CN111130147B - 一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法 - Google Patents
一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，该方法包括：清洁能源并网监视与能量管理模块接收计量自动化系统发送的清洁能源发电信息，以及调度系统发送的调度信息，所述清洁能源发电包括水力发电和光伏发电，所述发电信息至少包括功率信息和电压信息；清洁能源并网监视与能量管理模块根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，发送到调度系统；调度系统根据互补优化策略，对清洁能源发电设备进行调度控制。本发明能够实现实现不同类型清洁能源发电站出力的互补及平衡，提高了电网的利用效率，综合经济效益明显。
Description
技术领域
本发明涉及电网调度技术领域，尤其涉及一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法。
背景技术
目前，在我国一些清洁能源较为丰富的地区已经建立起许多清洁能源电站，通过更加环保的方式发电供电，其中，部分清洁能源电站通过T接线路并网，站内的自动化条件差，缺少监测手段，处于“盲调”状态，电网调度难以实时掌握其运行状态，并且不同清洁能源发电有着不同的特性，例如光伏发电较为明显的缺陷是其出力会随着天气、环境的变化而变化，加上部分清洁能源电站自动化条件差，导致采用不同类型清洁能源发电的电站间出力无法实现平衡配合，从而无法实现供需平衡，经济效益也无法达到最优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。
一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，包括以下步骤：
清洁能源并网监视与能量管理模块接收计量自动化系统发送的清洁能源发电信息，以及调度系统发送的调度信息，所述清洁能源发电包括水力发电和光伏发电，所述发电信息至少包括功率信息和电压信息；
清洁能源并网监视与能量管理模块根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，发送到调度系统；
调度系统根据互补优化策略，对清洁能源发电设备进行调度控制。
进一步的，所述调度信息包括微电网拓扑信息、清洁能源并网母线信息、变电站信息、负荷信息。
进一步的，所述根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，具体包括：
建立清洁能源互补调度模型，根据微网实际运行情况设置模型约束条件；
计算微网清洁能源互补总出力，对清洁能源互补调度模型通过迭代计算求解，根据计算结果生成清洁能源互补优化策略。
进一步的，所述模型约束条件包括电网线路约束条件和水库约束条件。
进一步的，所述计算微网清洁能源互补总出力，具体包括：
预测光伏发电出力曲线，根据清洁能源发电信息与调度信息获得微网负荷高峰时段水力发电出力曲线，根据光伏发电出力曲线与水力发电出力曲线获得微网负荷高峰时段的清洁能源互补总出力；
计算微网负荷高峰时段相邻时段的清洁能源互补总出力；
计算剩余时段的清洁能源互补总出力。
进一步的，所述对清洁能源互补调度模型通过迭代计算求解，具体包括：
计算清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度；
判断拟合度是否高于预设阈值，若高于预设阈值，则结束计算，否则重新计算清洁能源互补总出力。
进一步的，所述计算清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度，具体包括：
通过图形处理模块分别提取清洁能源互补总出力曲线的第一曲线轮廓，以及单一水力发电总出力曲线的第二曲线轮廓；
分别获取第一曲线轮廓和第二曲线轮廓的重心，将第一曲线轮廓和第二曲线轮廓在同一平面内叠放，使重心重合；
计算重合长度占第一曲线轮廓的长度的百分比，作为拟合度。
进一步的，所述预测光伏发电出力曲线采用直接预测或间接预测或两者相结合预测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，通过清洁能源并网监视与能量管理模块分别接收并处理计量自动化系统发送的清洁能源发电信息，以及调度系统发送的调度信息，在此基础上生成相应的清洁能源互补优化策略，调度系统依据优化策略分别对不同类型的清洁能源发电出力进行调度控制，从而实现不同类型清洁能源发电站出力的互补及平衡，提高了电网的利用效率，综合经济效益明显。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的基于清洁能源的智能微网协调控制方法流程示意图。
图2是本发明一实施例提供的清洁能源互补优化策略生成流程示意图。
图3是本发明一实施例提供的微网清洁能源互补总出力计算流程示意图。
图4是本发明另一实施例提供的清洁能源互补调度模型计算流程示意图。
图5是本发明另一实施例提供的清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度计算流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，所述方法包括以下步骤：
S11、清洁能源并网监视与能量管理模块接收计量自动化系统发送的清洁能源发电信息，以及调度系统发送的调度信息，所述清洁能源发电包括水力发电和光伏发电，所述发电信息至少包括功率信息和电压信息。
