本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)直流配電領域，特別涉及一種直流配電網的能量輸送控制方法及裝置。

背景技術：

隨著用戶對電能質量需求的提高，分布式新能源和儲能系統(tǒng)接入配電網的需求日益強烈，而且隨著電力電子設備的廣泛應用，傳統(tǒng)交流配電網已經越來越不能滿足現(xiàn)代社會對電力的需求。直流配電網以其獨特的優(yōu)勢，如可靠性高、經濟性好、有利于分布式能源接入和較高的電能質量等一系列優(yōu)點，近些年來引起了越來越廣泛的關注和研究。

如圖1所示，一個典型的中壓環(huán)形直流配電網絡，其中A端與B端是DC/AC換流器，與外部交流電網相連，用于與交流網絡進行能量交互并穩(wěn)定直流電壓；C端與G端分別是交/直流負荷和用戶側低壓直流配電網等用電負荷；H端為可控發(fā)電機組，D端、E端是風電、光伏等可再生分布式能源，F(xiàn)端是儲能系統(tǒng)等，在各接入端均配備直流斷路器。中壓直流配電網可充分融合可再生分布式能源、儲能系統(tǒng)，并借助智能電網等新技術，充分發(fā)揮直流系統(tǒng)高電能質量水平供電的優(yōu)勢，從而適應不同技術條件下的負荷用電需求，因此，直流配電網未來將作為補充系統(tǒng)嵌入到現(xiàn)有交流配電網中，為負荷密度大、敏感或重要負荷提供電能。

目前對于直流配電網網架結構、規(guī)劃、控制等方面的研究較多，對直流配電系統(tǒng)的能量優(yōu)化管理技術的研究較少。如何通過合理的系統(tǒng)能量管理策略及調度算法，考慮系統(tǒng)內不同負荷需求、電價、燃料費用以及外界影響因素，優(yōu)化各個接入單元的運行狀態(tài)與控制指令，使得系統(tǒng)在滿足安全可靠運行的條件下，實現(xiàn)有限資源的高效、可靠利用，是直流配電網能量優(yōu)化管理研究有待解決的核心技術。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種直流配電網的能量輸送控制方法，用于解決分布式能源接入配電網時，在能量輸送控制方法上造成經濟不合理的問題；本發(fā)明還提供了一種直流配電網的能量輸送控制裝置，用于實現(xiàn)能量輸送的控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：

一種直流配電網的能量輸送控制方法，包括五個方法方案：

方法方案一，包括以下步驟：

1)將一個調度周期劃分為N個調度時段；

2)采集一個調度周期內的負荷預測數(shù)據(jù)L_i、可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)Q_pvi、交流電網的分時電價a_i和可控發(fā)電機的發(fā)電成本b_i，其中i＝(1，2，…，N)，N為調度時段的個數(shù)，負荷預測數(shù)據(jù)與可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)采用上一個周期的數(shù)據(jù)；

3)以經濟成本為控制目標，以配電網內功率平衡約束、換流器和可控發(fā)電機的功率約束、儲能系統(tǒng)的電能約束作為約束條件，其中，配電網內功率平衡約束指每個調度時段負荷消耗電能、交流電網購入/賣出電能、可控發(fā)電機發(fā)出電能、儲能系統(tǒng)吸收/釋放電能、新能源發(fā)出電能應處于平衡；換流器和可控發(fā)電機的功率約束是指換流器和可控發(fā)電機的瞬時功率不能超出其額定功率或最大允許功率；儲能系統(tǒng)的電能約束，既包含儲能系統(tǒng)的瞬時功率不能超出其額定功率或最大允許功率，也包含儲能系統(tǒng)中存儲的電能也不能超出其存儲范圍，建立目標函數(shù)：

其中，x_i為購入交流電網的電能、y_i為可控發(fā)電機出力、z_i為儲能系統(tǒng)釋放的電能；

4)考慮上述約束條件，對上述目標函數(shù)進行成本優(yōu)化計算，得到一個調度周期內的可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)在每個調度時段的調度指令；

5)按照調度指令對可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)進行控制。

方法方案二，在方法方案一的基礎上，所述一個調度周期設置為1天。

方法方案三，在方法方案一的基礎上，配電網內功率平衡約束由負荷L_i、新能源出力預測Q_pvi、購入交流電網的電能x_i、可控發(fā)電機出力y_i和儲能系統(tǒng)釋放的電能z_i來決定，約束關系為：

x_i+y_i+z_i+Q_pvi＝L_i,i＝(1,2,…,N)

方法方案四，在方法方案一的基礎上，換流器和可控發(fā)電機瞬時功率換算為調度時段對應的能量后，分別記為Q_vscmax、Q_DGmax，約束表達式如下：

方法方案五，在方法方案一的基礎上，所述儲能系統(tǒng)額定功率換算為調度時段對應的能量后為Q_serated，儲能系統(tǒng)中電能的有效范圍為[Q_semin，Q_semax]，調度周期開始時儲能系統(tǒng)中的初始電能是Q_seinit，一個調度周期完成后儲能系統(tǒng)中的電能回到其初始狀態(tài)，儲能系統(tǒng)能量約束關系式如下：

