專利名稱：微電網(wǎng)系統(tǒng)計算機監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種適用于微電網(wǎng)系統(tǒng)的計算機監(jiān)控方法，能夠為含有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等分布式電源和儲能單元的微電網(wǎng)系統(tǒng)提供監(jiān)視與控制功能，屬于微電網(wǎng)綜合自動化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
新世紀(jì)來，發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為國際社會應(yīng)對能源危機、環(huán)境保護(hù)和自然災(zāi)害等問題的重要舉措。分布式發(fā)電作為可再生能源利用的一種重要形式，在世界范圍了得到了快速的發(fā)展。分布式發(fā)電的大規(guī)模接入對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行和管理帶來了新的問題，而微電網(wǎng)能夠?qū)Ψ植际桨l(fā)電實現(xiàn)有效的整合及靈活、智能的控制，是解決分布式發(fā)電并網(wǎng)問題的一種重要的技術(shù)手段，近年來得到了普遍的關(guān)注。微電網(wǎng)作為促進(jìn)可再生能源的友好接入的一種技術(shù)手段，是智能電網(wǎng)重要的組成部分。近年來，我國能源行業(yè)對微電網(wǎng)的關(guān)注程度日趨增高，目前已有多個企業(yè)單位開展了微電網(wǎng)試點工程的建設(shè)，在商業(yè)街區(qū)、智能小區(qū)、工廠廠房以及偏遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)均有規(guī)劃試點， 部分項目已經(jīng)建成并投入運行。風(fēng)光資源、分布式電源、儲能單元及用電負(fù)荷的多樣化，給微電網(wǎng)綜合自動化監(jiān)控技術(shù)提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對整個微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還將根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運行情況與外界應(yīng)用請求制定相應(yīng)的運行控制策略，針對分布式電源出力的特點，采用合理的能量管理優(yōu)化技術(shù)使分布式電源得到最大利用，充分發(fā)揮微電網(wǎng)低碳、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。為實現(xiàn)上述技術(shù)要求，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下微電網(wǎng)系統(tǒng)計算機監(jiān)控方法，能夠為含有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C等分布式電源和儲能單元的微電網(wǎng)系統(tǒng)提供監(jiān)視與控制功能。本發(fā)明公開的監(jiān)控方法可以對整個微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以根據(jù)當(dāng)前微電網(wǎng)系統(tǒng)運行情況與外界應(yīng)用請求制定相應(yīng)的優(yōu)化控制策略，針對分布式電源出力的特點，采用合理的能量管理優(yōu)化技術(shù)使分布式電源得到最大利用，充分發(fā)揮微電網(wǎng)低碳、 經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。該監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實際需求分為三層結(jié)構(gòu)和兩層結(jié)構(gòu)兩種不同模式，監(jiān)控方案設(shè)計更加靈活。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利作進(jìn)一步的說明。圖1為典型400V低壓母線微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為三層微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖。圖3為兩層微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式1.名詞解釋
分布式發(fā)電通常是指發(fā)電功率在幾千瓦至數(shù)百兆瓦的小型模塊化、分散式布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元。主要包括以液體或氣體為燃料的內(nèi)燃機、微型燃?xì)廨啓C、太陽能發(fā)電(光伏發(fā)電、光熱發(fā)電)、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等，在我國主要以光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為主。微電網(wǎng)是一種由分布式發(fā)電、儲能和負(fù)荷共同組成的低壓系統(tǒng)。微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子設(shè)備實現(xiàn)電能的變換，并提供必需的控制。微電網(wǎng)相對于外部電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的自治受控單元，可同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全方面的需求。