CN105119271B - 基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***及方法。***包括网间管控层、区域控制层、就地控制层；所述网间管控层包括微电网能量管理***，负责调配微电网内能量潮流以及协调多个微电网联合控制；所述区域控制层包括微电网中央控制器、多个微电网，所述微电网中央控制器负责调配所述区域控制层的能量以及采集所述就地控制层的电气量，综合调控微电网运行；所述就地控制层包括分布式电源控制器、负荷控制器，实现微电网暂态功率平衡和负荷管理。本发明提出的能量管理与控制***的方法特征在于，能量调配搜索方式是采用从上级微电网开始的随机查找与同级微电网的顺序查找相结合的方式，有效提高能量借调的命中率，降低***开销。

Description

基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***及方法

技术领域

本发明涉及一种基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***及方法，属于电力自动化技术领域，特别适用于微电网区域能量管理与控制领域。

背景技术

微电网一般具有多个微电源，如风电、光伏、柴油发电机等，微电网也可以使用传统的大电网提供的电力能源。微电网的能量管理与控制***应至少包含以下几个模块：数据采集和监控，微电网调度策略和经济运行，微电网状态估计，微电网安全分析等。其中微电网调度策略和经济运行模块决定了微电网如何高效的使用分布式能源，如何平滑的切换各种微源及微电网的运行模式，如何保证微电网的稳定性等一系列的问题。

目前微电网的能量管理与控制***一般采用主从控制模式、多代理控制模式和对等控制模式，但是每种控制模式都存在一定的问题。

主从控制就是在微电网的控制***中将某个控制器当作主控制器，其他为从控制器，主从控制器之间一般需要有通信联系，且从控制器服从主控制器。主控制器实时检测***中的各种电气量，根据微电网的运行控制目标采取相应的调控手段，保持微电网的电压和频率稳定。主从模式存在以下几个问题：(1)微电网主从模式下不容易实现分布式能源的“即插即用”的要求；(2)一旦主控节点发生宕机或者被控节点与主控节点通信失败时，主从模式将无法合理的调配微电 网中分布式能源与负荷的关系；(3)控制速度受限于主从节点间通信速率。

多代理***由多个代理通过共同合作来组成，其基本单元是代理，代理可以与其所在环境进行互动。代理由3个功能层组成：管理和组织层、协调层以及执行层。管理和组织层主要是获得目标定义或质询，以及相关约束条件，包括执行计划、功能评估和学习。协调层的任务是根据来自管理和组织层的基本过程定义、动作步骤激活动作的执行；协调层可以对动作进行扩展，从而对事件进行响应。执行层是一系列动作执行,并跟随着对动作的检查。多代理模式存在以下几个问题：(1)需要对每个Agent定制专门的控制策略；(2)Agent之间对于通信速率的要求极高，目前已有的通信手段不容易做到大规模应用；(3)Agent是一个智能单元，采用的人工智能算法需要历史数据的积累，因此一个Agent达到最优的运行状态需要较长的时间。

对等控制指微电网中的所有分布式电源在控制上具有相同的地位，各控制器之间不存在主从关系，每个微电源都依据接入点的电压和频率独立运行。对等控制模式缺点：(1)孤网运行时，微电网的电压和频率与其额定值之间总是存在一定程度的偏差，且该误差不易消除；(2)由于微电网中电阻的大小相对于电抗来说不可忽略，微电网电压受到有功功率的影响、频率受到无功功率的影响也很显著，因此采用传统下垂特性曲线的Droop控制方法的灵敏度可能不够理想。

