一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其包括：信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元，將SCADA/PMU混合量測采集的信息，采用CIM模型結合歷史斷面管理，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理；網(wǎng)絡分析單元，用于在網(wǎng)絡拓撲分析的基礎上，實現(xiàn)基于混合量測的微電網(wǎng)狀態(tài)估計，進行風險分析評估和靈敏度分析，實現(xiàn)故障威脅預警與報警，并采取相應的預防措施或者進行緊急控制；能量優(yōu)化單元，用于根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合預報信息及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量優(yōu)化調(diào)度；同時本發(fā)明還提供一種采用上述系統(tǒng)進行微電網(wǎng)能量管理的方法。本發(fā)明進一步完善微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能，提高微電網(wǎng)的系統(tǒng)安全性、供電可靠性、系統(tǒng)控制的精度和有效性。
【專利說明】—種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，特別涉及一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]微電網(wǎng)(Micro Grid)，作為一種新型能源網(wǎng)絡化供應與管理系統(tǒng)，能夠整合分布式發(fā)電的優(yōu)勢，協(xié)調(diào)分布式發(fā)電單元(微電源)與大電網(wǎng)(指由發(fā)電廠、變電站、輸電線路網(wǎng)、配電變壓器和低壓線路網(wǎng)等組成的電力網(wǎng))間的矛盾，充分利用各種分散能源，結合本地負荷、儲能裝置及相關監(jiān)控和保護裝置，構成的新型電力微系統(tǒng)。微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)將對微電網(wǎng)內(nèi)設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，根據(jù)當前系統(tǒng)運行情況與控制目標制定相應的控制策略，針對微電源的出力特點，采用合理的能量優(yōu)化技術使微電源得到最大利用，充分發(fā)揮微電網(wǎng)低碳、經(jīng)濟的優(yōu)勢。
[0003]現(xiàn)有的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中，只采用側(cè)重于監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的SCADA進行微電網(wǎng)的信息采集與監(jiān)控，不同地點的監(jiān)測結果之間也缺乏準確的統(tǒng)一時標，難以對全系統(tǒng)進行整體動態(tài)分析。其次，SCADA無法實現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)關聯(lián)設備模型信息的功能，數(shù)據(jù)的存儲只是基于時間序列，本身不帶有模型信息。隨著各種發(fā)電技術的發(fā)展，微電源的種類不斷地增加和變動，微電網(wǎng)新增和改建微電源的頻率也相對較高。隨著各類微電網(wǎng)管理系統(tǒng)應用的深入，出現(xiàn)了信息整合的應用瓶頸，各管理系統(tǒng)之間信息不兼容、不能互通，信息模型不統(tǒng)一，不能宏觀的綜合管理信息。因此，需要采用混合量測系統(tǒng)進行信息采集，并進行數(shù)據(jù)預處理，實現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)進行同步監(jiān)測，為系統(tǒng)分析及控制提供數(shù)據(jù)來源。
[0004]太陽能電池和風機等微電源發(fā)電特性不同，導致發(fā)電電壓、電流瞬時波動大，并且會受到地理環(huán)境、天氣和時間等因素的影響而使輸出有很大的隨機性和波動性。其次，微電網(wǎng)中負荷也不是一成不變的，會隨著時間、天氣和經(jīng)濟等因素而不斷變化，這使得微電網(wǎng)中微電源和負荷之間的能量交換過程變得更為復雜。因此，需要采用基于預報信息的能量優(yōu)化單元，對系統(tǒng)的能量流進行監(jiān)控和管理，優(yōu)化微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部各微電源、儲能單元及其與大電網(wǎng)之間能量流動的方向和幅值，以提高系統(tǒng)的供電品質(zhì)、經(jīng)濟環(huán)保性。
[0005]微電網(wǎng)以微電源小型化和數(shù)量多為特點，分散了調(diào)度風險，但微電網(wǎng)中風力、光伏單元的發(fā)電量與天氣狀況、環(huán)境溫度、風速、日照輻射量等條件密切相關；發(fā)電設備的故障率也隨環(huán)境條件和時間變化，這些隨機性因素都會對微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、供電可靠性產(chǎn)生一定的影響。因而包含風能、太陽能等間歇性微電源的多能源微電網(wǎng)，其調(diào)度系統(tǒng)若單純的考慮側(cè)重于經(jīng)濟性的能量調(diào)度則存在明顯的不足，需要對微電網(wǎng)系統(tǒng)進行網(wǎng)絡分析，以提高微電網(wǎng)安全性、供電可靠性。
[0006]為此，針對微電源的發(fā)電隨機性、不穩(wěn)定性，負荷的變動性等這些微電網(wǎng)的不穩(wěn)定因素，需要對微電網(wǎng)這個復雜的分布式系統(tǒng)，提出一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，進行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、安全分析、能量優(yōu)化調(diào)度，以提高微電網(wǎng)的系統(tǒng)安全性、供電可靠性、經(jīng)濟環(huán)保性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的之一是提出一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，對微電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)進行全面監(jiān)控，實現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)中預測數(shù)據(jù)、實時及歷史數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測；對微電網(wǎng)系統(tǒng)進行網(wǎng)絡分析以提高微電網(wǎng)的系統(tǒng)安全性；根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合預報信息及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量流管理，實現(xiàn)多能源優(yōu)化互補、多元協(xié)調(diào)控制。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的具體技術方案是:
[0009]一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng),其包括:
[0010]信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元，用于采集微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量數(shù)據(jù)、天氣信息、相量數(shù)據(jù)，以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)；結合CM模型，管理微電網(wǎng)歷史斷面信息，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，為下一步的應用提供整合的模型、圖形和參數(shù)；