儲能技術(shù)主要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能 (如各類蓄電池、鋰電池、燃料電池、液流電池、超級電容器等)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能等)等。儲能系統(tǒng)一般由兩大部分組成由儲能元件組成的儲能裝置和由電力電子器件組成的電網(wǎng)接入裝置。儲能裝置主要實現(xiàn)能量的儲存、釋放或快速功率交換。電網(wǎng)接入裝置實現(xiàn)儲能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)電力調(diào)峰、能源優(yōu)化、提高供電可靠性和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能。無功功率補償，簡稱無功補償，在供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。氣象環(huán)境監(jiān)測功能一般由微型氣象站完成，對現(xiàn)場實時氣溫、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、太陽能輻射量、日照時數(shù)、是否降雨等與微電網(wǎng)發(fā)電強相關(guān)的氣象環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。光伏組件溫度等微電網(wǎng)運行環(huán)境參數(shù)由相應(yīng)的測量裝置完成。有源濾波器(APF)是利用可關(guān)斷電力電子器件，產(chǎn)生與負(fù)荷電流中諧波分量大小相等、相位相反的電流來抵消微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)由電力電子變流裝置引起的諧波電流的濾波裝置。2.典型400V低壓母線微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
圖1是一個典型400V低壓母線微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，包含分布式發(fā)電單元，儲能系統(tǒng)，負(fù)荷， 并網(wǎng)開關(guān)，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。在典型的400V低壓微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，所有的分布式電源、儲能、無功補償器、用戶負(fù)荷都連接到低壓400V母線，并通過并網(wǎng)開關(guān)與外部配電網(wǎng)聯(lián)接，可實現(xiàn)離網(wǎng)與并網(wǎng)運行模式之間的平滑切換。在結(jié)構(gòu)上，微電網(wǎng)可以視作由若干“支路”組成。支路是指包含一個400V低壓接入開關(guān)、一個主設(shè)備(光伏逆變器、通用變流器，儲能變流器、負(fù)荷、APF、無功補償器、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、公共聯(lián)接點)及附屬設(shè)備(電能表)的一個物理設(shè)備集合。支路是相關(guān)設(shè)備的邏輯組合，支路的提出主要是為了將設(shè)備在邏輯上進(jìn)行分組，便于微電網(wǎng)的監(jiān)控分析和應(yīng)用功能實現(xiàn)。微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電單元多為小型電源，它們接在用戶側(cè)，具有成本低、電壓低、低排放等特點。其主要可以分為兩類，一類是經(jīng)電力電子接口接入的分布式電源 (<100kW)的機組，如光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，儲能裝置等，另一類為旋轉(zhuǎn)設(shè)備，以傳統(tǒng)方式直接并網(wǎng)，如分軸式微型燃?xì)廨啓C，柴油機等。為了最大利用清潔能源，光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電一般均按最大輸出功率方式工作，因此其出力大小只與資源狀況有關(guān)，一般不限制出力。此外， 微電網(wǎng)內(nèi)電能質(zhì)量應(yīng)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)置有源濾波裝置和無功補償裝置，分別對微電網(wǎng)內(nèi)電能質(zhì)量和無功功率進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。微電網(wǎng)中的儲能裝置目前以能量型電池儲能裝置為主，在某些場合，為了滿足特殊用戶電能質(zhì)量需求，輔助以超級電容、飛輪等功率型儲能裝置。在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，儲能裝置在微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器或能量管理系統(tǒng)的控制下，平抑光伏、風(fēng)力發(fā)電出力波動，調(diào)節(jié)微電網(wǎng)并網(wǎng)點功率交換。在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，儲能裝置作為離網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡單元，彌補分布式發(fā)電單元出力與用電負(fù)荷之間的功率差額，維持微電網(wǎng)穩(wěn)定運行。儲能裝置還作為微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時的主電源，提供系統(tǒng)離網(wǎng)運行時的電壓和頻率，在離網(wǎng)運行中發(fā)揮電壓和頻率控制作用。微電網(wǎng)中的用電負(fù)荷根據(jù)其重要程度，可以將其分為可切負(fù)荷，可控負(fù)荷與敏感負(fù)荷。