CN109617143A - 一种配电网控制区域自治控制方法及能源路由器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网控制区域自治控制方法及能源路由器，包括电压控制模块和功率控制模块，通过所述功率控制模块的偏差指标制定ki×ΔPF+ΔParea‑i＝0式中，适用于光伏控制的一体化能源路由器，内部设有配电网能量管理系统，所述配电网能量管理系统采用所述的配电网控制区域自治控制策略，其包括，上箱组件，下箱组和控制电路。通过自治控制策略，对外界环境扰动实时作出响应，协调控制区域内的光伏发电和其他可控装置的有功出力或消耗，使得自治区域的运行趋近于全局目标优化值。且放置自治控制策略的适用于光伏控制的一体化能源路由器可以使得在拆卸或者拆卸线路板时，节省了大量的人力，且方便、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电网控制区域自治控制方法及能源路由器，属于能源路由器设备技术领域。
背景技术
随着人类社会文明程度的不断提升，人类活动对地球环境产生了巨大影响，能源短缺、环境污染和气候变化已成为困扰全球的严重问题。电力行业是国家能源产业的核心，其发展状况对以上问题有着直接的影响。为了应对不断提高的环境保护、节能减排和可持续性发展要求，世界各国提出和执行了很多与开发可再生能源相关的政策和措施。新能源发电技术在各种政策的扶持下得到迅猛的发展，大量的光伏、风电、三联供机组等以分布式电源(DG， Distributed Generation)的形式接入到电网中，在缓解电网供电和调峰压力的同时也给传统电网带来了电能质量和规划、运营、控制等方面的挑战。另一方面，随着以数字化和网络化为特征的信息时代的来临，社会对电能质量和供电可靠性的要求越来越严格，用户要求能更加方便和灵活的与配电网进行信息交互和功率交互，传统的电力行业面临着新时代赋予的新挑战。
图1为电网的发展趋势图，以火力发电为主要形式的集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要形式，通过复杂的功率潮流等各种控制器可对其连续调节，为全世界90％以上的电力负荷供电。传统电网采用了垂直控制的框架，从发电、输电和配电环节由上而下进行控制，并且在不同的环节控制方法很很大的区别。高压输电环节的采用了大量信息技术，自动化程度高，保护和控制过程复杂，而中低压配电网系统控制不佳，自动化程度低，保护和调度简单粗糙。传统配电网已经无法满足上述这些要求，大电网和分布式能源发电相结合被世界许多能源和电力研究机构公认为能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是21世纪电力工业的发展方向。
配电网接入分布式能源后，可以带来很大的效率，其中依旧有配电装置、线路和电力负荷等设备，同时接入中小容量的分布式发电装置。首先，这些发电装置一般被安装在负荷处，因此降低了功率流动引起的网络损耗，提高了分布式能源的利用率，同时会承担大部分的新增负荷，减少了集中式发电厂的建设数量。其次，分布式能源可以起到削峰填谷的作用，在配电网中就不需要建设利用率低的设施。另外，在特定区域内具有就地提供无功的功能，不需要从发电厂后变电站提供无功，提供了更多调度电网的方法，比传统电网提高了供电的可靠性、改善了供电电能质量。最后，分布式能源的大规模接入可以加强传统供电方与用户之间的信息和功率交互，会大大加快电力市场化的进程，在电源供给方面提供一个良好的竞争环境。
与此同时，传统配电网在接入大量的DG之后，功率不再是单纯的单向流动，从而带来一系列问题：配电网规划和空间负荷预测更加复杂和不确定、对配电网网络损耗影响的不确定性、配电网的运行和控制更加复杂、继电保护更加复杂、提高短路电流水平、电能质量恶化、供电可靠性降低、可能出现的孤岛效应等。由于中低压配电网自动化程度低，可监测性能和可控制性能远不及高压输电网，无法有效应对接入DG后带来的影响，必须在现有的配电网基础上进行现代化改进。图2中表示了传统配电网引入分布式电源后的结构图，图中简单表示了需要改进的几个方面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种配电网控制区域自治控制方法及能源路由器，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种配电网控制区域自治控制方法，该方法包括电压控制模块和功率控制模块，通过所述功率控制模块的偏差指标制定，如下式：
