一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)及其運行控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)及其運行控制方法，系統(tǒng)架構(gòu)包括控制層、物理層和干擾層；所述物理層為實際的自治電力系統(tǒng)，所述干擾層為實際的自治電力系統(tǒng)之外的干擾因素。方法包括：(1)自治電力系統(tǒng)頂層控制中心設(shè)定頂層目標；(2)目標分配單元根據(jù)目標指令及電網(wǎng)實時監(jiān)控信息，將頂層目標進行分解；(3)目標分配單元將子目標分配給相應(yīng)的自治單元；(4)底層自治單元根據(jù)子目標，確定自治單元控制目標、最優(yōu)自治區(qū)域、自治單元協(xié)調(diào)方案及自治運行方案并執(zhí)行；(5)反饋自治電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，根據(jù)自身需求，自治單元自主完成自治區(qū)域的自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復，由自治單元自身以及頂層控制中心來檢驗?zāi)繕耸欠裢瓿伞?br>
【專利說明】一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)及其運行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)運行控制技術(shù)，具體講涉及一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)及其運行 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了應(yīng)對能源枯竭，未來電力系統(tǒng)中將構(gòu)建龐大的可再生能源網(wǎng)絡(luò)和可控單元系 統(tǒng)以實現(xiàn)系統(tǒng)的低碳、高效的運行。帶有大量可再生發(fā)電單元、儲能單元、移動充放電裝置 以及電力電子裝置成為未來電力系統(tǒng)的主要特征，這種先進的未來電網(wǎng)配置也將使其運行 控制具有更大的不確定性和復雜性，系統(tǒng)中的不確定性主要來源于負荷側(cè)雙向互動、電動 車和微網(wǎng)的接入等，而復雜性主要來源于電力系統(tǒng)里面大量的交互行為。
[0003] 為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，國內(nèi)外學者提出了微網(wǎng)、主動配電網(wǎng)等新型電力系統(tǒng)理念以 及多Agent系統(tǒng)的新型電網(wǎng)運行控制方法。然而，這些理念和方法并不能很好的應(yīng)對未來 高復雜性和不確定性電網(wǎng)。因此，亟需研究設(shè)計一種新的電力系統(tǒng)運行控制架構(gòu)，以適應(yīng)這 種復雜電力系統(tǒng)特性。
[0004] 任何復雜系統(tǒng)都具有一定的自治特性，電力系統(tǒng)也不例外。隨著電網(wǎng)智能化水平 逐步提商，電力系統(tǒng)將進一步具備商度自治的基礎(chǔ)，各單兀（單個智能設(shè)備）、各區(qū)域（局部 電網(wǎng)）可以利用自身的權(quán)限自主應(yīng)對電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種問題，不同級別的調(diào)控擁有相應(yīng)的 權(quán)限，與上下級間通過規(guī)約與協(xié)議交互，該模式將充分體現(xiàn)電網(wǎng)分層自治運行理念，減輕中 央調(diào)度中心的工作負擔。因此，急需設(shè)計一種具有自治能力的電力系統(tǒng)，將自主計算理念與 電力系統(tǒng)運行控制相結(jié)合，進而實現(xiàn)各區(qū)域的安全、穩(wěn)定、可靠運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)及其運行控制方法，本 發(fā)明是以自治單元為基礎(chǔ)，采用目標引導技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)頂層目標的實時動態(tài)分配，自 治單元子目標的智能選擇，自治單元協(xié)調(diào)、自治運行，進而實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的自治運行控 制。