敏感負(fù)荷對電能質(zhì)量要求較高，要求微電網(wǎng)提供連續(xù)不中斷供電；可控負(fù)荷接受控制，在必要的情況下可以中斷供電，停止運行；可切負(fù)荷是指一些對供電可靠性要求不高的負(fù)載，可以隨時切除。就圖1而言，一般情況下，敏感負(fù)荷和可控負(fù)荷供電要求較高，外部配電網(wǎng)故障時，并網(wǎng)點處的并網(wǎng)開關(guān)會快速動作使重要負(fù)荷與故障隔離且不間斷正常供電， 而可切負(fù)荷，系統(tǒng)則會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功率平衡的需求，在必要的時候切除。微電網(wǎng)并網(wǎng)點所在的位置，一般選擇為配電變壓器的低壓側(cè)或主網(wǎng)與微電網(wǎng)的連接點處。在并網(wǎng)點處，設(shè)有電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，保證微電網(wǎng)的并網(wǎng)點各項技術(shù)指標(biāo)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。微電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在各個支路的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置組成，及時收集各條支路的電能質(zhì)量信息上送至微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，供其作出正確的策略。鑒于圖1所示的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所有設(shè)備都并聯(lián)在同一根母線上，其電壓水平相同，因此電能質(zhì)量監(jiān)測裝置在母線處監(jiān)測母線電壓電能質(zhì)量水平，在各支路上設(shè)置監(jiān)測點，監(jiān)測各支路流經(jīng)電流的電能質(zhì)量水平。微電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測儀收集微電網(wǎng)電能質(zhì)量實時數(shù)據(jù)，上送至微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。3.微電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控需求
本微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能分為三大部分，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能，運行控制功能和優(yōu)化控制功能。( 1)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能
主要完成微電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)采集、運行數(shù)據(jù)處理、公式計算、告警處理、畫面顯示、曲線顯示、簡單控制、報表打印、時鐘同步、權(quán)限管理、拓?fù)渲约熬W(wǎng)頁瀏覽功能。微電網(wǎng)可以看作是由風(fēng)力發(fā)電支路、光伏發(fā)電支路、儲能支路、無功補償支路、負(fù)荷支路、有源濾波支路、并網(wǎng)支路等，所有支路通過400V母線匯集。所有設(shè)備的信息都以支路為單位上送到微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，具體數(shù)據(jù)如下
(a)光伏支路
直流匯流箱/柜電池串直流電壓、電流、功率，直流匯流箱母線電壓、電流、狀態(tài)； 光伏逆變器各逆變器直流輸入電壓、電流，交流輸出電壓、電流、頻率、諧波，時鐘，逆變器狀態(tài)；交流匯流柜狀態(tài)；
支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，日發(fā)電量，累積發(fā)電量，電能表狀態(tài)；
(b)風(fēng)電支路
風(fēng)機控制器子轉(zhuǎn)速，葉輪轉(zhuǎn)速，偏航方向，調(diào)槳角度，輸出交流電壓、電流、頻率、當(dāng)前發(fā)出有功功率、無功功率、功率因數(shù)，風(fēng)機發(fā)出總電量，風(fēng)機狀態(tài)；
風(fēng)機逆變器各逆變器直流輸入電壓、電流，交流輸出電壓、電流、頻率、諧波，時鐘，逆變器狀態(tài)；交流匯流柜狀態(tài)；
支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，日發(fā)電量，累積發(fā)電量，電能表狀態(tài)； (C)儲能系統(tǒng)支路
電池堆正負(fù)母線對地絕緣值、電池串電流、各電池串效率和循環(huán)次數(shù)、電池堆充放電電量及其剩余容量和可用容量、電池串充放電電量及其剩余容量與可用容量、電池串中各電池箱平均電壓和溫度
雙向變流器交流側(cè)輸出三相電壓、三相電流、輸出電量、輸出功率、輸出有功功率、輸出有功電量、輸出無功功率、輸出無功電量、交流側(cè)功率因數(shù)、直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、直流側(cè)功率、直流側(cè)充電量、直流側(cè)放電量，雙向變換器效率、工作狀態(tài)(啟/停)、運行模式(并離網(wǎng))、運行狀態(tài)(充放電)。 支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、 功率因數(shù)，日發(fā)電量，累積發(fā)電量，電能表狀態(tài)；
(d)微型燃?xì)廨啓C支路
微型燃?xì)廨啓C本體燃料進(jìn)氣量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，輸出電壓、電流、功率因數(shù)，輸出功率，發(fā)電機狀態(tài)，冷熱機排氣量、輸出功率、冷熱機狀態(tài)、燃?xì)鉁囟?、燃機工作溫度；
