一種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法，該監(jiān)控方法可以預(yù)測(cè)微電網(wǎng)的光伏模塊、風(fēng)電模塊的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，并基于實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊的儲(chǔ)能情況和實(shí)時(shí)獲取的大電網(wǎng)的運(yùn)行情況，來(lái)制定供電策略，使得微電網(wǎng)處于安全、經(jīng)濟(jì)、令用戶滿意的運(yùn)行狀態(tài)之下。
【專利說(shuō)明】-種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球性能源危機(jī)的不斷加大，低碳、清潔的可再生能源已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，目 前世界各國(guó)均開展了含可再生能源的微電網(wǎng)研究項(xiàng)目。微電網(wǎng)是指多個(gè)分布式電源及其相 關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，并通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。
[0003] 大量的風(fēng)/光分布式發(fā)電以微電網(wǎng)的形式作為一個(gè)雙向可調(diào)度單兀從低壓配電 網(wǎng)接入，形成多個(gè)微電網(wǎng)組成的微網(wǎng)群或主動(dòng)型配電網(wǎng)。然而，由于風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等 可再生電源的高度隨機(jī)性，傳統(tǒng)負(fù)荷、燃料電池等清潔電源的不確定性，以及彈性負(fù)荷的可 控可調(diào)，使得微電網(wǎng)成為公共電網(wǎng)中的不確定負(fù)載，對(duì)公共電網(wǎng)的穩(wěn)定與優(yōu)化帶來(lái)巨大的 沖擊。
[0004] 因此，要保證微電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的推廣和應(yīng)用，就需要對(duì) 微電網(wǎng)供電管理問題進(jìn)行研究。與負(fù)荷被動(dòng)參與電網(wǎng)運(yùn)行的傳統(tǒng)電網(wǎng)供電管理相比,微電 網(wǎng)的供電管理更期望用戶負(fù)荷主動(dòng)參與電網(wǎng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)電能的積極消費(fèi)。但隨著智 能用戶數(shù)量的增加，用戶時(shí)變的用電數(shù)量和隨機(jī)的用電時(shí)間將給負(fù)荷端的能量分配帶來(lái)擾 動(dòng)。另一方面，微電網(wǎng)的供電端引入了大量可再生、節(jié)能環(huán)保的新能源，新能源的隨機(jī)性也 給微電網(wǎng)的供電管理帶來(lái)了擾動(dòng)的影響。
[0005] 微電網(wǎng)既可以通過配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，形成一個(gè)大型電網(wǎng)和小型電網(wǎng) 的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，也可以獨(dú)立地為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電力需求。在主電網(wǎng)正常狀態(tài)下，微電網(wǎng)需 要長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；在大電網(wǎng)故障時(shí)，微電網(wǎng)必須快速脫離主電網(wǎng)，進(jìn)入并保持于孤島運(yùn)行， 待大電網(wǎng)故障排除后重新自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行；當(dāng)微電網(wǎng)出現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí)，同樣需要快速切除微電 網(wǎng)。由于微電網(wǎng)中的一些分布式電源，如風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電，受外界氣候條件影響很 大，頻率時(shí)常波動(dòng)導(dǎo)致采樣的誤差，因此，如何穩(wěn)定、可靠地實(shí)施微電網(wǎng)并網(wǎng)是目前迫切需 要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法，該監(jiān)控方法可以預(yù)測(cè) 微電網(wǎng)的光伏模塊、風(fēng)電模塊的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，并基于實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池 模塊的儲(chǔ)能情況和實(shí)時(shí)獲取的大電網(wǎng)的運(yùn)行情況，來(lái)制定供電策略，使得微電網(wǎng)處于安全、 經(jīng)濟(jì)、令用戶滿意的運(yùn)行狀態(tài)之下。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法，該方法基于如下監(jiān) 控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括：
[0008] 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中的光伏發(fā)電模塊，并對(duì)光伏發(fā)電模塊 的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0009] 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電網(wǎng)中的風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn) 行預(yù)測(cè)；
[0010] 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中的蓄電池模塊；
[0011] 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中的負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn)行預(yù) 測(cè)；
[0012] 大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從大電網(wǎng)調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào) 度息；
[0013] 斷路器，用于連接或隔離微電網(wǎng)與大電網(wǎng)；
[0014] 并網(wǎng)監(jiān)控模塊，用于控制斷路器連接或隔離微電網(wǎng)和大電網(wǎng)；
[0015] 中控模塊，用于確定微電網(wǎng)的供電策略，并向上述各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該供電 策略；
[0016] 總線模塊，用于該監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)；