ki×ΔPF+ΔParea-i＝0 (1)
式中，ΔPF是变电站配网出线实际出口功率与优化目标值的偏差，ΔParea-i是第i个自治区域与变电站配网出线实际交换功率和优化目标值的差，ki是自治区域i参与的功率控制协调系数，
其中，PF是变电站配网出线实际出口功率，是优化目标值，
其中，Paree-i是自治区域i与变电站配网出线的实际交换功率，是交换优化目标值。
作为一种优选方案，其中：所述自治区域i，满足以下公式：
n表示变电站配网出线数目。
一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，包括，上箱组件，包括左板、后板和下板，所述左板的一条侧边与所述后板相连接，与之垂直的另一条侧边与所述下板相连接，所述后板的一条侧边与所述下板相连接；下箱组件，包括右板、前板和上板，所述右板的一条侧边与所述前板相连接，与之垂直的另一条侧边与所述上板相连接，所述前板的一条侧边与所述上板相连接；控制电路，其置于所述上箱组件和下箱组件围成的箱体内，通过限位组件嵌合在所述上箱组件内，包括线路板；限位组件，包括第一插槽和第二插槽，所述第一插槽设于所述左板内侧，所述第二插槽设于所述后板的内侧，所述线路板沿着所述插槽插入，尾端通过第二插槽固定。
作为一种优选方案，其中：所述第一插槽包括上挡板和下挡板，所述上挡板上设有定轴一和定轴二，所述定轴一和定轴二上均设有弹簧；第一压件和第二压件分别与所述定轴一和定轴二上的弹簧固定，且两者中间通过连接轴固定，所述连接轴上设有定位销，所述定位销在弹簧不受力的情况下穿过上挡板、下挡板和线路板定位。
作为一种优选方案，其中：所述后板上设有第一凸出连接块，所述左板上设有第二凸出连接块和第三凸出连接块，所述第一凸出连接块、所述第二凸出连接块和第三凸出连接块上均设有固定孔；所述上板和前板上设有穿透孔，所述连接件穿过固定孔和穿透孔固定所述上箱组件和所述下箱组件。
作为一种优选方案，其中：所述连接件为螺钉，所述固定孔和穿透孔优选为螺纹孔。
作为一种优选方案，其中：所述第一定位件呈L型，其一面与所述后板相贴合，另一面与所述后板相垂直。
作为一种优选方案，其中：所述第二定位件呈L型，其一面与所述前板相贴合，另一面与所述前板相垂直。
作为一种优选方案，其中：所述第一定位件和所述第二定位件上均设有定位孔。
作为一种优选方案，其中：所述右板设有复位键孔和插接端口。
作为一种优选方案，其中：还包括，控制电路，其置于所述上箱组件和下箱组件围成的箱体内；所述控制电路包括线路板、复位键和串口，所述复位键和串口分别于所述线路板相连接；所述复位键穿过所述复位键孔，所述串口穿过所述插接端口。
本发明的有益效果：与现有技术相比，通过自治控制方法，对外界环境扰动实时作出响应，协调控制区域内的光伏发电和其他可控装置的有功出力或消耗，使得自治区域的运行趋近于全局目标优化值。用于光伏控制的一体化能源路由器的定位组件使得线路板在装拆时，节省了大量的人力，能够快速实现安装定位，且方便、成本低。
附图说明
图1为现有技术中电力系统结构的发展趋势的示意图；
图2为传统配电网接入分布式电源后配电网的结构图；
图3为系统框架整体运行示意图；
图4为区域功率自治控制流程图；
图5为一体化能源路由器的上箱组件的整体结构示意图；
图6为一体化能源路由器的上箱组件的局部放大示意图；
图7为一体化能源路由器的上箱组件另一角度的整体结构示意图；
图8为一体化能源路由器的下箱组件的整体结构示意图；
图9为一体化能源路由器的RJ45插头的整体结构示意图；
图10为一体化能源路由器的串口的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。