雙向變流器各變換器直流輸入電壓、電流，交流輸出電壓、電流、頻率、諧波，時鐘，變換器器狀態(tài)；交流匯流柜狀態(tài)；
支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，日發(fā)電量，累積發(fā)電量，電能表狀態(tài)；
(e)負(fù)荷支路
負(fù)荷組件負(fù)荷端電壓，電流、功率因數(shù)，當(dāng)前負(fù)荷量，每小時負(fù)荷量，每日負(fù)荷量，當(dāng)前負(fù)荷預(yù)測值，負(fù)荷狀態(tài)，負(fù)荷點各裝置狀態(tài)；
支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，日發(fā)電量，累積發(fā)電量，電能表狀態(tài)；
(f)APF支路
APF數(shù)據(jù)補償前電流總諧波失真，補償電流，補償后電流總諧波失真，補償后電流有效值，電壓，頻率，功率因數(shù)；
支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，電能表狀態(tài)；
(g)無功補償支路
靜止無功補償器電容器容量，投切狀態(tài)，投切前端電壓，投切后端電壓，輸出電流，頻率，功率因數(shù)，是否自動控制；
支路數(shù)據(jù)支路開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、頻率(可選)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，電能表狀態(tài)；
(h)并網(wǎng)點支路
微電網(wǎng)側(cè)微電網(wǎng)側(cè)電壓，電流，相角，頻率，功率因數(shù)，有功功率，無功功率；外電網(wǎng)側(cè)大電網(wǎng)側(cè)電壓，電流，相角，頻率，功率因數(shù)，有功功率，無功功率； 支路數(shù)據(jù)并網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)，保護(hù)狀態(tài)，支路當(dāng)前有功功率、無功功率、功率因數(shù)，電能表狀態(tài)；
(i)環(huán)境監(jiān)測支路
支路數(shù)據(jù)現(xiàn)場實時氣溫、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、太陽能輻射量、日照時數(shù)、光伏組件溫度、是否降雨和各測量儀器的狀態(tài)。(2)運行控制功能
微電網(wǎng)的運行狀態(tài)可以分為并網(wǎng)運行和離網(wǎng)運行兩個穩(wěn)定運行狀態(tài)，并/離網(wǎng)模式切換和離/并網(wǎng)模式切換兩種過渡狀態(tài)，同時微電網(wǎng)還存在兩種異常運行狀態(tài)微電網(wǎng)故障或檢修運行狀態(tài)，微電網(wǎng)負(fù)荷大電網(wǎng)直接供電狀態(tài)。運行控制包括微電網(wǎng)并網(wǎng)運行運行控制、離網(wǎng)運行運行控制，并/離網(wǎng)模式切換和離/并網(wǎng)模式切換。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，運行控制策略分為基本控制策略和復(fù)合控制策略。基本控制策略包括有功功率控制、無功功率控制、電能質(zhì)量治理；復(fù)合控制策略可以是基本控制策略的組合，也可以針對系統(tǒng)某個運行優(yōu)化目標(biāo)。微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，由于沒有外部電網(wǎng)提供電壓/頻率支撐，所以需要內(nèi)部設(shè)備相互協(xié)調(diào)，按照指定的電壓/頻率參數(shù)運行。因此微電網(wǎng)離網(wǎng)運行控制主要是有功功率控制，其次是無功功率控制和電能質(zhì)量治理。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，監(jiān)控系統(tǒng)實時分析上送的各種運行數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障或收到切換指令時，監(jiān)控系統(tǒng)對當(dāng)前系統(tǒng)運行狀況作出判斷，根據(jù)微電網(wǎng)離網(wǎng)運行方式選擇有縫切換方式或無縫切換方式，按照一定順序控制相關(guān)設(shè)備完成微電網(wǎng)并/離網(wǎng)運行模式切換，控制微電網(wǎng)進(jìn)入穩(wěn)定離網(wǎng)運行狀態(tài)。在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，監(jiān)控系統(tǒng)實時檢測外部電網(wǎng)運行情況，一旦外部電網(wǎng)恢復(fù)供電，微電網(wǎng)啟動并網(wǎng)流程，收到允許的回復(fù)后啟動離/并網(wǎng)模式切換程序，按照設(shè)置選擇有縫切換模式或者無縫切換模式，按擬定的模式切換程序投切各設(shè)備，轉(zhuǎn)換主電源運行模式，實現(xiàn)微電網(wǎng)順利重新并網(wǎng)運行。(3)優(yōu)化控制功能