[0017] 該監(jiān)控方法包括如下步驟：
[0018] (1)光伏發(fā)電監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取微電網(wǎng)中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模 塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取負(fù)載的負(fù)荷變化情況；
[0019] (2)根據(jù)現(xiàn)有微電網(wǎng)中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi) 的微電網(wǎng)中的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)有微電網(wǎng)中的負(fù)載的負(fù)荷變化情況，對(duì)負(fù)載的負(fù) 荷需求進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0020] (3)實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的儲(chǔ)能充放容量，以及大電網(wǎng)的調(diào)度信息；
[0021] (4)以大電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的充放容量、未來(lái)微電網(wǎng)中的輸出功率 以及對(duì)未來(lái)負(fù)荷需求的變化作為約束條件，建立微電網(wǎng)供電管理的目標(biāo)函數(shù)；
[0022] (5)對(duì)上述供電管理目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定供電策略；
[0023] (6)執(zhí)行上述供電策略。
[0024] 優(yōu)選的，在步驟（5)，上述供電管理的目標(biāo)函數(shù)按照如下步驟優(yōu)化：利用基于混合 整數(shù)二次規(guī)劃帶約束的預(yù)測(cè)控制優(yōu)化算法，以微電網(wǎng)可控輸出功率、蓄電池儲(chǔ)能充放電量 和充放電時(shí)間、對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求為操作變量，以儲(chǔ)能設(shè)備最優(yōu)容量為設(shè)定值，以微電網(wǎng)的能 量供求誤差最低作為目標(biāo)，在滿足微電網(wǎng)可控輸出功率、蓄電池儲(chǔ)能的充放電和容量物理 約束條件下，調(diào)整微電網(wǎng)可控輸出功率、儲(chǔ)能充放電量和充放電時(shí)間、以及對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求 的調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到微電網(wǎng)最小的目標(biāo)函數(shù)值。
[0025] 優(yōu)選的，在步驟（2)中，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的微電網(wǎng)中的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體 采用如下方式實(shí)現(xiàn)，根據(jù)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)光伏發(fā)電模塊的功率輸出，根據(jù)風(fēng) 速數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)電模塊的輸出功率。
[0026] 優(yōu)選的，在步驟（4)中，微電網(wǎng)總功率Pg的約束為：
[0027] 在非響應(yīng)調(diào)度時(shí)段1下，Pg，min彡P(guān)g(1)彡P(guān) g，max，Pg，min為微電網(wǎng)能夠從大電網(wǎng)吸收的 最大功率，P g niax為微電網(wǎng)能夠向大電網(wǎng)輸送功率的最大功率；
[0028] 在響應(yīng)調(diào)度時(shí)段2下，Pg(2) = Psrt，Psrt為響應(yīng)調(diào)度時(shí)段2下要求的聯(lián)絡(luò)線功率。
[0029] 優(yōu)選的，在步驟（4)中，微電網(wǎng)蓄電池容量約束為：
[0030] 蓄電池的能量流動(dòng)可描述為，
[0031] [Socref-Soc (k+1) ] = a [Socref-Soc (k) ] + η Es (k)
[0032] Socmin ^ Soc (k) ^ Socmax
[0033] 其中，Soc (k)為k時(shí)刻蓄電池的容量狀態(tài)，Soclrrf是為保證儲(chǔ)能電池工作的可靠性 而設(shè)置的一個(gè)設(shè)定值，Es (k)代表儲(chǔ)能設(shè)備與其它電力設(shè)備間流動(dòng)的電量，儲(chǔ)能的物理?yè)p耗 系數(shù)a e (〇，1)，η為蓄電池的充放電效率，充電效率記為η。、放電效率記為Iid，且它們之 間滿足以下關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種微電網(wǎng)供電及監(jiān)控方法，該方法基于如下監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括： 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中的光伏發(fā)電模塊，并對(duì)光伏發(fā)電模塊的發(fā) 電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)； 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電網(wǎng)中的風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù) 測(cè)； 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中的蓄電池模塊； 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中的負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)； 大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從大電網(wǎng)調(diào)控中心獲知大電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào)度信 息； 斷路器，用于連接或隔離微電網(wǎng)與大電網(wǎng)； 并網(wǎng)監(jiān)控模塊，用于控制斷路器連接或隔離微電網(wǎng)和大電網(wǎng)； 中控模塊，用于確定微電網(wǎng)的供電策略，并向上述各模塊發(fā)出指令，以執(zhí)行該供電策 略； 總線模塊，用于該監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)； 其特征在于，該監(jiān)控方法包括如下步驟： (1) 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取微電網(wǎng)中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的 