实施例1：参照图3所示的系统框架图，本发明提供了一种配电网控制区域自治控制方法，其包括电压控制模块和功率控制模块，通过对分布式电源中的光伏通过就地控制，实现配电网的安全经济运行。配电网能量管理系统中最重要的两个内容是电压控制模块和功率控制，防止发生潮流或者电压越限行为。在区域自治层面就要相应地实现区域电压自治和功率自治，本申请所研究的一体化路由器涉及到其中功率自治中对DG控制的部分。
功率自治控制就是有功的控制，依照自治区域划分原则划分出功率自治区域。每个自治区域依据配电网能量管理系统下发的功率目标值，通过自治控制策略，对外界环境扰动实时作出响应，协调控制区域内的光伏发电和其他可控装置的有功出力或消耗，使得自治区域的运行趋近于全局目标优化值。
通过所述功率控制模块的偏差指标制定，如下式：
ki×ΔPF+ΔParea-i＝0 (1)
式中，ΔPF是变电站配网出线实际出口功率与优化目标值的偏差，ΔParea-i是第i个自治区域与变电站配网出线实际交换功率和优化目标值的差，ki是自治区域i参与的功率控制协调系数，
其中，PF是变电站配网出线实际出口功率，是优化目标值，
其中，Paree-i是自治区域i与变电站配网出线的实际交换功率，是交换优化目标值。
从功率自治区域控制策略可以看出，该控制策略就是让每个自治区域以一定比例来矫正由于间隙性能源或其他外界扰动带来的功率偏差。对于所有的自治区域i有，
n表示变电站配网出线数目。
实施例2：如图5-图8所示，一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，区域一体化能源路由器(用于区域控制的一体化路由器)通过该上述控制方法下发功率调整目标给终端一体化能源路由器，其中，终端一体化能源路由器(光伏)再控制光伏逆变器达到调整目标。
配电网整体区域自治控制方法整体通过一体化能源路由器来实现，其中区域能源路由器的职能是采集本区域内功率和电压信息，接受上层下发的优化目标值，通过特定的区域自治控制策略使实际功率和电压趋近于优化目标值；终端一体化能源路由器的职能是对下根据区域能源路由器的输入指令协调其负责控制的分布式发电单元的功率输出，对上则负责将采集到的分布式发电单元运行状态数据发送给区域能源路由器。
对于每一个自治区域而言，配置一个区域一体化能源路由器，而一个区域一体化能源路由器可以协调控制多个终端一体化能源路由器，每个终端一体化能源路由器协调控制的分布式发电单元个数也是可选的，一般可以按照地理位置就近的原则进行配置，即地理位置较为相近的分布式发电单元由一个终端一体化能源路由器进行协调控制。终端一体化能源路由器的配置方式如图3所示。
对于任意一个自制控制区域而言，通过区域一体化能源路由器以及终端一体化能源路由器相互配合实现区域的自治控制策略。功率自治控制如图4 所示。
另外，一体化路由器用于光伏列阵控制时，一般处于较为恶劣的运行条件。现场运维人员常面临维修或者更换电路板的问题，而一般电路板采用螺丝固定，这样拆卸或者更换的时候会有一些麻烦，耗费时间。若采用不固定的方式，那么电路板就没有办法定位，当检测电路板时，很容易在需要拆卸的时候，不小心拉断里面的某些连接线等情况，而拉断连接线之后，若电压较大，可能会引起火灾事故。
本发明提供了一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其内部设有配电网能量管理系统，所述配电网能量管理系统采用配电网控制区域自治控制方法，在其第一个实施例中，一体化能源路由器主体包括上箱组件100、下箱组件200、控制电路300和限位组件400，上箱组件100和下箱组件200通过连接件固定，组装成箱体，控制电路300通过限位组件400固定放置在箱体内。
具体的，上箱组件100包括左板101、后板102和下板103，左板101的一条侧边与后板102相连接，与之垂直的另一条侧边与下板103相连接，后板102的一条侧边与下板103相连接，通过左板101、后板102和下板103组成一个类似于三个面组成的一个顶角的样式。