[0011]網(wǎng)絡分析單元，用于結合所述整合的模型、圖形和參數(shù)，進行基于混合量測的微電網(wǎng)狀態(tài)估計，求取微電網(wǎng)狀態(tài)變量；根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)變量以及控制變量，并結合微電網(wǎng)各單元設備的健康狀態(tài)，進行風險分析評估和靈敏度分析，預測潛在的故障，量化消除潮流越限故障的調(diào)整因素；通過預警與報警模塊，將危險、故障情況以聲、光方式警示，并迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制；所述混合量測包括SCADA量測和PMU量測；
[0012]能量優(yōu)化單元，用于根據(jù)所述微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)預報以及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量流管理；
[0013]其中，所述信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元包括:
[0014]SCADA模塊，用于SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，其中，所述SCADA數(shù)據(jù)采集包括微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量、天氣信息的采集，所述監(jiān)視控制包括設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié);
[0015]PMU模塊，用于相量數(shù)據(jù)的同步采集；所述相量數(shù)據(jù)包括配置相量測量裝置的節(jié)點和輸電線路的電壓相量、電流相量；
[0016]CIM模型，用于描述微電網(wǎng)各單元之間的關系及其邏輯結構，實現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)內(nèi)部以及不同能量管理系統(tǒng)之間的信息交換與共享；
[0017]歷史斷面管理模塊，用于基于所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)、PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)、以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合CM模型，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，整合微電網(wǎng)歷史斷面信息，所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，是歷史時刻的微電網(wǎng)模型結構、運行狀態(tài)和用電狀況信息的集合；
[0018]所述網(wǎng)絡分析單元包括:
[0019]網(wǎng)絡拓撲分析模塊，用于根據(jù)開關元件的開合狀態(tài)，確定微電網(wǎng)系統(tǒng)中各元件的電氣連接關系，并結合所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，形成網(wǎng)絡拓撲圖；
[0020]基于混合量測的狀態(tài)估計模塊，用于在網(wǎng)絡拓撲分析的基礎上，依據(jù)所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)，以及PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)，求取電網(wǎng)狀態(tài)變量；
[0021]風險分析評估模塊，用于量化微電網(wǎng)系統(tǒng)中引起隨機性故障的因素，估計所述隨機性故障后所帶來的后果，建立能表征系統(tǒng)風險的量化指標并進行計算、分析，所述引起隨機性故障的因素包括但不限于天氣狀況、元件狀態(tài)；
[0022]靈敏度分析模塊，用于利用靈敏度計算得出隨控制變量發(fā)生變化而變化的狀態(tài)變量兩者之間的關系，用于對危險情況的預防控制提供快速的指導，同時為潮流越限故障的消除提供量化的調(diào)整依據(jù)；[0023]所述能量優(yōu)化單元包括:
[0024]負荷預報模塊，用于根據(jù)所述微電網(wǎng)歷史斷面信息中的歷史負荷數(shù)據(jù)，并考慮天氣預報信息、日期類別，進行消耗電能的預測；
[0025]微電源發(fā)電預報模塊，用于光伏功率預測和風功率預測；
[0026]儲能單元預報模塊，用于對儲能單元的能量狀態(tài)進行預測，以便于對微電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換和儲存能力進行分析，所述能量狀態(tài)包括儲能單元儲存的能量和釋放的能量；
[0027]微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析模塊，用于根據(jù)來自所述網(wǎng)絡分析單元的微電網(wǎng)狀態(tài)估計信息，進行微電網(wǎng)的可靠性分析、電能質(zhì)量分析和經(jīng)濟環(huán)保性分析；
[0028]微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模塊，用于綜合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)的預報信息，在微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析和網(wǎng)絡分析的基礎上，針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標，輸出優(yōu)化結果，對各單元給出具體的調(diào)度指令；所述的控制目標包括可靠性最優(yōu)、經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)。
[0029]所述可靠性分析是在基于風險分析評估和靈敏度分析得出的系統(tǒng)安全狀況的基礎上，針對微電網(wǎng)孤島運行模式，分析微電網(wǎng)系統(tǒng)未能滿足的負荷需求與評估分析期內(nèi)總負荷需求的比值。
[0030]所述電能質(zhì)量分析至少包括對電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)諧波、電網(wǎng)電壓三相不平衡、無功平衡的影響、以及光伏并網(wǎng)注入的直流分量對微電網(wǎng)的影響中的其中一種。
[0031]所述經(jīng)濟環(huán)保性分析至少包括經(jīng)濟效益、環(huán)境效益及其綜合效益分析中的其中一種，所述綜合效益為經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的總和。
[0032]所述微電網(wǎng)各單元分別為微電源、儲能單元、負荷單元、開關元件、繼電保護裝置、變流器、輸電線路。
[0033]所述狀態(tài)變量為節(jié)點電壓幅值和相角，所述控制變量包括微電源的有功和無功輸出功率、以及微電源的輸出端端電壓。
[0034]所述優(yōu)化結果包括微電源功率、儲能單元充/放功率、微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間的交互功率、可控型負荷投/切功率。
[0035]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種微電網(wǎng)能量管理方法，對微電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)進行全面的監(jiān)控；實現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全分析；進行微電網(wǎng)的能量流管理，實現(xiàn)多能源優(yōu)化互補、多元協(xié)調(diào)控制。
[0036]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的具體技術方案是:
[0037]一種微電網(wǎng)能量管理方法，其包括以下步驟:
[0038]步驟1、采集微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量數(shù)據(jù)、天氣信息、相量數(shù)據(jù)，以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)；結合CM模型，管理微電網(wǎng)歷史斷面信息，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，為下一步的應用提供整合的模型、圖形和參數(shù)；