運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取負(fù)載的負(fù)荷變化情況； (2) 根據(jù)現(xiàn)有微電網(wǎng)中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的微 電網(wǎng)中的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)有微電網(wǎng)中的負(fù)載的負(fù)荷變化情況，對(duì)負(fù)載的負(fù)荷需 求進(jìn)行預(yù)測(cè)； (3) 實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的儲(chǔ)能充放容量，以及大電網(wǎng)的調(diào)度信息； (4) 以大電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的充放容量、未來(lái)微電網(wǎng)中的輸出功率以及 對(duì)未來(lái)負(fù)荷需求的變化作為約束條件，建立微電網(wǎng)供電管理的目標(biāo)函數(shù)； (5) 對(duì)上述供電管理目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定供電策略； (6) 執(zhí)行上述供電策略。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（5)中，上述供電管理的目標(biāo)函數(shù)按 照如下步驟優(yōu)化：利用基于混合整數(shù)二次規(guī)劃帶約束的預(yù)測(cè)控制優(yōu)化算法，以微電網(wǎng)可控 輸出功率、蓄電池儲(chǔ)能充放電量和充放電時(shí)間、對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求為操作變量，以儲(chǔ)能設(shè)備最 優(yōu)容量為設(shè)定值，以微電網(wǎng)的能量供求誤差最低作為目標(biāo)，在滿足微電網(wǎng)可控輸出功率、蓄 電池儲(chǔ)能的充放電和容量物理約束條件下，調(diào)整微電網(wǎng)可控輸出功率、儲(chǔ)能充放電量和充 放電時(shí)間、以及對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求的調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到微電網(wǎng)最小的目標(biāo)函數(shù)值。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟（2)中，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的微 電網(wǎng)中的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體采用如下方式實(shí)現(xiàn)，根據(jù)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè) 光伏發(fā)電模塊的功率輸出，根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)電模塊的輸出功率。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟（4)中，微電網(wǎng)總功率Pg的約束為： 在非響應(yīng)調(diào)度時(shí)段1下，Pg，min <Pg(1) <Pg;max，Pg，min為微電網(wǎng)能夠從大電網(wǎng)吸收的最大 功率，Pg;_為微電網(wǎng)能夠向大電網(wǎng)輸送功率的最大功率； 在響應(yīng)調(diào)度時(shí)段2下，Pg(2) =Psrt，Psrt為響應(yīng)調(diào)度時(shí)段2下要求的聯(lián)絡(luò)線功率。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟（4)中，微電網(wǎng)蓄電池容量約束為： 蓄電池的能量流動(dòng)可描述為， [Socref-Soc(k+1) ] =a[Socref-Soc(k) ] +ηEs(k) Socmin ^Soc(k) ^Socmax 其中，Soc(k)為k時(shí)刻蓄電池的容量狀態(tài)，Socraf是為保證儲(chǔ)能電池工作的可靠性而設(shè) 置的一個(gè)設(shè)定值，Es(k)代表儲(chǔ)能設(shè)備與其它電力設(shè)備間流動(dòng)的電量，儲(chǔ)能的物理?yè)p耗系數(shù) ae(〇，1)，η為蓄電池的充放電效率，充電效率記為η。、放電效率記為Iid，且它們之間滿 足以下關(guān)系：
儲(chǔ)能的充放電過程可以看作是一個(gè)同時(shí)包含連續(xù)變量和離散變量的動(dòng)態(tài)過程，這里采 用混合邏輯動(dòng)態(tài)模型處理方法，通過引入二進(jìn)制變量S(k)來(lái)表示儲(chǔ)能在當(dāng)前時(shí)刻的工作 狀態(tài)， Z(k) =δ(k)Es(k) Z(k)表示當(dāng)前時(shí)刻儲(chǔ)能充/放電的電量，則蓄電池的動(dòng)態(tài)特性可描述為： [Socref-Soc(k+1) ] =a[Socref-Soc(k) ] + (ηc-ηd)Z(k) +ηdEs(k) 滿足以下約束條件：E1δ(k)+E2Z(k) <E3Es(k)+E4 其中，系數(shù)矩陣E1,E2,E3和E4是在將邏輯命題轉(zhuǎn)換為線性不等式時(shí)二進(jìn)制變量和連續(xù) 變量要滿足的線性不等式約束，可通過數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)得到。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟（6)中，在需要將微電網(wǎng)接入大電網(wǎng) 時(shí)，采用如下方式接入： (61) 將具有基于頻率跟蹤技術(shù)的微電網(wǎng)并網(wǎng)監(jiān)控模塊與并網(wǎng)點(diǎn)斷路器連接在一起； (62) 微電網(wǎng)并網(wǎng)監(jiān)控模塊通過測(cè)頻單元采集大電網(wǎng)側(cè)和微電網(wǎng)側(cè)頻率，計(jì)算同期并網(wǎng) 時(shí)兩側(cè)的頻率差值以及周波的頻率； (63) 微電網(wǎng)并網(wǎng)監(jiān)控模塊通過數(shù)據(jù)采集單元采集獲得微電網(wǎng)側(cè)的三相電壓電流值和 大電網(wǎng)側(cè)相電壓電流值，并進(jìn)行微電網(wǎng)側(cè)有功、無(wú)功和電能從基波到高次諧波分量的測(cè)量 處理； (64) 微電網(wǎng)并網(wǎng)監(jiān)控模塊計(jì)算微電網(wǎng)和大電網(wǎng)側(cè)的電壓差值、相位差值、頻率差值，在 同時(shí)滿足頻率差不大于同期頻率差值Fffitex、電壓差不大于同期電壓差動(dòng)作值Uhqmx、同期角 不大于同期角度差動(dòng)作值A(chǔ)ngHQ_^^條件下，接到并網(wǎng)合閘命令，進(jìn)行并網(wǎng)合閘處理。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK104319768SQ201410608796
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】鄧亮戈, 周洪全, 鮮景潤(rùn), 李果 申請(qǐng)人:四川慧盈科技有限責(zé)任公司