CN115102187A - 孤岛微电网管理系统及其能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了孤岛微电网管理系统及其能量管理方法，其中能量管理方法包括采集并根据历史数据，设定小功率电源机组在预设时间段内的出力量；设定整定值区间；根据供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，以及储能系统的荷电状态值与整定值区间的关系，控制孤岛微电网系统执行功率调整命令；功率调整命令包括控制储能系统充电、控制储能系统放电、控制切除供能设备以及控制供能设备与负荷断开连接的一种；解决了微网新能源机组电源功率波动、负荷变化及系统扰动带来的供电质量问题，实现孤岛微电网中的各分布式电源容量合理配置，确保重要负荷稳定工作。

Description

孤岛微电网管理系统及其能量管理方法

技术领域

本发明涉及孤岛微电网系统领域，尤其涉及一种孤岛微电网管理系统及其能量管理方法。

背景技术

全球能源形势越来越严峻，微电网的使用受到了越来越多的关注。

微电网系统运行方式灵活，通常既可以运行在并网状态，与外部电网进行功率交换，又可以作为一个完全独立的孤岛系统运行在离网状态。但对于某些特定场景下的微网，例如海洋孤立岛屿、偏远牧场和边防哨所等没有大电网覆盖的区域，只能独立自治运行。对于上述孤岛微电网系统，由于没有大电网支撑，加上无法准确预知天气变化情况，如何确保电力可靠供应、保证系统安全稳定运行成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种孤岛微电网管理系统及其能量管理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种孤岛微电网系统的能量管理方法，孤岛微电网系统包括供能设备以及储能系统；所述供能设备包括小功率电源机组、新能源机组和燃油机组；其中，所述能量管理方法包括以下步骤：

采集并根据历史数据，设定所述小功率电源机组在预设时间段内的出力量；

设定整定值区间；

根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，以及所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述孤岛微电网系统执行功率调整命令；

所述功率调整命令包括控制所述储能系统充电、控制所述储能系统放电、控制切除所述供能设备以及控制所述供能设备与所述负荷断开连接的一种。

优选地，所述采集并根据历史数据，设定所述小功率电源机组在预设时间段内的出力量，包括以下步骤：

采集所述历史数据，所述历史数据包括系统通讯历史数据、天气历史数据及负荷历史信息；

根据所述历史数据，预测所述预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

根据所述预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，设定小功率电源机组在该预设时间段内的出力量。

优选地，所述根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，以及所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述孤岛微电网系统执行功率调整命令，包括以下步骤：

根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，判断孤岛微电网系统是否处于异常状态，所述异常状态包括系统过频状态和系统低频状态；若是，则根据所述异常状态执行下一步骤，若否，则在预设时间后再次判断所述孤岛微电网系统是否处于异常状态；

在所述孤岛微电网系统处于所述系统过频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统储存能量或逐步切除供能设备；

在所述孤岛微电网系统处于所述系统低频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统释放能量或断开用电负荷。

优选地，所述在所述孤岛微电网系统处于所述系统过频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统储存能量或逐步切除供能设备，包括以下步骤：

在所述孤岛微电网系统处于所述系统过频状态时，判断所述储能系统荷电状态是否超过所述整定值区间中的最大值；

若是，则控制所述储能系统进入充电模式；若不是，则根据预设顺序逐步切除供能设备。

优选地，所述在所述孤岛微电网系统处于所述系统低频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统释放能量或断开负荷，包括以下步骤：

在所述孤岛微电网系统处于所述系统低频状态时，判断所述储能系统荷电状态是否低于所述整定值区间中的最小整定值；

若是，则控制所述储能系统进入放电模式；若不是，则根据预设优先级逐级切除用电负荷。

优选地，在控制所述孤岛微电网系统执行功率调整命令之后，还包括以下步骤：

根据所述供能设备的运行退出情况，控制所述孤岛微电网系统进入对应的运行方式；所述运行方式包括正常运行方式、一般事故运行方式以及应急事故运行方式。

优选地，所述正常运行方式为恒源新柴储模式；

所述恒源新柴储模式包括控制所述小功率电源机组作为主电源、以及控制所述新能源机组作为辅助供电；所述储能系统和所述燃油机组用于削峰填谷。

优选地，所述一般事故运行方式包括新柴储模式和源柴储模式；

所述新柴储模式包括控制所述孤岛微电网系统切除与预设优先级最低的负荷之间的连接；控制所述新能源机组作为主电源、且所述储能系统用于削峰填谷；所述燃油机组作为备用电源；

所述源柴储模式包括控制所述孤岛微电网系统切除与预设优先级最低的负荷之间的连接；控制所述小功率电源机组作为主电源、且所述储能系统用于削峰填谷；所述燃油机组作为备用电源。

