本發(fā)明涉及微電網能量管理技術、分布式電源控制方法和順序控制技術，具體涉及一種順序控制在微電網能量管理系統中的應用方法及裝置。

背景技術：

近年來，隨著經濟的發(fā)展，對電力的需求越來越大，同時大量石化能源的利用對資源環(huán)境造成了嚴重的影響。而風能、太陽能等可再生分布式能源能夠有效的解決能源和環(huán)境問題，得到迅速的推廣應用。微電網是由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型分布式發(fā)電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與大電網并網運行，也可以離網運行。

為了充分發(fā)揮微電網對分布式電源、儲能裝置以及相關負荷的管理能力，有效提高微電網安全、穩(wěn)定、經濟運行水平，微電網能量管理系統成為必不可少的有效手段。然而由于微電網內部采用的來自各個廠家的分布式電源種類繁多，且分布式電源的運行控制并不成熟，控制流程和控制方法并沒有標準的規(guī)范遵循，同時隨著電動汽車充放電設施的大量接入、智能家居的普及和需求側響應的全面實施，使得微電網的結構更為復雜、多變，管理控制難度不斷加大，微電網能量管理系統對于不同應用場景的適應性也越來越差。這些因素對微電網的能量管理系統提出了更高的要求。

現有技術中的微電網能量管理系統均為固定操作流程的微電網能量管理系統，此系統是能量管理高級應用通過能量管理算法得到控制策略后，直接調用SCADA的遙控、遙調功能實現策略，如下圖1所示。該系統的操作流程固定，對于不同應用場景的適應性較差。

順序控制功能作為智能變電站的基本系統功能之一，是指通過自動化系統的單個操作命令，根據預先規(guī)定的操作順序和閉鎖邏輯，自動按規(guī)則完成一系列斷路器和隔離開關的操作，從而最終改變系統運行狀態(tài)的過程，實現變電站電氣設備從運行、熱備用、冷備用、檢修等各種狀態(tài)的自動轉換，是一種按時間順序或邏輯順序進行控制的開環(huán)制方式。這種順序控制的操作方式，可以使操作人員從大量操作項目多，持續(xù)時間長、勞動強度大、操作風險高的工作中脫離出來，既有利于電網的安全運行，也減少了誤操作的可能。

技術實現要素：

本發(fā)明提供了順序控制在微電網能量管理系統中的應用方法及裝置，以提高微電網能量管理系統的適應性和兼容性，降低操作人員的勞動強度和操作風險。

為達到上述目的，本發(fā)明的順序控制在微電網能量管理系統中的應用方法包括：

1)根據不同項目的需求及微電網系統設備信息，制定順序控制計劃，所述順序控制計劃包括順序控制計劃ID、啟動條件及順序控制項，所述啟動條件為順序控制啟動所要滿足的條件，所述順序控制項用于配置順序控制每一步的流程操作；

2)通過配置工具預先將順序控制計劃配置到微電網能量管理系統相應的自動控制流程中；

3)系統投入運行后，微電網能量管理系統根據配置的順序控制計劃及SCADA系統的遙測、遙信信息執(zhí)行順序控制。

所述順序控制項包括順序控制每一步的啟動條件、遙控ID、遙調ID、控制類型、失敗后的控制步驟及控制結束后等待時間。

所述啟動條件包括配置遙測ID的值的上下限或配置遙信ID的狀態(tài)的數學關系組合。

順序控制的執(zhí)行過程為：

A)判斷順序控制的啟動條件是否滿足，滿足啟動條件，按照該順序控制計劃中的遙控ID和控制類型，通過SCADA系統下發(fā)控制并判斷控制結果，當滿足啟動條件或控制返回結果失敗，執(zhí)行失敗后的控制步驟；