下箱组件200，包括右板201、前板202和上板203，右板201的一条侧边与前板202相连接，与之垂直的另一条侧边与上板203相连接，前板202 的一条侧边与上板203相连接，与上箱组件100相对应的，通过右板201、前板202和上板203组成一个类似于三个面组成的一个顶角的样式。
上箱组件100和下箱组件200之间通过螺栓螺丝的固定配合，形成一个完整的箱体。
控制电路300，其置于上箱组件100和下箱组件200围成的箱体内，通过限位组件400嵌合在上箱组件100内，控制电路300包括线路板301。
在一些设备中，常常会安置一些电路板，当装置出现故障检测到电路板有问题的时候，需要维修或者更换电路板，而一般电路板采用螺丝固定，这样拆卸或者更换的时候会有一些麻烦，耗费时间。若采用不固定的方式，那么电路板就没有办法定位，当检测电路板时，很容易在需要拆卸的时候，不小心拉断里面的某些连接线等情况，而拉断连接线之后，若电压较大，可能会引起火灾事故。为了保证当上箱组件100和下箱组件200之间拆卸之后，便于安装或者更换线路板301，在本实施例中设置了限位组件400。
限位组件400，包括第一插槽401和第二插槽402，第一插槽401设于左板101内侧，第二插槽402设于后板102的内侧，使得线路板301沿着插槽 401插入，尾端(自线路板301刚刚首次插入到第一插槽401内的一端)通过第二插槽402固定。
较佳的，第一插槽401包括上挡板401a和下挡板401b，上挡板401a上设有定轴一401a-1和定轴二401a-2，定轴一401a-1和定轴二401a-2上均设有弹簧401a-3，第一压件401a-4和第二压件401a-5分别与定轴一401a-1和定轴二401a-2上的弹簧401a-3固定，且两者中间通过连接轴401a-6固定，连接第一压件401a-4和第二压件401a-5的连接轴401a-6中间定位销401a-7，定位销401a-7可绕着连接轴401a-6旋转。
在弹簧401a-3不受力的情况下，定位销401a-7穿过上挡板401a、下挡板401b和线路板301，使得线路板301定位。当需要拆卸或者更换线路板301 时，通过外力将第一压件401a-4和第二压件401a-5往上提，因此定位销 401a-7也会往上提，直至定位销401a-7移除了上挡板401a的位置，然后旋转定位销401a-7，避免定位销401a-7再次与第一压件401a-4、第二压件 401a-5或线路板301相对，互相限位，然后更换线路板301，之后安装的步骤和前面一样。
需要说明的是，为了确保线路板301能完全定位，限位组件400还包括支撑柱403，支撑柱403设于下板103上，支撑柱403凸出下板103的距离等于下挡板401b到下板103的距离。
参照图5-图8本发明适用于光伏控制的一体化能源路由器的第二个实施例中，其不同于第一个实施例的是：后板102上设有第一凸出连接块102a，左板101上设有第二凸出连接块101b第三凸出连接块101c，第一凸出连接块 102a、第二凸出连接块101b第三凸出连接块101c上均设有固定孔b；上板 203上设有穿透孔c，连接件穿过固定孔b和穿透孔c固定上箱组件100和下箱组件200。
需要说明的是，在本实施例中，连接件为螺钉，且固定孔b和穿透孔c 优选为螺纹孔。
参照图5-图10，本发明适用于光伏控制的一体化能源路由器的第三个实施例中，控制装置不同于第二个实施例的是：后板102上设有第一定位件102b，第一定位件102b呈L型，其一面与后板102相贴合，另一面与后板102相垂直。前板202上设有第二定位件202a，第二定位件202a呈L型，其一面与前板202相贴合，另一面与前板202相垂直，且第一定位件102b和第二定位件 202a上均设有定位孔a。
具体的，上箱组件100包括左板101、后板102和下板103，左板101的一条侧边与后板102相连接，与之垂直的另一条侧边与下板103相连接，后板102的一条侧边与下板103相连接，通过左板101、后板102和下板103组成一个类似于三个面组成的一个顶角的样式。