二维能量调配树中的每一个节点都包含了微电网风电、光伏、储能、负荷的能量关键字，区域微电网、子微网及微电网内的能量*** 与能量调配树的每一层对应。每一个能量节点与其父节点、子节点及左右兄弟节点互联。这种架构方法的优点在于可以有效动态管理微电网内分布式电源和负荷的变化，因为在这种架构下增加或删除一个节点，只影响原结点和父结点，而不会影响兄弟结点，空间使用率更高；另一方面，父子节点间可以进行随机能量调配，而兄弟节点之间可以进行顺序能量调配，这种二维双向的调配方式可以提高能量借调配置有效性命中率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***及方法，解决单个微电网或子微网出现能源不足的时候可以向临近微电网或者子微网借调能源的技术问题。

本发明采用如下技术方案：基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***，其特征在于，包括网间控制层、区域控制层、就地控制层，所述网间控制层与所述区域控制层相连接，所述区域控制层与所述就地控制层相连接；所述网间控制层包括微电网能量管理***，所述微电网能量管理***主要负责经济化的调配微电网内能量的潮流以及协调多个微电网联合控制；所述区域控制层包括微电网中央控制器、多个微电网，所述微电网中央控制器负责调配所述区域控制层的能量并收集微电网中各智能化装置的信息以及采集所述就地控制层的电气量，综合调控微电网的运行；所述就地控制层包括分布式电源控制器、负荷控制器，用来负责实现微电网的暂态功率平衡和负荷管理。

优选地，微电网的下级设置有多个子微网，每个微电网包含能量关键字，能量关键字包括风电能量关键字、光伏能量关键字、储能能 量关键字、负荷能量关键字，微电网通过能量关键字指向子微网的指针，用来检索下级子微网能量输入输出的情况；微电网与子微网通过双向链表级联；子微网分别与上级子微网、同级子微网、下级子微网互相连接。

本发明还提出基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的方法，其特征在于，能量调配搜索方式是采用从子微网开始的随机查找与同级子微网的顺序查找相结合的方式。

优选地，具体包括如下步骤：

SS1微电网内发生非计划性并网转孤网时，断开PCC点的开关，将储能变流器切换到v/f模式下，同时启动定时器，并检测定时器是否超时，若定时器检测为超时，则孤网模式失败；

SS2判断子微网负荷和储能容量的关系，如果负荷小于等于储能容量，则转入步骤SS3；如果负荷大于储能容量，则进行延时，然后借调同级子微网的能量，如果成功，则转入步骤SS3；如果失败则继续进行延时，同时借调上级子微网的能量，如果成功，则转入步骤SS3，如果失败则转入步骤SS4；

SS3判断微电网母线电压、频率是否正常，如果是，则光伏逆变器或者风电逆变器启动，启动孤网模式；否则继续进行延时，同时监测微电网母线电压、频率；

SS4判断子微网负荷是否可切除，如果是，则切除二级负载或者一级负载，转入步骤SS5；否则转入步骤SS6；

SS5判断子微网负荷是否大于储能容量，如果是，则转入步骤SS6；否则转入步骤SS3；

SS6返回信息：微电网内负载过大，v/f模式启动出现过载风险。

本发明所达到的有益效果：(1)采用树状结构组织微电网的分布式电源(风电、光伏)、储能、负荷等之间的能量关系，可以清晰的反映微电网中多个子微网及多级分布式电源(风电、光伏)、储能、 负荷的关系；(2)采用二维双向树状结构连接微电网的分布式电源(风电、光伏)、储能、负荷及各个子微网，提高了能量调配的效率；(3)微电网的各类分布式电源和负荷，都是动态变化的，采用二维双向树状结构管理微电网可提高能量管理***管理运维的效率，因为在这种架构基础上增加或删除一个分布式电源或负荷，只影响原子微网和上级子微网，而不会影响同级子微网，空间使用率更高；(4)搜索方式是采用从子微网开始的随机查找与同级子微网的顺序查找相结合的方式，提高了能量借调配置有效性的命中率。

