CN103311953B - 含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制方法 - Google Patents

Abstract

一种含分布式电源及储能***之配电网的控制***及方法，用于配电网中并网接入的分布式电源、储能***优化运行控制。本发明通过计算配电网与外电网交换功率的实测值与优化计算得到的最优值或计划目标值之间的差异，定义为配电网运行误差，并应用于储能***、分布式电源的闭环控制中，使配电网与外电交换功率的实际值与优化计算得到的优化值或计划目标值保持一致。

Description

含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制方法

技术领域

本发明涉及一种配电网的控制***，尤其是涉及一种含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制***。本发明还涉及采用所述***对含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制方法。

背景技术

在接入分布式电源(DG)、储能***后，配电网具备了一定的主动调节、优化负荷的能力。但再生能源具有间歇性或波动性等特点，限制了DG的并网运行，需要对DG的控制、调度进行优化。对配电网及并网DG、储能***的主动管理能够提高DG的并网数量与运行效益。具有主动管理能力的配电网为主动配电网(Active Distribution Network,ADN)，其特点是能够主动地对并网DG、储能、无功补偿等设备的运行进行优化与控制。

ADN优化控制一般分为全局优化计算与DG、储能、微网的实时控制两部分。在全局优化与实时控制方面，均有较多的研究，如改进的基于P-f与Q-V下垂控制的控制策略、储能与间歇式能源协调控制以抑制DG功率波动等实时控制；以及基于储能削峰填谷功能的经济运行优化与储能最优调度、冷热电联供运行策略优化、考虑线损、电能成本、无功补偿成本等因素的主动配电网运行优化。

实现ADN的主动优化与控制，须同时兼顾全局优化与局部自治控制的要求。现有的主动配电网全局优化***及方法根据电网全局信息计算各DG、储能***及配电网最优运行状态。根据优化算法的复杂度、处理数据量的大小，一般以某一时间长度为周期进行计算，这样的话就无法满足DG、储能控制***对响应速度的要求；另外，主动配电网全局优化计算一般采用负荷预测、间歇式能源功率预测或历史数据，与实际运行中的实测数据会有一定的差异，给DG、储能***的优化效果带来不利影响。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种含分布式电源及储能***之配电网的控制***。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供采用上述***对含分布式电源及储能***之配电网的控制方法。

本发明的***及方法，以整体时间长度为周期进行计算，可满足DG、储能控制***对响应速度的要求，提出配电网运行误差(Distribution network Operation Error,DOE)定义及计算模型，实时描述主动配电网实际运行状态与最优运行状态的差异，基于DOE提出了定交换功率控制模式下的主动配电网的优化控制技术，进一步减小电网全局优化状态与实际运行状态之间的差异。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种含分布式电源及储能***之配电网的控制***，其特征是：包括：在配电网出口断路器位置，配置有功率测量装置，用于实测配电网交换功率；在各分布式电源及储能***处，配置定交换功率控制器，用于计算配电网运行误差，并根据交换功率误差计算相应的分布式电源与储能***的功率调节量；在配电主站配置分布式电源、储能***优化运行计算***，计算最优的配电线路交换功率；优化运行计算***与功率测量装置和各定交换功率控制器之间有数据线双向连接，优化运行计算***接受实测数据和发送控制信号。

解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的控制方法：

基于上述控制***，采用基于配电网运行误差的含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制方法，包括以下步骤：

S1提出配电网运行误差计算模型

定义配电网运行误差(DOE)为配电网与外电交换功率P_E的实际值与最优值或全局优化的计划值之差，即：

DOE＝P_E.C-P_E.S  (1)

其中P_E.C为实际运行中交换功率P_E的实测值，P_E.S为P_E最优值或全局优化的计划值，根据已有的全局优化技术或根据配电网运行计划计算得到；

全局优化以负荷与可再生能源预测、电网拓扑参数，以及储能***(Energy StorageSystem,ESS)荷电状态等信息为原始数据，计算未来一天或一小时内的ESS、可调DG最优输出功率及交换功率P_E最优值，即P_E.S；

P_E.C、P_E.S均以注入ADN为正；

S2DG/储能***的DOE积差控制

基于DOE的DG/储能***控制方程如(2)式所示：

${\∫}_0^t(P_{E.C}-P_{E.S})\·\mathrm{dt}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_i}\·{\mathrm{\ΔP}}_i=0---\left(2\right)$

式中常数α_i为i^thDG/储能***的功率调节系数；P_i、ΔP_i为主动配电网中接入的i^thDG/储能***功率及其调节量，均以流出馈线为正方向。

根据步骤S1得到的交换功率最优值P_E.S及实测值P_E.C计算配电网运行误差，根据控制方程(2)式对DOE进行积分，计算各DG/储能***在DOE控制***下的功率控制值；