[0039]步驟2、結合所述整合的模型、圖形和參數(shù)，進行基于混合量測的微電網(wǎng)狀態(tài)估計，求取微電網(wǎng)狀態(tài)變量；根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)變量以及控制變量，并結合微電網(wǎng)各單元設備的健康狀態(tài)，進行風險分析評估和靈敏度分析，預測潛在的故障，量化消除潮流越限故障的調(diào)整因素；通過預警與報警模塊，將危險、故障情況以聲、光方式警示，并迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制；所述混合量測包括SCADA量測和PMU量測；
[0040]步驟3、根據(jù)所述微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)預報以及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量流管理；
[0041]其中，步驟I包括:
[0042]步驟11、SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，其中，所述SCADA數(shù)據(jù)采集包括微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量、天氣信息的采集，所述監(jiān)視控制包括設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)；
[0043]步驟12、相量數(shù)據(jù)的同步采集，所述相量數(shù)據(jù)包括配置相量測量裝置的節(jié)點和輸電線路的電壓相量、電流相量；
[0044]步驟13、描述微電網(wǎng)各單元之間的關系及其邏輯結構，實現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)內(nèi)部以及不同能量管理系統(tǒng)之間的信息交換與共享；
[0045]步驟14、基于所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)、PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)、以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合CM模型，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，整合微電網(wǎng)歷史斷面信息，所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，是歷史時刻的微電網(wǎng)模型結構、運行狀態(tài)和用電狀況信息的集合；
[0046]所述步驟2包括:
[0047]步驟21、根據(jù)開關元件的開合狀態(tài)，確定微電網(wǎng)系統(tǒng)中各元件的電氣連接關系，并結合所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，形成網(wǎng)絡拓撲圖；
[0048]步驟22、在網(wǎng)絡拓撲分析的基礎上，依據(jù)所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)，以及PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)，求取電網(wǎng)狀態(tài)變量；
[0049]步驟23、量化微電網(wǎng)系統(tǒng)中引起隨機性故障的因素，估計所述隨機性故障后所帶來的后果，建立能表征系統(tǒng)風險的量化指標并進行計算、分析，所述引起隨機性故障的因素包括但不限于天氣狀況、元件狀態(tài)；
[0050]步驟24、利用靈敏度計算得出隨控制變量發(fā)生變化而變化的狀態(tài)變量兩者之間的關系，用于對危險情況的預防控制提供快速的指導，同時為潮流越限故障的消除提供量化的調(diào)整依據(jù)；
[0051]所述步驟3包括:
[0052]步驟31、根據(jù)所述微電網(wǎng)歷史斷面信息中的歷史負荷數(shù)據(jù)，并考慮天氣預報信息、日期類別，進行消耗電能的預測；
[0053]步驟32、光伏功率預測和風功率預測；
[0054]步驟33、對儲能單元的能量狀態(tài)進行預測，以便于對微電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換和儲存能力進行分析，所述能量狀態(tài)包括儲能單元儲存的能量和釋放的能量；
[0055]步驟34、根據(jù)來自所述網(wǎng)絡分析單元的微電網(wǎng)狀態(tài)估計信息，進行微電網(wǎng)的可靠性分析、電能質(zhì)量分析和經(jīng)濟環(huán)保性分析；
[0056]步驟35、綜合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)的預報信息，在微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析和網(wǎng)絡分析的基礎上，針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標，輸出優(yōu)化結果，對各單元給出具體的調(diào)度指令；所述的控制目標包括可靠性最優(yōu)、經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)。
[0057]本發(fā)明的優(yōu)點在于:進一步完善微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能，提高了微電網(wǎng)的系統(tǒng)安全性、供電可靠性、系統(tǒng)控制的精度和有效性。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0058]圖1為本發(fā)明一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的結構框圖；[0059]圖2為本發(fā)明一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能原理圖；
[0060]圖3為本發(fā)明一種微電網(wǎng)能量管理方法的流程圖。
【具體實施方式】:
[0061]下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0062]如圖1所示，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，通過PLC、傳感器等硬件設備與微電網(wǎng)各單元相連，其包括支撐平臺層、建模分析層、應用功能層、人機界面層，四個層次。
[0063]1.支撐平臺層，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡通信、安全管理。
[0064]操作系統(tǒng)，滿足電能量計量管理的要求，系統(tǒng)完全擺脫了對具體硬件平臺的依賴，支持 WIND0WSNT/2000/XP/2003/Linux 等多種操作平臺。
[0065]系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用實時/歷史數(shù)據(jù)庫即PI (Plant Information)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。本發(fā)明以CIM模型為基礎，采用面向?qū)ο蠹夹g，參照IEC61970相關國際標準，建立一套基于CIM模型的PI實時數(shù)據(jù)庫。利用歷史斷面管理模塊，將系統(tǒng)的實時/歷史數(shù)據(jù)與電網(wǎng)模型相關聯(lián)，形成電網(wǎng)的歷史斷面，供系統(tǒng)的高級應用功能模塊分析所用。
[0066]通用TCP/IP、X.25,HTTP等網(wǎng)絡協(xié)議，支持各種標準接口 ；適用SQL數(shù)據(jù)庫語言及C/C++等聞級編程語目等國際標準。
[0067]用戶級采用權限管理和口令機制，控制不同的用戶所能進行的操作；嚴格的操作審核流程:口令，權限分析，操作確認，超時處理。
[0068]2.建模分析層，包括微電網(wǎng)狀態(tài)估計、靈敏度分析、風險分析評估、負荷預測、發(fā)電預測、儲能能量預測以及優(yōu)化調(diào)度模型。由微電網(wǎng)狀態(tài)估計模型綜合靈敏度分析和風險分析評估模型庫，提供關于微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡分析的一系列安全評定方式，實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)控制預決策，以提高系統(tǒng)安全性；通過預測模型獲取預測信息，協(xié)同實時信息，對不同的能量調(diào)度方式通過優(yōu)化調(diào)度模型庫進行模擬仿真，針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標，選擇最優(yōu)調(diào)度方式。