相关技术术语的名词解释：

微电网(Micro grid,MG)：是由分布式电源(DR)、负荷、储能装置及控制装置构成的一个单一可控的独立发电***，通过本地分布式电源或中、小型传统发电方式的优化配置，向附近负荷提供电能的特殊电网，是一种基于传统电源的较大规模独立***；在微电网内部通过电源和负荷的可控性，在充分满足用户对电能质量和供电安全要求的基础上，实现微电网的并网运行或独立自治运行；微电网对外表现为一个整体单元，并且可以平滑并入主网运行。

分布式电源(Distrbuted resources,DR)：为满足用户特定的需要、支持现存配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求，且在用户现场或靠近用户现场配置功率数千瓦级到兆瓦级的小型、与环境兼容的发电***；目前大多数分布式电源以新能源、可再生能源和热电联或热冷电联为主。

储能：通过控制手段将某种能源储存或释放；可分为物理储能(如 抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。

多代理***(multi-agent system)是一种能够智能和灵活地对工作条件的变化和周围过程的需求进行响应的***；多代理***由多个代理通过共同合作来组成，其基本单元是代理，代理可以与其所在环境进行互动；代理由3个功能层组成：管理和组织层、协调层以及执行层。管理和组织层主要是获得目标定义或质询，以及相关约束条件，包括执行计划、功能评估和学习；协调层的任务是根据来自管理和组织层的基本过程定义、动作步骤激活动作的执行；协调层可以对动作进行扩展，从而对事件进行响应。执行层是一系列动作执行，并跟随着对动作的检查。

附图说明

图1是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的架构图。

图2是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的结构示意图。

图3是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的一种实施例的示意图。

图4是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的方法的流程图。

图5是本发明的能量随机调配流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清 楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的架构图，本发明采用如下技术方案：基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***，其特征在于，包括网间控制层、区域控制层、就地控制层，网间控制层与区域控制层相连接，区域控制层与就地控制层相连接；网间控制层包括微电网能量管理***，微电网能量管理***主要负责经济化的调配微电网内能量的潮流以及协调多个微电网联合控制；区域控制层包括微电网中央控制器、多个微电网，微电网中央控制器负责调配区域控制层的能量并收集微电网中各智能化装置的信息以及采集就地控制层的电气量，综合调控微电网的运行；就地控制层包括分布式电源控制器、负荷控制器，用来负责实现微电网的暂态功率平衡和负荷管理。

图2是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的结构示意图，微电网的下级设置有多个子微网，每个微电网包含能量关键字，能量关键字包括风电能量关键字、光伏能量关键字、储能能量关键字、负荷能量关键字，微电网通过能量关键字指向子微网的指针，用来检索下级子微网能量输入输出的情况；微电网与子微网通过双向链表级联；子微网分别与上级子微网、同级子微网、下级子微网互相连接。

图3是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的一种实施例的结构示意图，Micro gridA、Micro gridB、Micro gridC即指微电网A、微电网B、微电网C，微电网A在某一时刻的3台风机发电量分别为3kW、2.9kW、3.2kW，与光伏能量、储能能量相加仍小于负荷76kW，而微电网B的三台风机的发电量分别为10kW、15kW、6.8kW，风电发电量与光伏能量、储能能量相加大于负荷80kW，因此微电网A从微电网B处借调21kW的能量。

图4是本发明的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制系 统的方法的流程图，本发明还提出基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的方法，其特征在于，能量调配搜索方式是采用从子微网开始的随机查找与同级子微网的顺序查找相结合的方式，有效提高能量借调的命中率；具体包括如下步骤：

SS1微电网内发生非计划性并网转孤网时，断开PCC点的开关，将储能变流器切换到v/f模式下，同时启动定时器，并检测定时器是否超时，若定时器检测为超时，则孤网模式失败；

SS2判断子微网负荷和储能容量的关系，如果负荷小于等于储能容量，则转入步骤SS3；如果负荷大于储能容量，则进行延时，然后借调同级子微网的能量，如果成功，则转入步骤SS3；如果失败则继续进行延时，同时借调上级子微网的能量，如果成功，则转入步骤SS3，如果失败则转入步骤SS4；