B)順序控制執(zhí)行成功，按照控制結束后等待時間進行等待，等待時間結束后執(zhí)行下一個順序控制。

對于順序控制中的非關鍵步驟，失敗后的控制步驟設置為繼續(xù)執(zhí)行。

對于順序控制中的關鍵步驟，增加人工確認操作。

步驟1)中的項目為黑啟動控制，所述黑啟動的順序控制計劃為：

a)啟動條件為：系統母線頻率和電壓遙測為0；

b)當微電網系統中可控的負荷和分布式電源的總個數為N時，前N個步驟配置為切除負荷和分布式電源；

第N+1步，根據項目實際情況配置主電源的啟動操作；

第N+2步起配置為網架恢復操作，根據項目實際設計順序配置系統中M個網架開關的恢復操作順序；

第N+M+1步起配置投入負荷與分布式發(fā)電裝置的步驟。

本發(fā)明的順序控制在微電網能量管理系統中的應用裝置與SCADA系統通信連接進行數據交互，該裝置包括順序控制計劃制定模塊及順序控制計劃配置模塊，所述順序控制計劃制定模塊用于根據不同項目的需求及微電網系統設備信息，制定順序控制計劃，所述順序控制計劃包括順序控制計劃ID、啟動條件及順序控制項，所述啟動條件為順序控制啟動所要滿足的條件，所述順序控制項用于配置順序控制每一步的流程操作；

所述順序控制計劃配置模塊用于通過配置工具預先將順序控制計劃配置到微電網能量管理系統相應的自動控制流程中。

該裝置位于微電網能量管理系統外部，與微電網能量管理系統通信連接進行數據交互。

該裝置配置在微電網能量管理系統內部。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將順序控制引入微電網能量管理系統的自動控制流程中，用順序控制來封裝微電網能量管理系統與設備的交互，可以將微電網能量管理高級應用與項目中實際設備的操作隔離開來，屏蔽了不同廠家、不同控制方法、不同控制流程給微電網能量管理系統帶來的大量不兼容、二次開發(fā)的問題。根據具體項目設備的實際情況，通過配置來決定操作的對象和順序，從而解決了固定操作流程的能量管理系統同現場設備實際操作流程的不兼容問題，提高系統的適應性。采用順序控制的操作方式，可以使操作人員從大量操作項目多，持續(xù)時間長、勞動強度大、操作風險高的工作中脫離出來，既有利于電網的安全運行，也減少了誤操作的可能。

本發(fā)明通過對順序控制技術進行改進，將下一順控項的啟動條件配置成上個順控項控制結果對微電網系統狀態(tài)的判斷，實現微電網能量管理的閉環(huán)控制，實現長時間、復雜邏輯的微電網能量管理控制策略；應用在微電網能量管理的高級自動策略的功能模塊中，使微電網的能量管理策略更加靈活，以適應更加復雜、多變的結構和管理控制策略。根據不同項目需求和不同廠家的設備操作方法基于可配置的順序控制來實現定制設計，而不用進行二次的開發(fā)，節(jié)約了開發(fā)的成本和周期，減少了系統維護的難度。

附圖說明

圖1是固定操作流程的微電網能量管理系統結構圖；

圖2是本發(fā)明應用順序控制的微電網能量管理系統結構圖；

圖3是本發(fā)明順序控制實現閉環(huán)控制的流程圖；

圖4是本發(fā)明中改進的順序控制流程圖；

圖5是本發(fā)明中改進順序控制應用于離網型微電網黑啟動控制流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明。

本發(fā)明的順序控制在微電網能量管理系統中的應用方法實施例

本實施例的順序控制在微電網能量管理系統中的應用方法包括：

1)根據不同項目的需求、微電網系統設備信息及SCADA系統的遙測、遙控信息，制定順序控制計劃，所述順序控制計劃包括順序控制計劃ID、啟動條件及順序控制項，所述啟動條件為順序控制啟動所要滿足的條件，所述順序控制項用于配置順序控制每一步的流程操作；

2)通過配置工具預先將順序控制計劃配置到微電網能量管理系統中；

3)系統投入運行后，微電網能量管理系統根據配置的順序控制計劃通過SCADA系統執(zhí)行順序控制。

順序控制計劃ID為微電網能量管理系統中調用順序控制的索引，即當系統調用某順序控制時會根據該順序控制計劃ID找到相應的順序控制。順序控制項用于配置順序控制每一步的流程操作，其包括順序控制的每一步驟的啟動條件、遙控ID或遙調ID、控制類型、失敗后的控制步驟及控制結束后等待時間。SCADA系統中提供的所有支持的控點及控制類型均包含在順序控制項中。