[0069]3.應用功能層，它們基于建模分析層建立的各模型基礎上開發(fā)的，在支撐平臺的支持下完成相關功能。包括:
[0070](I)圖形監(jiān)控模塊:采用先進的三維圖形openGL或OSF/Motif等國際標準；實現(xiàn)了自由縮放、平移、滾動、漫游、多窗口等功能；多屏的自由套接及快速直接鼠標控制；快速導航及信息自由顯示機制；全漢字，字、表、圖可任意選擇顏色以及第三方圖形共享的功能。
[0071](2)系統(tǒng)安全評定模塊:微電網(wǎng)系統(tǒng)中設備的隨機故障往往不可預測，負荷也具有不確定性。故障的后果可能導致局部乃至大面積的停電，嚴重影響了微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。利用風險分析評估，建立能表征系統(tǒng)安全的量化指標；利用靈敏度分析，計算得出隨控制變量發(fā)生變化而變化的狀態(tài)變量兩者之間的關系，量化潮流越限故障消除的調(diào)整因素；實現(xiàn)對系統(tǒng)的綜合安全評估。
[0072](3)系統(tǒng)運行評估模塊:其功能是實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性分析、電能質(zhì)量分析和經(jīng)濟環(huán)保性分析，并將分析結果顯示在人機界面上。
[0073](4)能量優(yōu)化調(diào)度模塊:實現(xiàn)可靠性最優(yōu)、經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)不同控制目標的選擇；考慮微電網(wǎng)并網(wǎng)及孤島的系統(tǒng)運行模式，綜合微電網(wǎng)的網(wǎng)絡分析和系統(tǒng)運行分析，針對所述的控制目標，對各微電源的組合方式進行配置；對各微電源的出力、儲能裝置進行能量分配；將針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標的能量配置分配結果顯示于人機界面。
[0074](5)保護管理模塊，當微電網(wǎng)的風電單元、光伏單元、DC/DC模塊組、并網(wǎng)變流器內(nèi)部或儲能裝置及其管理系統(tǒng)發(fā)生故障時，分別自動完成故障情況下的保護，同時將故障信息顯示在人機界面上。調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)故障對系統(tǒng)可能造成的影響，執(zhí)行系統(tǒng)級的故障保護。
[0075](6)告警簡報模塊:提供各種類型的事件報警記錄、復歸記錄、用戶登錄記錄、控制操作記錄、系統(tǒng)工況記錄。事件類型包括:事故、故障、狀變、越限、保護事件；告警信息可以分成事故、異常、告知、提示信息四類分層告警顯示，可按設備、事件類型、事件級別、發(fā)生時間等條件進行綜合查詢。提供按設備、逐條、全部三種報警事件確認方法，可自動或手動確認。
[0076](7)報表功能模塊:實現(xiàn)報表的編輯及管理。報表包括電量表、各種限值表、運行計劃表、系統(tǒng)運行狀況統(tǒng)計表和運行參數(shù)表；特定時間段報表、日報表、月報表；各種保護信息及報表；控制操作過程記錄及報表。
[0077]4.人機界面層，包括顯示實時狀態(tài)、歷史斷面、預報信息，所述預報信息包括:發(fā)電預報、負荷預報及儲能能量狀態(tài)預報；包括安全分析、預警與報警、預防及緊急控制界面，即顯示風險分析評估和靈敏度分析的結果、危險故障信息報警，實現(xiàn)預防措施或者緊急控制的遠程操作；還包括運行分析界面，即監(jiān)視系統(tǒng)運行分析的結果；優(yōu)化調(diào)度界面中，實現(xiàn)不同的控制目標選擇，并監(jiān)測在所選擇的控制目標下，微電源的組合方式及各自的出力情況，以及儲能裝置的能量狀態(tài)及配置情況。
[0078]本例的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)結構圖見圖2。本發(fā)明的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元、網(wǎng)絡分析單元、能量優(yōu)化單元，各單元所對應的功能模塊及工作原理如下:
[0079]一、信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元:
[0080]采集的信息包括微電網(wǎng)各單元模擬量、開關量數(shù)據(jù)、天氣信息、相量數(shù)據(jù)，以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)；所述的采集信息，通過CIM模型，可以在微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)內(nèi)部以及不同的能量管理系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)共享和交換，進而實時監(jiān)測微電網(wǎng)和其他電網(wǎng)相連節(jié)點的電參數(shù)信息，保證微電網(wǎng)和相連電網(wǎng)之間能量交換的安全穩(wěn)定性；管理微電網(wǎng)歷史斷面信息，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，為下一步的應用提供整合的模型、圖形和參數(shù)。信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元具體的功能模塊如下:
[0081]1.SCADA模塊:數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，主要完成微電網(wǎng)各單元模擬量、開關量數(shù)據(jù)以及天氣信息的采集；設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各種信號報警功能。所述微電網(wǎng)各單元模擬量、開關量數(shù)據(jù)主要包括微電源的電壓、電流、功率，儲能模塊的狀態(tài)參數(shù)，負荷單元中各級負荷的功率，元件的開關狀態(tài)，各單元的報警及預警信號。
[0082]2.PMU模塊:通過基于GPS的同步相量測量裝置，進行相量數(shù)據(jù)的同步采集，并帶有統(tǒng)一時標，對微電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)進行同步監(jiān)測；克服了 SCADA監(jiān)測過程中，由于監(jiān)測地點不同造成的監(jiān)測結果之間缺乏準確的統(tǒng)一時標，難以對全系統(tǒng)進行整體動態(tài)分析，系統(tǒng)仿真模型也只能通過離線方式進行校正的問題；采用的同步相量測量算法主要包括:基于最小二乘法的相量測量算法、數(shù)字微分法、卡爾曼濾波法、基于傅里葉算法的插值法、利用小波計算相量信息；所述相量數(shù)據(jù)主要包括微電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點和輸電線路電壓相量、電流相量。
[0083]3.CM模型:微電網(wǎng)中微電源的種類會隨著各種發(fā)電技術的發(fā)展而不斷地增加和變動，微電網(wǎng)新增和改建微電源的頻率也相對較高。因此，隨著各類微電網(wǎng)管理系統(tǒng)應用的深入，出現(xiàn)了信息整合的應用瓶頸，包括:各管理系統(tǒng)之間信息不兼容、不能互通，信息模型不統(tǒng)一，不能宏觀的綜合管理信息。為解決上述問題，本發(fā)明增加CIM模型功能，用于描述微電網(wǎng)各單元之間的關系及其邏輯結構，提供一種用對象類和屬性及其之間的關系來表示微電網(wǎng)系統(tǒng)資源的標準方法，實現(xiàn)了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)內(nèi)部以及不同能量管理系統(tǒng)之間的信息交換與共享，進而實時監(jiān)測微電網(wǎng)和其他電網(wǎng)相連節(jié)點的電參數(shù)信息，保證微電網(wǎng)和相連電網(wǎng)之間能量交換的安全穩(wěn)定性。采用全面面向?qū)ο蟮慕＜夹g，即用統(tǒng)一建模語言來描述微電網(wǎng)中的各個對象，在這個模型中，定義CIM包，CIM的每個包中都包含了 一個或者更多對象的類和屬性，同時描述了這些對象相互之間的關系。所述CIM包主要包括發(fā)電包、負荷模型包、量測包、拓撲包、輸電線包、保護包、停用包。