[0006] 目標引導機制是一種適用于復雜系統(tǒng)分布式運行的新型控制機制，是新型智能電 網(wǎng)架構(gòu)自治運行控制的實現(xiàn)的前提和重要保障，其主要包括頂層目標分解、子目標控制區(qū) 域及相應(yīng)控制策略的選擇。這種機制可以快速、有效地分解電力系統(tǒng)控制目標，并在復雜多 變的電網(wǎng)環(huán)境下，根據(jù)已有的知識庫對目標進行分解，確定實現(xiàn)各個子目標的控制區(qū)域及 采用的控制策略。其具體執(zhí)行是在各個自治單元中進行。
[0007] 自治單元作為這種新型智能電網(wǎng)架構(gòu)的核心單元，其構(gòu)成包括自治管理器、電網(wǎng) 物理層、傳感器、效應(yīng)器以及相應(yīng)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。自治管理器的原理是根據(jù)上層目標需 求，在對知識庫學習、分析的基礎(chǔ)上，完成所選定的電網(wǎng)控制區(qū)域信息狀態(tài)的自我監(jiān)控和上 層控制目標的自我分析、自我規(guī)劃、自我執(zhí)行。
[0008] 這種新型控制架構(gòu)通過對復雜電網(wǎng)自治區(qū)域的劃分而實現(xiàn)整個智能電網(wǎng)的自治 運行，其可快速、有效地實現(xiàn)電網(wǎng)控制的實時目標，大大降低了各層級之間的信息交換，大 大提高了電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性，進而實現(xiàn)智能電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行。自治電力系統(tǒng) 實現(xiàn)了各部分的"自我管理"，有效減少了各信息層間的信息交換，提高了復雜系統(tǒng)的自適 應(yīng)性、可靠性，同時提供了可適應(yīng)電力系統(tǒng)演變發(fā)展過程的且覆蓋整個電力系統(tǒng)的自主網(wǎng) 絡(luò)管理和運行控制技術(shù)，成為一種更高級、更完善、更靈活的智能電網(wǎng)。
[0009] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0010] 一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)，其改進之處在于，所述系統(tǒng)架構(gòu)包括控制層、物理層和干 擾層；
[0011] 所述控制層包括頂層自治控制單元和底層自治控制單元；
[0012] 所述頂層自治控制單元包括頂層控制中心、目標分配單元和子目標對應(yīng)自治單 元；
[0013] 所述底層自治控制單元包括自治管理器、自治區(qū)域、傳感器和效應(yīng)器；
[0014] 所述物理層為實際的自治電力系統(tǒng)，其包括與發(fā)電、輸電、配電和用電相關(guān)的設(shè) 備；
[0015] 所述干擾層為實際的自治電力系統(tǒng)之外的干擾因素，其包括人為干擾因素、自然 干擾因素。
[0016] 優(yōu)選的，所述頂層自治控制單元通過頂層控制中心、目標分解單元和子目標對應(yīng) 自治單元分配單元的協(xié)調(diào)配合，給出某一時刻的頂層目標對應(yīng)的自治單元相應(yīng)子目標。
[0017] 優(yōu)選的，所述底層自治控制單元中的自治單元根據(jù)頂層自治控制單元產(chǎn)生的子目 標，選擇相應(yīng)控制策略、確定控制區(qū)域的優(yōu)化配置并確定其他相關(guān)自治單元的協(xié)調(diào)方案。
[0018] 優(yōu)選的，所述自治管理器為一種基于知識庫的"監(jiān)控-分析-規(guī)劃-執(zhí)行"運行架 構(gòu)；
[0019] 所述自治單元的傳感器用于反饋自治單元運行狀態(tài)；
[0020] 所述自治管理器的傳感器用于監(jiān)控自治區(qū)域的實時運行狀態(tài)，包括對故障或干擾 的監(jiān)控、與實現(xiàn)子目標相關(guān)的物理量的監(jiān)控；
[0021] 所述自治單元的效應(yīng)器用于執(zhí)行頂層目標分配的相關(guān)運行控制子目標；
[0022] 所述自治管理器中的效應(yīng)器用于用來執(zhí)行自治單元的運行控制命令。