下箱组件200，包括右板201、前板202和上板203，右板201的一条侧边与前板202相连接，与之垂直的另一条侧边与上板203相连接，前板202 的一条侧边与上板203相连接，与上箱组件100相对应的，通过右板201、前板202和上板203组成一个类似于三个面组成的一个顶角的样式。
上箱组件100和下箱组件200之间通过螺栓螺丝的固定配合，形成一个完整的箱体。
后板102上设有第一凸出连接块102a，左板101上设有第二凸出连接块 101b第三凸出连接块101c，第一凸出连接块102a、第二凸出连接块101b第三凸出连接块101c上均设有固定孔b；上板203上设有穿透孔c，连接件穿过固定孔b和穿透孔c固定上箱组件100和下箱组件200。
需要说明的是，在本实施例中，连接件为螺钉，且固定孔b和穿透孔c 优选为螺纹孔。
在本实施例中，后板102上设有第一定位件102b，第一定位件102b呈L 型，其一面与后板102相贴合，另一面与后板102相垂直。前板202上设有第二定位件202a，第二定位件202a呈L型，其一面与前板202相贴合，另一面与前板202相垂直，且第一定位件102b和第二定位件202a上均设有定位孔a。
需要注意的是，第一定位件102b和第二定位件202a不为对称设置，第一定位件102b上的定位孔a与第二定位件202a上的定位孔a的朝向相同。
较佳的，在本实施例中，右板201包括复位键孔201a和插接端口201b。适用于光伏控制的一体化能源路由器，还包括控制电路300，控制电路300置于上箱组件100和下箱组件200围成的箱体内。
控制电路300包括线路板301、复位键302和串口303，复位键302和串口303分别于线路板301相连接。复位键302穿过复位键孔201a，串口303 穿过插接端口201b。
复位键302能够使硬件复位，按下复位键302后，适用于光伏控制的一体化能源路由器将重新启动。
串口303一般采用RS232/RS485串口，根据软件配置自动适应，不需要采用其他设置，串口303管脚定义如下，参照表1和图9-10：
表1
| PIN | RS232 | RS485-2W |
| 1 | --- | --- |
| 2 | RXD | --- |
| 3 | TXD | --- |
| 4 | --- | --- |
| 5 | GND | GND |
| 6 | --- | Data+(B) |
| 7 | --- | Data-(A) |
| 8 | --- | --- |
| 9 | --- | --- |
而插接在RS232/RS485串口中的RJ45插接口303有8个引脚，每个引脚的定义不同，参照表2和图9-10：
表2
| 引脚号 | 名称 | 描述 | 建议颜色 |
| 1 | TX+ | 发送正极 | 橙白 |
| 2 | TX- | 发送负极 | 橙 |
| 3 | RX+ | 接收正极 | 绿白 |
| 4 | - | 蓝 | |
| 5 | - | 蓝白 | |
| 6 | RX- | 接收负极 | 绿 |
| 7 | - | 棕白 | |
| 8 | - | 棕 |
在本实施例中的后板102上集成有冗余电源的一个电源输入端子、系统复位开关、默认开关、保护接地端子等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种配电网控制区域自治控制方法，其特征在于：该方法包括电压控制模块和功率控制模块，通过所述功率控制模块的偏差指标制定，如下式：
ki×ΔPF+ΔParea-i＝0 (1)
式中，ΔPF是变电站配网出线实际出口功率与优化目标值的偏差，ΔParea-i是第i个自治区域与变电站配网出线实际交换功率和优化目标值的差，ki是自治区域i参与的功率控制协调系数，
其中，PF是变电站配网出线实际出口功率，是优化目标值，
其中，Paree-i是自治区域i与变电站配网出线的实际交换功率，是交换优化目标值。
2.根据权利要求1所述的配电网控制区域自治控制方法，其特征在于：所述自治区域i，满足以下公式：
n表示变电站配网出线数目。
3.一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：包括：