本發(fā)明還提供了一種直流配電網的能量輸送控制裝置，包括五個裝置方案，裝置方案一，包括以下模塊：

周期分時模塊：用于將一個調度周期劃分為N個調度時段；

數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集一個調度周期內的負荷預測數(shù)據(jù)L_i、可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)Q_pvi、交流電網的分時電價a_i和可控發(fā)電機的發(fā)電成本b_i，其中i＝(1，2，…，N)，N為調度時段的個數(shù)，負荷預測數(shù)據(jù)與可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)采用上一個周期的數(shù)據(jù)；

目標函數(shù)建立模塊：用于以經濟成本為控制目標，以配電網內功率平衡約束、換流器和可控發(fā)電機的功率約束、儲能系統(tǒng)的電能約束作為約束條件，其中，配電網內功率平衡約束指每個調度時段負荷消耗電能、交流電網購入/賣出電能、可控發(fā)電機發(fā)出電能、儲能系統(tǒng)吸收/釋放電能、新能源發(fā)出電能應處于平衡；換流器和可控發(fā)電機的功率約束是指換流器和可控發(fā)電機的瞬時功率不能超出其額定功率或最大允許功率；儲能系統(tǒng)的電能約束，既包含儲能系統(tǒng)的瞬時功率不能超出其額定功率或最大允許功率，也包含儲能系統(tǒng)中存儲的電能也不能超出其存儲范圍，建立目標函數(shù)：

其中，x_i為購入交流電網的電能、y_i為可控發(fā)電機出力、z_i為儲能系統(tǒng)釋放的電能；

指令生成模塊：用于對上述目標函數(shù)進行成本優(yōu)化計算，得到一個調度周期內的可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)在每個調度時段的調度指令；

控制模塊：用于按照調度指令對可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)進行控制。

裝置方案二，在裝置方案一的基礎上，所述一個調度周期設置為1天。

裝置方案三，在裝置方案一的基礎上，配電網內功率平衡約束由負荷L_i、新能源出力預測Q_pvi、購入交流電網的電能x_i、可控發(fā)電機出力y_i和儲能系統(tǒng)釋放電能z_i來決定，約束關系為：

x_i+y_i+z_i+Q_pvi＝L_i,i＝(1,2,…,N)

裝置方案四，在裝置方案一的基礎上，換流器和可控發(fā)電機瞬時功率換算為調度時段對應的能量后，分別記為Q_vscmax、Q_DGmax，約束表達式如下：

裝置方案五，在裝置方案一的基礎上，所述儲能系統(tǒng)額定功率換算為調度時段對應的能量后為Q_serated，儲能系統(tǒng)中電能的有效范圍為[Q_semin，Q_semax]，調度周期開始時儲能系統(tǒng)中的初始電能是Q_seinit，一個調度周期完成后儲能系統(tǒng)中的電能回到其初始狀態(tài)，儲能系統(tǒng)能量約束關系式如下：

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的直流配電網的能量輸送控制方法，綜合考慮了系統(tǒng)內負荷需求、電價、燃料發(fā)電費用、可再生能源出力的影響因素，根據(jù)經濟成本最優(yōu)建立了能量控制數(shù)學模型，通過合理的系統(tǒng)能量管理策略，優(yōu)化了直流配電網內可控單元的運行狀態(tài)與控制指令，使得系統(tǒng)在滿足安全可靠運行的條件下，實現(xiàn)有限資源的高效利用。

本發(fā)明的直流配電網的能量輸送控制裝置，實現(xiàn)了直流配電網的能量輸送控制方法。

附圖說明

圖1為直流配電網絡結構圖；

圖2為直流配電網能量輸送控制方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進一步詳細的說明：

本發(fā)明的一種直流配電網的能量輸送控制方法的實施例：

本發(fā)明的一種直流配電網的能量輸送控制方法，具體的如圖2所示，包括以下步驟：

1)將一個調度周期分為N個調度時段，一個調度周期通常是一天。

2)采集一個調度周期內的負荷預測數(shù)據(jù)L_i、可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)Q_pvi、交流電網的分時電價a_i和可控發(fā)電機的發(fā)電成本b_i，其中i＝(1，2，…，N)，N為調度周期的個數(shù)，負荷預測數(shù)據(jù)與可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)采用上一個周期的數(shù)據(jù)。