[0023] 本發(fā)明基于另一目的提供的一種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其改進之處在于， 所述方法包括：
[0024] (1)自治電力系統(tǒng)頂層控制中心設(shè)定頂層目標；
[0025] (2)目標分配單元根據(jù)目標指令及電網(wǎng)實時監(jiān)控信息，將頂層目標進行分解；
[0026] (3)目標分配單元將子目標分配給相應(yīng)的自治單元；
[0027] (4)底層自治單元根據(jù)子目標，確定自治單元控制目標、最優(yōu)自治區(qū)域、自治單元 協(xié)調(diào)方案及自治運行方案并執(zhí)行；
[0028] (5)反饋自治電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，根據(jù)自身需求，自治單元自主完成自治區(qū) 域的自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復，由自治單元自身以及頂層控制中心來檢驗?zāi)繕耸欠?完成。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中所述頂層目標為電力系統(tǒng)運營商根據(jù)電力市場運行需求 而實時設(shè)定的目標。
[0030] 優(yōu)選的，所述步驟（2)包括將頂層目標分解為1?N個子目標，其子目標包括智能 電網(wǎng)輸配電電能質(zhì)量控制、潮流優(yōu)化管理及需求側(cè)響應(yīng)。
[0031] 優(yōu)選的，所述步驟（4)中所述自治單元控制目標，為自治單元結(jié)合頂層控制中心 分配的子目標并結(jié)合自治單元自治管理器對自治區(qū)域的監(jiān)控信息做出的智能決策；
[0032] 所述最優(yōu)自治區(qū)域，為一種自治單元在物理層中對應(yīng)的最優(yōu)自治區(qū)域，其在約束 條件下，利用圖論和復雜網(wǎng)絡(luò)理論相關(guān)的優(yōu)化算法確定實現(xiàn)子目標所對應(yīng)的最優(yōu)自治區(qū) 域，包括輸配電網(wǎng)及相關(guān)電力設(shè)備的最優(yōu)配置，所述最優(yōu)自治區(qū)域的確定是自治電力系統(tǒng) 自配置、自優(yōu)化的結(jié)果。
[0033] 所述自治單元協(xié)調(diào)方案，為自治單元根據(jù)目標需要，在選定其自治運行任務(wù)的同 時，確定相關(guān)其他自治單元的協(xié)調(diào)控制，包括對分布式發(fā)電和儲能，以及電網(wǎng)電壓、功率，需 求側(cè)響應(yīng)的協(xié)調(diào)控制。
[0034] 所述自治單元自治運行方案，為自治單元根據(jù)內(nèi)部自治機制完成當前運行控制任 務(wù)，包括智能電網(wǎng)輸配電電能質(zhì)量控制，潮流優(yōu)化管理，及需求側(cè)響應(yīng)。
[0035] 優(yōu)選的，所述步驟（5)中所述自治區(qū)域的自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復包括：
[0036] 1)自配置：指自治單元根據(jù)頂層控制中心分配的子目標進行電網(wǎng)物理層資源的 自我重新配置；對反饋的電網(wǎng)運行信息和自治單元內(nèi)部需求智能分析的基礎(chǔ)上確定是否需 要資源重新配置；
[0037] 2)自優(yōu)化：指自治單元根據(jù)系統(tǒng)在不同時刻的運行狀態(tài)及響應(yīng)的自配置行為，利 用最優(yōu)控制理論對其進行資源配置的最優(yōu)化；
[0038] 3)自保護：指在電力系統(tǒng)因內(nèi)部運行故障或者外界干擾而發(fā)生連串運作失敗時， 執(zhí)行相關(guān)保護措施保護系統(tǒng)；
[0039] 4)自修復：自治電力系統(tǒng)應(yīng)能夠在自保護失敗而出現(xiàn)故障情況下，基于知識庫并 利用智能診斷算法進行自我診斷并進行自配置和自優(yōu)化，使得系統(tǒng)盡可能地得到修復并恢 復運行。
[0040] 優(yōu)選的，所述步驟（5)中所述目標校驗包括：
