CN109004641A - 一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，以解决微网中能源优化调控问题。本发明通过监视微网中各种可再生能源的未来发电情况，统一分析处理多种能源的测报结果，考虑能源综合优化互补和发电计划优化，在此基础上实现了混合型微网的源网荷协调控制技术，与负荷预测和区域发电能力预测相结合，充分发挥微网能源的集中发电控制能力，在提高新能源消纳率的同时实现微电网的发电和负荷平衡。

Description

一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法。
背景技术
微网作为分布式电源(Distributed Energy Resource，DER)的重要组织方式得到了极大的关注，其中微电网的优化运行更成为研究的热点。微网作为一种新型电力技术，通过综合利用分布式发电系统如太阳能、风能等新能源以及电池储能技术，为高效利用新能源提供了一种有效的技术手段。
微网与电网可以有一个或多个连接点，微网主要由微电源、储能系统、微网能量管理系统、分布式设备控制器和负荷等组成。微电源即微网中的分布式电源，如风力发电机组、光伏电源等；微网能量管理系统是负责监视和控制微网内其它设备和元件的集中式平台，可实现多个设备的协调控制；分布式设备控制器则负责微网内各可控设备如风力发电机组、光伏电源的本地控制，可接收来自微网能量管理系统的控制指令。
微网中微电源受自然条件影响出力波动较大，当负荷变化时，微电源的调整时间相对较长，且微网存在与电网失去联络的风险，因此如何实现微网内部的分布式能源充分消纳以及如何保障微网在与电网联网及孤网情况下的稳定运行，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，以解决微网内部分布式能源充分消纳以及微网的稳定运行问题。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，包括以下步骤：
步骤1：基于微网中各再生能源发电站的未来发电情况，统一分析处理多种能源的测报结果，进行微网发电计划优化；
步骤2：基于优化后的微网发电计划和区域发电要求，进行微网联络线功率的自动发电控制，平衡微电网的发电和负荷；
步骤3：在微网独立运行情况下，基于区域控制偏差，进行独立微网内稳定运行的自动发电控制，维持微网频率在允许误差范围之内。
上述协调控制方法中，所述步骤1中进行微网发电计划优化具体包括：
步骤11：基于微网从电网购电成本及自身电能生产成本，以区域经济运行为目标，确定微网发电计划优化目标函数；
步骤12：基于微网中各再生能源发电站的未来发电情况，考虑微网内部能量平衡，确定优化过程中微网内部功率平衡约束，联络线约束，电压约束；
步骤13：通过对优化问题的数学求解，确定控制区域中各再生能源发电站的发电计划进行自治调度，实现用户的运行成本最低。
上述协调控制方法中，所述步骤2中进行微网联络线功率的自动发电控制具体包括：
步骤21：基于微网联络线计划和实时联络线功率偏差，计算微网区域控制偏差；
步骤22：计算微网内部功率调节需求，在计划发电功率基点基础上，分解功率调节需求到各再生能源发电站；
步骤23：计及机组各项约束计算出对机组的控制命令，由微网能量管理系统下发到各再生能源发电站进行实时功率调整，实现微网联络线功率控制。
上述协调控制方法中，所述步骤3中进行独立微网内稳定运行的自动发电控制具体包括：
步骤31：基于微网频率实时量测和目标频率偏差，计算独立微网内的区域控制偏差；
步骤32：计算微网内部功率调节需求，在各再生能源发电站发电功率基点基础上，分解功率调节需求到各再生能源发电站；
步骤33：计及机组各项约束计算出对机组的控制命令，由微网能量管理系统下发到各再生能源发电站进行实时功率调整，实现独立微网的频率控制。
上述协调控制方法中，所述再生能源发电站包括光伏电站、水电站、风力发电站。
本发明的有益效果：通过监视微网中光伏电源、水电站等发电站的未来发电情况，统一分析处理多种能源的测报结果，考虑能源综合优化互补和发电计划优化，在此基础上实现了混合型微网的源网荷协调控制技术，通过微网能量管理系统下发控制指令，控制微网中光伏、水电等可再生能源的自治调度，充分发挥微网能源的集中发电控制能力，在提高新能源消纳率的同时实现微电网在与电网联网和独立运行情况下的稳定运行。
