CN105262136B - 微电网的调度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微电网的调度控制方法，对微电网的三种状态分别进行调度与控制，首先进行启动状态控制，再循环监测各元件与设备的运行状态，若没有故障发生则保持在稳定运行状态，若有故障发生，则进入故障状态控制。在稳定运行状态下，可再生能源发电设备、常规能源发电设备和储能设备相互配合、相互补充，共同满足各级负荷的要求，使微电网稳定可靠地运行下去。

Description

微电网的调度控制方法
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，特别涉及一种微电网的调度控制方法。
背景技术
开发新能源与可再生能源，是解决能源紧缺、环境污染问题的必然选择。微电网可以将多种分布式电源、储能、负荷按最优化方式有效管理，实现高效、可靠、经济运行，提高能源综合利用效率。因此将分布式电源构建成微电网的形式运行，将大大提高分布式发电的安全可靠性及经济效益。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电***，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治***，既可以与大电网并网运行，又可以孤立运行。对于大电网没有覆盖的海岛、沙漠、偏远山区，构建分布式多能互补的独立微电网，解决当地生产、生活用电问题，是既安全又高效经济的应用方式。
由于可再生能源发电具有随机性、不连续性、能流密度低等特点，大规模直接并网将给微电网带来很大的冲击，影响其稳定性和电能品质，当微电网不与大电网连接，这种影响尤为明显。因此，研究合适的微电网调度控制策略，利用多种输出随机变化的可再生能源电源的互补性，与储能和燃油、燃气发电机相互配合，构建稳定可靠的微电网，是基于多种可再生能源发电的独立微电网要解决的核心关键技术问题。
发明内容
本发明提出了一种微电网的调度控制方法，以增强微电网的稳定性，所采用的技术方案如下。
一种微电网的调度控制方法，包括步骤：
进入微电网启动状态控制过程；
微电网启动状态控制过程全部完成后，循环监测微电网运行状态，进行状态估计，判断是否有故障发生；
如没有故障发生，则进入微电网稳定状态控制过程，如有故障发生，则进入微电网故障状态控制过程，
所述微电网包括通过通信网络依次连接的元件、元件监控设备和调度控制***；所述元件包括微型电源、储能设备、配电设备和负荷，每个元件通过所述通信网络连接所述元件监控设备；所述微型电源包括一种或多种可再生能源发电设备和一种或多种常规能源发电设备；所述储能设备包括各种蓄电池或蓄电池组；所述配电设备包括变压器、配电线路、断路器、开关和刀闸；所述负荷分为重要负荷、一般负荷和可调负荷三级；所述元件监控设备包括测量和控制所述元件所需的各种传感器和智能监控终端；所述调度控制***包括相连的采集与监控***和调度决策***，所述采集与监控***通过所述通信网络连接所述智能监控终端。
本发明微电网的调度控制方法，对微电网的三种状态分别进行调度与控制，首先进行启动状态控制，再循环监测各元件与设备的运行状态，若没有故障发生则保持在稳定运行状态，若有故障发生，则进入故障状态控制。在稳定运行状态下，可再生能源发电设备、常规能源发电设备和储能设备相互配合、相互补充，共同满足各级负荷的要求，使微电网稳定可靠地运行下去。
附图说明
图1为示例微电网***网络拓扑图；
图2为示例微电网总体调度控制流程图；
图3为示例微电网启动状态控制过程流程图；
图4为示例微电网稳定状态控制过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
本发明微电网的调度控制方法，包括步骤：
进入微电网启动状态控制过程；
微电网启动状态控制过程全部完成后，循环监测微电网运行状态，进行状态估计，判断是否有故障发生；
如没有故障发生，则进入微电网稳定状态控制过程，如有故障发生，则进入微电网故障状态控制过程。
以上步骤所适用的微电网的结构为：包括通过通信网络依次连接的元件、元件监控设备和调度控制***。
所述微网元件包括微型电源(简称微源)、储能设备、配电设备、负荷等。所述微源包括一种或多种可再生能源发电设备(如风力发电机、太阳能电池组件)和一种或多种常规能源发电设备(如燃油发电机、燃气发电机)。所述储能设备是指各种蓄电池(组)。所述配电设备包括变压器、配电线路、断路器、开关、刀闸等。所述负荷分成重要负荷、一般负荷、可调负荷三级。所述重要负荷是指微电网必须保障的最低负荷，如军事、政府用电；所述一般负荷是指微电网正常运行时应保障的负荷，如居民、商业用电；可调负荷是指微电网在可再生能源过剩时可以启用的负荷，如制冰蓄冷装置、热泵、海水淡化装置等。
所述监控设备是指监控元件运行状态及环境的智能监控终端，也包括测量和控制所需的各种传感器，所述智能监控终端如光伏逆变器、风机并网控制器、电池管理***、电能表、配变监测终端、负荷管理终端、配电监控终端、环境监测仪等。