[0041] 自治單元自校驗，以確定其相應(yīng)控制目標是否實現(xiàn)，由相應(yīng)傳感器實時反饋該自 治區(qū)域的實時運行狀態(tài)，包括各節(jié)點電壓、各節(jié)點有功功率，并由自治單元判斷是否完成相 應(yīng)目標，包括響應(yīng)節(jié)點電壓是否控制在允許范圍內(nèi)。如未完成目標，則繼續(xù)自身的自治運行 直至相應(yīng)目標完成；
[0042] 頂層控制中心根據(jù)自治單元反饋的實時運行狀態(tài)，確定頂層目標的實現(xiàn)是否符合 要求，直至符合要求。
[0043] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為：
[0044] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)運行控制【技術(shù)領(lǐng)域】中一種新型智能電網(wǎng)的運行控制架構(gòu)，其 控制架構(gòu)具有較高的創(chuàng)新性，能夠很好地應(yīng)對未來電網(wǎng)的復雜性和不確定性。
[0045] 具有自治性特點，通過自治單元自治運行控制，實現(xiàn)了自治電力系統(tǒng)的自治運行 控制。
[0046] 具有快速自適應(yīng)性特點，通過目標引導機制，可以實時快速地實現(xiàn)頂層控制中心 的頂層目標。
[0047] 具有魯棒性特點，基于自治單元的自治運行控制，可有效減少各層級之間的信息 交互，提高了系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。
[0048] 具有安全性特點，基于自治單元的自配置、自修復、自保護和自優(yōu)化的特性，每個 自治單元在應(yīng)對外界干擾時可實現(xiàn)區(qū)域安全，進而保證了整個系統(tǒng)的安全。
[0049] 具有可靠性特點，具有電網(wǎng)實時運行狀態(tài)反饋機制，頂層控制中心以及各自治單 元可以實時調(diào)整目標，以更好地實現(xiàn)目標，實現(xiàn)了實時交互，保證了系統(tǒng)的可靠性。
[0050] 具有可擴展性特點，各個自治單元之間相對獨立，可保證其他自治單元的靈活接 入。
[0051] 具有靈活性特點，各個自治單元所對應(yīng)的自治電力系統(tǒng)物理層并不是固定不變， 其自治運行控制邊界是根據(jù)目標需求而動態(tài)變化的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052] 圖1為本發(fā)明提供的一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0053] 圖2為本發(fā)明提供的自治單元架構(gòu)示意圖。
[0054] 圖3為本發(fā)明提供的自治電力系統(tǒng)運行控制流程示意圖。
[0055] 圖4為本發(fā)明提供的自治單元運行控制流程示意圖。
【具體實施方式】
[0056] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0057] 本發(fā)明是以自治單元為基礎(chǔ)，采用目標引導技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)頂層目標的實時 動態(tài)分配，自治單元子目標的智能選擇，自治單元協(xié)調(diào)、自治運行，進而實現(xiàn)整個電力系統(tǒng) 的自治運行控制。具體描述如下：
[0058] 如圖1所示，為本發(fā)明設(shè)計的自治電力系統(tǒng)運行控制架構(gòu)示意圖。其主要包括三 大部分，自治電力系統(tǒng)控制層、物理層以及外界干擾層。其中，自治電力系統(tǒng)控制層包括頂 層自治控制單元、底層自治控制單元。頂層自治控制單元主要包括頂層控制中心、目標分配 單元、子目標對應(yīng)自治單元的智能選擇單元；底層自治控制單元包括自治管理器、相應(yīng)的自 治區(qū)域以及相應(yīng)的傳感器和效應(yīng)器，自治單元按照其可實現(xiàn)的不同運行控制目標可分為多 種自治單元，如實現(xiàn)配網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)、完成風電消納等目標。其中自治管理器是一種基于知識 庫的"監(jiān)控-分析-規(guī)劃-執(zhí)行"運行架構(gòu)。自治單元的傳感器是用來反饋自治單元運行 狀態(tài)，自治管理器的傳感器是用來監(jiān)控自治區(qū)域的實時運行狀態(tài)。自治單元的效應(yīng)器用來 執(zhí)行頂層目標分配的相關(guān)運行控制子目標，自治管理器中的效應(yīng)器是用來執(zhí)行自治單元的 運行控制命令。
