CN106877407A - 一种风光柴储型微电网协调控制优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风光柴储型微电网协调控制优化方法，首先根据微电网PCC点开关信息和调度信息，实时判断微电网的运行模式；然后针对并网、离网、并网转离网以及离网转并网不同运行模式，以减少柴油机开停次数；减少储能的充放电转换次数；风光资源就地消纳为优化控制目标，给出各分布电源相应的控制顺序。本发明在针对风光柴储型微电网制定协调控制措施时，能够保证风光柴储型微电网在不同运行模式下的安全稳定运行，同时兼顾***的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及微电网控制技术领域，具体涉及一种风光柴储型微电网协调控制优化方法。
背景技术
微电网是由多种分布式电源、储能***、能量转换装置、负荷以及监控、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、保护和管理的独立自治***。微电网的发展在我国尚处于起始阶段，但微电网的特点适应我国电力发展的需求和方向，并且有着广阔的发展前景。新能源微电网示范项目指导意见出台，微电网是能源互联网的基础核心单元。借力能源互联网和新电力体制改革，微电网将迎来高速发展期。
以“风光柴储”为主的传统型微电网是目前国内较多的微电网构成形式，其应用范围广泛，主要应用区域分布在风电、光伏资源丰富的西部、北部地区和东南沿海的孤立海岛。由于微电网***组成和运行较为复杂，这对微电网的协调控制提出了新的挑战。
目前针对风光柴储型微电网协调控制侧重于控制模式的研究，缺乏对***经济性的考虑，因此研究一种兼顾***经济性的协调控制方法很有必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种风光柴储型微电网协调控制优化方法，满足特定的运行约束条件下，以提高柴油发电机和储能设备使用寿命，最大限度利用风光可再生能源为优化控制目标，保证风光柴储型微电网在不同运行模式下的安全稳定运行，同时兼顾***的经济性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，根据微电网PCC点开关信息和调度信息，实时判断微电网的运行模式；其中微电网运行模式包括并网运行模式、离网运行模式、并网转离网运行模式以及离网转并网运行模式；
步骤S2，当运行模式为并网运行模式时，首先判断风电和光伏的最大总出力与负荷功率的大小；
若风电和光伏的总出力大于负荷功率，则进一步判断微电网PCC点交换功率是否高于上限值；若微电网PCC点交换功率高于上限值，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机、限风光出力；若低于，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机；
若风电和光伏的总出力功率小于负荷功率，则进一步判断微电网PCC点交换功率是否低于下限值，若低于，则控制顺序分别为储能放电、柴油机机开机、限负荷；若高于，则通过对当前购入网电成本、储能放电成本、柴油机发电成本进行比较，在保持购入网电水平、储能放电措施、柴油机开机措施中做出优化选择；
步骤S3，当运行模式为离网运行方式时，判断风电和光伏总出力与负荷的大小，若高于，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机、限风光出力；若低于，则控制顺序分别为储能放电、柴油机开机、限负荷；
步骤S4，当运行模式为并网转离网模式，进一步判断为计划性并网转离网还是非计划性并网转离网；
若判断为计划性并网转离网，判断风电和光伏总出力与负荷的大小，若不可控电源总出力大于负荷，则控制顺序为储能充电、柴油机停机、限风光出力，若低于，则控制顺序为储能放电、柴油机开机、限负荷；
若判断为非计划性并网转离网，判断风电和光伏总出力与负荷的大小，若不可控电源总出力大于负荷，则控制顺序为储能充电、切风光，若低于，则控制顺序为储能放电、切负荷；
步骤S5，当运行模式为离网转并网模式，确定储能作为***的主电源；对PCC点开关S发送合闸命令，合闸成功则进入并网模式。
进一步的，判断微电网运行模式的具体过程为：
