CN112600198A - 一种综合能源***功率协调控制方法及装置 - Google Patents

一种综合能源***功率协调控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种综合能源***功率协调控制方法及装置。提供了一种考虑储能运行模式和功率裕度、***稳定运行约束的精准投切负荷或电源的综合能源***功率协调控制方法及装置。包括：计算模块一，用于计算综合能源***的功率缺额；计算模块二，用于计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；投切模块，用于设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；匹配模块，用于以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；调整模块，用于调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差。本发明有效降低***过切量，提升负荷控制的经济性，同时避免了负荷或电源的频繁投切对***稳定性的影响。

Description

一种综合能源***功率协调控制方法及装置
技术领域
本发明涉及智能电网领域，尤其涉及一种综合能源***功率协调控制方法及装置。
背景技术
以微电网技术为载体，构建多源协调的综合能源***是未来小型能源***的一种可行方式。在***孤岛运行期间，微电网内部的分布式发电出力可能随着外部环境(如日照强度、风力、天气状况)的变化而变化，使得微电网内部的频率波动性很大，因此需要随时监视微电网内部频率的变化情况，采取措施应对因内部电源或负荷功率突变对微电网安全稳定产生的影响。
常规功率协调控制方案中，微电网***离网运行时，存在一个或多个VF模式运行的主电源去调节母线的电压、频率，实际的功率控制策略大多根据当前的功率缺额情况，将负荷或电源按照重要程度分级投切，在统一等级的负荷或电源，按照大小或其他顺序依次切换。而这些功率协调控制策略容易出现负荷或电源过切情况，同时负荷或电源的频繁投切，也会对***造成较大扰动，也将降低主电源设备的使用寿命。为了最小化过切量，提升负荷或电源控制的经济性，同时增加主电源储能的使用寿命，需对综合能源***投切负荷或电源的控制策略进行改进。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种考虑储能运行模式和功率裕度、***稳定运行约束的精准投切负荷或电源的综合能源***功率协调控制方法及装置。
本发明的技术方案为：包括以下步骤：
S1、计算综合能源***的功率缺额；
S2、计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；
S2.1，若能调节储能出力完成功率协调控制，则控制结束；
S2.2，若不能，进入下一步；
S3、接步骤S2.2，设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；
S4、以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；
S5、调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差，实现功率精准控制。
步骤S1中，若功率缺额大于零，则切负荷或投电源；
若功率缺额小于零，则投负荷或切电源。
步骤S2.1中，在储能装置处于充电状态，且充电功能大于功率缺额时，则减少储能装置的充电功率，调整储能出力，结束控制。
步骤S3、S4中，计算功率缺额允许的正反向偏差，结合PQ运行储能的处理约束，计算切除非重要负荷的范围。
先切除重要等级低的负荷，再切除重要等级高的负荷；
对于同一重要等级的负荷，以投切次数最小为目标进行判断，负荷是否满足在切除非重要负荷的最小值和最大值之间；
若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，依次递增进行判断；直至切除该等级的所有负荷。
在切除了所有合适的非重要负荷后，仍存在储能不可弥补的功率缺额，则先计算切除重要负荷的功率缺额，然后计算切除重要负荷量的范围；
对于同一重要等级的负荷，以投切次数最小为目标进行判断，负荷是否满足在切除非重要负荷的最小值和最大值之间；
若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，依次递增进行判断。
一种综合能源***功率协调控制装置，包括：
计算模块一，用于计算综合能源***的功率缺额；
计算模块二，用于计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；
投切模块，用于设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；
匹配模块，用于以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；
调整模块，用于调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差。
本发明首先通过考虑综合能源***内各储能的当前出力和功率裕度，初步尝试稳定频率偏差；其次，结合综合能源***稳定运行的频率上下限，确定投切负荷或电源的上下限；然后，根据切负荷或电源的上下限，通过筛选逻辑，依次切负荷或电源，以避免负荷或电源过切；最后，通过调节储能出力满足功率协调控制要求。本发明解决了已有的切负荷方法存在一定过切、灵活性不足的问题，可有效降低***过切量，提升负荷控制的经济性，同时避免了负荷或电源的频繁投切对***稳定性的影响。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
本发明如图1所示，包括以下步骤：
S1、计算综合能源***的功率缺额；
S2、计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；
S2.1，若能调节储能出力完成功率协调控制，则控制结束；
S2.2，若不能，进入下一步；
S3、接步骤S2.2，设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；