[0059] 所述物理層指的是實際的自治電力系統(tǒng)，包括與發(fā)電、輸電、配電、用電相關(guān)的全 部設(shè)備，如輸電線路、變壓器、發(fā)電機、調(diào)壓器、負荷等。
[0060] 所述干擾層指的是實際的自治電力系統(tǒng)之外的干擾因素，包括人為干擾因素、自 然干擾因素，如雷電、人為事故等，其不包括物理層自身出現(xiàn)故障的情形。
[0061] 自治單元示意圖如圖2所示，主要包括自治管理器、相應(yīng)的自治區(qū)域以及傳感器 和效應(yīng)器。
[0062] 其中頂層自治控制單元在目標引導機制下，通過頂層控制中心、目標分解單元和 子目標對應(yīng)自治單元分配單元的協(xié)調(diào)配合，給出針對某一時刻的頂層目標對應(yīng)的各個自治 單元相應(yīng)子目標。底層自治控制單元中的各個自治單元根據(jù)頂層自治控制單元產(chǎn)生的子目 標，智能選擇相應(yīng)控制策略、確定控制區(qū)域的優(yōu)化配置并確定其他相關(guān)自治單元的協(xié)調(diào)方 案，然后在其自身的"監(jiān)控-分析-規(guī)劃-執(zhí)行"運行體系及知識庫的智能配合下，實現(xiàn)自 治單元運行控制目標的實現(xiàn)。
[0063] 根據(jù)圖3和圖4,可知自治單元的自治運行過程如下：
[0064] 自治單元的效應(yīng)器讀取頂層控制中心分配的相應(yīng)的子目標，自治管理器基于此目 標，利用自身的知識庫并在其相應(yīng)傳感器的監(jiān)控信息的分析下，確定當期的控制目標，并規(guī) 劃所需控制區(qū)域的最優(yōu)配置以及自治單元之間的協(xié)調(diào)機制，并通過效應(yīng)器得到執(zhí)行。此處 的控制目標是自治單元根據(jù)頂層控制中心分配的子目標和自治管理器對自治區(qū)域的監(jiān)控 信息的智能分析而做出的決策。自治單元不僅具備完成頂層控制中心分配的子目標，也在 不斷進行故障或干擾的自我管理過程，以提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性和魯棒性。
[0065] 基于上述自治運行控制機制，本發(fā)明設(shè)計的自治單元具有自配置、自優(yōu)化、自保護 和自修復的特征：
[0066] 1)自配置：指自治單元既可以根據(jù)頂層控制中心分配的子目標進行電網(wǎng)物理層 資源的自我重新配置，以更好地完成子目標；同時在對反饋的電網(wǎng)運行信息和自治單元內(nèi) 部需求智能分析的基礎(chǔ)上，確定是否需要資源重新配置，以更好地適應(yīng)環(huán)境的變化，進而使 得自治電力系統(tǒng)始終具有自強適應(yīng)性和魯棒性；
[0067] 2)自優(yōu)化：指自治單元根據(jù)系統(tǒng)在不同時刻的運行狀態(tài)及響應(yīng)的自配置行為，利 用最優(yōu)控制理論對其進行資源配置的最優(yōu)化，以實現(xiàn)對現(xiàn)有資源的最佳利用，使得自治電 力系統(tǒng)保持商效率運打；
[0068] 3)自保護：指在電力系統(tǒng)因內(nèi)部運行故障或者外界干擾而發(fā)生連串運作失敗時， 能迅速執(zhí)行相關(guān)保護措施以盡可能保護系統(tǒng)，并利用智能預測方法快速準確預測問題并及 時采取措施加以預防；
[0069] 4)自修復：自治電力系統(tǒng)應(yīng)能夠在自保護失敗而出現(xiàn)故障情況下，基于知識庫進 行自我診斷并進行自配置和自優(yōu)化，使得系統(tǒng)修復并恢復運行。
[0070] 自治單元在完成頂層控制中心設(shè)定的頂層目標的同時，可以實時進行自配置、自 優(yōu)化、自保護和自修復。自治電力系統(tǒng)的"自我管理"的理念是通過自配置、自優(yōu)化、自保護 及自修復特性來體現(xiàn)。
[0071] 如圖3所示，分別為本發(fā)明自治電力系統(tǒng)運行控制流程以及底層自治單元的控制 流程示意圖。根據(jù)圖3、圖4,并結(jié)合圖1架構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明自治電力系統(tǒng)運行控制過程包括 以下步驟：