所述通信网络包括有线通信网络和无线通信网络，有线通信网络为双绞线或同轴电缆，无线通信网络为数传电台、微波、移动通信(GSM/GPRS、3G/4G)中的任一种。
所述调度控制***是整个微电网的核心，是基于调配一体化技术设计的，包括数据采集与监控***(SCADA)、调度决策***。所述SCADA***与监控设备通信，实时采集所有微网元件运行状态及环境监测数据，经过分析处理后存入实时数据库和历史数据库，以供调度决策所用。所述调度决策***是利用SCADA***采集存储的实时数据和历史数据进行在线或离线的处理、分析和计算，按照微电网调度控制策略，形成最终的调度指令，并通过SCADA***下发给微网监控器，控制微网元件的运行方式。它包括实时网络状态分析、预想事故分析、可再生能源发电预测、储能预测、负荷预测、配变监测、负荷管理等功能。
所述微电网调度控制策略是以***供电可靠性最高、经济性最优、能量储存分布最优为能量调度目标，通过控制各微源及负荷的投切，调节各微源的输送功率，实现各微源接口处电压和频率的调节，保证微电网安全、可靠、经济运行。
所述微电网运行分为微电网启动、微电网稳定运行、微电网故障等三个状态。
如图1所示，示例微电网包括1个50kW屋顶光伏发电***、1个1000kW地面光伏电站、1个50kW风力发电场、1个1000kW柴油发电机组、1个500kVA双向变流器组、5个500kWh蓄电池组、4台0.4/10kV变压器、4个负荷区。其中，50kW屋顶光伏发电***由5个10kW光伏发电单元组成，1000kW地面光伏电站由4个250kW光伏发电单元，50kW风力发电场由5台10kW风力发电单元组成，1000kW柴油发电机组由3台功率分别为500kW、250kW、250kW的柴油发电机组成，500kVA双向变流器组由2台250kVA的双向变流器组成。每个变压器均配置1台配变监测终端，每个负荷区均配置1台负荷管理终端。
如图2所示，示例微电网总体调度控制流程为：***首先进入启动状态控制过程，待启动过程全部完成后，***循环监测微电网运行状态，进行状态估计，看是否有故障发生，如没有故障发生，则进入微电网稳定状态控制过程，如有故障发生，则进入微电网故障状态控制过程。
如图3所示，示例微电网启动状态控制过程如下：
启动调度控制***，***自检；
从PCC开关开始依次对所有进线及馈线开关的状态确认，均应处于分断状态；
确认储能设备处于放电允许模式设置，确认储能设备具有足够的功率输出能力；
启动第一台双向变流器，使之工作于于V-F运行模式，将储能设备2-3并入母线，其功率值记为P储1。
投入负荷区1(重要负荷)负荷，其功率值记为P荷1。
启动第二台双向变流器，使之工作于于P-Q运行模式，将储能设备4-5并入母线，其功率值记为P储2；
待第二台双向变流器并网后，投入负荷区2(一般负荷)，其功率值记为P荷2，逐步调节变流器输出功率至最大值；
逐台投入光伏逆变器，直至全部光伏并网运行，其功率值记为P光；
逐台投入风力发电机，直至全部风机并网运行，其功率值记为P风；
根据储能设备的输出加载能力投入负荷区3、4(一般负荷)其功率值记为P荷3；
储能设备1并网运行；
***进入微电网稳定运行状态。
如图4，示例微电网稳定状态控制过程如下：
在微电网孤网稳定运行状态下，微电网调度控制***循环监测微网各设备的运行状态，根据***的功率平衡关系调度各微源的输出功率和各负荷区负荷，调度过程如下：
计算所有光伏发电和风力发电的功率之和：P光+P风，记为P再；
当可再生能源发电输出功率大于微网必须保障的负荷(包括重要负荷和一般负荷)功率,即P再>P荷1+P荷2+P荷3,此时柴油机组如有投入则先切除之，然后为了实现可再生能源最大化利用，优先给储能设备充电，若还有剩余则启动可调负荷；
当P再<P荷1+P荷2+P荷3,此时可调负荷如已投入则先切除之，然后检查储能设备是否具有足够的输电能力，若还有则继续运行，若没有则为了保障正常供电，需要根据功率缺额的大小，选择投入的柴油机组组合；
如上可以实现微网功率动态平衡，但太阳能和风能都是随机性很大的资源，如果单纯按照上述逻辑进行调度，将可能造成柴油机组、可调负荷频繁投切，因此应采取必要的方法进行平滑处理，具体如下：
一是设定功率差额阈值，记为P阀，则上述关系式变为P再－(P荷1+P荷2+P荷3)>P阀或P再－(P荷1+P荷2+P荷3)<P阀；
二是设定平滑时间，平滑时间有两个，一个是满足功率差额关系式平滑时间(记为T1)，一个是柴油机组或可调负荷投切平滑时间(记为T2)。只有当功率差额关系式持续满足时间超过T1才认为关系式满足。柴油机组或可调负荷投切时间小于T2时不进行反向操作；
三是应用负荷预测和可再生能源发电预测的方法，实现微源及负荷的预先调度。
当微电网调度控制***检查到微网发生故障时，***根据故障类型(一般故障、重要故障、严重故障)发出不同类型的告警(一般告警、重要告警、严重告警)，直至停止微网运行。