优选地，所述应急事故运行方式为柴储模式；

所述柴储模式包括控制所述燃油机组作为主电源满足预设优先级最高负荷运行，所述储能系统作为过渡电源。

优选地，所述一般事故运行方式包括新柴储模式和源柴储模式；

所述根据供能设备的运行退出情况，控制所述孤岛微电网系统进入对应的运行方式，包括以下步骤：

判断所述小功率电源机组或所有所述新能源机组是否退出运行，若是，则执行下一步骤，若否，则进入所述正常运行方式；

判断所述小功率机组和所有所述新能源机组是否全部退出运行，若是，则进入所述应急事故运行方式，若否，则执行下一步骤；

判断所述小功率电源机组或所有所述新能源机组的运行退出情况，若所述小功率电源机组退出运行，则执行所述新柴储模式，若所有所述新能源机组全部退出运行，则执行所述源柴储模式。

优选地，还包括以下步骤：

在控制孤岛微电网系统执行功率调整命令后，根据所述功率调整命令，调整所述整定区间。

优选地，所述预设顺序为根据对所述新能源机组在邻于预设时间段的下一时间段的出力量和/或新能源机组的额定输出功率，优先切除额定发电功率低和/或预测下一时间段的出力最小的新能源机组。

优选地，所述预设优先级为根据供电优先级对负荷进行等级划分。

优选地，所述采集并根据历史数据，设定所述小功率电源机组在预设时间段内的出力量，包括以下步骤：

采集所述历史数据，所述历史数据包括系统通讯历史数据、天气历史数据及负荷历史信息；

根据所述历史数据，预测所述预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

对所述预设时间段中新能源机组的出力量进行修正；

根据所述预设时间段中新能源机组修正后的出力量以及所有负荷的运行情况，设定所述小功率电源机组在该预设时间段内的出力量。

优选地，所述对所述预设时间段中新能源机组的出力量进行修正，包括以下步骤：

采集并根据所述新能源机组出力的特征数据，设定作为分层标准的置信度；

根据所述置信度，获得所述新能源机组出力预测误差的置信区间上界e⁺(x％)和下界e^-(x％)；

获取所述新能源机组在第一时间段内可产生的第一预测出力量，以及实际达到未来第一时间段的第一实际出力量；所述第一时间段为邻于所述预设时间段的上一时间段；

根据所述第一预测出力量和所述第一实际出力量获得第一预测误差值；

根据所述第一预测误差值、与所述上界e⁺(x％)和所述下界e^-(x％)之间的关系，获得误差修正量；

根据所述预设时间段中新能源机组的出力量，结合所述误差修正量，得到所述新能源机组在所述预设时间段修正后的出力量。

优选地，所述小功率电源机组用于输出小功率电源；所述小功率电源用于保持基荷运行，且具有不能频繁、快速地调节功率特性。

优选地，所述根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系为：

根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的差值是否大于第一预设阈值或者小于第二预设阈值。

本发明还构造一种孤岛微电网管理系统，包括孤岛微电网系统，所述孤岛微电网系统包括供能设备以及储能系统；所述供能设备包括新能源机组和燃油机组，所述供能设备还包括小功率电源机组；所述小功率电源机组用于输出小功率电源；所述小功率电源用于保持基荷运行，且具有不能频繁、快速地调节功率特性；

所述孤岛微电网管理系统还包括用于管理所述供能设备发电工作的能量管理系统，所述能量管理系统包括：

采集模块，用于采集历史数据；

预测模块，用于根据历史数据预测预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

运算模块，用于根据预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，运算得到小功率电源机组在该预设时间段内的出力量；

存储模块，用于存储对应整定值区间的数据；

控制模块，用于输出功率调整命令至孤岛微电网系统。

实施本发明具有以下有益效果：本发明能量管理方法基于含有小功率电源的孤岛微电网系统，针对小功率电源发电特性制定能量管理及实时功率控制；在供能设备的实际输出功率不能满足用电负荷所需功率或者超过用电负荷所需功率，结合储能系统的荷电状态，通过控制储能系统充放电或以减载切机的方式合理配置输出功率，解决了微网新能源机组电源功率波动、负荷变化及系统扰动带来的供电质量问题，实现孤岛微电网中的各分布式电源容量合理配置，确保重要负荷稳定工作。

本发明孤岛微电网管理系统，通过利用小功率电源的电源特性，确保孤岛内基荷的正常运行，应对风光等新能源发电间歇性、波动性较大的问题，构建健全的微电网；同时，还通过设置能量管理系统，针对小功率电源发电特性制定能量管理及实时功率控制，实现系统稳定。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明孤岛微电网系统的能量管理方法在一些实施例中的程序流程图；

图2是本发明孤岛微电网系统的能量管理方法步骤S30在一些实施例中的具体程序流程图；

图3是本发明孤岛微电网系统的能量管理方法步骤S40在一些实施例中的具体程序流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

需要说明的是，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本发明构造了一种能量管理方法，可应用于孤岛微电网系统，该孤岛微电网系统用于为多个负荷提供工作电源，包括供能设备以及储能系统；供能设备包括小功率电源机组、新能源机组和燃油机组。在一些实施例中，负荷包括商业、医院、酒店、石油开采等负荷。