S4、以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；
S5、调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差，实现功率精准控制。
本发明首先，明确功率缺额后，通过考虑***内各PQ模式运行储能的当前出力和最大出力，初步尝试稳定频率偏差；然后，考虑***稳定运行的频率上下限，计算调节负荷或电源的上下限，再结合PQ模式储能功率，确定投切负荷或电源的上下限；其次，根据切负荷或电源的上下限，通过筛选逻辑，以投切次数最少为目标，确认投切负荷或电源，以及储能出力调节方案。本发明主要从工程实际出发，提出一种简单可实现的功率协调控制方法，通过核算投切负荷或电源的上下限，配合调整PQ运行模式储能平衡出力，实现母线频率的精确控制；同时采用投切负荷或电源的控制策略，明确避免了常规方案的过切和频繁投切的情况，提高***的经济性。
综合能源***的能源形式主要包括热、冷、电、气、水等多种形式，本发明主要讨论以电为核心的综合能源***，相应的热、冷、气、水等其他形式能源，均通过电锅炉、空调、水泵、电制气等形式转化。
步骤S1中，若功率缺额大于零，则切负荷或投电源；
若功率缺额小于零，则投负荷或切电源。
步骤S2.1中，在储能装置处于充电状态，且充电功能大于功率缺额时，则减少储能装置的充电功率，调整储能出力，结束控制。
步骤S3、S4中，计算功率缺额允许的正反向偏差，结合PQ运行储能的处理约束，计算切除非重要负荷的范围。
先切除重要等级低的负荷，再切除重要等级高的负荷；
对于同一重要等级的负荷，以投切次数最小为目标进行判断，负荷是否满足在切除非重要负荷的最小值和最大值之间；
若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，依次递增进行判断；直至切除该等级的所有负荷。
在切除了所有合适的非重要负荷后，仍存在储能不可弥补的功率缺额，则先计算切除重要负荷的功率缺额，然后计算切除重要负荷量的范围；
对于同一重要等级的负荷，以投切次数最小为目标进行判断，负荷是否满足在切除非重要负荷的最小值和最大值之间；
若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，依次递增进行判断。
一种综合能源***功率协调控制装置，包括：
计算模块一，用于计算综合能源***的功率缺额；
计算模块二，用于计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；
投切模块，用于设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；
匹配模块，用于以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；
调整模块，用于调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差。
本发明具体技术方案为：
S1、计算某时刻***的功率缺额，判断当前***的运行状态，如果功率缺额大于零，说明需要切负荷或投电源，以实现功率平衡；如果功率缺额小于零，说明需要投负荷或切电源，以实现功率平衡；
S2、计算***内各储能单元的当前出力和功率裕度，如果能通过调节储能出力完成功率协调控制，则控制结束；否则，进行下一步。
S3、为了避免储能放电出力过大或充电功率过大对***的影响，假定PQ运行储能装置出力为零，重新计算功率缺额，并根据频率允许的上下限，计算功率缺额允许的正向、反向偏差；随后计算功率缺额的上下限，结合PQ模式储能的出力约束，确认可投切负荷或电源的功率范围；
S4、将负荷或电源按照重要程度(如一级、二级负荷)或者运行特性进行分级，并将同一等级的负荷或电源，按照功率大小进行排序；随后，以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源组合，使得实际投切的负荷或电源的总量在功率缺额的投切范围内，避免过切或过投情况的发生；
S5、上述策略控制执行后，通过调整PQ储能出力，补充投切所有合适负荷或电源后的功率缺额，实现功率的精确控制。
下面结合具体实施例作说明：
(1)计算负荷的频率响应系数
在简化的***频率响应模型中，负荷的频率响应系数KL*为
Figure BDA0002819805120000051
式中ΔPL*为盈余的发电功率的标幺值，ΔfL*为增长频率的标幺值；
令ΔP表示盈余的发电功率，Δf表示增长的频率，则有
Figure BDA0002819805120000052
式中PLΣ为当前功率总和，fN为额定频率，频率f(0)——当前频率，f(1)——目标频率
(2)以母线频率稳定为目标，计算功率缺额
孤岛运行期间的某一时刻的功率缺额为Pqe,则
Figure BDA0002819805120000053
由式(1.2)可得出
Figure BDA0002819805120000054
(3)功率缺额≥0时的功率协调控制策略
1)计算储能装置当前的有功出力PSΣ和最大有功出力PSM为
Figure BDA0002819805120000055
式中Psi储能装置i的有功出力，放电状态下为正值，充电状态下为负值。
2)如果Pqe+PSΣ≤0,说明储能装置处于充电状态，在充电功率大于功率缺额时，则减少储能装置的充电功率，储能装置出力调整为PS'Σ＝PSΣ+Pqe,并结束控制操作；
否则，调整储能装置的有功出力为0,重新计算功率缺额Pqe,即
Figure BDA0002819805120000056
由式(1.3)可知，根据允许的频率上限fmax和频率fmin可计算功率缺额允许的正向、反向偏差，即
Figure BDA0002819805120000061
式中Pqe+为功率缺额的正向偏差，Pqe-为功率缺额的反向偏差；
3)考虑PQ模式运行的储能，计算切除非重要(二极、三级)负荷量的范围，即
Figure BDA0002819805120000062
式中
Figure BDA0002819805120000063
为切除非重要负荷的最小值，
Figure BDA0002819805120000064