微電網(wǎng)優(yōu)化控制技術(shù)，充分考慮可再生能源隨機性、微電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、儲能充放電能力，根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的分布式能源系統(tǒng)組合建立模型，選擇合適的控制量，進(jìn)行多元能量的協(xié)調(diào)管理，將需求側(cè)管理與能量管理相結(jié)合，選擇合適的可控量進(jìn)行控制。同時，在并網(wǎng)運行條件下，微電網(wǎng)接受配電網(wǎng)調(diào)度根據(jù)實際情況對微電網(wǎng)運行進(jìn)行調(diào)整。微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的優(yōu)化控制功能，在對微電網(wǎng)運行狀態(tài)做出評估后，根據(jù)微電網(wǎng)的實時情況和外界命令，確定一個微電網(wǎng)優(yōu)化運行目標(biāo)，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)提出優(yōu)化運行方法，根據(jù)優(yōu)化運行方法給出運行控制策略，并將運行控制策略下發(fā)給微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器執(zhí)行。4.微電網(wǎng)監(jiān)控方案
一般說來，微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為三層，由微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器、微電網(wǎng)設(shè)備就地控制器組成，在微電網(wǎng)容量小、結(jié)構(gòu)簡單的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，微電網(wǎng)設(shè)備就地控制器兩層組成，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)將同時完成協(xié)調(diào)控制器和能量優(yōu)化管理的功能。
(1)三層結(jié)構(gòu)
三層微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)見附圖2左所示，由微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器、微電網(wǎng)設(shè)備就地控制器三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)與微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器采用以太網(wǎng)接口，通過104規(guī)約進(jìn)行通信。根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備實際情況，微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器與就地控制器之間的通信方式包括RS485、光纖、以太網(wǎng)等，并可能采用多種通信規(guī)約。(a)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)接受電網(wǎng)調(diào)度/控制指令，通過優(yōu)化計算形成各個微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器的綜合運行控制指令，下發(fā)給微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器；同時收集分析微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器上送的各微電網(wǎng)子系統(tǒng)運行信息，評估當(dāng)前微電網(wǎng)運行狀態(tài)，并可上送結(jié)果至外電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)主要用于微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度和能量管理，如圖2右所示。其主要功能是協(xié)調(diào)微電網(wǎng)運行，使其對于主電網(wǎng)表現(xiàn)為電氣外特性單一，可靈活調(diào)度的可控單元。根據(jù)調(diào)度指令，參考分布式發(fā)電單元出力預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，考慮當(dāng)前微電網(wǎng)實際運行狀態(tài)，按照一定的優(yōu)化目標(biāo)，制定微電網(wǎng)子系統(tǒng)控制策略。無論微電網(wǎng)處于何種穩(wěn)定的運行狀態(tài)，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)都將在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的情況下，盡可能的利用分布式電源，協(xié)調(diào)安排分布式發(fā)電單元并網(wǎng)運行，充分利用儲能裝置的充放電特性，平衡分布式發(fā)電單元出力波動，制定微電網(wǎng)無功調(diào)整方案，滿足電能質(zhì)量要求。(b)微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器
微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器是微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分，完成微電網(wǎng)的運行控制和模式切換，在保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，按時讀取微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的綜合控制曲線， 轉(zhuǎn)換成各設(shè)備指令，下達(dá)給各就地控制器執(zhí)行，實現(xiàn)并網(wǎng)、離網(wǎng)的穩(wěn)定運行，并/離網(wǎng)、離/ 并網(wǎng)的平滑切換和有縫切換。在執(zhí)行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制策略的過程中，協(xié)調(diào)控制器根據(jù)微電網(wǎng)各設(shè)備運行情況，參考自身所轄的分布式發(fā)電單元出力預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果， 對各運行設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，使微電網(wǎng)運行達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。