附图说明
图1是微网联络线功率协调控制示意图；
图2是独立微网内部功率协调控制示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提出了一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，本实施例中以水光储混合型微网为例。
基于水光储混合型微网中光伏电源、水电站的未来发电情况，统一分析处理多种能源的测报结果，实现了微网发电计划优化；
基于优化后的微网发电计划和区域发电要求，实现了微网联络线功率的自动发电控制，平衡微电网的发电和负荷；
在微网独立运行情况下，基于区域控制偏差，实现独立微网内稳定运行的自动发电控制，维持微网频率在允许误差范围之内。
具体来讲，本发明按以下步骤对基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法进行了功能实现：
(1)基于水光储混合型微网中光伏电源、水电站的未来发电情况，统一分析处理多种能源的测报结果，以区域经济运行作为目标，实现了微网发电计划优化，其优化目标函数为：
MinF＝CGD(t)PGD(t)+CHY(t)PHY(t)+CSE(t)PSE(t)+CLD(t)PLD(t)
式中:对于节点i,CGD为t时段从电网购电的单价；PGD(t)为t时段的微网与电网联络节点注入功率；CHY(t)为t时段单位水电的成本价格；PIL(t)为t时段水电的总功率；CSE(t)为t时段储能设备的放/充电成本；PSE(t)为t时段储能的放/充电功率，CLD(t)为t时段可调负荷的调节成本；PLD(t)为t时段可调负荷的功率。目标函数的实际意义是，在确保可再生能源发电最大化利用的前提下，对控制区域中光伏、水电进行自治调度，实现用户的运行成本最低。
优化过程中需考虑以下约束:
●微网功率平衡约束：
式中:PPV,i(t)为t时段微网内第i个光伏电源的有功出力；PHY(t)为t时段微网内水电的有功出力；PGD(t)为t时段微网与主网联络线交换的功率，注入为正，输出为负；PSE(t)为t时段储能的充放电功率，放电为正，充电为负；PL(t)为t时段的负荷。
●联络线功率约束：
PGD,min≤PGD(t)≤PGD,max
式中PGD,max、PGD,min为微网与电网联络线上允许交互功率的上下限值。
●电压约束：
Umin≤U(t)≤Umax
式中Umax、Umin为t时段的与电网联络节点电压的上下限值。
通过对优化问题的数学求解，得到t时段微网与电网联络节点注入功率PGD(t)、水电出力功率PHY(t)、光伏发电功率PPV(t)、储能的放/充电功率PSE(t)、可调负荷功率PLD(t)的最优解，从而确定微网内部光伏、水电的发电计划以及与电网联络线的交换功率计划，从而在再生能源发电最大化利用的前提下，对控制区域中光伏、水电进行自治调度，实现用户的运行成本最低。
(2)基于优化后的微网发电计划和区域发电要求，如图1所示实现微网联络线功率的自动发电控制，平衡微电网的发电和负荷：
在微网与电网联网运行情况下，由前面优化求解得到的微网内部光伏、水电的发电计划以及与电网联络线的交换功率计划，由微网能量管理系统进行分布式能源的调节控制。
微网的区域控制偏差ACE此时等于与电网交换功率的控制偏差ΔPEX，计算公式如下：
ACE＝ΔPEX＝PGD(t)-PGD0(t)
其中：
PGD(t)为t时刻微网与电网联络线实际潮流功率(MW)；
PGD0(t)为t时刻微网优化后的联络节点注入功率计划(MW)。。
微网内部分布式电源的基本功率PBi(t)相当于计划功率，即水电出力功率PHY(t)、光伏发电功率PPV(t)，另外微网的区域控制偏差将在分布式电源之间
分担，作为第i个分布式电源的调节功率，则第i个分布式电源的目标出力(也称期望发电)是基本功率与调节功率之和：
PDi(t)＝PBi(t)+PRi(t)
其中，
PBi(t)为分布式电源的基本功率；
PRi(t)为分布式电源的调节功率；
PDi(t)为分布式电源的目标出力。
微网能量管理系统根据计算得到的机组目标出力，将控制命令通过分布式设备控制器下发，实现对微网内部分布式能源的自主调节，在发出控制命令之前，同时要进行控制信号死区校验、响应控制命令校验、最大调节量校验、运行限值校验等一系列校验，以保证分布式能源运行的安全性和调节的可靠性。