对于一般故障，***发出一般告警，通知运维人员予以恢复即可；
对于重要告警，***发出重要告警，通知运维人员予以恢复。同时对相关设备予以封锁，不再允许对其进行操作，知道恢复后予以解锁；
对于严重故障，此类故障一般威胁微网的安全运行，***除即时发出严重告警，通知运维人员予以恢复外，还应立即切除相关线路，如果不是重要负荷区的故障，仅保障重要负荷区的供电。
作为一种应急手段，进入孤网模式时，如果储能设备没有足够的电能以支撑重要负荷，此时可以将备用电源燃油发电机设定为V/f模式，建立微电网参考电压和频率。以后的控制与并网模式下的控制相似，所不同的是此时只保证重要负荷供电，并给蓄电池充电，不启动一般负荷和可调负荷。
综上，在本调度控制方法下，微电网可以稳定可靠的运行，百千瓦级及以上规模的多能互补的独立微电网尤其适用本调度控制方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种典型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种微电网的调度控制方法，其特征在于，包括步骤：
进入微电网启动状态控制过程；
微电网启动状态控制过程全部完成后，循环监测微电网运行状态，进行状态估计，判断是否有故障发生；
如没有故障发生，则进入微电网稳定状态控制过程，如有故障发生，则进入微电网故障状态控制过程；
所述微电网包括通过通信网络依次连接的元件、元件监控设备和调度控制***；所述元件包括微型电源、储能设备、配电设备和负荷，每个元件通过所述通信网络连接所述元件监控设备；所述微型电源包括一种或多种可再生能源发电设备和一种或多种常规能源发电设备；所述储能设备包括各种蓄电池或蓄电池组；所述配电设备包括变压器、配电线路、断路器、开关和刀闸；所述负荷分为重要负荷、一般负荷和可调负荷三级；所述元件监控设备包括测量和控制所述元件所需的各种传感器和智能监控终端；所述调度控制***包括相连的采集与监控***和调度决策***，所述采集与监控***通过所述通信网络连接所述智能监控终端，
所述微电网启动状态控制过程如下：
启动所述调度控制***，并进行通信检测；
从PCC点开始依次对所有进线及馈线开关、负荷开关状态进行检测，确认处于分断状态；
确认所述储能设备处于放电允许模式，并有足够的供电能力；
启动双向变流器，使之工作于V-F运行模式，将所述储能设备并入微电网；
投入重要负荷；
对于有多台双向变流器的微电网，依次将其它双向变流器并网，均工作于P-Q模式；
根据微电网的功率平衡关系，在保证总负载大于可再生能源发电功率并且负载和可再生能源发电功率的差值大于所述储能设备的剩余输出功率的条件下，交替投入一般负荷、可再生能源发电设备、调节储能设备输出功率，直至所有可再生能源发电设备及一般负荷并网运行；
微电网进入孤网运行模式。
2.根据权利要求1所述的微电网的调度控制方法，其特征在于，所述微电网稳定状态控制过程如下：
在微电网孤网运行模式下，调度控制***循环监测各元件的运行状态，根据微电网的功率平衡关系控制各微型电源及负荷的投切，调节各微型电源的输送功率，调度过程如下：
计算所有可再生能源发电输出功率之和；
当可再生能源发电输出功率大于微电网必须保障的负荷功率时，所述必须保障的负荷包括重要负荷和一般负荷，剩余功率优先给储能设备充电，若还有剩余则启动可调负荷；
当可再生能源发电输出功率小于重要负荷与一般负荷的功率之和时,检查储能设备是否具有足够的输电能力，若足够则继续运行，若不足则需根据功率缺额的大小，选择常规能源发电设备投入运行，此时如可调负荷已投入则切除之。
3.根据权利要求2所述的微电网的调度控制方法，其特征在于，所述微电网故障状态控制过程如下：
调度控制***检查到微电网发生故障，根据故障类型发出不同类型的告警，直至停止微电网运行，所述故障类型包括一般故障、重要故障、严重故障，相应的告警依次为一般告警、重要告警、严重告警；
对于一般故障，发出一般告警，通知运维人员予以恢复；
对于重要告警，发出重要告警，通知运维人员予以恢复，同时对相关元件或设备予以封锁，不再允许对其进行操作，直至恢复后予以解锁；
对于严重故障，发出严重告警，通知运维人员予以恢复，并切除相关线路，如果不是重要负荷区的故障，仅保障重要负荷区的供电；
作为一种应急手段，进入孤网运行模式时，如果储能设备没有足够的电能以支撑重要负荷，将备用电源燃油发电机设定为V-F模式，建立微电网参考电压和频率。
4.根据权利要求2所述的微电网的调度控制方法，其特征在于：
设定功率差额阈值和平滑时间T1及T2，可再生能源发电输出功率与微电网必须保障的负荷功率的差值大于或等于所述功率差额阈值，且持续时间大于所述平滑时间T1才启动常规能源发电设备或可调负荷的投切，常规能源发电设备或可调负荷的投切时间小于所述平滑时间T2时不进行反向操作；
应用负荷预测和可再生能源发电预测的方法，实现微型电源及负荷的预先调度。
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