3)建立直流配電網能量管理的目標函數(shù)，其中直流配電網電網絡結構圖，如圖1所示，以直流配電網內的可控單元、可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)在每個調度時段的電能作為控制對象，其中，可控發(fā)電機在每個調度時段發(fā)出的電能指令記為y_i，儲能系統(tǒng)在每個調度時段釋放的電能記為z_i，并將每個調度時段購入的交流電網的電能記為x_i；以經濟成本最優(yōu)為控制目標建立目標函數(shù)；以配電網內功率平衡約束、換流器和可控發(fā)電機的功率約束、儲能系統(tǒng)的電能約束作為約束條件，在這里可控單元包括可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)，而可再生能源出力通常工作在最大功率追蹤控制，不作為優(yōu)化的控制對象。儲能系統(tǒng)在每個調度時刻釋放的電能為正代表儲能系統(tǒng)向配電網釋放電能，負代表儲能系統(tǒng)從配電網吸收電能；從交流電網購入的電能為正代表配電網從交流電網購入電能，為負代表配電網向交流電網賣出電能。

目標函數(shù)如下，其中[x,y,z]為決策變量：

其中，配電網內功率平衡約束指每個調度時段負荷消耗電能、交流電網購入/賣出電能、可控發(fā)電機發(fā)出電能、儲能系統(tǒng)吸收/釋放電能、新能源發(fā)出電能應處于平衡，由負荷L_i、新能源出力預測Q_pvi、購入交流電網的電能x_i、可控發(fā)電機出力y_i、儲能系統(tǒng)釋放電能z_i來決定，且負荷預測數(shù)據(jù)與可再生能源的出力預測通常采用上一個周期的數(shù)據(jù)。在每個調度時段內，上述電能應保持在平衡狀態(tài)。在統(tǒng)一的能量單位下，約束關系式如下：

x_i+y_i+z_i+Q_pvi＝L_i,i＝(1,2,…,N)

換流器和可控發(fā)電機的功率約束指換流器和可控發(fā)電機瞬時功率不能超出其額定功率(或最大允許功率)，換算為調度時段對應的能量后，分別記為Q_vscmax、Q_DGmax，約束表達式如下：

儲能系統(tǒng)的電能約束既包括儲能系統(tǒng)實時功率不能超過其額定功率(或最大允許功率)，也包括儲能系統(tǒng)中存儲的電能不能超出其有效范圍。記儲能系統(tǒng)額定功率換算為調度時段對應能量后為Q_serated，儲能系統(tǒng)中電能的有效范圍為[Q_semin,Q_semax]，調度周期開始時儲能系統(tǒng)中的初始電能是Q_seinit，一個調度周期完成后儲能系統(tǒng)中的電能能夠回到其初始狀態(tài)，儲能系統(tǒng)能量約束關系式如下：

4)采用一些成熟的數(shù)學優(yōu)化算法或智能優(yōu)化算法對上述目標函數(shù)進行成本優(yōu)化計算，得到一個調度周期內的可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)在每個調度時段的調度指令。

5)得到調度指令后將在一個調度周期內對受控資源按照優(yōu)化后的調度指令對可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)進行控制，而預測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的誤差將通過直流配電網內負責穩(wěn)定直流電壓的換流器平衡。

上述實施例中，采用環(huán)形直流配電網的網架架構來完成能量的輸送及控制，作為其他實施方式，還可以采用放射性直流配電網、手拉手型直流配電網、多層直流配電網等各種直流配電網網架結構。

本發(fā)明還提供了一種直流配電網的能量輸送控制裝置，該裝置包括周期分時模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、目標函數(shù)建立模塊、指令生成模塊、控制模塊，其中周期分時模塊用于將一個調度周期劃分為N個調度時段；數(shù)據(jù)采集模塊用于采集一個調度周期內的負荷預測數(shù)據(jù)、可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)、交流電網的分時電價和可控發(fā)電機的發(fā)電成本，其中負荷預測數(shù)據(jù)與可再生能源的出力預測數(shù)據(jù)通常采用上一個調度周期的數(shù)據(jù)；目標函數(shù)建立模塊用于以經濟成本為控制目標，以配電網內功率平衡約束、換流器和可控發(fā)電機的功率約束、儲能系統(tǒng)的電能約束作為約束條件，建立目標函數(shù)；指令生成模塊用于對上述目標函數(shù)進行優(yōu)化計算，得到一個調度周期內的可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)在每個調度時段的調度指令；控制模塊用于按照調度指令對可控發(fā)電機和儲能系統(tǒng)進行控制。

上述控制裝置，實際上是一種軟件構架，其中的各模塊是與上述控制方法的步驟1)-5)相對應的進程或程序。因此，不再對該控制裝置進行詳細說明。

上述控制裝置作為一種程序，在直流配電網中運行，能夠綜合考慮系統(tǒng)內負荷需求、電價、燃料發(fā)電費用、可再生能源出力等影響因素，根據(jù)經濟成本最優(yōu)建立了能量控制數(shù)學模型，通過合理的系統(tǒng)能量管理策略，優(yōu)化了直流配電網內可控單元的運行狀態(tài)與控制指令，使得系統(tǒng)在滿足安全可靠運行的條件下，實現(xiàn)有限資源的高效利用。