如图1-图2所示，本发明的能量管理方法在一些实施例中可包括：

S10：采集并根据历史数据，设定小功率电源机组在预设时间段内的出力量；

S20：设定整定值区间；

S30：根据供能设备的实际输出功率、以及储能系统的荷电状态值与整定值区间的关系，控制孤岛微电网系统执行功率调整命令；

功率调整命令包括控制储能系统充电、控制储能系统放电、控制降低供能设备输出功率以及控制供能设备与负荷断开连接的一种。

可以理解地，本发明通过设置小功率电源，保持基荷运行。该种小功率电源的电源特性在于不能够频繁、快速地调节功率，功率调节响应能力为分钟级，系统响应能力较差，但在孤岛微电网系统开发中小功率电源是应对风光等间歇性可再生能源发电、构建“健全”的微电网的重要环节，其保持基荷运行的电力特性可为孤岛微电网系统提供电压及频率参考在一些实施例中，小功率电源机组为功率在50MW以下的机组。

该能量管理方法基于孤立岛屿电源安全、可靠的要求，设置了保持基荷运行的小功率电源，且针对包含小功率电源的微电网，根据孤岛用电负荷重要等级、电源类型、外部环境等要素制定能量管理系统控制策略，实现孤岛微电网系统的安全、高效运行。

在一些实施例中，在步骤S10中，包括以下步骤：

S11：采集历史数据，历史数据包括系统通讯历史数据、天气历史数据、负荷历史信息；

S12：根据历史数据，预测预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

S13：根据预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，设定小功率电源机组在该预设时间段内的出力量。

可以理解地，历史数据是指在预设时间段前的数据，其包括系统通讯历史数据、天气历史数据、负荷历史信息。在一些实施例中，系统通讯历史数据包括孤岛微电网系统的通讯信息，包括机组故障信息、机组维护信息以及机组运行信息等等；天气历史数据包括风力、光照度、云量等等数据；负荷历史信息包括多个负荷的运行状态信息以及其运行功率，运行状态信息包括工作状态、停机状态，运行功率可以是额定功率运行，也可以以降功率运行。

预设时间段可以理解为未来的一段时间，在本实施例中预设时间段的时间长度为一小时，当然，时间段的时间长度根据实际情况而设定，在此不做具体限定。

在一些实施例中，在步骤S10中，可根据历史数据按照预设规律设定小功率电源机组在多个预设时间段内的出力量。其中，预设规律可以为在每个预设时间段的始点预测对应其下一预设时间段的新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况。可以理解为，多个预设时间段可以是连续的时间段，通过提前预测预设时间段的小功率电源的出力量，确保基荷在预设时间段的稳定运行。

在一些实施例中，可通过SCADA采集设备上述历史数据，来预测未来一段时间内的新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，从而提前设定在该未来一段时间内小功率电源机组的出力量。

可以理解地，在微电网孤岛运行模式下，高耗能用电负荷对于微电网的频率和电压有较高的要求，需要系统输出较高的电能质量，保证重要负荷设备稳定运行。在系统正常情况下，为负荷提供工作电源主要由小功率电源机组和新能源机组负责；通过预测在预设时间段的小功率电源和新能源机组的出力点，可确保在预设时间段的用电负荷安全稳定运行。

需要说明的是，SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)设备，即数据采集与监视控制系统。

在一些实施例中，在步骤S12与步骤S13之间，还包括用于对新能源机组的出力量修正的修正步骤：

S14：采集并根据新能源机组出力的特征数据，设定作为分层标准的置信度；

S15：根据置信度，获得新能源机组出力预测误差的置信区间上界e⁺(x％)和下界e^-(x％)；

S16：获取新能源机组在第一时间段内可产生的第一预测出力量，以及实际达到第一时间段的第一实际出力量；第一时间段为邻于预设时间段的上一时间段；

S17：根据第一预测出力量和第一实际出力量获得第一预测误差值；

S18：根据第一预测误差值、与上界e⁺(x％)和下界e^-(x％)之间的关系，获得误差修正量；

S19：根据预设时间段中新能源机组的出力量，结合误差修正量，得到新能源机组在预设时间段修正后的出力量。

可以理解地，本发明根据新能源机组出力的特征数据特征选取1个置信度作为分层标准，获得与该置信度对应新能源机组出力预测误差的置信区间上界e⁺(x％)和下界e^-(x％)，基于此预测值置信区间实现对误差的分层。

需要说明的是，获得置信区间上界e⁺(x％)和下界e^-(x％)的方法可参考相关技术，在这不做赘述。另外，出力的置信度定义为采样周期内，出力不超过x％额定装机容量的概率，它反映了出力达到特定水平的可能性，可用于反映出力的大致范围。在一些实施例中，置信度为95％。

当误差值位于小的置信度区间内时，表明此时误差较小，称该误差层为小误差层；当误差值位于置信区间之外时，表明此时误差较大，称该误差层为大误差层。此时，就可获得利用预测误差的数值特性分析的误差分层结构。