在執(zhí)行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制策略的同時，微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器采集微電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，并上報至微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器可由嵌入式控制系統(tǒng)實現(xiàn)。(c)微電網(wǎng)就地控制器
微電網(wǎng)就地控制器由所有針對負(fù)荷和線路的測控保護(hù)設(shè)備和分布式電源控制器組成， 具體包括負(fù)荷控制器、分布式發(fā)電單元控制器、儲能控制器，在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)就地控制器還將包括主電源控制器。負(fù)荷控制器接受并執(zhí)行微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器下達(dá)的指令，投入切除負(fù)荷，負(fù)荷控制器將負(fù)荷運行信息實時上送至協(xié)調(diào)控制器，供其參考。分布式發(fā)電單元控制器主要指光伏逆變器控制系統(tǒng)、風(fēng)電變流器控制系統(tǒng)、柴油機控制系統(tǒng)，微型燃?xì)廨啓C變流器等，分布式發(fā)電單元控制器接受協(xié)調(diào)控制器下發(fā)的指令， 調(diào)整其并網(wǎng)接口的控制信號，轉(zhuǎn)換分布式發(fā)電單元運行方式和出力大小，滿足微電網(wǎng)實時運行需要。同時分布式發(fā)電單元控制器將分布式發(fā)電單元運行數(shù)據(jù)按時上送至微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器，為其制定運行控制策略提供參考。儲能控制器是指儲能變流器控制系統(tǒng)，儲能控制器嚴(yán)格執(zhí)行微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器下達(dá)指令曲線，進(jìn)行充放電操作，起到穩(wěn)定分布式發(fā)電輸出，參與系統(tǒng)削峰填谷的作用。同時儲能控制器上送儲能設(shè)備實時運行信息至協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，為其制定運行控制策略提供參考。本發(fā)明在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時采用主從控制策略，系統(tǒng)中的主電源將以電壓/頻率方式運行，提供微電網(wǎng)運行所需的電壓/頻率參數(shù)。離網(wǎng)運行時，協(xié)調(diào)控制器下達(dá)相應(yīng)的電壓/頻率參數(shù)交由主電源控制器執(zhí)行，穩(wěn)定微電網(wǎng)運行參數(shù)。同時主電源控制系統(tǒng)實時采集主電源設(shè)備運行信息，供協(xié)調(diào)控制器參考。在并網(wǎng)運行模式下，由于微電網(wǎng)的電壓/頻率參數(shù)由外部電網(wǎng)決定，因此不需要專門的設(shè)備提供運行參數(shù)參考值，因此主電源將按有功/ 無功方式運行，執(zhí)行系統(tǒng)控制器下達(dá)的功率指令曲線。主電源控制器實時收集設(shè)備運行信息，上送至微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器。(2)兩層結(jié)構(gòu)
在微電網(wǎng)容量較小，其組成結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單的情況下，從節(jié)約成本、簡化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，可不單獨配置微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器，而是將微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制功能整合到微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中，由微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和模式切換功能模塊發(fā)揮協(xié)調(diào)控制器的作用，集中管理微電網(wǎng)內(nèi)各類分布式電源、儲能和負(fù)荷，按照既定控制策略實施微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)安全運行；及時響應(yīng)上級調(diào)度指令進(jìn)行并離網(wǎng)模式切換；在主電網(wǎng)故障時自動離網(wǎng)運行；與上級調(diào)度保持通信，及時上傳系統(tǒng)實時運行情況，接受主網(wǎng)調(diào)度指令。這時微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)則由就地控制器，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組成，除了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)承擔(dān)起協(xié)調(diào)控制器的功能外，就地控制器的功能并未改變。兩層結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。兩層微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通信主要存在于微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)與就地控制器之間。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的前置機可直接接入以太網(wǎng)或通過終端服務(wù)器接入RS485，就地控制器如采用光纖等其他通信方式，需轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)后接入微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)前置機。
