CN102593873B - 一种微网联络线功率波动平滑控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微网联络线功率波动平滑控制方法，通过可再生能源渗透率、温控型家居设备的功率曲线及不可控家居设备的负荷曲线构造微网联络线出力的发电计划；实时采集可再生能源功率、非响应型家居设备的负荷、室内温度、温控型家居设备的开关状态及额定功率，根据微网联络线出力的发电计划，计算得到温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值

建立反映微网***运行状态的可控变量与温控型家居设备之间状态的函数关系，获取下一步温控型家居设备的开关状态序列控制信号；通过开关状态序列控制信号下达温控型家居设备开关状态控制指令；基于温控型家居设备的等值热力学参数模型获取温控型家居设备的聚合负荷响应的实际值，降低了微网建设成本。

Description

一种微网联络线功率波动平滑控制方法

技术领域

本发明涉及电力***分布式发电微网***领域，特别涉及一种微网联络线功率波动平滑控制方法。

背景技术

微网是指将一定区域内分散的小型发电单元(分布式电源)、储能装置以及当地负荷组织起来形成的一个微型电网。微网中可能存在可再生能源(如风力和光伏等)，这些电源的输出具有间歇性、随机性及不确定性等特点。有效克服由于微网内存在可再生能源发电***而导致的微网与常规配电网联络线间功率的波动，进而降低微网对配电***的影响，是当前的热点研究问题。可再生能源发电***输出的波动特征比较复杂，波动的时间尺度可从毫秒级延伸到小时级甚至更长。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中存在以下不足：

目前，大多数研究者主要探讨利用电储能***抑制可再生能源功率波动的办法，以提高微网联络线功率与电网的“友好连接”程度。但储存电能的***一般造价比较昂贵，会导致微网建设成本较高。其次，储能元件还需考虑其容量限制和使用寿命等局限性。

发明内容

本发明提供了一种微网联络线功率波动平滑控制方法，本发明可以明显改善微网可再生能源接入技术，降低了微网的建设和维护成本，详见下文描述：

一种微网联络线功率波动平滑控制方法，所述方法包括以下步骤：

(1)获取温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线；

(2)通过可再生能源渗透率、所述温控型家居设备的功率曲线以及所述不可控家居设备的负荷曲线构造微网联络线出力的发电计划

(3)实时采集可再生能源功率、不可控型家居设备的负荷、室内温度、温控型家居设备的开关状态及额定功率，根据所述微网联络线出力的发电计划计算得到温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值

(4)建立反映微网***运行状态的可控变量与温控型家居设备之间状态的函数关系，通过所述函数关系和所述温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值获取下一步温控型家居设备的开关状态序列控制信号；

(5)通过所述开关状态序列控制信号下达温控型家居设备开关状态控制指令；

(6)根据所述温控型家居设备开关状态控制指令，基于温控型家居设备的等值热力学参数模型获取温控型家居设备的聚合负荷响应的实际值。

步骤(1)中的所述获取温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线具体为：

在每个工作日开始之前，利用历史相似日温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线来获取所述温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线。

步骤(2)中的所述微网联络线出力的发电计划

具体为：

单位为kW；P_NHP表示温控型家居设备的功率预测值，单位为kW；P_NL表示不可控家居设备的负荷功率预测值，单位为kW；s％表示可再生能源渗透率。

步骤(3)中的所述控制响应目标值

具体为：

单位为kW；

表示联络线功率控制目标值，单位为kW；P_R表示实测可再生能源功率，单位为kW；P_NL表示不可控家居设备的负荷功率预测值，单位为kW。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种微网联络线功率波动平滑控制方法，本发明在通讯双向可靠的前提下，针对某种含有可再生能源以及居民家居负荷的社区级微网***，采用居民家居温控型负荷设备作为负荷响应资源，建立反映微网***运行状态的可控变量与温控型家居设备之间状态的函数关系，提出一种有效抑制由可再生能源引起的微网联络线功率波动方法，本发明替代了部分储能的功能，实现起来降低了微网的建设成本，可以满足实际应用中的多种需要。