设第一时间段为第n点，对应第一时间段的新能源机组预测的出力量为P_n，实际出力量为P_Rn，则第n点的预测误差为e_n＝P_Rn-P_n，日前预测和日内预测均适用的误差补偿原则：

当e_n>e⁺(x％)时，误差修正量为+e_n；

当e_n<e^-(x％)时，误差修正量为-e_n；

当e^-(x％)≤e_n≤e⁺(x％)时，误差修正量为0；

则在预设时间段修正后的新能源机组出力量为PA_n+1＝P_n+1±e_n。

其中，P_n+1为预测新能源机组在预设时间段的出力量。

可以理解地，由于新能源机组，比如风电和光伏出力具有固有的随机性和间歇性，风电/光伏出力预测结果的误差较大，这就必然会给孤岛微电网内的调度与控制、安全与防御等各方面带来不利影响。针对上述问题，本发明运用数学模型对影响预测误差的物理因素、统计特性因素等进行分析，根据新能源机组上一时刻的实际出力与预测误差进行修正，基于此对下一时刻的新能源机组出力进行预测分析，通过对新能源机组的预测出力量进行误差补偿，完成误差修正。

本发明可基于修正后的新能源机组的预测功率值，获得修正后的新能源机组的出力量；同理，本发明可基于修正后的新能源机组的出力量设定小功率电源机组在预设时间段内的出力量。

在该实施例中，步骤S13改变为：

S13：根据预设时间段中新能源机组修正后的出力量以及所有负荷的运行情况，设定小功率电源机组在该预设时间段内的出力量。

在步骤S20中，整定值区间用于判断孤岛微电网系统中的储能系统的荷电状态。整定值区间包括最大整定值和最小整定值；该最大整定值为储能系统荷电状态的上限值，最小整定值为储能系统荷电状态的下限值。在孤岛微电网系统出现异常时若储能系统荷电状态不处于整定值区间内，则需要控制孤岛微电网系统执行功率调整命令，以确保稳定性。在一些实施例中，可参考并以系统以往的运行数据为依据，设定整定值区间。

在微电网孤岛运行模式下，高耗能用电负荷对于微电网的频率和电压有较高的要求，需要系统输出较高的电能质量，保证重要负荷设备稳定运行。在系统正常情况下，为负荷提供工作电源主要由小功率电源机组和新能源机组负责；其中，保持基荷运行的小功率电源可作为能量管理系统的主控微电源，采用VF运行方式，提供系统电压和频率参考，而从属的分布式微电源采用PQ运行方式，比如利用新能源产生的电源采用PQ运行方式。

在步骤S10中对小功率电源机组的出力量预测设定，以保证基荷在预设时间段可以稳定地运行。虽然小功率电源可基本确保稳定运行，但是仍然存在一定的小波动；同时，新能源具有不稳定性、间歇性的特性，同样会引起系统暂态稳定性变化。

该步骤S30则是用于在孤岛微电网系统异常时，通过储能充放电管理实现功率控制调整，当系统调节范围超过储能调节能力时，通过进一步的低频减载和过频切机管理恢复孤岛微电网稳定。

在一些实施例中，在步骤S30中，包括以下步骤：

S31：根据供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率之间的关系，判断孤岛微电网系统是否处于异常状态，异常状态包括系统过频状态和系统低频状态；若是，则根据异常状态执行下一步骤，若否，则在预设时间后再次判断孤岛微电网系统是否处于异常状态；

S32：在孤岛微电网系统处于系统过频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制储能系统储存能量或逐步切除供能设备；

S33：在孤岛微电网系统处于系统低频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制储能系统释放能量或切除负荷。

在一些实施例中，步骤S32包括以下步骤：

S32-1：在孤岛微电网系统处于系统过频状态时，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，判断储能系统荷电状态是否超过整定值区间中的最大值；

S32-2：若是，则控制储能系统进入充电模式；若不是，则根据预设顺序逐步降低新能源机组的输出功率。

在一些实施例中，步骤S33包括以下步骤：

S33-1：在孤岛微电网系统处于系统低频状态时，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，判断储能系统荷电状态是否低于整定值区间中的最小整定值；

S33-2：若是，则控制储能系统进入放电模式；若不是，则根据预设的优先级逐级切除负荷。

可以理解地，在步骤S31中，判断孤岛微电网系统是否处于异常状态可根据供能设备在到达预设时间段的实际输出功率与用电负荷所需功率之间的关系；上述用电负荷是指多个负荷中，在预设时间段需要上电运行的负荷。

当孤岛微电网系统的输出功率高于用电负荷所需功率，致使系统频率增加，严重时可致使系统出现过频现象，为维持系统功率平衡，需要储能系统充电。储能系统可进入充电模式，以储存多余电力；当储能系统荷电状态SOC超过上限SOC_max(即最大整定值)时，为保证系统稳定性，向孤岛微电网系统下达指令逐步切除供能设备。在一些实施例中，切除供能设备为逐步降低新能源机组的输出功率，直至将新能源机组的输出功率降至零。