SS3判断微电网母线电压、频率是否正常，如果是，则光伏逆变器或者风电逆变器启动，启动孤网模式；否则继续进行延时，同时监测微电网母线电压、频率；

SS4判断子微网负荷是否可切除，如果是，则切除二级负载或者一级负载，转入步骤SS5；否则转入步骤SS6；

SS5判断子微网负荷是否大于储能容量，如果是，则转入步骤SS6；否则转入步骤SS3；

SS6返回信息：微电网内负载过大，v/f模式启动出现过载风险。

图5是本发明的能量随机调配流程图，能量调配过程如下：

步骤1：启动孤网运行，判断本子微网内部的负荷是否大于储能容量，如果是，则将能量差额发送至上级子微网，转入步骤(2)，否则转入步骤5；

步骤2：上级子微网遍历其下级子微网，进行差额匹配判断差额匹配是否成功且子微网不为空，如果差额匹配成功，则转入步骤3；如果差额匹配不成功，则重新执行步骤2；如果子微网为空，则转入 步骤4；

步骤3：遍历上级子微网的同级子微网，继续进行差额匹配并判断差额匹配是否成功，如果差额匹配成功，则转入步骤4；否则差额匹配失败，转入步骤5；

步骤4：上级子微网能量借调失败；

步骤5：上级子微网能量借调成功。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***，其特征在于，包括网间控制层、区域控制层、就地控制层，所述网间控制层与所述区域控制层相连接，所述区域控制层与所述就地控制层相连接；所述网间控制层包括微电网能量管理***，所述微电网能量管理***主要负责经济化的调配微电网内能量的潮流以及协调多个微电网联合控制；所述区域控制层包括微电网中央控制器、多个微电网，所述微电网中央控制器负责调配所述区域控制层的能量并收集微电网中各智能化装置的信息以及采集所述就地控制层的电气量，综合调控微电网的运行；所述就地控制层包括分布式电源控制器、负荷控制器，用来负责实现微电网的暂态功率平衡和负荷管理；所述微电网的下级设置有多个子微网，每个所述微电网包含能量关键字，所述能量关键字包括风电能量关键字、光伏能量关键字、储能能量关键字、负荷能量关键字，所述微电网通过所述能量关键字指向所述子微网的指针，用来检索下级子微网能量输入输出的情况；所述微电网与所述子微网通过双向链表级联；所述子微网分别与上级的所述微电网、同级子微网、下级子微网互相连接。

2.采用权利要求1所述的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的方法，其特征在于，能量调配搜索方式是采用从子微网开始的随机查找与同级子微网的顺序查找相结合的方式。

3.根据权利要求2所述的基于二维双向能量调配树的能量管理与控制***的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

SS1微电网内发生非计划性并网转孤网时，断开PCC点的开关，将储能变流器切换到v/f模式下，同时启动定时器，并检测定时器是否超时，若定时器检测为超时，则孤网模式失败；

SS2判断子微网负荷和储能容量的关系，如果负荷小于等于储能容量，则转入步骤SS3；如果负荷大于储能容量，则进行延时，然后借调同级子微网的能量，如果成功，则转入步骤SS3；如果失败则继续进行延时，同时借调上级子微网的能量，如果成功，则转入步骤SS3，如果失败则转入步骤SS4；

SS3判断微电网母线电压、频率是否正常，如果是，则光伏逆变器或者风电逆变器启动，启动孤网模式；否则继续进行延时，同时监测微电网母线电压、频率；

SS4判断子微网负荷是否可切除，如果是，则切除二级负载或者一级负载，转入步骤SS5；否则转入步骤SS6；

SS5判断子微网负荷是否大于储能容量，如果是，则转入步骤SS6；否则转入步骤SS3；

SS6返回信息：微电网内负载过大，v/f模式启动出现过载风险。