[0072] 步驟1 :由自治電力系統(tǒng)頂層控制中心設(shè)定頂層目標。頂層目標為電力系統(tǒng)運營 商根據(jù)電力市場運行需求而實時設(shè)定的目標。
[0073] 可設(shè)定頂層目標為在某一時間段內(nèi)消納一定量風電或者使電網(wǎng)能保證一隊電動 汽車的充電，指完成某區(qū)域一列對電動汽車的充電任務(wù)、完成某時段風電的消納為其頂層 目標。
[0074] 步驟2 :由目標分配單元根據(jù)已有信息及電網(wǎng)實時信息的反饋，將頂層目標進行 分解，可分解為1?N個單元。在上述例子下，其子目標集可包括減少其他電網(wǎng)潮流、維持 電壓在某種限度范圍、分配給電動汽車一定量電能。
[0075] 步驟3 :在自治電力系統(tǒng)運行控制函數(shù)中，確定實現(xiàn)各個子目標合適的底層自治 單元及其控制策略。根據(jù)子目標1?N，根據(jù)其所屬控制領(lǐng)域分配給底層相應(yīng)的自治單元 1?N，如電壓自治控制單元，潮流自治管理單元等。
[0076] 步驟4 :底層各相應(yīng)自治單元根據(jù)相應(yīng)的子目標，確定自治單元控制目標、最優(yōu)控 制區(qū)域、自治單元協(xié)調(diào)方案及自治運行方案并執(zhí)行，如圖3所示，1-基于知識庫及監(jiān)控信 息，確定子目標中最優(yōu)控制區(qū)域，2-確定相互協(xié)調(diào)方案，3-確定自治運行方案，4-執(zhí)行方 案，5-判斷子目標是否實現(xiàn)。其中 ：
[0077] >自治單元控制目標，是自治單元結(jié)合頂層控制中心分配的子目標并結(jié)合自治單 元自治管理器對自治區(qū)域的監(jiān)控信息做出的智能決策。
[0078] >最優(yōu)自治區(qū)域，是一種自治單元在物理層中對應(yīng)的最優(yōu)自治區(qū)域，這種最優(yōu)是 在約束條件下，利用圖論優(yōu)化算法確定實現(xiàn)子目標所對應(yīng)的最優(yōu)自治區(qū)域，包括輸配電網(wǎng) 及相關(guān)電力設(shè)備的最優(yōu)配置等。
[0079] >自治單元協(xié)調(diào)方案，是各個自治單元根據(jù)目標需要，智能分配響應(yīng)的運行控制 任務(wù)，如各區(qū)域有功、無功功率控制。
[0080] >自治單元自治運行方案，是自治單元根據(jù)內(nèi)部自治機制完成當前運行控制任 務(wù)，如無功調(diào)壓。
[0081] 步驟5 :由相應(yīng)的傳感器及時反饋自治電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，根據(jù)自身需求， 自治單元自主完成自治區(qū)域的自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復，并由自治單元自身以及頂 層控制中心來檢驗?zāi)繕耸欠裢瓿?。如果未完成，則由自治單元進一步來實現(xiàn)。必要時，頂層 控制中心會進行目標調(diào)整，以便更好的實現(xiàn)目標。其中：
[0082] 基于自治電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，根據(jù)自身需求，自治單元自主完成自治區(qū)域 的自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復。首先，自治單元既可以根據(jù)頂層控制中心分配的子目 標進行電網(wǎng)物理層資源的自我重新配置，以更好地完成子目標；同時在對反饋的電網(wǎng)運行 信息和自治單元內(nèi)部需求智能分析的基礎(chǔ)上，確定是否需要資源重新配置，以更好地適應(yīng) 環(huán)境的變化，進而使得自治電力系統(tǒng)始終具有強自適應(yīng)性和魯棒性。其次，自治單元根據(jù)系 統(tǒng)在不同時刻的運行狀態(tài)及響應(yīng)的自配置行為，利用最優(yōu)控制理論對其進行資源配置的最 優(yōu)化，以實現(xiàn)對現(xiàn)有資源的最佳利用，使得自治電力系統(tǒng)保持高效率運行。再次，電力系統(tǒng) 因內(nèi)部運行故障或者外界干擾而發(fā)生連串運作失敗時，能迅速執(zhí)行相關(guān)保護措施以盡可能 保護系統(tǒng)，并利用智能預測方法快速準確預測問題并及時采取措施加以預防。最后，自治電 力系統(tǒng)應(yīng)能夠在自保護失敗而出現(xiàn)故障情況下，基于知識庫并利用智能診斷算法進行自我 診斷并進行自配置和自優(yōu)化，使得系統(tǒng)盡可能地得到修復并恢復運行。