在一些实施例中，根据预设顺序逐步切除供能设备；该预设顺序为根据对新能源机组在邻于预设时间段的下一时间段的出力量和/或新能源机组的额定输出功率，设定切机顺序。例如，有些新能源机组的额定发电功率低和/或预测下一时间段的出力小，则优先切除该些新能源机组。

当用电负荷增大或者新能源机组出力减小时，即系统出现功率缺额，致使系统频率下降，严重时可致使系统出现低频现象，为维持系统功率平衡，需要储能系统放电。储能系统可进入放电模式，放电电量取决于系统功率缺额；当SOC超过下限SOC_min(即最小整定值)时，向孤岛微电网系统下达切负荷指令，根据预设的优先级逐级切除非重要负荷，即切除供能设备与用电负荷之间的连接。在一些实施例中，预设的优先级为根据供电优先级进行负荷分级，将负荷分为一级、二级、三级负荷，一级为相对最重要的负荷，由负荷优先级确定在系统发生波动时，控制孤岛微电网系统自动切除负荷的顺序。在本实施例中，基荷为一级、二级负荷。

在一些实施例中，上述对于系统出现频率增加或功率缺额是否严重可根据设定的阈值进行判断，当孤岛微电网系统的输出功率与用电负荷所需功率之间的功率差值不处于预设阈值区间内，可判断为系统低频或高频。

当在步骤S30中在未检测到孤岛微电网系统处于异常状态时，则在预设时间后重复步骤S30执行，即再次判断孤岛微电网系统是否处于异常状态；从而可以一直监控孤岛微电网系统的功率情况，确保系统的稳定性。上述预设时间可根据实际情况而设定，在这不做具体限定。

在一些实施例中，如图3所示，在步骤S30之后，还包括步骤S40，其具体为：

S40：根据供能设备的运行退出情况，控制孤岛微电网系统进入对应的运行方式；运行方式包括正常运行方式、一般事故运行方式以及应急事故运行方式。

在一些实施例中，步骤S40包括以下步骤：

S41：判断小功率电源机组或所有新能源机组是否退出运行，若是，则执行步骤S42，若否，则进入正常运行方式；

S42：判断小功率机组和所有新能源机组是否全部退出运行，若是，则进入应急事故运行方式，若否，则执行步骤S43；

S43：判断小功率电源机组或所有新能源机组的运行退出情况，若小功率电源机组退出运行，则执行新柴储模式，若所有新能源机组全部退出运行，则执行源柴储模式。

可以理解地，该步骤S40针对孤岛微电网可能存在的故障情况及设备状态进行分类，设置三种运行方式下的运行模式；根据电源及设备状态自主确定/更改运行模式，调度该种运行模式下的电源及进行负荷切换，快速定位故障，实现系统高效自愈，且能帮助运行及调度人员快速掌握微电网系统运行状态。

正常运行方式为孤岛微电网系统由小功率电源机组作为主电源供电，新能源机组辅助供电，储能系统和燃油机组用于削峰填谷，以使电网稳定运行。

在一些实施例中，正常运行方式可为恒源新柴储模式。恒源新柴储模式包括控制小功率电源机组作为主电源、以及新能源机组作为辅助供电；储能系统和燃油机组用于削峰填谷。

在该实施例中，若储能系统荷电状态为SOC＞SOC_max，小功率电源机组保持基荷运行，新能源机组限功率运行。此时储能系统处于放电状态，负荷的工作功率由小功率电源、新能源机组及储能系统放电提供，其运行功率P_L＝P_源+P_新+P_储。

若储能系统荷电状态为SOC_min＜SOC＜SOC_max，小功率电源机组保持基荷运行，在新能源机组限功率运行的情况下，尽量保证机组发电。此时储能系统处于充电状态，负荷的工作功率由小功率电源、新能源机组提供，其运行功率P_L+P_储＝P_源+P_新。

若储能系统荷电状态为SOC＜SOC_min，小功率电源机组保持基荷运行，新能源机组最大功率运行。此时储能系统处于充电状态，负荷的工作功率由小功率电源、新能源机组提供，其运行功率P_L+P_储＝P_源+P_新max。

一般事故运行方式为孤岛微电网系统由小功率电源机组或新能源机组为负荷供电，储能系统仍然用于削峰填谷以进行系统稳定调节，燃油机组作为备用；按照预设优先级切除部分负荷；在本实施例中，切除部分负荷为切除部分三级负荷。

在一些实施例中，一般事故运行方式包括新柴储模式和源柴储模式。其中，新柴储模式包括控制孤岛微电网系统切除与预设优先级最低的负荷的连接；控制新能源机组作为主电源、且储能系统用于削峰填谷；燃油机组作为备用电源。源柴储模式包括控制孤岛微电网系统切除与预设优先级最低的负荷的连接；控制小功率电源机组作为主电源、且储能系统用于削峰填谷；燃油机组作为备用电源。

在一些实施例中，新柴储模式为控制孤岛微电网系统切除三级负荷，以为其他优先级更高的负荷供电。新能源机组作为主电源，储能系统用于调节系统频率和电压，平滑风机出力波动。