上箱组件(100)，包括左板(101)、后板(102)和下板(103)，所述左板(101)的一条侧边与所述后板(102)相连接，与之垂直的另一条侧边与所述下板(103)相连接，所述后板(102)的一条侧边与所述下板(103)相连接；
下箱组件(200)，与上箱组件(100)相配合，其包括右板(201)、前板(202)和上板(203)，所述右板(201)的一条侧边与所述前板(202)相连接，与之垂直的另一条侧边与所述上板(203)相连接，所述前板(202)的一条侧边与所述上板(203)相连接；
控制电路(300)，其置于所述上箱组件(100)和下箱组件(200)围成的箱体内，通过限位组件(400)嵌合在所述上箱组件(100)内，包括线路板(301)；
限位组件(400)，包括第一插槽(401)和第二插槽(402)，所述第一插槽(401)设于所述左板(101)内侧，所述第二插槽(402)设于所述后板(102)的内侧，所述线路板(301)沿着所述插槽(401)插入，尾端通过第二插槽(402)固定。
4.根据权利要求3所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述第一插槽(401)包括上挡板(401a)和下挡板(401b)，所述上挡板(401a)上设有定轴一(401a-1)和定轴二(401a-2)，所述定轴一(401a-1)和定轴二(401a-2)上均设有弹簧(401a-3)；第一压件(401a-4)和第二压件(401a-5)分别与所述定轴一(401a-1)和定轴二(401a-2)上的弹簧(401a-3)固定，且两者中间通过连接轴(401a-6)固定，所述连接轴(401a-6)上设有定位销(401a-7)，所述定位销(401a-7)在弹簧(401a-3)不受力的情况下穿过上挡板(401a)、下挡板(401b)和线路板(301)定位。
5.根据权利要求3或4所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述后板(102)上设有第一凸出连接块(102a)，所述左板(101)上设有第二凸出连接块(101b)和第三凸出连接块(101c)，所述第一凸出连接块(102a)、所述第二凸出连接块(101b)和第三凸出连接块(101c)上均设有固定孔(b)；
所述上板(203)和前板(202)上设有穿透孔(c)，所述连接件穿过固定孔(102c)和穿透孔(c)固定所述上箱组件(100)和所述下箱组件(200)。
6.根据权利要求5所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述连接件为螺钉，所述固定孔(b)和穿透孔(c)为螺纹孔。
7.根据权利要求3或4任一所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述第一定位件(102b)呈L型，其一面与所述后板(102)相贴合，另一面与所述后板(102)相垂直。
8.根据权利要求7所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述第二定位件(202a)呈L型，其一面与所述前板(202)相贴合，另一面与所述前板(202)相垂直。
9.根据权利要求8所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述第一定位件(102b)和所述第二定位件(202a)上均设有定位孔(a)。
10.根据权利要求3所述的一种适用于光伏控制的一体化能源路由器，其特征在于：所述右板(201)上设有复位键孔(201a)和插接端口(201b)。
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| CN201811543925.5A CN109617143A (zh) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 一种配电网控制区域自治控制方法及能源路由器 |
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