以下給出了單個順序控制計劃的控制流程，如圖2所示：

1)判斷該順序控制的啟動條件是否滿足。啟動條件包括：配置遙測ID的值的上下限或配置遙信ID的狀態(tài)的數學關系組合。

2)若滿足啟動條件，則按該順序控制項的操作遙控ID和控制類型，通過SCADA系統下發(fā)控制并判斷控制結果。如不滿足啟動項條件，則直接執(zhí)行失敗后的控制步驟；

3)不滿足控制條件或控制返回結果失敗，則根據配置執(zhí)行失敗后的控制步驟；

4)若順控項執(zhí)行成功，按照控制結束后等待時間進行等待，等待時間結束后，執(zhí)行下一個順序控制的流程；

如圖4所示，本實施例給出了整個順序控制的控制流程：

1)系統調用順序控制，判斷是否滿足啟動條件，當滿足啟動條件，執(zhí)行步驟2)；

2)判斷是否有未執(zhí)行的控制項，是的話，執(zhí)行步驟3)，否則，執(zhí)行步驟10)；

3)判斷遙控是否需要人確認，是的話，執(zhí)行步驟4)，否則，執(zhí)行步驟5)；

4)等待確認，判斷是否進行了確認，進行了確認進入步驟5)，否則，執(zhí)行步驟6)；

5)判斷控制項是否滿足控制條件，是的話，進入步驟7)，否則，進入步驟8)；

6)判斷是否取消或超時，沒有取消也沒有超時，進入步驟4)，否則，進入步驟10)；

7)進行遙控，并判斷控制是否成功，成功的話，返回步驟2)，否則，進入步驟9)；

8)判斷是否超時，超時的話，進入步驟9)，否則，進入步驟5)；

9)判斷失敗后是否繼續(xù)進行順序控制操作，是的話，進入步驟2)，否則進入步驟10)；

10)遙控結束。

上述步驟中體現了對順序控制的改進，具體改進內容包括：

1)順序控制每個控制項的啟動條件判斷擴展為多個遙測、計算量數學關系及遙信狀態(tài)的組合。該組合能夠實現復雜的系統狀態(tài)描述，包括系統頻率狀態(tài)、電壓狀態(tài)，發(fā)電機工作狀態(tài)、系統備用狀態(tài)等。通過引入計算量數學關系，可以實現算法的自定義配置，更加提高了系統的靈活性。

2)將下一順控項的啟動條件配置成上個順控項控制結果對微電網系統狀態(tài)的判斷，實現了系統控制的閉環(huán)實現。

3)控制成功后，下一順控項ID設置成當前順控項，則可以實現循環(huán)控制；

4)失敗后是否繼續(xù)執(zhí)行配置，可以保證順控的執(zhí)行效果，非關鍵步驟在不影響系統安全穩(wěn)定的情況下可以配置失敗后繼續(xù)進行；

5)關鍵步驟可以增加人工確認配置，即在人機交互界面彈出確認框，人工確認后該順序控制項才可以執(zhí)行，以保證微電網系統運行安全穩(wěn)定。

微電網系統發(fā)生異常導致整個電網停電后，需要快速制定策略并恢復系統的供電，即微電網黑啟動控制。以下為微電網黑啟動的一般控制流程：

1)系統故障失電(失壓、失頻)；

2)切除負荷、分布式電源，以減少黑啟動瞬間對微電網的沖擊；

3)啟動系統中具有自啟動能力的機組，恢復微電網頻率、電壓支撐；

4)逐步恢復供電網架；

5)根據微電網系統狀態(tài)逐步啟動分布式電源和投入負荷，負荷全部投入或者無發(fā)電機可投入，則黑啟動控制結束；

黑啟動過程中，根據不同的項目要根據不同分布式電源的發(fā)電特性、設備操作流程、響應時間及網架涉及，配置順序控制，已實現不同的工程需求，下面結合附圖5，將上述改進的順序控制應用于微電網的黑啟動控制：