[0084]4.歷史斷面管理模塊:現(xiàn)有的能量管理系統(tǒng)中，無法實現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)關聯(lián)設備模型信息的功能。數(shù)據(jù)的存儲只是基于時間序列，本身不帶有模型信息，僅僅通過數(shù)據(jù)交互總線不能獲取全面的歷史斷面信息。因此為有效地管理所述的采集信息，使其與設備模型信息相關聯(lián)，并提供高質(zhì)量、全面、連續(xù)、正確的數(shù)據(jù)信息，本發(fā)明添加了歷史斷面管理模塊。其基于CIM模型、SCADA數(shù)據(jù)、相量數(shù)據(jù)、相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供模型匹對關聯(lián)，數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)修飾、數(shù)據(jù)補招的數(shù)據(jù)預處理功能，實現(xiàn)了所述采集信息的集成，以構成歷史斷面，為下一步的應用提供整合的模型、圖形及參數(shù)。所述歷史斷面信息，是歷史時刻的微電網(wǎng)模型結構、運行狀態(tài)和負荷信息的數(shù)據(jù)集合；所述數(shù)據(jù)合并是指對于設備更換或升級、測點更換而引起的量測點數(shù)據(jù)斷裂，將新老測點的數(shù)據(jù)合并，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性；所述數(shù)據(jù)修飾，包括數(shù)據(jù)的正確性分析和去毛刺；所述數(shù)據(jù)補招是補招歷史數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)的完整性。
[0085]二、網(wǎng)絡分析單元:
[0086]基于網(wǎng)絡分析平臺，綜合來自信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元的整合模型、圖形、參數(shù)信息，進行微電網(wǎng)的狀態(tài)估計，求取微電網(wǎng)狀態(tài)變量；根據(jù)所述的微電網(wǎng)狀態(tài)變量及控制變量，結合微電網(wǎng)各單元設備的健康狀態(tài)，進行風險分析評估和靈敏度分析，實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)控制預決策，指導微電網(wǎng)系統(tǒng)控制運行，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。網(wǎng)絡分析單元具體的功能模塊如下:
[0087]1.網(wǎng)絡拓撲分析模塊:根據(jù)開關元件的開合狀態(tài)，確定微電網(wǎng)系統(tǒng)各元件的電氣連接關系，形成網(wǎng)絡拓撲圖。結合歷史斷面管理模塊，在網(wǎng)絡拓撲平臺上可以取任意時刻的斷面模型，然后在圖形上進行該時刻模型的展示。微電網(wǎng)調(diào)度管理人員可以在此基礎上進行微電網(wǎng)運行模式的選擇，然后可以進行信息斷面存儲。其它高級應用功能模塊如風險分析評估和靈敏度分析，可以遠程調(diào)用該斷面并結合實時數(shù)據(jù)，進行分析，計算結果可以返回到人機界面上進行顯示。
[0088]2.基于混合量測的狀態(tài)估計模塊:由相量測量單元(PMU)構成的廣域系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)共存，形成的由不同量測性質(zhì)構成的混合狀態(tài)估計?？朔藗鹘y(tǒng)的狀態(tài)估計根據(jù)SCADA采集的數(shù)據(jù)，難以保證實時性且不具備異地同步優(yōu)勢的問題。本發(fā)明將PMU引入其中，配置相量測量裝置的數(shù)目使得全網(wǎng)可觀測，此時實時量測量與所求狀態(tài)量為線性關系，可以提高狀態(tài)估算速度與精度，實現(xiàn)實時在線估算。在網(wǎng)絡拓撲分析的基礎上，以微電網(wǎng)可觀測性為前提，根據(jù)等值電網(wǎng)、元件參數(shù)，SCADA系統(tǒng)提供的模擬量量測，以及PMU配置點的相量數(shù)據(jù)，求取微電網(wǎng)狀態(tài)變量。所述等值電網(wǎng)是根據(jù)開關元件的開閉狀態(tài)，經(jīng)過網(wǎng)絡拓撲分析形成的微電網(wǎng)結構模型；所述元件參數(shù)主要包括輸電線路、設備的電阻、電抗、電納參數(shù)；所述SCADA系統(tǒng)提供的量測包括節(jié)點注入有功、無功功率，支路有功、無功功率、電壓、電流幅值；所述微電網(wǎng)狀態(tài)變量包括節(jié)點電壓幅值和相角。
[0089]3.風險分析評估模塊:微電網(wǎng)的實際運行中，各設備的故障概率不同并且隨著微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行模式、各設備的運行方式、運行工況、外部環(huán)境因素而變化。因此，本發(fā)明中增加風險分析評估功能，考慮微電網(wǎng)設備的健康狀態(tài)，將所獲得的設備信息轉(zhuǎn)化為對應的設備狀態(tài)或故障類型；建立設備、微電網(wǎng)系統(tǒng)、外部因素之間的相互關系；量化可能引起隨機性故障的因素，估計故障后所帶來的后果；最終建立能表征系統(tǒng)風險的量化指標并進行計算、分析，指導微電網(wǎng)的調(diào)度預決策，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。所述設備的健康狀態(tài)信息除了包括信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元采集的實時及歷史設備狀態(tài)信息，還包括設備安裝調(diào)試記錄、檢修記錄、現(xiàn)場巡檢記錄。針對設備的評估和診斷方法，目前主要有貝葉斯網(wǎng)絡分析法、證據(jù)理論信息融合、模糊邏輯、專家系統(tǒng)、K鄰近算法、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機分類法。
[0090]4.靈敏度分析:為了對微電網(wǎng)中出現(xiàn)的危險狀況進行快速的預防控制，同時為潮流越限故障的消除提供量化的調(diào)整依據(jù)，本發(fā)明提出采用靈敏度分析模塊，通過靈敏度計算，反映出微電網(wǎng)潮流中各類方式變量之間的線性化關系。當微電網(wǎng)中系統(tǒng)的狀態(tài)變量隨著控制變量發(fā)生微小變化而變化，采用靈敏度來描述兩者之間的變化關系。所述控制變量包括微電源的有功、無功輸出功率、微電源的輸出端端電壓。所述狀態(tài)變量包括節(jié)點電壓幅值和相角。利用靈敏度分析，可以準確快速地判斷出電網(wǎng)的薄弱單元；計算得到關于潮流越限支路的微電源、負荷靈敏度，在此基礎上分析計算得出快速消除越限的微電源有功功率的調(diào)整量，使得過負荷解除，或者得出切除負荷的方案，使得調(diào)度管理人員及早地、迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制。
[0091]進一步的，所述網(wǎng)絡分析單元還包括預警與報警模塊，綜合分析風險評估及靈敏度分析結果，預測出可能出現(xiàn)的危險狀況，將危險、故障情況并以聲、光方式報警，同時預防措施及緊急控制模塊動作，可以自動或者人工干預處理微電網(wǎng)系統(tǒng)的危險情況或者緊急故障，其優(yōu)先級別高于微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模塊。
[0092]三、能量優(yōu)化單元:
[0093]在微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡分析確保系統(tǒng)安全的基礎上，根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)估計信息，結合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)預報以及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量流管理，實現(xiàn)多能源優(yōu)化互補、多元協(xié)調(diào)控制。能量優(yōu)化單元具體的功能模塊如下:
[0094]1.負荷預報模塊:根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)，并考慮天氣信息、日期類別，采用包括但不限于一元線性回歸法(ULR)、指數(shù)平滑法(ES)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡法(ANN)進行消耗電能的預測?？梢灶A報未來0-24小時某點的系統(tǒng)負荷；可完成I日到I周、時間間隔為15分鐘的系統(tǒng)負荷預測，時間間隔可以設定；在提供工作日各種數(shù)據(jù)預測的同時，還提供普通休息日(星期六、星期日)和節(jié)假日(元旦、春節(jié)等)的預測；可設置負荷預測的開始日期和預測天數(shù)，預測開始日期既可以是將來的某一天，也可以是歷史的某一天，默認值是當前日的下一天，預測天數(shù)最長可設置為I周；預測結果同時以表格和曲線兩種形式給出，以便進行查詢和修正，同時顯示最大預測負荷、最小預測負荷及相應出現(xiàn)時間、平均預測負荷、預測電量信息。
