为主，协调控制为辅，尽量将控制影响范围缩小，同时又能达到优化控制目的。

所述区域协调，是指多分布式电源区域和无分布式电源地区的能源协调，少分布式电源区域和多分布式电源区域的能源协调，多电能区域和多冷热能区域的能源协调，多冷热能区域和少冷热能区域的能源协调等。

所述就地为主，是指各能源之间的消纳以微网内部消纳为主要消纳方式，尽量不要依赖其他微网和上游主网络，通过微网内部分布式电源、供热系统和供冷系统之间的协调控制达到能量平衡的目的。

所述协调为辅，是指若微网内部由于能源之间的不平衡无法达到就地消纳的目的，则必须考虑各个微网之间和微网与主网之间的能量交换，如果微网本身能量过剩，则需通过配电网络将能量转换为电能传输到临近能源匮乏的微网，或者传输到上游主网；如果微网本身能量匮乏，则需通过配电网络从临近能源过剩的配电网络获取电能或者从主网获取相应电能。

本发明提供了一种面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法，该方法在对高、中、低压配电网络的运行状态分别进行评估的基础上，根据评估结果，提出向下控制策略（故障处理）和向上控制策略（优化控制）两条控制路径，以及两条控制路径之间的转换，对高效利用和就地消纳可再生能源、提高综合供能系统的能源利用效率、提高供电可靠性等，皆具有重要的现实意义；从而实现全面、高效、能够提高能源利用率及供电可靠性的技术效果，保证对敏感性负荷、重要负荷的供电可靠性。

附图说明

图1为本发明所述面向园区微网的综合供能系统分层分区的协同控制示意图。

图2为本发明所述面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法的流程示意图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

实施例：

参照附图1，面向园区微网的综合供能系统控制总策略，遵循“分层分区，区域协调，就地为主，协调为辅”的控制原则，其主要目的是为了提高控制响应速度，限制控制范围，明晰控制责任，以就地控制为主，协调控制为辅，尽量将控制影响范围缩小，同时又能达到优化控制目的。

（1）分层分区，是指将整个供能网络控制分成三个层次：网络级控制、微网级控制、微系统级控制。

网络级控制，是指以110kV～10kV中高压配电网络形成的大型网络的控制策略，其是由多个微型网络组合而成，主要是实现网络级别的电能的平衡供应。

微网级控制，是指以分布式电源和冷热电三联供系统组成的微型能源供给网络，其是上级大型网络的子网络，主要是实现微网内部的能源供给和消纳。

微系统级控制，是指由热泵供热系统和冰蓄冷空调系统组成的冷热两个自循环系统，是用户需求侧终端级的能源消耗及控制系统，其是微网级的子系统，主要实现冷热系统内部的能量供给、自动控制及故障处理等。

（2）区域协调，是指多分布式电源区域和无分布式电源地区的能源协调，少分布式电源区域和多分布式电源区域的能源协调，多电能区域和多冷热能区域的能源协调，多冷热能区域和少冷热能区域的能源协调等。

（3）就地为主，是指各能源之间的消纳以微网内部消纳为主要消纳方式，尽量不要依赖其他微网和上游主网络，通过微网内部分布式电源、供热系统和供冷系统之间的协调控制达到能量平衡的目的。

（4）协调为辅，是指若微网内部由于能源之间的不平衡无法达到就地消纳的目的，则必须考虑各个微网之间和微网与主网之间的能量交换，如果微网本身能量过剩，则需通过配电网络将能量转换为电能传输到临近能源匮乏的微网，或者传输到上游主网；如果微网本身能量匮乏，则需通过配电网络从临近能源过剩的配电网络获取电能或者从主网获取相应电能。

面向园区微网的综合供能系统的控制方法主要有以下两条控制路径：

（1）向下控制策略：网络级控制→微网级控制→微系统级控制

向下控制策略主要针对网络级的故障和微网级的故障，通过网络协调控制，确保微网和微系统的正常用能。具体控制步骤如下：

（a）将供冷系统和供热系统等效为负荷，根据配电网运行状态评估方法，对整个电力供能网络进行运行状态评估。

（b）若系统运行状态评估结果为紧急状态，表示供能网络发生故障，则根据配电网自愈控制方法对整个供能网络进行自愈控制，将整个网络的运行状态调整到安全运行状态（恢复状态、异常状态、警戒状态、安全非经济状态、安全经济状态），必要时三联供微网可脱网独立运行，其基本控制目标为最大可能的实现供电。若系统运行状态评估结果为非紧急状态（异常状态、警戒状态、安全非经济状态、安全经济状态），则进入下一步。

（c）通过配电网运行状态评估和等效负荷方法，对供冷系统和供热系统进行评估。若系统发生故障，则需根据不同的运行模式进行故障紧急控制，确保供冷系统和供热系统运行在稳定状态。若系统运行状态评估结果为非故障紧急状态，则进入下一步。

（d）根据需求侧运行状态评估方法，对用户的用电状态进行综合评估，若评估结果为用户侧故障（断线、短路、跳闸等），则需通知相关抢修人员进行紧急处理。若综合评估结果为非故障紧急状态，则表示整个多源供能系统运行在非故障紧急状态，则需进入下一步通过第二条控制路径进行优化控制。