为切除非重要负荷的最大值，P’qe为调整后的功率缺额，Psmin为储能的最小功率，Psmax为储能的最大功率。
4)切除非重要(二级、三级)负荷
先切除重要等级低的负荷，再切除重要等级高的负荷；对于同一重要等级的负荷PLi(i＝1,2,…,n)，以投切次数最小为目标，首先判断切某1个负荷，是否满足
Figure BDA0002819805120000065
Figure BDA0002819805120000066
(其中i＝1,2,…,n)，若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，则判断切2个负荷，是否满足
Figure BDA0002819805120000067
(其中i,j＝1,2,…,n,且i≠j),若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；若不满足，则进一步判断切除3个负荷，是否满足要求。依次类推，当切除n个负荷，也不能满足要求时，切除该等级的所有负荷。
5)切除了所有合适的非重要负荷之后，仍存在储能不可弥补的功率缺额，则先计算切除重要负荷的功率缺额，即
Pq'e＝Pqe-ΣPqe-i(1.8)
式中Pqe-i切除负荷i的有功功率
然后计算切除重要(一级)负荷量的范围，即
Figure BDA0002819805120000068
式中
Figure BDA0002819805120000069
为切除非重要负荷的最小值，
Figure BDA00028198051200000610
为切除分钟要负荷的最大值，P’qe为调整后的功率缺额，Psmin为储能的最小功率，Psmax为储能的最大功率。
6)按照同样方法，以投切次数最小为目标，切除重要负荷。对于同一重要等级的负荷PLk(k＝1,2,…,m)，以投切次数最小为目标，首先判断切某1个负荷，是否满足
Figure BDA0002819805120000071
Figure BDA0002819805120000072
(其中k＝1,2,…,m)，若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；若不满足，则判断切2个负荷，是否满足
Figure BDA0002819805120000073
(其中k,l＝1,2,…,m,且k≠l),若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；若不满足，则进一步判断切除3个负荷，是否满足要求。依次类推，做多切除m个重要负荷。
7)最后，通过调节PQ模式运行的储能出力来补充切除所有合适之后的功率缺额，即PSΣ＝Pqe。
本发明通过核算所投切负荷或电源的上下限，明确投切负荷或电源的裕度，再通过储能出力调整，实现功率协调的精确控制；通过以投切次数最少为目标的投切负荷或电源的方法，避免出现过投或过切情况，避免频繁投切对***的影响。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
(1)、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
(2)、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种综合能源***功率协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算综合能源***的功率缺额；
S2、计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；
S2.1，若能调节储能出力完成功率协调控制，则控制结束；
S2.2，若不能，进入下一步；
S3、接步骤S2.2，设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；
S4、以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；
S5、调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差，实现功率精准控制。
2.根据权利要求1所述的一种综合能源***功率协调控制方法，其特征在于，
步骤S1中，若功率缺额大于零，则切负荷或投电源；
若功率缺额小于零，则投负荷或切电源。
3.根据权利要求1所述的一种综合能源***功率协调控制方法，其特征在于，步骤S2.1中，在储能装置处于充电状态，且充电功能大于功率缺额时，则减少储能装置的充电功率，调整储能出力，结束控制。
4.根据权利要求1所述的一种综合能源***功率协调控制方法，其特征在于，步骤S3、S4中，计算功率缺额允许的正反向偏差，结合PQ运行储能的处理约束，计算切除非重要负荷的范围。
5.根据权利要求4所述的一种综合能源***功率协调控制方法，其特征在于，先切除重要等级低的负荷，再切除重要等级高的负荷；
对于同一重要等级的负荷，以投切次数最小为目标进行判断，负荷是否满足在切除非重要负荷的最小值和最大值之间；
若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，依次递增进行判断；直至切除该等级的所有负荷。
6.根据权利要求4或5所述的一种综合能源***功率协调控制方法，其特征在于，
在切除了所有合适的非重要负荷后，仍存在储能不可弥补的功率缺额，则先计算切除重要负荷的功率缺额，然后计算切除重要负荷量的范围；
对于同一重要等级的负荷，以投切次数最小为目标进行判断，负荷是否满足在切除非重要负荷的最小值和最大值之间；
若满足，切负荷流程结束，调节PQ模式储能出力，弥补功率缺额；
若不满足，依次递增进行判断。
7.一种综合能源***功率协调控制装置，其特征在于，包括：
计算模块一，用于计算综合能源***的功率缺额；
计算模块二，用于计算PQ模式运行储能的当前出力和出力裕度；
投切模块，用于设定PQ模式储能出力为零，结合频率允许的上下限，计算功率缺额；结合PQ模式储能的出力约束，计算投切功率范围；
匹配模块，用于以投切次数最少为目标，匹配投切负荷或电源的组合；
调整模块，用于调整PQ模式运行储能出力，矫正控制误差。
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