CN110311378B - 分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法 - Google Patents

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CN110311378B CN201910659578.0A CN201910659578A CN110311378B CN 110311378 B CN110311378 B CN 110311378B CN 201910659578 A CN201910659578 A CN 201910659578A CN 110311378 B CN110311378 B CN 110311378B
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Abstract

本发明涉及分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法，包括以下步骤：第一步：当各配用电子系统自治运行时，由各配用电子系统对应的管理单元计算生成各控制对象相应的优化运行功率值，然后各配用电子系统将换流站交换功率向直流网进行申报，并根据实际情况进行换流站交换功率和直流网储能装置功率的更新，得到更新后换流站交换功率和直流网储能装置功率；第二步：各配用电子系统的换流站和直流网储能装置将更新后换流站交换功率和直流网储能装置功率作为各自对应的功率指令值，传递给本地的下垂控制，进行自适应下垂运行，完成相应的功率调节。

Description

分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法
技术领域
本发明涉及一种分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法，属于交直流配用电系统技术领域。
背景技术
地理位置相邻分布的光伏、风电、微型燃气轮机(CHP)等分布式电源与负荷通过有效组织可构成配用电子系统，成为国内外能源研究领域的热点问题，这种配用电子系统将成为未来配电网中的重要组网形态。与此同时，受到交流配电网固有结构和运行方式的限制，多个配用电子系统自治、分散运行将无法充分发挥各配用电子系统在更大空间和时间范围的互济互联以及供电能力的提升，为了克服交流配电网固有结构的制约，进而在更宽的时空范围内进行潮流转移与负荷均衡，可以将多个配用电子系统经过配置在内部某节点处的AC/DC换流站进行跨馈线互联，其典型结构如图1所示。
其中，分布式能源和用户群体交直流配用电子系统通常可包含分布式能源(Distributed energy resource，DER)如风电、光伏、微型燃气轮机(CHP)、储能装置、本地负荷，以及AC/DC换流站。其中，各分布式能源和用户群体交直流配用电子系统中的AC/DC换流站的交流侧接入该配用电子系统的某处母线或节点，而其直流侧则接入直流网。多个分布式能源和用户群体交直流配用电子系统通过对应AC/DC换流站接入直流网，且通过直流网进行互联互通，形成了多端直流结构。在直流网内部，通常接入本地直流负荷、并配置一定容量的储能装置。
现有技术中提出了基于换流站本地下垂控制的多端直流自适应运行方法(PeiWei,Deng Wei,Zhang Xue,Qu Hui,Sheng Kun.Potential of using multiterminal LVDCto improve plug-in electric vehicle integration in an existing distributionnetwork,IEEE Transactions on Industrial Electronics,2015,62(5):3101-3111.)，下垂控制特性如图2所示。其中，Udc和Udc＊分别为直流电压的实际值和指令值；P和P＊分别为变换装置功率的实际值和指令值；R为下垂系数，则满足：
(P*-P)R＝(Udc *-Udc) (1)
下垂控制是一种可以自动实现能量优化的控制策略，它利用变换装置输出有功功率和直流电压呈线性关系进行控制。该方法通过均衡不同交流区域的负荷率来提升直流负荷例如电动汽车的集成接入能力，但未考虑直流网储能装置的协调控制，且是以优化换流站经济性投资为目标，而非换流站调度功率优化，缺乏对交直流配用电子系统直流网运行管理的有效支撑。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法，可协调流网储能装置来共同完成交直流配用电系统的调度功率优化，实现整体的效益最佳。
本发明技术解决方案：分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法，包括以下步骤：
第一步：当各配用电子系统自治运行时，由各配用电子系统对应的管理单元计算生成各控制对象相应的优化运行功率值，然后各配用电子系统将换流站交换功率向直流网进行申报，并根据实际情况进行换流站交换功率和直流网储能装置功率的更新，得到更新后换流站交换功率和直流网储能装置功率；
第二步：各配用电子系统的换流站和直流网储能装置将更新后换流站交换功率和直流网储能装置功率作为各自对应的功率指令值，传递给本地的下垂控制，进行自适应下垂运行，完成相应的功率调节。
所述第一步中，换流站交换功率和直流网储能装置功率的更新具体实现如下：
(1)当直流网储能装置完全响应配用电子系统的优化运行时，即各配用电子系统向直流网申报换流站交换功率，满足|P1+...+Pi+..+PI-Pload|≤Pes,rated时，设定中间变量P+,P+＝P1+...+Pi+..+PI-Pload，此时直流网判断：
如果P+≥0且直流网储能装置SOC≤SOCup，直流网储能装置功率Pes为：Pes＝P+；其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：Pi,new＝Pi
如果P+<0且直流网储能装置SOC＞SOClow，直流网储能装置功率Pes为：Pes＝P+；设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：Pi,new＝Pi；
(2)当直流网储能装置不能完全响应配用电子系统的优化运行时，即各配用电子系统向直流网申报换流站交换功率，满足P1+...+Pi+..+PI-Pload-Pes,rated>0或P1+...+Pi+..+PI-Pload+Pes,rated<0，此时直流网判断：
第一种，如果P1...Pi...PI均大于0，此时更新第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000031
