CN110957807A - 分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法，其中的系统包括日级调度单元、协调控制单元、实时控制单元，以及信息交互总线；其中，日级调度单元包括可再生能源发电预测模块、负荷预测模块、需求响应模块、以及与可再生能源发电预测模块、负荷预测模块、需求响应模块连接的日前计划及日内滚动修正调度模块；协同控制单元包括至少一个能量信息中心；实时控制单元包括分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备以及控制装置；信息交互总线通过光纤网络与各能量信息中心以及日前计划及日内滚动修正调度模块进行交互。利用上述发明能够提高配电网的管控程度，促进分布式可再生能源的利用，实现设备的高效接入和运行。

Description

分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法
技术领域
本发明涉及分布式能源技术领域，更为具体地，涉及一种分布式能源的配电网能量信息管控系统孔方法。
背景技术
传统电力系统由发电、输电和配电网纵向连接而成，其主要构成要素为大机组和大电网。近年来，随着环境问题日益凸显，在社会经济和技术发展方面，传统电力系统发生了巨大变化。其中，分布式可再生能源在配电网侧的广泛接入，为传统电力系统的发展带来了新的挑战和机遇。由于众多电源、负荷竞争利用有限的输配电线路，在不对其进行合理调度的情况下，配电网中的各支路功率值将逼近支路功率值上线，使得配电网的安全运行受到威胁。如何通过合理调度网络资源，避免配电网中出现拥塞现象，是当前电力领域遇到的一个普遍问题。
目前，位于配用电侧的分布式电源、可以调控的负荷、储能等与电力生产、存储、高效利用相关的资源均可定义为分布式能源。分布式能源是能源互联网的重要特征之一，分布式能源改变了配电网单一电能供给的业务功能，同时为配电网提供了可灵活调控的资源，为配电网的运行管理提出了挑战。配电网需要对所接入的分布式能源进行能量和信息的管控，现有的集中式管控方式，由于其复杂性和海量信息，难以实现全局优化管理。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法，以解决目前配电网集中式管控存在的管控范围受限，优化程度低，影响配电网运行控制能力及分布式可再生能源接入的问题。
本发明提供的分布式能源的配电网能量信息管控系统，包括日级调度单元、与日级调度单元交互的协调控制单元、与协调控制单元交互的实时控制单元，以及信息交互总线；其中，日级调度单元包括可再生能源发电预测模块、负荷预测模块、需求响应模块、以及与可再生能源发电预测模块、负荷预测模块、需求响应模块连接的日前计划及日内滚动修正调度模块；协同控制单元包括至少一个能量信息中心，能量信息中心与日前计划及日内滚动修正调度模块交互；实时控制单元包括分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备以及控制装置；信息交互总线通过光纤网络与各能量信息中心以及日前计划及日内滚动修正调度模块进行交互。
此外，优选的方案是，能量信息中心的接口包括能量接口和信息接口；能量接口包括中压交流接口、中压直流接口以及至少一个低压交流接口和至少一个低压直流接口；信息接口包括主信息接口以及至少一个分信息接口。
此外，优选的方案是，日级调度单元通过信息交互总线获得各能量信息中心的状态信息，基于状态信息制定各能量信息中心的中压接口功率调度计划，并将中压接口功率调度计划滚动下发给各能量信息中心，并获取能量信息中心的反馈信息。
此外，优选的方案是，各能量信息中心通过控制通讯网络与信息交互总线连接；各能量信息中心接受日级调度单元发出的中压接口功率调度计划，并通过集成策略生成对应的控制参数；各能量信息中心通过对应的控制通讯网络将控制参数下发给控制装置，并接受分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备反馈的运行信息。
此外，优选的方案是，分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备及控制装置接收各能量信息中心下达的控制参数信息，并基于控制参数信息调整对应的设备状态。
此外，优选的方案是，各能量信息中心之间通过信息交互总线交互状态信息并基于各状态信息调整对应的工作模式。
根据本发明的另一方面，提供一种分布式能源的配电网能量信息管控方法，其特征在于，利用上述分布式能源的配电网能量信息管控系统进行配电网能量信息管控；其中，方法包括循环执行以下步骤：通过协同控制单元获取各能量信息中心的状态数据；基于状态数据，制定对应的中压接口功率调度计划；基于中压接口功率调度计划获取与各能量信息中心接入设备对应的控制参数，并将控制参数发送至接入设备；接入设备基于控制参数进行运行并调整设备状态；获取接入设备调整后的运行状态数据，并将状态数据反馈至能量信息中心。