附图说明

图1为本发明提供的一种微网联络线功率波动平滑控制方法的流程图；

图2为本发明提供的社区级微网结构示意图；

图3为本发明提供的单个电热泵动态过程；

图4为本发明提供的反映微网结构运行状态的控制信号与温控型家居设备之间状态的函数关系的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了降低微网的建设成本，本发明实施例提供了一种微网联络线功率波动平滑控制方法，参见图1，详见下文描述：

101：获取温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线；

其中，该步骤具体为：在每个工作日开始之前，利用历史相似日的温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线来获取当日的温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线。

102：通过可再生能源渗透率、温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线构造微网联络线出力的发电计划

其中，为了在微网运行中尽量多的利用可再生能源，并尽量降低联络线功率，微网联络线出力的发电计划为：式中，单位为kW；P_NHP表示温控型家居设备的功率预测值，单位为kW；P_NL表示不可控家居设备的负荷功率预测值，单位为kW；s％表示可再生能源渗透率，定义为可再生能源最大可能发电功率占负荷峰值的比例。

103：实时采集可再生能源功率、不可控家居设备的负荷、室内温度、温控型家居设备的开关状态及额定功率，根据微网联络线出力的发电计划

计算得到温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值

其中，

式中，单位为kW；

表示联络线功率控制目标值，单位为kW；P_R表示实测可再生能源功率，单位为kW；P_NL表示不可控家居设备的负荷功率预测值，单位为kW。

104：建立反映微网***运行状态的可控变量与温控型家居设备之间状态的函数关系，通过函数关系和温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值

获取下一步温控型家居设备的开关状态序列控制信号；

其中，该步骤具体为：例如：温控型家居设备以电热泵设备为例进行说明，由电热泵的响应目标值和当前步电热泵的实际功率之差，以及电热泵的额定功率，可确定需要控制的电热泵数目，由室内温度排序的结果可确定具体控制的电热泵序号，进而对其实施相应的开关控制，以达到电热泵的响应目标值。

105：通过开关状态序列控制信号下达温控型家居设备开关状态控制指令；

106：根据温控型家居设备开关状态控制指令，基于温控型家居设备的等值热力学参数模型获取温控型家居设备的聚合负荷响应的实际值。

其中，温控型家居设备的等值热力学参数模型的一种简化一阶微分方程为：当电热泵关断时下式成立，

$T_{\mathrm{room}}^{t+1}=T_o^{t+1}-(T_o^{t+1}-T_{\mathrm{room}}^t)e^{-\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{RC}}}$

当电热泵开启时下式成立：

$T_{\mathrm{room}}^{t+1}=T_o^{t+1}+\mathrm{QR}-(T_o^{t+1}+\mathrm{QR}-T_{\mathrm{room}}^t)e^{-\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{RC}}}$

其中T_room为室内温度(℃)，C，R，Q为等值热电容(J/℃)、等值热电阻(℃/W)，等值热比率(W)，T_o为室外环境温度(℃)，t为仿真时刻，Δt为仿真步长。

其中，通过聚合负荷响应的实际值、室内温度和温控型家居设备的开关状态重新进行下一循环。

其中，电热泵的响应实际值与其响应目标值一致的话，联络线的实际功率值和联络线平滑的发电计划应一致，实现了对微网联络线功率波动的平滑控制。

下面以一个具体的试验来验证本发明实施例提供的一种微网联络线功率波动平滑控制方法的可行性，参见图2、图3和图4，详见下文描述：

图2中由可再生能源(光伏发电***、风力发电机)以及微网联络线功率向微网社区中民用负荷供电。温控型家居设备以电热泵设备为例，不可控家居设备以电灯和电脑等为例进行说明。

当分布式电源渗透率达到一定水平后，这些电源输出功率的波动对于微网结构运行影响较大，将导致联络线的功率明显波动。采用负荷侧需求响应(DR)控制技术来代替储能设备，通过合理的调节电热泵设备来调节聚合负荷P_L的大小，从而跟随风机功率P_W和光伏输出功率P_V的波动，可达到平滑联络线功率P_TL波动的效果。在图2中，负荷服务中心主要测量各种分布式电源出力及联络线功率信号P_W、P_V和