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝Pes,rated；
第二种，如果P1...Pi...PI均小于0，此时更新第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000032
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝-Pes,rated；
如果非上述第一种和第二种两种情况，则针对部分配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率大于0、部分则小于另0的情况，进一步设定中间变量Pb＝P1+...+Pi+..+PI-Pload-Pes,rated，Ps＝P1+...+Pi+..+PI-Pload+Pes,rated，进一步判断：
如果Pb＞0，将交换功率大于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统售电集即直流网购电集，记为B，设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000033
非直流网购电集的其他配用电子系统的换流站交换功率保持不变。直流网储能装置功率Pes为：Pes＝Pes,rated；
如果Ps<0，将交换功率小于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统购电集即直流网售电集，记为S，设定其中第j个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为Pj,假定直流网向第j个配用电子系统的售电价格为rj,s，其中第j个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pj,new:
Figure BDA0002138087040000034
其中
Figure BDA0002138087040000041
将交换功率大于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统售电集即直流网购电集，记为B，设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000042
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝-Pes,rated；
(3)当各配用电子系统的利益发生冲突导致直流网退出整体优化时，所有换流站和直流网储能装置相应停止工作；
上述中，设定流向直流网母线为功率正方向，第1个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为P1，第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为Pi,第I个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为PI；直流网向第1个配用电子系统的售电价格为r1,s,直流网向第i个配用电子系统的售电价格为ri,s，直流网向第I个配用电子系统的售电价格为rI,s；假定直流网向第1个配用电子系统的购电价格为r1,b,直流网向第i个配用电子系统的购电价格为ri,b，直流网向第I个配用电子系统的购电价格为rI,b；直流网等效负荷为Pload，直流网储能装置功率为Pes，直流网储能装置额定容量为Pes,rated，直流网储能装置荷电状态为SOC，直流网储能装置荷电状态的下限值为SOClow，直流网储能装置荷电状态的上限值为SOCup；配用电子系统总数量为I，每个配用电子系统中均有换流站，则所有换流站的对应编号依次记录为1,…i,…I，设定第i个配用电子系统中的换流站额定功率为Pi,rated。
所述第二步具体实现如下：
直流网管理单元将各配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值发送至各配用电子系统换流站、将直流网储能装置功率Pes发送至直流网储能装置，当各配用电子系统换流站与直流网储能装置接收到功率指令后，叠加至本地下垂控制策略中，具体为更新下垂系数，设定第1个配用电子系统的换流站下垂系数为R1，第i个配用电子系统的换流站下垂系数为Ri,第I个配用电子系统的换流站下垂系数为RI，直流网储能装置下垂系数为Res，设定Pi,base为第i个配用电子系统的换流站的功率基值，Pes,base为直流网储能装置的功率基值，则第i个配用电子系统的换流站下垂系数更新为：
Figure BDA0002138087040000051
直流网储能装置下垂系数更新为：
Figure BDA0002138087040000052
各配用电子系统换流站与直流网储能装置执行新的下垂系数。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)分布式能源和用户群体交直流配用电系统将成为未来配电网中的重要组网形态。由于各配用电子系统存在运营主体不一致，运行目标存在差异性，所以很难达到多方利益均衡。而本发明通过多个配用电子系统经过配置在内部某节点处的AC/DC换流站与直流网互联，通过直流网中的储能装置与各配用电子系统换流站的相互配合，大幅提高对各配用电子系统优化功率的支撑能力，并在无法满足各方全部利益的时候尽可能实现多方利益均衡。而且配置在直流网中的储能装置能够在一定程度上提供功率支援，最大化保障各方所需的优化运行功率指令。同时，换流站与储能装置均采用下垂控制方式的话，可以自动调节运行功率，从而避免了传统运行方式下的定直流电压换流站、定功率换流站等的控制配合与不同优化需求下的相互切换。
(2)分布式能源和用户群体交直流配用电系统将成为未来配电网中的重要组网形态之一。在各配用电系统运行目标不一致甚至相互冲突情况下，传统方法下各配用电系统无法进行互联支撑，无法保障各方利益均衡。而本发明提出一种分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法，结合储能装置控制手段弥补现有缺陷，填补技术空白，应用前景广阔。
附图说明
图1为分布式能源和用户群体交直流配用电系统结构；
图2为电压下垂制特性示意图；
图3本发明方法实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图3所示，本发明方法具体实现如下：
第一步：换流站交换功率和直流网储能装置功率更新
设定配用电子系统总数量为I，每个配用电子系统中均有换流站，那么所有换流站的对应编号依次记录为1,…i,…I，设定第i个配用电子系统中的换流站额定功率为Pi,rated。