定交换功率控制以交换功率P_E实际值与全局优化的计划值相同为控制目标，各DG、储能***根据预定的功率调节分配系数调节输出功率。

在定交换功率控制模式下，i^thDG/储能***的功率调节量为：

${\mathrm{\ΔP}}_i=\frac{{\mathrm{\α}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i}\·\mathrm{\ΔP};$

其中常数α_i为i^thDG/储能***的功率调节系数，为i^thDG/储能***的功率调节量占所有DG/储能***总调节量的比例；ΔP为所有DG、储能***功率调节量之和。

有益效果：本发明所提出的配电网运行误差实时描述了主动配电网在整体上的实际运行状态与最优运行状态的差异，基于DOE的定交换功率控制方法考虑了全局优化计算得到的最优状态及电网实际运行状态间的差异，并以此为依据对DG、储能***进行闭环控制，进一步提高了DG、储能***优化运行的效果，进一步减少预测值与实测值的差异带来的影响。

附图说明

图1为基于配电网运行误差的配电网定交换功率控制***的组成和连接关系示意图；

图2为基于配电网运行误差的配电网定交换功率控制方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

本发明的基于配电网运行误差的含分布式电源及储能***之配电网定交换功率控制***如图1所示。

包括：在配电网出口断路器位置，配置有功率测量装置，用于实测配电网交换功率；在各分布式电源及储能***处，配置定交换功率控制器，用于计算配电网运行误差，并根据交换功率误差计算相应的分布式电源与储能***的功率调节量；在配电主站配置分布式电源、储能***优化运行计算***，计算最优的配电线路交换功率；优化运行计算***与功率测量装置和各定交换功率控制器之间有数据线双向连接，优化运行计算***接受实测数据和发送控制信号。

优化计算***，根据负荷与可再生能源预测、电网拓扑、DG与ESS参数，以及实际运行的实测数据，计算未来一段时间内的ESS、可调DG最优输出功率及ADN与外电网的交换功率。

DOE控制***，根据优化计算得到的交换功率优化值及实时采集的实测值计算配电网运行误差；根据控制方程，对误差进行积分，计算ESS、DG在DOE控制***下的功率值。

优化计算可根据优化算法的复杂度或根据优化需要，以固定时间为周期进行计算。而DOE控制***实时采集电网运行状态，计算运行误差，并根据(2)式确定的控制方程，对储能***、可调DG进行实时的积差控制。

采用上述***对含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制方法，包括以下步骤：

S1提出配电网运行误差计算模型

对于主动配电网(ADN)，外电网可等效为无穷大电源，维持ADN功率平衡。若并网DG输出功率及负荷确定，根据潮流计算可唯一确定ADN与外电网的交换功率(下文均用P_E表示)。当负荷发生计划外的变化时，或DG、储能***与最优运行状态有差异时，P_E亦随之改变，因此P_E可以反映ADN整体运行状态。并且在ADN全局优化计算中，P_E也往往是优化模型需要重点考虑的一个方面。

定义配电网运行误差(DOE)为P_E实际值与最优值或全局优化的计划值之差：

DOE＝P_E.C-P_E.S  (1)

其中P_E.S为P_E最优值或全局优化的计划值，根据全局优化计算得到；P_E.C为实际运行中P_E的实测值。P_E.C，P_E.S均以注入ADN为正，，若负荷功率及DG、储能实际功率与全局优化相同，那么DOE＝0；DOE＞0则表明负荷功率增大或DG、储能输出功率减小；反之DOE＜0表明负荷功率减小或DG、储能输出功率增大。

DOE的提出，量化描述了ADN实际整体运行状态与全局优化的整体运行状态之间的差异。

实际运行中，若负荷功率及DG、储能实际功率与全局优化相同，那么DOE＝0；DOE＞0则表明负荷功率增大或DG、储能输出功率减小；反之DOE＜0表明负荷功率减小或DG、储能输出功率增大。根据DOE的符号及绝对值的大小或DOE对时间的积分值，控制各DG与储能***，使实际运行状态趋近于全局优化中的运行状态。

S2优化运行计算***根据负荷与可再生能源预测、电网拓扑参数，以及储能***荷电状态、可调DG已输出电量实际运行信息，计算未来24小时或一小时内的ESS、可调DG最优输出功率及交换功率最优值。

定交换功率控制方法以交换功率P_E实际值与全局优化的计划值相同为控制目标，各DG、储能***根据预定的功率调节分配系数调节输出功率。

DG、储能***控制方程如下式所示：

${\∫}_0^t\mathrm{DOE}\·\mathrm{dt}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_i}\·{\mathrm{\ΔP}}_i=0---\left(3\right)$

式中常数α_i为i^thDG/储能***的功率调节系数，为i^thDG/储能***的功率调节量占所有DG/储能***总调节量的比例；P_i、ΔP_i为主动配电网中DGi功率及其调节量，以流出馈线为正方向。