[0083]目標校驗包括兩部分：其一，各個自治單元自校驗，以確定其相應(yīng)控制目標是否 實現(xiàn)，由相應(yīng)傳感器實時反饋該自治區(qū)域的實時運行狀態(tài)，如各節(jié)點電壓、各節(jié)點有功功率 等，并由自治單元判斷是否完成相應(yīng)目標，如響應(yīng)節(jié)點電壓是否控制在允許范圍內(nèi)。如果未 完成目標，則繼續(xù)自身的自治運行直至相應(yīng)目標完成。其二，頂層控制中心根據(jù)自治單元反 饋的實時運行狀態(tài)，確定頂層目標的實現(xiàn)是否符合要求，直至符合要求。
[0084] 最后應(yīng)當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者 等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā) 明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于，所述系統(tǒng)架構(gòu)包括控制層、物理層和干擾層； 所述控制層包括頂層自治控制單元和底層自治控制單元； 所述頂層自治控制單元包括頂層控制中心、目標分配單元和子目標對應(yīng)自治單元； 所述底層自治控制單元包括自治管理器、自治區(qū)域、傳感器和效應(yīng)器； 所述物理層為實際的自治電力系統(tǒng)，其包括與發(fā)電、輸電、配電和用電相關(guān)的設(shè)備； 所述干擾層為實際的自治電力系統(tǒng)之外的干擾因素，其包括人為干擾因素、自然干擾 因素。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于，所述頂層自治控制單元 通過頂層控制中心、目標分解單元和子目標對應(yīng)自治單元分配單元的協(xié)調(diào)配合，給出某一 時刻的頂層目標對應(yīng)的自治單元相應(yīng)子目標。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于，所述底層自治控制單元 中的自治單元根據(jù)頂層自治控制單元產(chǎn)生的子目標，選擇相應(yīng)控制策略、確定控制區(qū)域的 優(yōu)化配置并確定其他相關(guān)自治單元的協(xié)調(diào)方案。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種自治電力系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于，所述自治管理器為一種 基于知識庫的"監(jiān)控-分析-規(guī)劃-執(zhí)行"運行架構(gòu)； 所述自治單元的傳感器用于反饋自治單元運行狀態(tài)； 所述自治管理器的傳感器用于監(jiān)控自治區(qū)域的實時運行狀態(tài)，包括對故障或干擾的監(jiān) 控、與實現(xiàn)子目標相關(guān)的物理量的監(jiān)控； 所述自治單元的效應(yīng)器用于執(zhí)行頂層目標分配的相關(guān)運行控制子目標； 所述自治管理器中的效應(yīng)器用于執(zhí)行自治單元的運行控制命令。
5. -種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其特征在于，所述方法包括： (1) 自治電力系統(tǒng)頂層控制中心設(shè)定頂層目標； (2) 目標分配單元根據(jù)目標指令及電網(wǎng)實時監(jiān)控信息，將頂層目標進行分解； (3) 目標分配單元將子目標分配給相應(yīng)的自治單元； (4) 底層自治單元根據(jù)子目標，確定自治單元控制目標、最優(yōu)自治區(qū)域、自治單元協(xié)調(diào) 方案及自治運行方案并執(zhí)行； (5) 反饋自治電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，根據(jù)自身需求，自治單元自主完成自治區(qū)域的 自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復，由自治單元自身以及頂層控制中心來檢驗?zāi)繕耸欠裢?成。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其特征在于，所述步驟（1)中 所述頂層目標為電力系統(tǒng)運營商根據(jù)電力市場運行需求而實時設(shè)定的目標。