其中，所述计量自动化系统和调度系统处于同一电力通信网内，所述清洁能源并网监视与能量管理模块部署于服务器上，所述服务器接入计量自动化系统和调度系统所在的电力通信网内。所述计量自动化系统通过接口服务器接入电力通信网。调度系统可以通过调度数据网获取各个清洁能源电站的调度数据，并向清洁能源并网监视与能量管理模块提供接口以实现数据获取与指令传输。工作人员可以通过接入电力通信网的工作站计算机进行管理维护。
另外，所述调度信息包括微电网拓扑信息、清洁能源并网母线信息、变电站信息、负荷信息。
一些实施方式中，所述在计量自动化系统与调度系统之间的电力通信网中还配置有正向隔离装置与反向隔离装置，从而实现数据的单向传输，保证数据传输的安全性。所述调度系统可以采用D5000智能电网调控系统。
S12、清洁能源并网监视与能量管理模块根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，发送到调度系统。
该步骤中，清洁能源并网监视与能量管理模块对所接收的水力发电信息、光伏发电信息以及调度信息进行处理，根据实际数据生成相应的清洁能源互补优化策略并发送到调度系统，以便于调度系统能够根据清洁能源互补优化策略，对水力发电和光伏发电进行协调控制，使其出力能够平衡互补。
S13、调度系统根据互补优化策略，对清洁能源发电设备进行调度控制。
本实施例中，主要针对光伏发电和水力发电这两种清洁能源发电方式，对水电站和光伏发电站进行协调调度控制。由于水电站出力受河流流量影响，对于一些规模较小的水电站，其水库容量较小，综合调节能力相对较差，在河流的汛期需要进行满发，很难实现与光伏电站的配合，因此，调度控制的目标水电站尽量选取水库容量较大且补偿能力较强的水电站。
选择合适的水电站后，将其周边一定范围内的光伏电站与该水电站作为同一个电源共同发电，并且共同使用水电站的送出线路输送电能，在满足两种电能配合的同时节约了送出成本，有效改善光伏发电出力不稳定的问题，达到水电站及光伏电站配合的平衡以及经济效益的最优化。
本实施例所提供的一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，通过清洁能源并网监视与能量管理模块分别接收并处理计量自动化系统发送的清洁能源发电信息，以及调度系统发送的调度信息，在此基础上生成相应的清洁能源互补优化策略，调度系统依据优化策略分别对不同类型的清洁能源发电出力进行调度控制，从而实现不同类型清洁能源发电站出力的互补及平衡，提高了电网的利用效率，综合经济效益明显。
在前述实施例中，如图2所示，所述根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，具体包括以下步骤：
S21、建立清洁能源互补调度模型，根据微网实际运行情况设置模型约束条件。
该步骤中，为了使不同类型的清洁能源互补的总出力能够尽可能的大，从而可以承担更多的负荷，以水力发电和光伏发电互补在微网负荷高峰时段的总出力最大为理想情况，同时结合微网实际运行的各项约束条件，建立清洁能源互补调度模型，通过对该模型进行求解来获得清洁能源互补调度策略。
所述清洁能源互补调度模型的目标函数如公式(1)所示，
Nmax＝{NH,i+NL,i},i∈[1,2,...W] (1)
其中，Nmax为清洁能源互补负载的微网负荷最大值，NH,i表示水力发电在第i时段的出力，NL,i表示光伏发电在第i时段的出力，W为调度区间时长。
另外，所述模型约束条件主要包括电网线路约束条件和水库约束条件两大类。
其中，所述电网线路约束条件包括电力平衡约束、电量平衡约束、水力发电电量约束、总出力波动幅值约束、总出力上下限约束、峰值对应约束、总出力曲线形状约束。
所述水库约束条件主要考虑水力发电站水库自身条件的约束，包括水量平衡约束、水库容量约束、水力发电出力约束、水位约束和下泄流量约束。
S22、计算微网清洁能源互补总出力，对清洁能源互补调度模型通过迭代计算求解，根据计算结果生成清洁能源互补优化策略。
其中，所述计算微网清洁能源互补总出力，具体包括如图3所示的步骤：
S31、预测光伏发电出力曲线，根据清洁能源发电信息与调度信息获得微网负荷高峰时段水力发电出力曲线，根据光伏发电出力曲线与水力发电出力曲线获得微网负荷高峰时段的清洁能源互补总出力。
一些实施方式中，所述预测光伏发电处理曲线可以采用直接预测或间接预测，或两者相结合的方式进行预测。所述直接预测是利用光伏发电站历史输出功率和天气预报数据直接预测输出功率；而间接预测需要先获取历史日照辐射强度数据和天气预报数据，对地表的日照辐射强度进行预测，然后根据光伏发电出力模型计算得到光伏发电站的输出功率。
另外，水力发电出力曲线可以直接从清洁能源发电信息与调度信息中提取水力发电站的历史出力数据，获取微网负荷高峰时段水力发电出力曲线。通过整合预测得到的光伏发电出力曲线和水力发电出力曲线，获得微网负荷高峰时段的水力发电和光伏发电两种清洁能源的互补总出力。其中需要注意在夜间时段光伏发电站不进行发电，此时水力发电站独立发电。
S32、计算微网负荷高峰时段相邻时段的清洁能源互补总出力。
该步骤中，在获得微网负荷高峰时段清洁能源互补总出力后，根据预设比例对微网负荷高峰时段的相邻时段的清洁能源互补总出力进行估算，所述预设比例可以根据历史出力数据中负荷高峰时段出力数据与相邻时段出力数据的比例来确定。
S33、计算剩余时段的清洁能源互补总出力。
该步骤中，在获得微网负荷高峰时段及相邻时段的清洁能源互补总出力后，根据微网电力电量平衡的原则，可以估算其他时段的清洁能源互补总出力。