可控负荷或等效为单个节点的微网等功率可调的设备或等效节点，也可采用DOE积分控制。

先以单DG的ADN为例，ADN中负荷功率预测值为P_Load；外电网向主动配电网注入功率为P_E。根据ADN全局优化，DG功率为P_DG，P_E全局优化的计划值为P_E.S＝P_Load+P_DG，若忽略损耗，DOE＝0。若某一时刻馈线负荷计划外地增大ΔP_Load，此时DOE＝ΔP_Load＞0。根据DG控制方程可知ΔP_DG＜0，DG并网节点流出馈线的功率减小，即DG注入馈线功率增大，使DOE减小。当DOE减小至0时，功率调节过程结束。此时有：

${\mathrm{\ΔP}}_i=\frac{{\mathrm{\α}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i}\·\mathrm{\ΔP},---\left(4\right)$

在上式中，常数α_i为i^thDG/储能***的功率调节系数，为i^thDG/储能***的功率调节量占所有DG/储能***总调节量的比例；并且有当出现计划外的负荷、功率注入时，DG根据DOE及功率调节分配系数确定输出功率的变化量。可综合考虑各DG类型、容量、是否可调、发电成本等信息，根据不同的优化控制策略，设定各DG的功率调节分配系数。

在由(3)式确定的控制模式中，当出现计划外的负荷波动或DG功率波动时，DG功率调节过程的终点为DOE＝0，即P_E.C＝P_E.S，P_E实际值与计划值一致(除非所有DG功率均已调节至上限)，因此称为定交换功率控制模式。在该控制模式下，各DG按照功率调节分配系数进行控制。

图2为基于配电网运行误差的配电网定交换功率控制方法示意图，图2中包括电网一次***、优化计算***和DOE控制***三部分。

对于基于DOE的控制***，回路(1)为实时采集的交换功率值；回路(2)为根据交换功率实测值与优化值计算得到的配电网运行误差；回路(3)(4)为控制电路，根据控制方程(2)进行搭建；回路(5)(6)为基于DOE的控制***输出回路，输出内容为储能***、DG的功率控制信号。

Claims (1)

1.一种含分布式电源及储能***之配电网的定交换功率控制方法，所述方法中采用到一含分布式电源及储能***之配电网的控制***，其包括：在配电网出口断路器位置，配置有功率测量装置，用于实测配电网交换功率；在各分布式电源及储能***处，配置定交换功率控制器，用于计算配电网运行误差，并根据交换功率误差计算相应的分布式电源与储能***的功率调节量；在配电主站配置分布式电源、储能***优化运行计算***，计算最优的配电线路交换功率；优化运行计算***与功率测量装置和各定交换功率控制器之间有数据线双向连接，优化运行计算***接受实测数据和发送控制信号；

其特征是：所述的方法包括以下步骤：

S1，提出配电网运行误差计算模型

定义配电网运行误差DOE为配电网与外电网交换功率P_E的实际值与最优值或全局优化的计划值之差，即：

DOE＝P_E.C-P_E.S   (1)

其中P_E.C为实际运行中交换功率P_E的实测值，P_E.S为P_E最优值或全局优化的计划值，根据已有的全局优化或根据配电网运行计划计算得到；

全局优化以负荷与可再生能源预测、电网拓扑参数，以及储能***ESS荷电状态信息为原始数据，计算未来一天或一小时内的储能***ESS、可调DG最优输出功率及交换功率P_E最优值，即P_E.S；

P_E.C、P_E.S均以注入主动配电网ADN为正；所述DG指分布式能源；

S2，DG/储能***的DOE积差控制

基于DOE的DG/储能***控制方程如(2)式所示：

${\∫}_0^t(P_{E.C}-P_{E.S})\·\mathrm{dt}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_i}\·\mathrm{\Δ}{P}_i=0---\left(2\right)$

式中常数α_i为i^thDG/储能***的功率调节系数；P_i、ΔP_i为主动配电网中接入的i^thDG/储能***功率及其调节量，均以流出馈线为正方向；

根据步骤S1得到的交换功率最优值P_E.S及实测值P_E.C计算配电网运行误差，根据控制方程(2)式对DOE进行积分，计算各DG/储能***在DOE控制***下的功率控制值；

定交换功率控制以交换功率P_E实际值与全局优化的计划值相同为控制目标，各DG、储能***根据预定的功率调节系数调节输出功率；

在定交换功率控制模式下，i^th DG/储能***的功率调节量为：

${\mathrm{\ΔP}}_i=\frac{{\mathrm{\α}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i}\·\mathrm{\ΔP};$

其中常数α_i为i^thDG/储能***的功率调节系数，为i^thDG/储能***的功率调节量占所有DG/储能***总调节量的比例；ΔP为所有DG、储能***功率调节量之和。