当PCC点开关状态为闭合时，微电网为并网运行模式；当PCC点开关状态为断开时，微电网为离网运行模式；当调度***下发断开PCC点开关信息时，微电网为计划性并网转离网运行模式；当PCC点开关由闭合到断开，且没有调度下发的断开PCC点开关信息时，微电网为非计划性并网转离网运行模式；当调度下发闭合PCC点开关信息时，微电网为离网转并网运行模式。
进一步的，购入网电水平、储能放电措施、柴油机开机措施优化选择过程为：若当前购入网电成本低于储能放电成本或柴油机发电成本，则保持当前购入网电水平，反之选择储能充电措施或柴油机开机措施。
进一步的，在离网转并网模式中，将储能设定为恒频恒压。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明在针对风光柴储型微电网制定协调控制措施时，满足特定的运行约束条件下，以提高柴油机发电机和储能设备使用寿命，最大限度利用风光可再生能源为优化控制目标，保证风光柴储型微电网在不同运行模式下的安全稳定运行，同时兼顾***的经济性。
附图说明
图1是本发明的并网、离网运行模式下的协调控制流程图；
图2是本发明并网转离网切换模式下的协调控制流程图；
图3是本发明离网转并网切换模式下的协调控制流程图。
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。
风光柴储型微电网***由风力发电***、光伏发电***、柴油机发电***、储能***、微电网母线及负荷组成。其中风力发电***、光伏发电***、柴油机发电***、储能***及负荷均通过开关与微电网母线相连，微电网通过公共连接点PCC与配电网相连。
风力发电***、光伏发电***、柴油机发电***、储能***可统称为分布式电源；其中风电、光伏为不可控型电源；柴油机发电、储能为可控型电源。
现有微电网中央控制器中包含微电网调度***，实现对储能***的充放电管理、对分布式电源的处理调度以及负荷的控制等，确保微电网内发电与负荷需求的实时功率平衡，保证微电网的长期稳定、经济运行。具体来说，是根据调度控制策略发送控制指令以控制PCC点开关S的闭合或断开，使微电网处于并网运行状态或者离网运行状态，并控制风力发电***、光伏发电***、柴油机发电***、储能***及负荷各自并入微电网的开关，使微电网内发电与负荷需求的实时功率平衡。
对以下涉及到的变量的含义进行统一定义：P风：风电最大可用功率；P光：光伏最大可用功率；P柴：柴油机实时功率；PN：柴油机额定功率；P储：储能实时功率，以放电为正；Pmax1、Pmax2：储能实时功率上下限值；SOC：储能荷电状态；SOCmin、SOCmax：储能荷电状态上下限值；P网：微电网PCC点交换功率，以微电网向配电网送电为正；Pset1、Pset2：微电网PCC点交换功率上下限值；P荷：负荷实时功率，含网损。
在整个微电网***运行控制过程中应用，对各分布式电源进行调控时要符合相应的运行约束条件。此约束条件是公知的，具体约束条件为：柴油机功率约束为0.3≤P柴/PN≤1.0或P柴＝0；储能荷电状态约束为SOCmin≤SOC≤SOCmax；储能充放电功率约束为-Pmax1≤P储≤Pmax2；PCC点交换功率约束为-Pset1≤P网≤Pset2。
本发明的风光柴储型微电网协调控制的优化方法，优化控制目标为：减少柴油机开停次数；减少储能的充放电转换次数；风光资源就地消纳，满足本地负荷和储能充电需求，再上网；当依据功率平衡需要柴油机出力在30％PN以下时，为了保证柴油机的最低运行出力，柴油机可为储能充电。其它情况，应尽量避免用柴油机机发电为储能充电。
此各项优化控制目标对应的带来的效果为：
1)减少柴油机开停次数，可以延长柴油机的检修周期，提高柴油机的寿命和可靠性，有利于减少非停次数，降低柴油机开停成本，极大的提高经济效益。
2)减少储能的充放电转换次数，可以延长储能的使用寿命，降低储能充放电成本，提高储能经济性。
3)风光资源就地消纳，首先满足本地负荷和储能充电需求等就地消纳后，再并网消纳，改善风光发电整体消纳情况，提高风光清洁能源利用率。
4)柴油机的最低运行出力为30％PN，当依据功率平衡需要柴油机出力在30％PN以下时，为了保证柴油机的最低运行出力，柴油机可为储能充电。其它情况，应尽量避免用柴油机发电为储能充电，提高运行经济性。