此外，优选的方案是，通过协同控制单元获取各能量信息中心的能量接口的状态数据；将能量接口的状态数据上传至信息交互总线；日级调度单元通过信息交互总线获取能量接口的状态数据，并基于状态数据制定中压接口功率调度计划。
此外，优选的方案是，基于中压接口功率调度计划获取与各能量信息中心接入设备对应的控制参数的过程包括：能量信息中心获取能量接口的实际功率与中压接口功率调度计划中的计划功率之间的偏差；基于偏差和计划功率获取与接入设备对应的控制参数。
此外，优选的方案是，能量信息中心的接口的工作模式包括：有功-无功控制模式、恒电压控制模式、有功-频率下垂工作模式、无功-电压下垂工作模式。
利用上述分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法，能够满足大量分布式能源接入和灵活互动需求，可为源、荷、储提供定制化接入服务，同时可提升配电网运行控制能力，有效促进配电网对分布式可再生能源的接入。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控系统的逻辑框图；
图2为根据本发明实施例的能量信息中心结构示意图一；
图3为根据本发明实施例的能量信息中心结构示意图二；
图4为根据本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控方法的流程图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
为详细描述本发明的分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控系统的逻辑框图。
如图1所示，本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控系统，包括日级调度单元(即日级调度层001，下同)、与日级调度单元交互的协调控制单元(协调控制层002，下同)、与协调控制单元交互的实时控制单元(实时控制层003，下同)，以及信息交互总线004。
具体地，日级调度单元包括可再生能源发电预测模块101、负荷预测模块102、需求响应模块103、以及与可再生能源发电预测模块101、负荷预测模块102、需求响应模块103连接的日前计划及日内滚动修正调度模块104；日级调度层001以ΔT为时间周期进行调度计划的安排，此处的ΔT可取值15min，对应的日前计划包括96个时段，该周期的具体取值可根据现场自行设定。
协同控制单元包括至少一个能量信息中心，图1中示出了能量信息中心201、能量信息中心202和能量信息中心203作为具体示例，能量信息中心与日前计划及日内滚动修正调度模块交互；各协同控制单元从信息交互总线004获取数据，并基于数据生成系统内各能量信息中心的协同控制指令，即中压接口功率调度计划等。
实时控制单元涉及接入各能像信息中心的分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备以及控制装置；具体包括接入能量信息中心201的光伏发电控制器301、风力发电控制器302、电池储能控制器303和负荷控制器304；接入能量信息中心202的光伏发电控制器305、负荷控制器306；接入能量信息中心3的负荷控制器307、电池储能控制器308。所述信息交互总线004通过专用光纤网络与能量信息中心201、能量信息中心202和能量信息中心203以及日前计划及日内滚动修正调度模块进行交互。
图2和图3示出了根据本发明实施例的能量信息中心示意结构。
如图2和图3共同所示，能量信息中心的接口包括能量接口和信息接口；能量接口包括中压交流接口、中压直流接口以及至少一个低压交流接口和至少一个低压直流接口；信息接口包括主信息接口以及至少一个分信息接口。
其中，能量信息中心包括能量接口A01和信息接口A02两部分。其中，能量接口A01包括中压交流接口B01、中压直流接口B02，低压交流接口B03、低压直流接口B04、低压直流接口B05；信息接口A02包主信息接口C01、分信息接口C02、分信息接口C03、分信息接口C04。
在本发明的一个具体实施方式中，日级调度单元通过信息交互总线获得各能量信息中心的状态信息，然后基于状态信息制定与各能量信息中心对应的中压接口功率调度计划，最后将制定后的中压接口功率调度计划滚动下发给各能量信息中心，并获取能量信息中心的反馈信息。
由于，各能量信息中心通过控制通讯网络与信息交互总线连接，使得各能量信息中心能够通过信息交互总线获得日级调度单元发出的中压接口功率调度计划，并通过集成策略生成对应的控制参数；各能量信息中心通过对应的控制通讯网络将控制参数下发给控制装置，并接受分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备反馈的运行信息。