[0095]2.微電源發(fā)電預報模塊:包括光伏功率預測和風功率預測。預測方法主要包括持續(xù)法、時間序列法、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量回歸、混沌預測法、卡爾曼濾波法、小波分析法、灰色預測法、模糊邏輯法。
[0096]針對目前發(fā)電預測采用單一時間尺度功率序列建模，采樣間隔較大，從而降低模型對功率時序特征模擬精度的問題，本發(fā)明基于小采樣間隔(時間間隔為Imin)的功率數(shù)據(jù)，采用一種多維時間序列局域預測方法。該方法將多維時間相空間重構和基于蟻群尋優(yōu)和交叉驗證的支持向量回歸組合建立提前0-4小時的光伏功率局域預測模型。采用天氣預報信息、歷史發(fā)電功率數(shù)據(jù)和HOTTEL晴天太陽輻射模型計算值進行日前光伏功率預測。為選取相似度最高的建模樣本，采用分層篩選的方法選擇建模樣本，建立動態(tài)預測模型實現(xiàn)提前1-2天的光伏功率預測?；谛〔蓸娱g隔(時間間隔為Imin)的風功率數(shù)據(jù)，通過構造風功率新息序列，建立ARMAX-GARCH風功率預測模型，實現(xiàn)提前0_4小時的風功率預測。以上方法均可以實現(xiàn)分辨率可變的功率平均值和波動范圍的預測，提高預測的準確度、可信度和靈活度。
[0097]光伏功率預測模型可進行提前0_4h超短期和提前l(fā)-3d短期功率點預測和區(qū)間預測；風功率預測模型可進行提前0-4h超短期功率點預測和區(qū)間。超短期預測時間尺度為提前5min、15min、30min、lh、2h、3h和4h,日前短期預測時間間隔為lh。預測結果同時以表格和曲線兩種形式給出，以便進行查詢和修正。對于日前功率預測同時顯示功率預測最大值及相應出現(xiàn)時間、功率預測平均值、電量預測值信息。
[0098]3.儲能單元預報模塊:對于蓄電池、超級電容、飛輪電池等儲能單元進行能量狀態(tài)預報，其中，對于蓄電池儲能狀態(tài)的預測，其模型可以分為兩大類:一類是物理建模方法，主要有放電實驗法、安時計量法、密度法、開路電壓法、內(nèi)阻(電導)法；另一類是系統(tǒng)辨識及參數(shù)估計模型方法，主要有神經(jīng)網(wǎng)絡法、模糊邏輯法、卡爾曼濾波法、線性模型法。對于超級電容、飛輪電池等儲能單元，則主要依靠廠家提供的設備特性曲線或由微電網(wǎng)調(diào)度中心預先設定的設備運行曲線進行儲能狀態(tài)的預測。
[0099]4.微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析:包括可靠性分析、電能質(zhì)量分析和經(jīng)濟環(huán)保性分析。
[0100]可靠性分析是在基于風險分析評估和靈敏度分析輸出的系統(tǒng)安全狀況的基礎上，針對微電網(wǎng)孤島運行模式，采用時間序列法，把評估分析期分為若干相等的時間片段，認為在任意的時間片段內(nèi)，風速、光強、負荷都是平穩(wěn)的，且根據(jù)能量平衡原則，微電源、儲能單元的能量輸出總和等于負荷輸入、微電網(wǎng)各設備消耗功率的總和，分析微電網(wǎng)系統(tǒng)不能滿足的負荷需求與評估分析期內(nèi)總的負荷需求的比值。
[0101]電能質(zhì)量分析是根據(jù)當前電能質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，對電能質(zhì)量進行評估分析，主要包括:對電網(wǎng)電壓的影響、對電網(wǎng)諧波的影響、對電網(wǎng)電壓三相不平衡的影響、對無功平衡的影響、及光伏并網(wǎng)注入的直流分量對電網(wǎng)的影響；制定電能質(zhì)量在線補償控制的策略。
[0102]經(jīng)濟環(huán)保性分析:在滿足負荷需求的前提下，分析微電網(wǎng)的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益及其綜合效益。所述綜合效益是指經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的總和。所述經(jīng)濟效益用經(jīng)濟性指標表示，其函數(shù)關系式為三項乘積之和，所述三項乘積是各微電源發(fā)電功率與各微電源運行成本的乘積、儲能裝置的功率與儲能裝置運行成本的乘積、網(wǎng)損功率與單位網(wǎng)損經(jīng)濟成本的乘積。相同功率下，經(jīng)濟性指標越小經(jīng)濟效益越好。所述環(huán)境效益用環(huán)保指標表示，函數(shù)關系式為各微電源以及儲能裝置與相同功率的傳統(tǒng)發(fā)電源環(huán)境成本的比值，所述比值越小，環(huán)境效益越大。
[0103]5.微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模塊:考慮微電網(wǎng)的并網(wǎng)及孤島運行模式及負荷情況，綜合微電網(wǎng)的系統(tǒng)運行分析和網(wǎng)絡分析，針對經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)、可靠性最優(yōu)的控制目標，輸出優(yōu)化結果，對各單元給出具體的調(diào)度指令，實現(xiàn)微電網(wǎng)各單元的聯(lián)合最優(yōu)調(diào)度控制。在經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)，側(cè)重于選擇經(jīng)濟性最優(yōu)的控制目標；在敏感性負荷相對較多的微電網(wǎng)，側(cè)重于選擇可靠性最優(yōu)的控制目標。所述優(yōu)化結果包括微電源功率、儲能單元充/放功率、微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間的交互功率、可控型負荷投/切功率。微電網(wǎng)的經(jīng)濟環(huán)保優(yōu)化屬于多變量、非線性的組合優(yōu)化問題。其數(shù)學模型的目標函數(shù)和約束條件考慮了各類微電源的輸出特性、負荷需求、環(huán)境成本方面。主要的輸入?yún)?shù)有負荷需求、各類微電源的技術經(jīng)濟特性參數(shù)、微電源機組啟動成本、機組運行維護成本、機組排放因子。對于不同的負荷水平，機組通過不同的組合實現(xiàn)成本最低。通過建立合理的經(jīng)濟模型，優(yōu)化求解從而制定出所述微電網(wǎng)的經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)運行計劃。建模方法主要包括優(yōu)先順序法、動態(tài)規(guī)劃法、遺傳算法、粒子群算法、混沌蟻群算法。所述可靠性最優(yōu)是指供電可靠性最優(yōu)，通過切換微電網(wǎng)中開關元件的開合狀態(tài)來進行網(wǎng)絡的拓撲重構，提高系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化指標，獲得系統(tǒng)可靠性的最優(yōu)化。所述系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化指標包括系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間、系統(tǒng)平均供電不可用率、系統(tǒng)平均供電量不足指標。所述網(wǎng)絡的拓撲重構屬于可靠性優(yōu)化指標的多變量、非線性組合優(yōu)化問題，其解法主要有支路交換法、最優(yōu)流模式法、非線性整數(shù)規(guī)劃、模擬退火算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法。
[0104]如圖3所示，本發(fā)明還提供了一種采用上述系統(tǒng)進行微電網(wǎng)能量管理的方法，該方法包括以下步驟:
[0105]步驟1、采集微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量數(shù)據(jù)、天氣信息、相量數(shù)據(jù)，以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)；結合CM模型，管理微電網(wǎng)歷史斷面信息，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，為下一步的應用提供整合的模型、圖形和參數(shù)；