本发明的控制优化目标也有优先级。控制优化目标优先级：因为柴油机开停成本高于储能充放电成本，且微电网控制目的即为保证负荷的可靠供电、并最大限度利用风光出力，所以在微电网运行控制过程中，当需要控制柴油机开停、储能充放电、限风光出力、限负荷时，控制优先顺序一种组合为储能充电、柴油机停机、限风光出力；另一种组合为储能放电、柴油机开机、限负荷。
本发明的风光柴储型微电网协调控制的优化过程，包括以下步骤：
步骤S1，根据微电网PCC点开关信息和调度信息，实时判断微电网的运行模式。
当PCC点开关状态为闭合时，微电网为并网运行模式；当PCC点开关状态为断开时，微电网为离网运行模式；当调度***下发断开PCC点开关信息时，微电网为计划性并网转离网运行模式；当PCC点开关由闭合到断开，且没有调度下发的断开PCC点开关信息时，微电网为非计划性并网转离网运行模式；当调度下发闭合PCC点开关信息时，微电网为离网转并网运行模式。
以上并网、离网、计划性并网转离网、非计划性并网转离网及离网转并网各运行模式均为微电网中基本概念，此处不多赘述。
步骤S2，当运行模式为并网运行模式时，优化判断过程参见图1。首先判断当前模式下风光出力和负荷的水平，即判断风电和光伏的最大总出力与负荷功率的大小。
若风电和光伏的总出力大于负荷功率，说明风光总出力即可满足当前负荷需求。则进一步判断微电网PCC点交换功率是否高于上限值。若微电网PCC点交换功率高于上限值，说明潮流方向为微电网到配电网方向，且潮流越限，需减少微电网电源出力，避免与配电网解列，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机、限风光出力；即优先选择为储能充电措施；当选择为储能充电，PCC点交换功率仍高于上限值时，再继续选择柴油机停机措施；当选择为储能充电、柴油机停机后，PCC点交换功率仍高于上限值时，最后选择限风光出力措施。
若PCC点交换功率低于上限值，说明潮流方向为微电网到配电网方向，且潮流在允许范围内，微电网电源出力除满足负荷外，仍有盈余可利用，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机；
若风电和光伏的总出力功率小于负荷功率，说明风光总出力不能满足当前负荷需求。则进一步判断微电网PCC点交换功率是否低于下限值，若低于，说明潮流方向为配电网到微电网方向，且潮流越限，需增加微电网电源出力，避免与配电网解列，则控制顺序分别为储能放电、柴油机机开机、限负荷；即优先选择为储能放电措施；当选择储能放电，PCC点交换功率仍低于下限值时，优先选择柴油机开机措施；当选择储能放电、柴油机开机措施后，PCC点交换功率仍低于下限值时，最后选择限负荷措施；
若PCC点交换功率高于下限值，说明潮流方向为配电网到微电网方向，但潮流在允许范围内。微电网电源出力不能满足负荷，需从配电网购入电，则通过对当前购入网电成本、储能放电成本、柴油机发电成本进行比较，在保持购入网电水平、储能放电措施、柴油机开机措施中做出优化选择。优化选择过程为：若当前购入网电成本低于储能放电成本或柴油机发电成本，则保持当前购入网电水平，反之选择储能充电措施或柴油机开机措施。此处所说的购入网电是指从配电网购入电。
步骤S3，当运行模式为离网运行方式时，优化判断过程参见图1。判断不可控电源总出力与负荷的大小，若高于，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机、限风光出力；若低于，则控制顺序分别为储能放电、柴油机开机、限负荷。
步骤S4，当运行模式为并网转离网模式，优化判断过程参见图2。进一步判断为计划性并网转离网还是非计划性并网转离网；
若判断为计划性并网转离网，判断不可控电源总出力与负荷的大小，若不可控电源总出力大于负荷，则控制顺序为储能充电、柴油机停机、限风光出力，若低于，则控制顺序为储能放电、柴油机开机、限负荷；
若判断为非计划性并网转离网，判断不可控电源总出力与负荷的大小，若不可控电源总出力大于负荷，则控制顺序为储能充电、切风光，若低于，则控制顺序为储能放电、切负荷；
步骤S5，当运行模式为离网转并网模式，确定储能作为***的主电源，将储能设定为恒频恒压控制；对PCC点开关S发送合闸命令，若合闸成功，则进入并网模式，优化判断过程参见图3。
本发明在针对风光柴储型微电网制定协调控制措施时，满足特定的运行约束条件下，以提高柴油机发电机和储能设备使用寿命，最大限度利用风光可再生能源为优化控制目标，保证风光柴储型微电网在不同运行模式下的安全稳定运行，同时兼顾***的经济性。