在该实施例中，若储能系统荷电状态SOC＞SOC_max时，新能源机组限功率运行；此时储能系统处于放电状态，负荷的工作功率由燃油机组、新能源机组及储能系统放电提供，其运行功率P_L＝P_柴+P_新+P_储。

若储能系统荷电状态SOC_min＜SOC＜SOC_max，新能源机组限功率运行的情况下，尽量保证新能源机组发电；此时储能系统处于充电状态，负荷的工作功率由燃油机组、新能源机组提供，其运行功率P_L+P_储＝P_柴+P_新。

若储能系统荷电状态SOC＜SOC_min，新能源机组以最大功率运行；此时储能系统处于充电状态，负荷的工作功率由燃油机组、新能源机组提供，其运行功率P_L+P_储＝P_柴+P_新max。

在一些实施例中，源柴储模式为控制孤岛微电网系统切除三级负荷，以为其他优先级更高的负荷供电；小功率电源机组作为主电源为系统提供电压及频率参考，储能系统用于调节系统频率和电压，平滑风机出力波动；燃油机组作为备用电源。

应急事故运行方式为小功率电源机组及新能源机组无法供电，孤岛微电网系统由储能系统和燃油机组进行供电；其中，燃油机组作为系统的主要供电电源，保证一级负荷供电，储能系统作为过渡电源，为燃油机组启动留出时间裕量。

在一些实施例中，应急事故运行方式为柴储模式；柴储模式包括控制燃油机组作为主电源满足预设优先级最高负荷运行，储能系统作为过渡电源。

在该实施例中燃油机组容量满足一级负荷运行预设时间，储能系统作为过渡电源。可以理解地，该预设时间根据一级负荷容量及需求确定燃油机组运行时间。在本实施例中，柴油机容量满足系统一级负荷运行7h。

综上，本发明基于孤立微电网系统不同的运行工况及机组状态制定四种模式、三种运行方式：源新柴储模式(小功率电源、新能源机组、燃油机组及储能均能运行——正常运行方式)、新柴储模式(新能源机组、燃油机组及储能正常运行——一般事故运行方式)、源柴储模式(小功率电源、燃油机组及储能正常运行——一般事故运行方式)、柴储模式(燃油机组及储能正常运行——应急事故运行方式)。通过对孤立微电网系统的运行状态进行分区管理，通过采集的系统信息进行综合决策，最后进行运行模式的切换，控制孤立微电网系统电源的运行。在一些实施例中，燃油机组为柴油机。

在一些实施例中，在步骤S40中，还包括对孤立微电网系统设备检测的检测步骤，该检测步骤设于步骤S41之前，具体为：

S41-0：检测并判断孤立微电网系统的运行状态是否符合预设要求；若符合，则执行步骤S41；若否，则向孤立微电网系统发出停机指令。

在一些实施例中，孤立微电网系统的运行状态包括新能源机组的启动状态、设备配电状态、各子系统的启动状态、电池电量的运行状态等等。

可以理解地，判断新能源机组的启动状态是否符合预设要求可以是判断外界风速是否达到风机可启动的风速条件；判断设备配电状态是否符合预设要求可以是判断设备配电状态是否完备；判断各子系统的启动状态是否符合预设要求可以是判断各子系统是否符合启动条件；判断电池电量的运行状态是否符合预设要求可以是电池电量是否满足运行条件。

在一些实施例中，如果子系统由于故障或检修等情况不能投入运行，发出报警、故障信号，能量管理系统接收信号后发出系统停机令，机组停止运行。

在一些实施例中，在该能量管理方法中，还包括调整整定区间的调整步骤。该调整步骤为S50，可在步骤S30之后执行。步骤S50具体为：

S50：在执行控制孤岛微电网系统执行功率调整命令后，根据功率调整命令，调整整定区间。

可以理解地，对于超出储能稳定性控制的微电网低频或过频现象，通过减载与切机的稳控措施设定/调整整定区间，整定值设定/调整依赖于整个孤岛微电网的网络架构。

低频减载轮次取决于负荷分类颗粒度大小，负荷分类越细，频率保护整定级差越小，越有利于能量管理系统对于微电网的电力稳定性控制。在一些实施例中，根据本实施例中的负荷分类，可将第一轮低频减载所对应的最小整定值设为49.4Hz，第二轮低频减载所对应的最小整定值调整为49.3Hz，第三轮低频减载所对应的最小整定值调整为49.2Hz，第四轮低频减载所对应的最小整定值调整为49.1Hz，每轮切除负荷依据供电优先级确定，直至系统趋于稳定。

过载切机则可根据对新能源机组在邻于预设时间段的下一时间段的出力量和/或新能源机组的额定输出功率，设定切机顺序。例如，有些新能源机组的额定发电功率低和/或预测下一时间段的出力小，则优先降低该些新能源机组的输出功率；根据该切机顺序，调整整定区间中的最大整定值。在一些实施例中，第一轮过频切机所对应的最大整定值为50.6Hz，第二轮过频切机所对应的最大整定值为50.7Hz，第三轮过频切机所对应的最大整定值为50.8Hz，第四轮过频切机所对应的最大整定值为50.9Hz，直至系统趋于稳定。