[0106]步驟2、結合所述整合的模型、圖形和參數(shù)，進行基于混合量測的狀態(tài)估計，求取電網(wǎng)狀態(tài)變量；根據(jù)所述電網(wǎng)狀態(tài)變量以及控制變量，并考慮微電網(wǎng)各單元設備的健康狀態(tài)，進行風險分析評估和靈敏度分析，預測可能出現(xiàn)的危險情況，同時量化潮流越限故障消除的調(diào)整因素；通過預警與報警模塊，將危險、故障情況以聲、光方式警示，迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制；
[0107]步驟3、根據(jù)所述微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合各微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)預報以及系統(tǒng)運行分析，針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標，求取系統(tǒng)中各微電源出力及儲能裝置能量分配，并對各單元給出具體的調(diào)度指令。
[0108]與現(xiàn)有技術微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)和方法相比，本發(fā)明的特點具體包括:
[0109]1.相量數(shù)據(jù)的采集。提出采用PMU模塊，實現(xiàn)相量數(shù)據(jù)的同步采集，便于對微電網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)進行同步監(jiān)測；克服了 SCADA監(jiān)測過程中，不同地點的監(jiān)測結果之間缺乏準確可靠的共同時標，難以對全系統(tǒng)進行整體動態(tài)分析，系統(tǒng)仿真模型只能通過離線方式進行校正的問題。
[0110]2.數(shù)據(jù)預處理功能。提出采用CIM模型、歷史斷面管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)關聯(lián)設備模型信息，數(shù)據(jù)的集成、修飾、補招，保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性、正確性、完整性，為下一步的應用提供整合的模型、圖形及參數(shù)。
[0111]3.明確提出在網(wǎng)絡分析單元中，采用SCADA和PMU混合量測下的狀態(tài)估計功能模塊，提高了微電網(wǎng)狀態(tài)的估計精度；克服了傳統(tǒng)的狀態(tài)估計根據(jù)SCADA采集的數(shù)據(jù)估算微電網(wǎng)狀態(tài)量，難以保證實時性且不具備異地同步優(yōu)勢的問題。
[0112]4.明確提出在網(wǎng)絡分析單元中，進行風險分析評估和靈敏度分析。建立能表征系統(tǒng)風險的量化指標并進行計算、分析，指導微電網(wǎng)的調(diào)度預決策；預測潛在的故障，并迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制，提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。
[0113]5.明確提出了微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析時要進行可靠性分析及經(jīng)濟環(huán)保性分析，并給出了具體的分析評估指標。
[0114]6.明確提出了光伏功率預測、風功率預測的方法。
[0115]上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。
【權利要求】
1.一種微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元，用于采集微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量數(shù)據(jù)、天氣信息、相量數(shù)據(jù)，以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)；結合CM模型，管理微電網(wǎng)歷史斷面信息，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，為下一步的應用提供整合的模型、圖形和參數(shù)； 網(wǎng)絡分析單元，用于結合所述整合的模型、圖形和參數(shù)，進行基于混合量測的微電網(wǎng)狀態(tài)估計，求取微電網(wǎng)狀態(tài)變量；根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)變量以及控制變量，并結合微電網(wǎng)各單元設備的健康狀態(tài)，進行風險分析評估和靈敏度分析，預測潛在的故障，量化消除潮流越限故障的調(diào)整因素；通過預警與報警模塊，將危險、故障情況以聲、光方式警示，并迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制；所述混合量測包括SCADA量測和PMU量測； 能量優(yōu)化單元，用于根據(jù)所述微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)預報以及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量流管理； 其中，所述信息采集與數(shù)據(jù)預處理單元包括: SCADA模塊，用于SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，其中，所述SCADA數(shù)據(jù)采集包括微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量、天氣信息的采集，所述監(jiān)視控制包括設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)； PMU模塊，用于相量數(shù)據(jù)的同步采集；所述相量數(shù)據(jù)包括配置相量測量裝置的節(jié)點和輸電線路的電壓相量、電流相量； CIM模型，用于描述微電網(wǎng)各單元之間的關系及其邏輯結構，實現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)內(nèi)部以及不同能量管理系統(tǒng)之間的信息交換與共享； 歷史斷面管理模塊，用于基于所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)、PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)、以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合CM模型，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，整合微電網(wǎng)歷史斷面信息，所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，是歷史時刻的微電網(wǎng)模型結構、運行狀態(tài)和用電狀況信息的集合； 所述網(wǎng)絡分析單元包括: 網(wǎng)絡拓撲分析模塊，用于根據(jù)開關元件的開合狀態(tài)，確定微電網(wǎng)系統(tǒng)中各元件的電氣連接關系，并結合所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，形成網(wǎng)絡拓撲圖； 基于混合量測的狀態(tài)估計模塊，用于在網(wǎng)絡拓撲分析的基礎上，依據(jù)所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)，以及PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)，求取電網(wǎng)狀態(tài)變量； 風險分析評估模塊，用于量化微電網(wǎng)系統(tǒng)中引起隨機性故障的因素，估計所述隨機性故障后所帶來的后果，建立能表征系統(tǒng)風險的量化指標并進行計算、分析，所述引起隨機性故障的因素包括但不限于天氣狀況、元件狀態(tài)； 靈敏度分析模塊，用于利用靈敏度計算得出隨控制變量發(fā)生變化而變化的狀態(tài)變量兩者之間的關系，用于對危險情況的預防控制提供快速的指導，同時為潮流越限故障的消除提供量化的調(diào)整依據(jù)； 所述能量優(yōu)化單元包括: 負荷預報模塊，用于根據(jù)所述微電網(wǎng)歷史斷面信息中的歷史負荷數(shù)據(jù)，并考慮天氣預報信息、日期類別，進行消耗電能的預測； 微電源發(fā)電預報模塊，用于光伏功率預測和風功率預測； 