步骤S22中，对清洁能源互补调度模型通过迭代计算求解，具体包括如图4所示的步骤：
S41、计算清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度。
其中，所述单一水力发电总出力曲线是指仅采用水力发电时的出力曲线，所述拟合度用于衡量清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线的相似程度，拟合度越高，说明清洁能源互补总出力曲线越符合采用单一能源发电时的出力变化情况。
S42、判断拟合度是否高于预设阈值，若高于预设阈值，则结束计算，否则重新计算清洁能源互补总出力。
其中，所述预设阈值可以由工作人员根据实际需求进行设置，若判断拟合度高于预设阈值，说明清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线的相似程度已经达到要求，结束计算进入下一步骤；否则说明清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线的相似程度还存在较大区别，需要重新对清洁能源互补总出力进行计算，所述重新计算清洁能源互补总出力主要包括重新预测光伏发电出力曲线、调整用于估算微网负荷高峰时刻相邻时刻清洁能源互补总出力的预设比例、重新执行步骤S32。
在本发明的一些实施方式中，所述计算清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度，具体包括如图5所示的步骤：
S51、通过图形处理模块分别提取清洁能源互补总出力曲线的第一曲线轮廓，以及单一水力发电总出力曲线的第二曲线轮廓；
S52、分别获取第一曲线轮廓和第二曲线轮廓的重心，将第一曲线轮廓和第二曲线轮廓在同一平面内叠放，使重心重合；
S53、计算重合长度占第一曲线轮廓的长度的百分比，作为拟合度。
当计算获得清洁能源互补总出力曲线后，清洁能源并网监视与能量管理模块根据清洁能源互补总出力曲线生成相应的清洁能源互补优化策略，并通过接口发送到调度系统，调度系统可以根据清洁能源互补优化策略，生成相应的调度指令，并分别发送到光伏发电站和水力发电站，根据调度指令进行发电，从而实现清洁能源发电的互补与平衡、协调控制。
本领域技术人员可以理解，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路，或，一个或多个微处理器，或，一个或者多个现场可编程门阵列等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统的形式实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
清洁能源并网监视与能量管理模块接收计量自动化系统发送的清洁能源发电信息，以及调度系统发送的调度信息，所述清洁能源发电包括水力发电和光伏发电，所述发电信息至少包括功率信息和电压信息；
清洁能源并网监视与能量管理模块根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，发送到调度系统；
调度系统根据互补优化策略，对清洁能源发电设备进行调度控制；
所述根据清洁能源发电信息以及调度信息，对清洁能源发电运行状况进行监控，生成相应的清洁能源互补优化策略，具体包括：
建立清洁能源互补调度模型，根据微网实际运行情况设置模型约束条件；
计算微网清洁能源互补总出力，对清洁能源互补调度模型通过迭代计算求解，根据计算结果生成清洁能源互补优化策略；
所述计算微网清洁能源互补总出力，具体包括：
预测光伏发电出力曲线，根据清洁能源发电信息与调度信息获得微网负荷高峰时段水力发电出力曲线，根据光伏发电出力曲线与水力发电出力曲线获得微网负荷高峰时段的清洁能源互补总出力；
计算微网负荷高峰时段相邻时段的清洁能源互补总出力；
计算剩余时段的清洁能源互补总出力；
所述对清洁能源互补调度模型通过迭代计算求解，具体包括：
计算清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度；
判断拟合度是否高于预设阈值，若高于预设阈值，则结束计算，否则重新计算清洁能源互补总出力。
2.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，其特征在于，所述调度信息包括微电网拓扑信息、清洁能源并网母线信息、变电站信息、负荷信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，其特征在于，所述模型约束条件包括电网线路约束条件和水库约束条件。
4.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，其特征在于，所述计算清洁能源互补总出力曲线与单一水力发电总出力曲线拟合度，具体包括：
通过图形处理模块分别提取清洁能源互补总出力曲线的第一曲线轮廓，以及单一水力发电总出力曲线的第二曲线轮廓；
分别获取第一曲线轮廓和第二曲线轮廓的重心，将第一曲线轮廓和第二曲线轮廓在同一平面内叠放，使重心重合；
计算重合长度占第一曲线轮廓的长度的百分比，作为拟合度。
5.根据权利要求1所述的一种基于清洁能源的智能微网协调控制方法，其特征在于，所述预测光伏发电出力曲线采用直接预测或间接预测或两者相结合预测。
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