7. 如權(quán)利要求5所述的一種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其特征在于，所述步驟⑵包 括將頂層目標分解為1?N個子目標，其子目標包括智能電網(wǎng)輸配電電能質(zhì)量控制、潮流優(yōu) 化管理及需求側(cè)響應(yīng)。
8. 如權(quán)利要求5所述的一種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其特征在于，所述步驟（4)中 所述自治單元控制目標，為自治單元結(jié)合頂層控制中心分配的子目標并結(jié)合自治單元自治 管理器對自治區(qū)域的監(jiān)控信息做出的智能決策； 所述最優(yōu)自治區(qū)域，為一種自治單元在物理層中對應(yīng)的最優(yōu)自治區(qū)域，其在約束條件 下，利用圖論和復雜網(wǎng)絡(luò)理論相關(guān)的優(yōu)化算法確定實現(xiàn)子目標所對應(yīng)的最優(yōu)自治區(qū)域，包 括輸配電網(wǎng)及相關(guān)電力設(shè)備的最優(yōu)配置，所述最優(yōu)自治區(qū)域的確定是自治電力系統(tǒng)自配 置、自優(yōu)化的結(jié)果。 所述自治單元協(xié)調(diào)方案，為自治單元根據(jù)目標需要，在選定其自治運行任務(wù)的同時，確 定相關(guān)其他自治單元的協(xié)調(diào)控制，包括對分布式發(fā)電和儲能，以及電網(wǎng)電壓、功率，需求側(cè) 響應(yīng)的協(xié)調(diào)控制。 所述自治單元自治運行方案，為自治單元根據(jù)內(nèi)部自治機制完成當前運行控制任務(wù)， 包括智能電網(wǎng)輸配電電能質(zhì)量控制，潮流優(yōu)化管理，及需求側(cè)響應(yīng)。
9. 如權(quán)利要求5所述的一種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其特征在于，所述步驟（5)中 所述自治區(qū)域的自配置、自優(yōu)化、自保護和自修復包括： 1) 自配置：指自治單元根據(jù)頂層控制中心分配的子目標進行電網(wǎng)物理層資源的自我 重新配置；對反饋的電網(wǎng)運行信息和自治單元內(nèi)部需求智能分析的基礎(chǔ)上確定是否需要資 源重新配置； 2) 自優(yōu)化：指自治單元根據(jù)系統(tǒng)在不同時刻的運行狀態(tài)及響應(yīng)的自配置行為，利用最 優(yōu)控制理論對其進行資源配置的最優(yōu)化； 3) 自保護：指在電力系統(tǒng)因內(nèi)部運行故障或者外界干擾而發(fā)生連串運作失敗時，執(zhí)行 相關(guān)保護措施保護系統(tǒng)； 4) 自修復：自治電力系統(tǒng)應(yīng)能夠在自保護失敗而出現(xiàn)故障情況下，基于知識庫并利用 智能診斷算法進行自我診斷并進行自配置和自優(yōu)化，使得系統(tǒng)盡可能地得到修復并恢復運 行。
10. 如權(quán)利要求5所述的一種自治電力系統(tǒng)運行控制方法，其特征在于，所述步驟（5) 中所述目標校驗包括： 自治單元自校驗，以確定其相應(yīng)控制目標是否實現(xiàn)，由相應(yīng)傳感器實時反饋該自治區(qū) 域的實時運行狀態(tài)，包括各節(jié)點電壓、各節(jié)點有功功率，并由自治單元判斷是否完成相應(yīng)目 標，包括響應(yīng)節(jié)點電壓是否控制在允許范圍內(nèi)。如未完成目標，則繼續(xù)自身的自治運行直至 相應(yīng)目標完成； 頂層控制中心根據(jù)自治單元反饋的實時運行狀態(tài)，確定頂層目標的實現(xiàn)是否符合要 求，直至符合要求。
【文檔編號】H02J3/00GK104124683SQ201410359528
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】劉廣一, 高波, 張凱, 舒彬, 周彤, 曲延濱, 楊占勇, 范士雄, 楊洋 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 北京電力經(jīng)濟技術(shù)研究院