權(quán)利要求
1.微電網(wǎng)系統(tǒng)計算機監(jiān)控方法，其特征在于，(a)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)接受電網(wǎng)調(diào)度/控制指令，通過優(yōu)化計算形成各個微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器的綜合運行控制指令，下發(fā)給微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器；同時收集分析微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器上送的各微電網(wǎng)子系統(tǒng)運行信息，評估當(dāng)前微電網(wǎng)運行狀態(tài)，并可上送結(jié)果至外電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；(b)微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器，完成微電網(wǎng)的運行控制和模式切換，在保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，按時讀取微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的綜合控制曲線，轉(zhuǎn)換成各設(shè)備指令，下達(dá)給各就地控制器執(zhí)行，實現(xiàn)并網(wǎng)、離網(wǎng)的穩(wěn)定運行，并/離網(wǎng)、離/并網(wǎng)的平滑切換和有縫切換；在執(zhí)行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制策略的過程中，協(xié)調(diào)控制器根據(jù)微電網(wǎng)各設(shè)備運行情況，參考自身所轄的分布式發(fā)電單元出力預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，對各運行設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，使微電網(wǎng)運行達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)；在執(zhí)行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制策略的同時，微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器采集微電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，并上報至微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)；(c)微電網(wǎng)就地控制器由所有針對負(fù)荷和線路的測控保護(hù)設(shè)備和分布式電源控制器組成，包括負(fù)荷控制器、分布式發(fā)電單元控制器、儲能控制器，在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)就地控制器還將包括主電源控制器；負(fù)荷控制器接受并執(zhí)行微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器下達(dá)的指令，投入切除負(fù)荷，負(fù)荷控制器將負(fù)荷運行信息實時上送至協(xié)調(diào)控制器，供協(xié)調(diào)控制器參考。
全文摘要
本發(fā)明提出一種適用微電網(wǎng)系統(tǒng)計算機監(jiān)控方法，能夠為含有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C等分布式電源和儲能單元的微電網(wǎng)系統(tǒng)提供監(jiān)視與控制功能。該監(jiān)控方法可以對整個微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以根據(jù)當(dāng)前微電網(wǎng)系統(tǒng)運行情況與外界應(yīng)用請求制定相應(yīng)的優(yōu)化控制策略，針對分布式電源出力的特點，采用合理的能量管理優(yōu)化技術(shù)使分布式電源得到最大利用，充分發(fā)揮微電網(wǎng)低碳、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。該監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實際需求分為三層結(jié)構(gòu)和兩層結(jié)構(gòu)兩種不同模式，監(jiān)控方案設(shè)計更加靈活。
文檔編號H02J3/38GK102355057SQ20111028629
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月25日
發(fā)明者劉海璇, 華光輝, 吳福寶, 姚虹春, 張新龍, 張祥文, 杭晗, 梁碩, 汪春, 董大興, 赫衛(wèi)國 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院