儲能單元預報模塊，用于對儲能單元的能量狀態(tài)進行預測，以便于對微電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換和儲存能力進行分析，所述能量狀態(tài)包括儲能單元儲存的能量和釋放的能量；微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析模塊，用于根據(jù)來自所述網(wǎng)絡分析單元的微電網(wǎng)狀態(tài)估計信息，進行微電網(wǎng)的可靠性分析、電能質(zhì)量分析和經(jīng)濟環(huán)保性分析； 微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模塊，用于綜合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)的預報信息，在微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析和網(wǎng)絡分析的基礎上，針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標，輸出優(yōu)化結果，對各單元給出具體的調(diào)度指令；所述的控制目標包括可靠性最優(yōu)、經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)。
2.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述可靠性分析是在基于風險分析評估和靈敏度分析得出的系統(tǒng)安全狀況的基礎上，針對微電網(wǎng)孤島運行模式，分析微電網(wǎng)系統(tǒng)未能滿足的負荷需求與評估分析期內(nèi)總負荷需求的比值。
3.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電能質(zhì)量分析至少包括對電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)諧波、電網(wǎng)電壓三相不平衡、無功平衡的影響、以及光伏并網(wǎng)注入的直流分量對微電網(wǎng)的影響中的其中一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述經(jīng)濟環(huán)保性分析至少包括經(jīng)濟效益、環(huán)境效益及其綜合效益分析中的其中一種，所述綜合效益為經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的總和。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網(wǎng)各單元分別為微電源、儲能單元、負荷單元、開關元件、繼電保護裝置、變流器、輸電線路。
6.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài)變量為節(jié)點電壓幅值和相角，所述控制變量包括微電源的有功和無功輸出功率、以及微電源的輸出端端電壓。
7.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化結果包括微電源功率、儲能單元充`/放功率、微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間的交互功率、可控型負荷投/切功率。
8.一種微電網(wǎng)能量管理方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟1、采集微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量數(shù)據(jù)、天氣信息、相量數(shù)據(jù)，以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)；結合CM模型，管理微電網(wǎng)歷史斷面信息，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，為下一步的應用提供整合的模型、圖形和參數(shù)； 步驟2、結合所述整合的模型、圖形和參數(shù)，進行基于混合量測的微電網(wǎng)狀態(tài)估計，求取微電網(wǎng)狀態(tài)變量；根據(jù)微電網(wǎng)狀態(tài)變量以及控制變量，并結合微電網(wǎng)各單元設備的健康狀態(tài)，進行風險分析評估和靈敏度分析，預測潛在的故障，量化消除潮流越限故障的調(diào)整因素；通過預警與報警模塊，將危險、故障情況以聲、光方式警示，并迅速地采取相應的預防措施或者進行緊急控制；所述混合量測包括SCADA量測和PMU量測； 步驟3、根據(jù)所述微電網(wǎng)狀態(tài)估計的信息，結合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)預報以及系統(tǒng)運行分析，進行微電網(wǎng)的能量流管理； 其中，步驟I包括: 步驟11、SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，其中，所述SCADA數(shù)據(jù)采集包括微電網(wǎng)各單元模擬量和開關量、天氣信息的采集，所述監(jiān)視控制包括設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)； 步驟12、相量數(shù)據(jù)的同步采集，所述相量數(shù)據(jù)包括配置相量測量裝置的節(jié)點和輸電線路的電壓相量、電流相量；步驟13、描述微電網(wǎng)各單元之間的關系及其邏輯結構，實現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)內(nèi)部以及不同能量管理系統(tǒng)之間的信息交換與共享； 步驟14、基于所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)、PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)、以及相連電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合CIM模型，進行數(shù)據(jù)挖掘預處理，整合微電網(wǎng)歷史斷面信息，所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，是歷史時刻的微電網(wǎng)模型結構、運行狀態(tài)和用電狀況信息的集合； 所述步驟2包括: 步驟21、根據(jù)開關元件的開合狀態(tài)，確定微電網(wǎng)系統(tǒng)中各元件的電氣連接關系，并結合所述微電網(wǎng)歷史斷面信息，形成網(wǎng)絡拓撲圖； 步驟22、在網(wǎng)絡拓撲分析的基礎上，依據(jù)所述SCADA模塊采集的數(shù)據(jù)，以及PMU模塊采集的相量數(shù)據(jù)，求取電網(wǎng)狀態(tài)變量； 步驟23、量化微電網(wǎng)系統(tǒng)中引起隨機性故障的因素，估計所述隨機性故障后所帶來的后果，建立能表征系統(tǒng)風險的量化指標并進行計算、分析，所述引起隨機性故障的因素包括但不限于天氣狀況、元件狀態(tài)； 步驟24、利用靈敏度計算得出隨控制變量發(fā)生變化而變化的狀態(tài)變量兩者之間的關系，用于對危險情況的預防控制提供快速的指導，同時為潮流越限故障的消除提供量化的調(diào)整依據(jù)； 所述步驟3包括: 步驟31、根據(jù)所述微電網(wǎng)歷史斷面信息中的歷史負荷數(shù)據(jù)，并考慮天氣預報信息、日期類別，進行消耗電能的預測； 步驟32、光伏功率預測 和風功率預測； 步驟33、對儲能單元的能量狀態(tài)進行預測，以便于對微電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換和儲存能力進行分析，所述能量狀態(tài)包括儲能單元儲存的能量和釋放的能量； 步驟34、根據(jù)來自所述網(wǎng)絡分析單元的微電網(wǎng)狀態(tài)估計信息，進行微電網(wǎng)的可靠性分析、電能質(zhì)量分析和經(jīng)濟環(huán)保性分析； 步驟35、綜合微電源發(fā)電預報、負荷預報、儲能單元能量狀態(tài)的預報信息，在微電網(wǎng)系統(tǒng)運行分析和網(wǎng)絡分析的基礎上，針對系統(tǒng)不同的運行模式和控制目標，輸出優(yōu)化結果，對各單元給出具體的調(diào)度指令；所述的控制目標包括可靠性最優(yōu)、經(jīng)濟環(huán)保性最優(yōu)。
【文檔編號】H02J13/00GK103633739SQ201310618411
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】崔瓊, 舒杰, 吳志峰, 黃磊, 姜桂秀, 張繼元 申請人:中國科學院廣州能源研究所