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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，根据微电网PCC点开关信息和调度信息，实时判断微电网的运行模式；其中微电网运行模式包括并网运行模式、离网运行模式、并网转离网运行模式以及离网转并网运行模式；
步骤S2，当运行模式为并网运行模式时，首先判断风电和光伏的最大总出力与负荷功率的大小；
若风电和光伏的总出力大于负荷功率，则进一步判断微电网PCC点交换功率是否高于上限值；若微电网PCC点交换功率高于上限值，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机、限风光出力；若低于，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机；
若风电和光伏的总出力小于负荷功率，则进一步判断微电网PCC点交换功率是否低于下限值，若低于，则控制顺序分别为储能放电、柴油机机开机、限负荷；若高于，则通过对当前购入网电成本、储能放电成本、柴油机发电成本进行比较，在保持购入网电水平、储能放电措施、柴油机开机措施中做出优化选择；
步骤S3，当运行模式为离网运行方式时，判断风电和光伏总出力与负荷的大小，若高于，则控制顺序分别为储能充电、柴油机停机、限风光出力；若低于，则控制顺序分别为储能放电、柴油机开机、限负荷；
步骤S4，当运行模式为并网转离网模式，进一步判断为计划性并网转离网还是非计划性并网转离网；
若判断为计划性并网转离网，判断风电和光伏总出力与负荷的大小，若不可控电源总出力大于负荷，则控制顺序为储能充电、柴油机停机、限风光出力，若低于，则控制顺序为储能放电、柴油机开机、限负荷；
若判断为非计划性并网转离网，判断风电和光伏总出力与负荷的大小，若不可控电源总出力大于负荷，则控制顺序为储能充电、切风光，若低于，则控制顺序为储能放电、切负荷；
步骤S5，当运行模式为离网转并网模式，确定储能作为***的主电源；对PCC点开关S发送合闸命令，合闸成功则进入并网模式。
2.根据权利要求1所述的风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，判断微电网运行模式的具体过程为：
当PCC点开关状态为闭合时，微电网为并网运行模式；当PCC点开关状态为断开时，微电网为离网运行模式；当调度***下发断开PCC点开关信息时，微电网为计划性并网转离网运行模式；当PCC点开关由闭合到断开，且没有调度下发的断开PCC点开关信息时，微电网为非计划性并网转离网运行模式；当调度下发闭合PCC点开关信息时，微电网为离网转并网运行模式。
3.根据权利要求1所述的风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，优化控制目标为：减少柴油机开停次数；减少储能的充放电转换次数；风光资源就地消纳；当依据功率平衡需要柴油机出力在30%PN以下时，柴油机可为储能充电。
4.根据权利要求1所述的风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，若风电和光伏的总出力功率大于负荷功率，潮流方向为微电网到配电网方向，且微电网PCC点交换功率高于上限值，潮流越限，则需减少微电网电源出力，避免与配电网解列；若PCC点交换功率低于上限值，则潮流在允许范围内，微电网电源出力除满足负荷外，仍有盈余可利用为储能充电；
若风电和光伏的总出力功率小于负荷功率，潮流方向为配电网到微电网方向，且微电网PCC点交换功率低于下限值，潮流越限，需增加微电网电源出力，避免与配电网解列；若PCC点交换功率高于下限值，微电网电源出力不能满足负荷，需从配电网购入电。
5.根据权利要求1所述的风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，购入网电水平、储能放电措施、柴油机开机措施优化选择过程为：若当前购入网电成本低于储能放电成本或柴油机发电成本，则保持当前购入网电水平，反之选择储能充电措施或柴油机开机措施。
6.根据权利要求1所述的风光柴储型微电网协调控制优化方法，其特征是，在离网转并网模式中，将储能设定为恒频恒压。
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