本发明还构造一种孤岛微电网管理系统，孤岛微电网管理系统包括孤岛微电网系统和能量管理系统；其中，孤岛微电网系统包括供能设备以及储能系统；供能设备包括小功率电源机组、新能源机组和燃油机组。该能量管理系统以小功率电源为生产计划基本点，实现电源功率控制协调，管理供能设备的发电工作。

其中，该能量管理系统包括：

采集模块，用于采集历史数据；在一些实施例中，采集模块为SCADA采集设备；

预测模块，与采集模块连接，用于根据历史数据预测预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

运算模块，与预测模块连接，用于根据预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，运算得到小功率电源机组在该相应预设时间段内的出力量；

存储模块，用于存储对应整定值区间的数据、系统计算运行数据、系统运行历史数据等；

控制模块，与孤岛微电网系统连接，用于输出功率调整命令至孤岛微电网系统。

在一些实施例中，控制模块还可以根据供能设备的运行退出情况，控制孤岛微电网系统进入对应的运行方式。

在一些实施例中，能量管理系统还包括判断模块，用于判断孤岛微电网系统是否处于异常状态、判断处于系统过频状态或系统低频状态。

在一些实施例中，该判断模块还可以判断储能系统荷电状态与整定值区间的关系。

在一些实施例中，该判断模块还可以判断小功率电源机组或所有新能源机组的运行退出情况。

在一些实施例中，能量管理系统还包括调整模块，调整模块分别与控制模块、存储模块连接；该调整模块用于在执行控制孤岛微电网系统执行功率调整命令后，接收并根据存储模块发出的功率调整命令，调整整定区间；并将调整后的整定区间数据存入至存储模块。

在一些实施例中，能量管理系统还包括修正模块，修正模块分别与预测模块、运算模块连接；该修正模块用于对预测的新能源机组的出力量进行修正。

本发明立足于孤岛微电网建立中包含保持基荷运行、不宜频繁调节的小功率电源维持系统充足电力供应的特点，填补了国内能量管理系统在对特殊电源策略研究上的空白，解决了小功率电源波动对微网扰动带来的供电质量问题，实现微电网中的各分布式电源容量合理配置，充分发挥可再生能源的优势，提高电能质量，实现了孤岛绿色清洁能源的开发利用，减少不必要的经济成本。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种孤岛微电网系统的能量管理方法，其特征在于，所述孤岛微电网系统包括供能设备以及储能系统；所述供能设备包括小功率电源机组、新能源机组和燃油机组；其中，所述能量管理方法包括以下步骤：

采集并根据历史数据，设定所述小功率电源机组在预设时间段内的出力量；

设定整定值区间；

根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，以及所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述孤岛微电网系统执行功率调整命令；

所述功率调整命令包括控制所述储能系统充电、控制所述储能系统放电、控制切除所述供能设备以及控制所述供能设备与所述负荷断开连接的一种。

2.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述采集并根据历史数据，设定所述小功率电源机组在预设时间段内的出力量，包括以下步骤：

采集所述历史数据，所述历史数据包括系统通讯历史数据、天气历史数据及负荷历史信息；

根据所述历史数据，预测所述预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

根据所述预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，设定小功率电源机组在该预设时间段内的出力量。

3.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，以及所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述孤岛微电网系统执行功率调整命令，包括以下步骤：

根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系，判断孤岛微电网系统是否处于异常状态，所述异常状态包括系统过频状态和系统低频状态；若是，则根据所述异常状态执行下一步骤，若否，则在预设时间后再次判断所述孤岛微电网系统是否处于异常状态；

在所述孤岛微电网系统处于所述系统过频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统储存能量或逐步切除供能设备；

在所述孤岛微电网系统处于所述系统低频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统释放能量或断开用电负荷。

4.根据权利要求3所述的能量管理方法，其特征在于，所述在所述孤岛微电网系统处于所述系统过频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统储存能量或逐步切除供能设备，包括以下步骤：

在所述孤岛微电网系统处于所述系统过频状态时，判断所述储能系统荷电状态是否超过所述整定值区间中的最大值；

若是，则控制所述储能系统进入充电模式；若不是，则根据预设顺序逐步切除供能设备。

5.根据权利要求3所述的能量管理方法，其特征在于，所述在所述孤岛微电网系统处于所述系统低频状态，根据所述储能系统的荷电状态值与所述整定值区间的关系，控制所述储能系统释放能量或断开负荷，包括以下步骤：

在所述孤岛微电网系统处于所述系统低频状态时，判断所述储能系统荷电状态是否低于所述整定值区间中的最小整定值；

若是，则控制所述储能系统进入放电模式；若不是，则根据预设优先级逐级切除用电负荷。

6.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，在控制所述孤岛微电网系统执行功率调整命令之后，还包括以下步骤：