当各配用电子系统自治运行时，由其对应的管理单元计算生成各控制对象相应的优化运行功率值，然后各配用电子系统将换流站交换功率向直流网管理单元进行申报，设定流向直流网母线为功率正方向，设定第1个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为P1，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为Pi,设定第I个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为PI；假定直流网向第1个配用电子系统的售电价格为r1,s,直流网向第i个配用电子系统的售电价格为ri,s，假定直流网向第I个配用电子系统的售电价格为rI,s；假定直流网向第1个配用电子系统的购电价格为r1,b,直流网向第i个配用电子系统的购电价格为ri,b，直流网向第I个配用电子系统的购电价格为rI,b；直流网等效负荷为Pload，直流网储能装置功率为Pes，直流网储能装置额定容量为Pes,rated，直流网储能装置荷电状态为SOC，直流网储能装置荷电状态的下限值为SOClow，直流网储能装置荷电状态的上限值为SOCup；
1)当直流网储能装置完全响应配用电子系统的优化运行时，即各配用电子系统向直流网申报换流站交换功率，满足|P1+...+Pi+..+PI-Pload|≤Pes,rated时，设定中间变量P+,其满足P+＝P1+...+Pi+..+PI-Pload，此时直流网判断：如果P+≥0且直流网储能装置SOC≤SOCup，直流网储能装置功率Pes为：Pes＝P+；设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Pi,new＝Pi
如果P+<0且直流网储能装置SOC＞SOClow，直流网储能装置功率Pes为：Pes＝P+；设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Pi,new＝Pi
2)当直流网储能装置不能完全响应配用电子系统的优化运行时，即各配用电子系统向直流网申报换流站交换功率，满足P1+...+Pi+..+PI-Pload-Pes,rated>0或P1+...+Pi+..+PI-Pload+Pes,rated<0，此时直流网判断：
2.1如果P1...Pi...PI均大于0，此时更新第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000061
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝Pes,rated；
2.2如果P1...Pi...PI均小于0，此时更新第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000071
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝-Pes,rated；
2.3如果非上述两种情况，则针对部分配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率大于0、部分则小于另0的情况，进一步设定中间变量Pb＝P1+...+Pi+..+PI-Pload-Pes,rated，Ps＝P1+...+Pi+..+PI-Pload+Pes,rated；
2.3.1判断：如果Pb＞0，将交换功率大于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统售电集(直流网购电集)，记为B，设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000072
非直流网购电集的其他配用电子系统的换流站交换功率保持不变。直流网储能装置功率Pes为：Pes＝Pes,rated；
2.3.2判断如果Ps<0，将交换功率小于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统购电集(直流网售电集)，记为S，设定其中第j个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为Pj,假定直流网向第j个配用电子系统的售电价格为rj,s，其中第j个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pj,new:
Figure BDA0002138087040000073
其中
Figure BDA0002138087040000074
将交换功率大于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统售电集(直流网购电集)，记为B，设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure BDA0002138087040000075
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝-Pes,rated；
3)当各配用电子系统的利益发生冲突导致直流网退出整体优化时，所有换流站和直流网储能装置相应停止工作。
第二步：自适应下垂运行
直流网管理单元将各配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值发送至各配用电子系统换流站、将直流网储能装置功率Pes发送至直流网储能装置。当各配用电子系统换流站与直流网储能装置接收到功率指令后，叠加至本地下垂控制策略中，具体为更新下垂系数。设定第1个配用电子系统的换流站下垂系数为R1，第i个配用电子系统的换流站下垂系数为Ri,第I个配用电子系统的换流站下垂系数为RI,直流网储能装置下垂系数为Res。设定Pi,base为第i个配用电子系统的换流站的功率基值，Pes,base为直流网储能装置的功率基值。
则第i个配用电子系统的换流站下垂系数更新为：
Figure BDA0002138087040000081
直流网储能装置下垂系数更新为：
Figure BDA0002138087040000082
各配用电子系统换流站与直流网储能装置执行新的下垂系数。

Claims (1)

1.分布式能源和用户群体交直流配用电系统自治运行方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：当各配用电子系统自治运行时，由各配用电子系统对应的管理单元计算生成各控制对象相应的优化运行功率值，然后各配用电子系统将换流站交换功率向直流网进行申报，并根据实际情况进行换流站交换功率和直流网储能装置功率的更新，得到更新后换流站交换功率和直流网储能装置功率；