（2）向上控制策略：微系统级控制→微网级控制→网络级控制

向上控制策略主要针对微网和微系统内部的能源不平衡，通过网络协调控制，实现各个微网之间和微网与主网之间的能源平衡。具体控制步骤如下：

（1）根据需求侧运行状态评估方法，利用需求侧智能电表，对用户的用电状态进行综合评估，若评估结果为用户侧供电线路老化，供电路径阻抗达到警戒状态，则通知相关人员进行线路更换作业，确保供电安全。若是双电源用户，则需进行负荷转移，确保用户正常供电，并进入下一步分析。若评估结果是用户故障，则进入第一条控制路径。

（2）通过配电网运行状态评估和等效负荷的方法，对供冷系统和供热系统进行评估。若系统未发生故障，则需根据不同的运行控制模式进行优化运行控制，确保供冷系统和供热系统运行在优化状态，并进入下一步分析。若评估结果是用户故障，则进入第一条控制路径。

（3）根据置信容量评估方法，对微网三联供系统进行置信容量和供能消纳评估，并根据源、网、荷优化控制方法进行分布式电源消纳控制，并进入下一步分析。

（4）将供冷系统和供热系统等效为负荷，根据配电网运行状态评估方法，对整个电力供能网络进行运行状态评估。

（5）若系统运行状态评估结果为异常状态、警戒状态或安全非经济状态，则根据配电网运行状态自愈控制策略，对整个供能网络进行优化控制，将整个网络的运行状态从非健康状态调整到健康状态。

本发明所述面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法要点在于：根据评估结果，提出向下控制策略（故障处理）和向上控制策略（优化控制）两条控制路径，以及两条控制路径之间的转换，对高效利用和就地消纳可再生能源、提高综合供能系统的能源利用效率、提高供电可靠性等，皆具有重要的现实意义。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (1)

1.面向园区微网的综合供能系统分层分区协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将整个供能网络控制分成三个层次：网络级控制、微网级控制、微系统级控制，具体为：

网络级控制，是指以110kV～10kV中高压配电网络形成的大型网络的控制策略，其是由多个微型网络组合而成，主要是实现网络级别的电能的平衡供应；

微网级控制，是指以分布式电源和冷热电三联供系统组成的微型能源供给网络，其是上级大型网络的子网络，主要是实现微网内部的能源供给和消纳；

微系统级控制，是指由热泵供热系统和冰蓄冷空调系统组成的冷热两个自循环系统，是用户需求侧终端级的能源消耗及控制系统，其是微网级的子系统，主要实现冷热系统内部的能量供给、自动控制及故障处理；

2）面向园区微网的综合供能系统包括以下两条控制路径：

2.1）第一条控制路径为向下控制策略：依序为网络级控制、微网级控制、微系统级控制：

2.1.1）将供冷系统和供热系统等效为负荷，根据配电网运行状态评估方法，对整个电力供能网络进行运行状态评估；

2.1.2）若系统运行状态评估结果为紧急状态，表示供能网络发生故障，则根据配电网自愈控制方法对整个供能网络进行自愈控制，将整个网络的运行状态调整到安全运行状态，若电力供能网络系统运行状态评估结果为非紧急状态则进入第二条控制路径中步骤2.2.4）的优化控制；

2.1.3）通过配电网运行状态评估和等效负荷方法，对三联供系统进行评估，若系统发生故障，则需根据不同的运行模式进行故障紧急控制，确保供冷系统和供热系统运行在稳定状态，若三联供系统运行状态评估结果为非故障紧急状态，则进入第二条控制路径中步骤2.2.3）微网三联供系统的评估；

2.1.4）根据需求侧运行状态评估方法，对用户的用电状态进行综合评估，若评估结果为用户侧故障，包括断线故障、短路故障和跳闸故障，则需通知相关抢修人员进行紧急抢修处理，若综合评估结果为非故障紧急状态，则表示整个多源供能系统运行在非故障紧急状态，则需进入下一步通过第二条控制路径的步骤2.2.2）进行三联供系统评估和优化控制；

2.2）第二条控制路径为向上控制策略：依序为微系统级控制、微网级控制、网络级控制：

2.2.1）根据需求侧运行状态评估方法，利用需求侧智能电表，对用户的用电状态进行综合评估，若评估结果为用户侧供电线路老化，供电路径阻抗达到警戒状态，则通知相关人员进行线路更换作业，确保供电安全；若是双电源用户，则需进行负荷转移，确保用户正常供电，并进入下一步分析；若用户的用电状态评估结果是用户故障，则进入第一条控制路径的步骤2.1.4）所述的抢修处理；

2.2.2）通过配电网运行状态评估和等效负荷的方法，对三联供系统进行评估；若系统未发生故障，则需根据不同的运行控制模式进行优化运行控制，确保供冷系统和供热系统运行在优化状态，并进入下一步分析；若评估结果是用户故障，则进入第一条控制路径的步骤2.1.3）所述的故障紧急控制；

2.2.3）根据置信容量评估方法，对微网三联供系统进行置信容量和供能消纳评估，并根据源、网、荷优化控制方法进行分布式电源消纳控制，并进入下一步分析；

2.2.4）将供冷系统和供热系统等效为负荷，根据配电网运行状态评估方法，对整个电力供能网络进行运行状态评估，若电力供能网络系统运行状态评估结果为异常状态、警戒状态或安全非经济状态，则根据配电网运行状态自愈控制策略，对整个供能网络进行优化控制，将整个网络的运行状态从非健康状态调整到健康状态。

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