1)系統母線頻率、電壓遙測為0作為黑啟動順控的啟動條件；

2)設微電網系統中可控的負荷和分布式電源的總個數為N，順序控制的前N個步驟配置切除負荷和分布式電源的操作；

3)第N+1步，根據項目實際情況配置主電源的啟動操作，此步驟為關鍵步驟，配置失敗后不繼續(xù)執(zhí)行；

4)第N+2步起配置網架恢復，單項啟動條件都為系統母線的電壓、頻率正常、前一步開關狀態(tài)正常，根據項目實際設計順序配置系統中M個網架開關的恢復操作順序，此部分可以設計多個組合方式，已達到恢復網架的目的；

5)第N+M+1步起配置投入負荷與發(fā)電。順控項條件包括微電網頻率電壓正常、網架開關狀態(tài)正常及投入負荷和發(fā)電的限制條件，根據項目不同的情況，采用不同的配置方案。

并網型微電網系統，有大系統的支持，不用考慮系統容量問題，直接按照微電網規(guī)劃設計時的最穩(wěn)定方案配置分布式發(fā)電和負荷的投入順序；離網型系統，沒有大系統頻率電壓支撐，要保證系統穩(wěn)定需要引入能量管理中的黑啟動算法。

離網型微電網能量管理系統的黑啟動算法的原則是保證系統的備用及分布式電源滲透率滿足要求，通過引入計算量來實現此算法的判斷條件。

計算量設置如下：

微電網系統中已投入電源額定容量：P_額＝∑(P_額i*I_i)，I_i為分布式電源投入/退出狀態(tài)遙信，狀態(tài)1為投入，0為退出；

微電網系統中電源備用容量：P_備＝P_額-∑P_源i；其中，P_源i為分布式電源的發(fā)電功率實時遙測值，P_額i為分布式電源額定容量；

微電網系統中分布式電源滲透率：和其中，P_待為該單項配置的待投入的發(fā)電機的額定功率，P_風額為風力發(fā)電系統的額定功率，P_光額為光伏發(fā)電系統的額定功率；

投入發(fā)電機的組合條件為：P_備＞0.2P_額且δ_風＜δ_風滲且δ_光＜δ_光滲且該發(fā)電機遙信狀態(tài)為未啟動，根據該順控控制對象選擇對應類型的滲透率整定值；其中δ_風滲和δ_光滲為實際項目的風、光最大滲透率。

投入負荷的組合條件為：P_備＜0.2P_額且該負荷遙信為退出狀態(tài)；

6)當最后一個負荷投入成功或者最后一臺發(fā)電機投入失敗則結束循環(huán)，順序控制完成，黑啟動控制結束。

本發(fā)明的順序控制在微電網能量管理系統中的應用裝置實施例。

本實施例的順序控制在微電網能量管理系統中的應用裝置與SCADA系統通信連接進行數據交互，該裝置包括順序控制計劃制定模塊及順序控制計劃配置模塊，順序控制計劃制定模塊用于根據不同項目的需求及微電網系統設備信息，制定順序控制計劃，順序控制計劃包括順序控制計劃ID、啟動條件及順序控制項，所述啟動條件為順序控制啟動所要滿足的條件，所述順序控制項用于配置順序控制每一步的流程操作；

順序控制計劃配置模塊用于通過配置工具預先將順序控制計劃配置到微電網能量管理系統相應的自動控制流程中。

該應用裝置可位于微電網能量管理系統外部，與微電網能量管理系統通信連接進行數據交互。該裝置也可配置在微電網能量管理系統內部，與微電網能量管理系統為一體。

如圖2所示，微電網能量管理系統(簡稱MEMS)為一種控制管理裝置，其內部包括多種控制管理模塊，如黑啟動控制模塊、模式切換模塊、優(yōu)化調度模塊、運行控制模塊等。其能夠接收SCADA系統上傳的遙測、遙信信息，并通過上述應用裝置實現各種項目的順序控制。

本實施例中的應用裝置可以實現微電網的黑啟動控制，具體控制流程參見上述方法實施例，這里不再詳細闡述。