其中，分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备及控制装置接收各能量信息中心下达的控制参数信息，并基于控制参数信息调整对应的设备状态。
可知，在本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控系统中，各能量信息中心之间通过信息交互总线交互状态信息并基于各状态信息调整对应的工作模式。例如，能量信息中心的接口(包括能量接口和信息接口)的工作模式包括：有功-无功控制模式、恒电压控制模式、有功-频率下垂工作模式、无功-电压下垂工作模式等。
本发明提供的分布式能源的配电网能量信息管控系统，通过能量信息中心实现分布式能源的分区接入和自治运行，信息交互总线汇集各能量信息中心的状态，实现信息的统一开放交互，实现各能量信息中心之间信息交互的有效性和实时性；通过日级调度层负责系统的整体运行过程优化，用于实现全局长时间尺度控制；通过协调控制层进行各能量信息中心的协调控制，使系统各能量信息中心相互支持，满足系统安全稳定运行需求，从而实现集成分布式能源的多层级协调控制。
与上述分布式能源的配电网能量信息管控系统相对应，本发明还提供一种分布式能源的配电网能量信息管控方法，利用上述分布式能源的配电网能量信息管控系统进行配电网能量信息管控。
图4示出了根据本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控方法的具体流程。
如图4所示，本发明实施例的分布式能源的配电网能量信息管控方法包括以下步骤：
S110：通过协同控制单元获取各能量信息中心的状态数据。
S120：基于状态数据，制定对应的中压接口功率调度计划。
S130：基于中压接口功率调度计划获取与各能量信息中心接入设备对应的控制参数，并将控制参数发送至接入设备。
S140：接入设备基于控制参数进行运行并调整设备状态。
S150：获取接入设备调整后的运行状态数据，并将状态数据反馈至能量信息中心。
具体地，通过协同控制单元获取各能量信息中心的能量接口的状态数据；将能量接口的状态数据上传至信息交互总线，日级调度单元通过信息交互总线获取能量接口的状态数据，并基于状态数据制定中压接口功率调度计划。
其中，基于中压接口功率调度计划获取与各能量信息中心接入设备对应的控制参数的过程包括：能量信息中心获取能量接口的实际功率与中压接口功率调度计划中的计划功率之间的偏差；基于偏差和计划功率获取与接入设备对应的控制参数。
在本发明的一个具体实施方式中，日级调度层基于系统内可再生能源发电和负荷的预测结果，以及需求相应计划，以ΔT为周期对一日内系统各能量信息中心的能量交互做出计划，ΔT的取值范围为5min至30min，向协调控制层发布各能量信息中心中压交流和中压直流接口的调度计划，该调度计划发送至信息总线。
上述协调控制层从信息总线获取当前时段系统各能量信息中压能量接口计划向量，分别为：
Figure BDA0002229340710000071
其中各元素上角标k表示当前时段序号，元素的下角标1、2、3分别表示能量信息中心的编号，下角标AC表示交流接口，DC表示直流接口。
然后，能量信息中心1依据上述计划向量通过集成策略计算所接入各设备的控制参数如下：
Figure BDA0002229340710000072
其中，[c11,c12,c13,c14,...]为接入能量信息中心1的设备控制参数，
Figure BDA0002229340710000073
为能量信息中心1接口功率与计划值之间的偏差；同理，能量信息中心2、能量信息中心3也根据其接口计划向量计算其所接入设备的控制参数。
继而，各能量信息中心从信息交互总线获得其他能量信息中心的状态，并依据本地所量测的电压、电流，对中压接口和各低压接口的工作模式进行决策，各接口工作模式包括：有功-无功控制模式、恒电压控制模式、有功-频率下垂工作模式、无功-电压下垂工作模式。其中，各能量接口工作模式的决策条件如下表1所示，其中的中压接口的常态工作模式为功率因数控制，低压接口的常态工作模式为恒电压控制。
Figure BDA0002229340710000074
表1
同时，各能量信息中心依据能量接口的状态数据以及各接入设备的状态数据，向所接入各控制设备下发控制指令，控制指令的下发周期为ΔTd，ΔTd的取值范围为1s到60s，各能量信息中心，从各管辖设备获取设备工作信息，对各设备进行实时协调控制，保证系统安全稳定运行，当安全稳定要求与调度计划相悖时，将不维持与计划的一致性。
然后，日级调度层从信息交互总线获取系统运行状态，并依此修正未来时段的调度计划，即更新k+1及以后时段的调度计划，并循环执行上述步骤，最终实现系统多个层级的协调控制。