计算相应的电热泵设备的负荷功率响应目标

发送至需求响应控制程序进行计算，结合社区内部采集的电热泵设备测量参数，计算出下一时刻需改变的用户电热泵设备的开关状态信号，实现负荷响应目标。

在负荷响应的研究中，由于建筑暖通负荷、热水器和电冰箱等为代表的热力学可控负荷(Thermostatically Controlled Loads，TCL)在经济发达国家负荷中占有较大比重，且具有良好的储能特性，逐渐成为需求响应控制的研究重点。以欧美国家居民负荷中常用的电热泵为例，其基本动态过程如图3所示，室内温度在一定的温度设置值T_set附近上下波动，由给定温度上下边界δ决定开关时刻。温度上升过程对应功率的消耗，意味着电能转化为室内热能，即热泵调节升高室内温度。温度下降意味着设备关闭，温度自然下降，消耗电功率为零。

参见图4，假设共有20个电热泵，对每一个电热泵采用状态变量S描述其“开启”或者“关闭”状态，则存在20个状态变量，其状态值与测量的室内温度高低有关。图4中，有5个电热泵处于“开启”状态，15个处于“关闭”状态。针对图4中所示时段，可以控制“关闭”的电热泵为S₁和S₅所对应的设备，而可以控制“开启”的电热泵为S₆-S₂₀所对应的设备。优先关闭靠近上边界的电热泵，优先打开靠近下边界的电热泵。实质就是需要建立反映微网***运行状态的可控变量与温控型家居设备之间状态的函数关系，通过控制温控型家居设备的状态，从而达到温控型家居设备的聚合负荷的控制响应目标值

实现了对微网联络线功率波动的平滑控制。

综上所述，本发明实施例提供了一种微网联络线功率波动平滑控制方法，本发明实施例在通讯双向可靠的前提下，针对某种含有可再生能源以及居民家居负荷的社区级微网***，采用居民家居温控型负荷设备作为负荷响应资源，以反映微网结构运行状态的控制信号与温控型家居设备之间状态的函数关系为基础，提出一种有效抑制由可再生能源引起的微网联络线功率波动方法，本方法替代了部分储能的功能，实现起来降低了微网的建设成本，可以满足实际应用中的多种需要。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微网联络线功率波动平滑控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)获取温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线；

(2)通过可再生能源渗透率、所述温控型家居设备的功率曲线以及所述不可控家居设备的负荷曲线构造微网联络线出力的发电计划

(3)实时采集可再生能源功率、不可控型家居设备的负荷、室内温度、温控型家居设备的开关状态及额定功率，根据所述微网联络线出力的发电计划

计算得到温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值

(4)建立反映微网***运行状态的可控变量与温控型家居设备之间状态的函数关系，通过所述函数关系和所述温控型家居设备的聚合负荷控制响应目标值

获取下一步温控型家居设备的开关状态序列控制信号；

(5)通过所述开关状态序列控制信号下达温控型家居设备开关状态控制指令；

(6)根据所述温控型家居设备开关状态控制指令，基于温控型家居设备的等值热力学参数模型获取温控型家居设备的聚合负荷响应的实际值。

2.根据权利要求1所述的一种微网联络线功率波动平滑控制方法，其特征在于，步骤(1)中的所述获取温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线具体为：

在每个工作日开始之前，利用历史相似日温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线来获取所述温控型家居设备的功率曲线以及不可控家居设备的负荷曲线。

3.根据权利要求1所述的一种微网联络线功率波动平滑控制方法，其特征在于，步骤(2)中的所述微网联络线出力的发电计划

具体为：

单位为kW；P_NHP表示温控型家居设备的功率预测值，单位为kW；P_NL表示不可控家居设备的负荷功率预测值，单位为kW；s%表示可再生能源渗透率。

4.根据权利要求1所述的一种微网联络线功率波动平滑控制方法，其特征在于，步骤(3)中的所述控制响应目标值

具体为：

单位为kW；P_R表示实测可再生能源功率，单位为kW；P_NL表示不可控家居设备的负荷功率预测值，单位为kW。

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