根据所述供能设备的运行退出情况，控制所述孤岛微电网系统进入对应的运行方式；所述运行方式包括正常运行方式、一般事故运行方式以及应急事故运行方式。

7.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于，所述正常运行方式为恒源新柴储模式；

所述恒源新柴储模式包括控制所述小功率电源机组作为主电源、以及控制所述新能源机组作为辅助供电；所述储能系统和所述燃油机组用于削峰填谷。

8.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于，所述一般事故运行方式包括新柴储模式和源柴储模式；

所述新柴储模式包括控制所述孤岛微电网系统切除与预设优先级最低的负荷之间的连接；控制所述新能源机组作为主电源、且所述储能系统用于削峰填谷；所述燃油机组作为备用电源；

所述源柴储模式包括控制所述孤岛微电网系统切除与预设优先级最低的负荷之间的连接；控制所述小功率电源机组作为主电源、且所述储能系统用于削峰填谷；所述燃油机组作为备用电源。

9.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于，所述应急事故运行方式为柴储模式；

所述柴储模式包括控制所述燃油机组作为主电源满足预设优先级最高负荷运行，所述储能系统作为过渡电源。

10.根据权利要求6所述的能量管理方法，其特征在于，所述一般事故运行方式包括新柴储模式和源柴储模式；

所述根据供能设备的运行退出情况，控制所述孤岛微电网系统进入对应的运行方式，包括以下步骤：

判断所述小功率电源机组或所有所述新能源机组是否退出运行，若是，则执行下一步骤，若否，则进入所述正常运行方式；

判断所述小功率机组和所有所述新能源机组是否全部退出运行，若是，则进入所述应急事故运行方式，若否，则执行下一步骤；

判断所述小功率电源机组或所有所述新能源机组的运行退出情况，若所述小功率电源机组退出运行，则执行所述新柴储模式，若所有所述新能源机组全部退出运行，则执行所述源柴储模式。

11.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在控制孤岛微电网系统执行功率调整命令后，根据所述功率调整命令，调整所述整定区间。

12.根据权利要求4所述的能量管理方法，其特征在于，所述预设顺序为根据对所述新能源机组在邻于预设时间段的下一时间段的出力量和/或新能源机组的额定输出功率，优先切除额定发电功率低和/或预测下一时间段的出力最小的新能源机组。

13.根据权利要求5所述的能量管理方法，其特征在于，所述预设优先级为根据供电优先级对负荷进行等级划分。

14.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述采集并根据历史数据，设定所述小功率电源机组在预设时间段内的出力量，包括以下步骤：

采集所述历史数据，所述历史数据包括系统通讯历史数据、天气历史数据及负荷历史信息；

根据所述历史数据，预测所述预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

对所述预设时间段中新能源机组的出力量进行修正；

根据所述预设时间段中新能源机组修正后的出力量以及所有负荷的运行情况，设定所述小功率电源机组在该预设时间段内的出力量。

15.根据权利要求14所述的能量管理方法，其特征在于，所述对所述预设时间段中新能源机组的出力量进行修正，包括以下步骤：

采集并根据所述新能源机组出力的特征数据，设定作为分层标准的置信度；

根据所述置信度，获得所述新能源机组出力预测误差的置信区间上界e⁺(x％)和下界e^-(x％)；

获取所述新能源机组在第一时间段内可产生的第一预测出力量，以及实际达到未来第一时间段的第一实际出力量；所述第一时间段为邻于所述预设时间段的上一时间段；

根据所述第一预测出力量和所述第一实际出力量获得第一预测误差值；

根据所述第一预测误差值、与所述上界e⁺(x％)和所述下界e^-(x％)之间的关系，获得误差修正量；

根据所述预设时间段中新能源机组的出力量，结合所述误差修正量，得到所述新能源机组在所述预设时间段修正后的出力量。

16.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述小功率电源机组用于输出小功率电源；所述小功率电源用于保持基荷运行，且具有不能频繁、快速地调节功率特性。

17.根据权利要求1所述的能量管理方法，其特征在于，所述根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的关系为：

根据所述供能设备的实际输出功率与用电负荷所需功率的差值是否处于预设阈值区间。

18.一种孤岛微电网管理系统，包括孤岛微电网系统，所述孤岛微电网系统包括供能设备以及储能系统；所述供能设备包括新能源机组和燃油机组，其特征在于，所述供能设备还包括小功率电源机组；所述小功率电源机组用于输出小功率电源；所述小功率电源用于保持基荷运行，且具有不能频繁、快速地调节功率特性；

所述孤岛微电网管理系统还包括用于管理所述供能设备发电工作的能量管理系统，所述能量管理系统包括：

采集模块，用于采集历史数据；

预测模块，用于根据历史数据预测预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况；

运算模块，用于根据预设时间段中新能源机组的出力量以及所有负荷的运行情况，运算得到小功率电源机组在该预设时间段内的出力量；

存储模块，用于存储对应整定值区间的数据；

控制模块，用于输出功率调整命令至孤岛微电网系统。

Images