本发明提出的分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法，适应分布式能源接入和管控的应用需求，较之当前配电网对分布式能源集中控制方式，能够实现系统中的信息采集、数据处理、交互的共享和统一，满足集成分布式能源配电网经济运行和多时间尺度控制的需求。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的分布式能源的配电网能量信息管控系统及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种分布式能源的配电网能量信息管控系统，其特征在于，包括日级调度单元、与所述日级调度单元交互的协调控制单元、与所述协调控制单元交互的实时控制单元，以及信息交互总线；其中，
所述日级调度单元包括可再生能源发电预测模块、负荷预测模块、需求响应模块、以及与所述可再生能源发电预测模块、负荷预测模块、需求响应模块连接的日前计划及日内滚动修正调度模块；
所述协同控制单元包括至少一个能量信息中心，所述能量信息中心与所述日前计划及日内滚动修正调度模块交互；
所述实时控制单元包括分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备以及控制装置；
所述信息交互总线通过光纤网络与各能量信息中心以及所述日前计划及日内滚动修正调度模块进行交互。
2.如权利要求1所述的分布式能源的配电网能量信息管控系统，其特征在于，
所述能量信息中心的接口包括能量接口和信息接口；
所述能量接口包括中压交流接口、中压直流接口以及至少一个低压交流接口和至少一个低压直流接口；
所述信息接口包括主信息接口以及至少一个分信息接口。
3.如权利要求1所述的分布式能源的配电网能量信息管控系统，其特征在于，
所述日级调度单元通过所述信息交互总线获得所述各能量信息中心的状态信息，基于所述状态信息制定所述各能量信息中心的中压接口功率调度计划，并将所述中压接口功率调度计划滚动下发给所述各能量信息中心，并获取所述能量信息中心的反馈信息。
4.如权利要求3所述的分布式能源的配电网能量信息管控系统，其特征在于，
所述各能量信息中心通过控制通讯网络与所述信息交互总线连接；
所述各能量信息中心接受所述日级调度单元发出的所述中压接口功率调度计划，并通过集成策略生成对应的控制参数；
所述各能量信息中心通过对应的控制通讯网络将所述控制参数下发给所述控制装置，并接受所述分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备反馈的运行信息。
5.如权利要求4所述的分布式能源的配电网能量信息管控系统，其特征在于，
所述分布式可再生能源发电设备、可控负荷设备、储能设备及控制装置接收所述各能量信息中心下达的控制参数信息，并基于所述控制参数信息调整对应的设备状态。
6.如权利要求1所述的分布式能源的配电网能量信息管控系统，其特征在于，
所述各能量信息中心之间通过所述信息交互总线交互状态信息并基于各状态信息调整对应的工作模式。
7.一种分布式能源的配电网能量信息管控方法，其特征在于，利用如权利要求1至6任一项所述的分布式能源的配电网能量信息管控系统进行配电网能量信息管控；其中，所述方法包括循环执行以下步骤：
通过协同控制单元获取各能量信息中心的状态数据；
基于所述状态数据，制定对应的中压接口功率调度计划；
基于所述中压接口功率调度计划获取与所述各能量信息中心接入设备对应的控制参数，并将所述控制参数发送至所述接入设备；
所述接入设备基于所述控制参数进行运行并调整设备状态；
获取所述接入设备调整后的运行状态数据，并将所述状态数据反馈至所述能量信息中心。
8.如权利要求7所述的分布式能源的配电网能量信息管控方法，其特征在于，
通过所述协同控制单元获取各能量信息中心的能量接口的状态数据；
将所述能量接口的状态数据上传至信息交互总线；
所述日级调度单元通过所述信息交互总线获取所述能量接口的状态数据，并基于所述状态数据制定所述中压接口功率调度计划。
9.如权利要求8所述的分布式能源的配电网能量信息管控方法，其特征在于，
基于所述中压接口功率调度计划获取与所述各能量信息中心接入设备对应的控制参数的过程包括：
所述能量信息中心获取能量接口的实际功率与所述中压接口功率调度计划中的计划功率之间的偏差；
基于所述偏差和所述计划功率获取与所述接入设备对应的控制参数。
10.如权利要求9所述的分布式能源的配电网能量信息管控方法，其特征在于，
所述能量信息中心的接口的工作模式包括：有功-无功控制模式、恒电压控制模式、有功-频率下垂工作模式、无功-电压下垂工作模式。
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