●控制信号死区校验。当控制信号小于分布式能源调节死区时，控制信号被抑制，即暂时不下发。未承担的调节量分配到其它分布式能源。
●响应控制命令校验。判断分布式能源是否已响应上次的控制命令，如果未响应上次的控制命令，本次控制命令暂不下发；如果已响应上次的控制命令，则将本次的控制命令立即下发，但应接受下一校验。
●最大调节量校验。如果控制命令对应的调节增量大于给定的分布式能源最大调节量，限制在最大调节量上，未承担的调节量分配到其它分布式能源。
●运行限值校验。将控制信号限制在分布式能源可调发电出力的限值上，未承担的调节量分配到其它分布式能源。
(3)在微网独立运行情况下，如图2所示基于区域控制偏差，实现独立微网内稳定运行的自动发电控制，维持微网频率在允许误差范围之内：
在微网独立运行情况下，微网与电网不存在能量交换，由前面优化求解得到的微网内部光伏、水电的发电计划，由微网能量管理系统进行分布式能源的调节控制，维持微网内部能量平衡。
微网的区域控制偏差ACE的此时的计算公式如下：
ACE＝B*(f-f0)
其中：
B为微网频率偏差系数(MW/HZ)，为人工设定值；
f为实测频率(HZ)；
f0为微网额定频率(HZ)。
微网内部分布式电源的基本功率PBi(t)相当于计划功率，即水电出力功率PHY(t)、光伏发电功率PPV(t)，另外微网的区域控制偏差将在分布式电源之间分担，作为第i个分布式电源的调节功率，目标出力计算和微网联网时的计算方式相同，微网能量管理系统根据计算得到的机组目标出力，将控制命令通过分布式设备控制器下发，实现对微网内部分布式能源的自主调节，以达到独立微网内部的功率平衡。

Claims (5)

1.一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于微网中各再生能源发电站的未来发电情况，统一分析处理多种能源的测报结果，进行微网发电计划优化；
步骤2：基于优化后的微网发电计划和区域发电要求，进行微网联络线功率的自动发电控制，平衡微电网的发电和负荷；
步骤3：在微网独立运行情况下，基于区域控制偏差，进行独立微网内稳定运行的自动发电控制，维持微网频率在允许误差范围之内。
2.如权利要求1所述的一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，其特征在于，所述步骤1中进行微网发电计划优化具体包括：
步骤11：基于微网从电网购电成本及自身电能生产成本，以区域经济运行为目标，确定微网发电计划优化目标函数；
步骤12：基于微网中各再生能源发电站的未来发电情况，考虑微网内部能量平衡，确定优化过程中微网内部功率平衡约束，联络线约束，电压约束；
步骤13：通过对优化问题的数学求解，确定控制区域中各再生能源发电站的发电计划进行自治调度，实现用户的运行成本最低。
3.如权利要求1所述的一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中进行微网联络线功率的自动发电控制具体包括：
步骤21：基于微网联络线计划和实时联络线功率偏差，计算微网区域控制偏差；
步骤22：计算微网内部功率调节需求，在计划发电功率基点基础上，分解功率调节需求到各再生能源发电站；
步骤23：计及机组各项约束计算出对机组的控制命令，由微网能量管理系统下发到各再生能源发电站进行实时功率调整，实现微网联络线功率控制。
4.如权利要求1所述的一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中进行独立微网内稳定运行的自动发电控制具体包括：
步骤31：基于微网频率实时量测和目标频率偏差，计算独立微网内的区域控制偏差；
步骤32：计算微网内部功率调节需求，在各再生能源发电站发电功率基点基础上，分解功率调节需求到各再生能源发电站；
步骤33：计及机组各项约束计算出对机组的控制命令，由微网能量管理系统下发到各再生能源发电站进行实时功率调整，实现独立微网的频率控制。
5.如权利要求1所述的一种基于能源优化调度的微网源网荷协调控制方法，其特征在于，所述再生能源发电站包括光伏电站、水电站、风力发电站。
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