第二步：各配用电子系统的换流站和直流网储能装置将更新后换流站交换功率和直流网储能装置功率作为各自对应的功率指令值，传递给本地的下垂控制，进行自适应下垂运行，完成相应的功率调节；
所述第一步中，换流站交换功率和直流网储能装置功率的更新具体实现如下：
(1)当直流网储能装置完全响应配用电子系统的优化运行时，即各配用电子系统向直流网申报换流站交换功率，满足|P1+...+Pi+..+PI-Pload|≤Pes,rated时，设定中间变量P+,P+＝P1+...+Pi+..+PI-Pload，此时直流网判断：
如果P+≥0且直流网储能装置SOC≤SOCup，直流网储能装置功率Pes为：Pes＝P+；其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Pi,new＝Pi
如果P+<0且直流网储能装置SOC＞SOClow，直流网储能装置功率Pes为：Pes＝P+；设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Pi,new＝Pi；
(2)当直流网储能装置不能完全响应配用电子系统的优化运行时，即各配用电子系统向直流网申报换流站交换功率，满足P1+...+Pi+..+PI-Pload-Pes,rated>0或P1+...+Pi+..+PI-Pload+Pes,rated<0，此时直流网判断：
第一种，如果P1...Pi...PI均大于0，此时更新第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure FDA0002532791220000011
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝Pes,rated；
第二种，如果P1...Pi...PI均小于0，此时更新第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率，设定第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure FDA0002532791220000021
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝-Pes,rated；
如果非上述第一种和第二种两种情况，则针对部分配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率大于0、部分则小于0的情况，进一步设定中间变量Pb＝P1+...+Pi+..+PI-Pload-Pes,rated，Ps＝P1+...+Pi+..+PI-Pload+Pes,rated，进一步判断：
如果Pb＞0，将交换功率大于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统售电集即直流网购电集，记为B，设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure FDA0002532791220000022
非直流网购电集的其他配用电子系统的换流站交换功率保持不变；直流网储能装置功率Pes为：
Pes＝Pes,rated；
如果Ps<0，将交换功率小于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统购电集即直流网售电集，记为S，设定其中第j个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为Pj,假定直流网向第j个配用电子系统的售电价格为rj,s，其中第j个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pj,new:
Figure FDA0002532791220000023
其中
Figure FDA0002532791220000024
将交换功率大于0的换流站记录下来，按照换流站对应编号形成配用电子系统售电集即直流网购电集，记为B，设定其中第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值为Pi,new：
Figure FDA0002532791220000025
直流网储能装置功率Pes为：Pes＝-Pes,rated；
(3)当各配用电子系统的利益发生冲突导致直流网退出整体优化时，所有换流站和直流网储能装置相应停止工作；
上述中，设定流向直流网母线为功率正方向，第1个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为P1，第i个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为Pi,第I个配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率为PI；直流网向第1个配用电子系统的售电价格为r1,s,直流网向第i个配用电子系统的售电价格为ri,s，直流网向第I个配用电子系统的售电价格为rI,s；假定直流网向第1个配用电子系统的购电价格为r1,b,直流网向第i个配用电子系统的购电价格为ri,b，直流网向第I个配用电子系统的购电价格为rI,b；直流网等效负荷为Pload，直流网储能装置功率为Pes，直流网储能装置额定容量为Pes,rated，直流网储能装置荷电状态为SOC，直流网储能装置荷电状态的下限值为SOClow，直流网储能装置荷电状态的上限值为SOCup；配用电子系统总数量为I，每个配用电子系统中均有换流站，则所有换流站的对应编号依次记录为1,…i,…I，设定第i个配用电子系统中的换流站额定功率为Pi,rated；
所述第二步具体实现如下：
直流网管理单元将各配用电子系统向直流网申报的换流站交换功率更新值发送至各配用电子系统换流站、将直流网储能装置功率Pes发送至直流网储能装置，当各配用电子系统换流站与直流网储能装置接收到功率指令后，叠加至本地下垂控制策略中，具体为更新下垂系数，设定第1个配用电子系统的换流站下垂系数为R1，第i个配用电子系统的换流站下垂系数为Ri,第I个配用电子系统的换流站下垂系数为RI，直流网储能装置下垂系数为Res，设定Pi,base为第i个配用电子系统的换流站的功率基值，Pes,base为直流网储能装置的功率基值，则第i个配用电子系统的换流站下垂系数更新为：
Figure FDA0002532791220000031
直流网储能装置下垂系数更新为：
Figure FDA0002532791220000032
各配用电子系统换流站与直流网储能装置执行新的下垂系数。
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