CN115065104B - 一种微电网多能源集成调度*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微电网多能源集成调度***，属于微电网控制技术领域，具体包括：数据采集模块，用于采集可再生能源发电装置的发电功率和环境数据；云平台，生成发电功率和环境数据随历史时间变化曲线，并标记为历史变化曲线；生成环境数据随未来时间变化曲线；功率预测模块，用于将所述历史变化曲线中与环境数据随未来时间变化曲线进行比对，获得发电功率预测曲线；功率调度模块，获取未来时间段t1内的平均发电功率并设定为微电网在未来时间段t1内的额定输出功率，控制储电装置对微电网输出功率进行调节；本发明实现了对微电网的输出功率的稳定调度，避免输出功率波动对主电网造成影响。

Description

一种微电网多能源集成调度***
技术领域
本发明涉及微电网控制技术领域，具体涉及一种微电网多能源集成调度***。
背景技术
微电网，又称分布式能源孤岛***，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、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***，既可以与外部主电网并网运行，也可以孤立运行。是智能电网的重要组成部分，独立微电网必须有主电源来支撑电网内的电压和频率稳定，包括光伏发电、光热发电、风力发电和柴油发电等，储能装置包括超级电容、飞轮、蓄电池等装置。微电网接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。微电网既可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。
由于光伏、光热和风电等新能源的发电功率往往具有间歇性，这些可再生能源发电受天气因素影响，一般都是间歇性发电的电源，且由于发电能源分散，所以一般都是分布式电源，间歇性发电的分布式电源直接并入主电网，会对电网的运行和稳定造成严重影响，所以需要一种微电网多能源集成调度***，用于预测微电网中可再生能源发电装置在未来一定时间的发电功率，根据发电功率对微电网的输出功率进行稳定调度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微电网多能源集成调度***，解决以下技术问题：
由于光伏、光热和风电等新能源的发电功率往往具有间歇性，这些可再生能源发电受天气因素影响，一般都是间歇性发电的电源，且由于发电能源分散，所以一般都是分布式电源，间歇性发电的分布式电源直接并入主电网，会对电网的运行和稳定造成严重影响，所以需要一种稳定微电网输出功率的调度***。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种微电网多能源集成调度***，用于控制与主电网相连的微电网，包括：
数据采集模块，用于采集可再生能源发电装置的发电功率和环境数据，多能源发电装置包括可再生能源发电装置和化石能源发电装置；
云平台，用于存储所述可再生能源发电装置的发电功率和环境数据，分别生成发电功率历史变化曲线和环境数据历史变化曲线；获取气象预报并生成环境数据随未来时间变化曲线；
功率预测模块，用于提取未来时间段t1内环境数据随时间变化曲线并标记为第一变化曲线，提取环境数据历史变化曲线中与所述第一变化曲线相似度最高的曲线段，将该曲线段标记为第二变化曲线，提取与所述第二变化曲线同时段的发电功率历史变化曲线并标记为发电功率预测曲线；
功率调度模块，用于根据所述发电功率预测曲线获取未来时间段t1内的平均发电功率，将平均发电功率设定为微电网在未来时间段t1内的额定输出功率，当实际发电功率高于额定输出功率时，储能装置储存多余的发电电量，当实际发电功率低于额定输出功率时，储能装置释放电量以维持额定输出功率。
作为本发明进一步的方案：还包括功率优化模块，所述功率优化模块的处理过程为：
当可再生能源发电装置的实际发电功率高于额定输出功率，且储能装置达到电量储存上限时，则切断可再生能源发电装置与微电网的连接，启动化石能源发电装置，以化石能源装置和储能装置共同发电维持输出功率；
当可再生能源发电装置的实际发电功率低于额定输出功率，且储能装置无额外电量输出时，则启动化石能源发电装置，通过化石能源装置和可再生能源发电装置共同发电维持输出功率。
作为本发明进一步的方案：所述数据采集模块采集的可再生能源发电装置包括光伏发电装置、光热发电装置和风力发电装置，所述化石能源发电装置为柴油发电装置，所述数据采集模块采集的环境数据包括风速、光照强度和温度，所述光伏发电装置和所述光热发电装置的发电功率与光照强度和温度正相关，所述风力发电装置的发电功率与风速正相关。
作为本发明进一步的方案：所述功率预测模块获取所述发电功率预测曲线的过程为：
将所述第一变化曲线进行拟合获得第一拟合曲线；提取所述历史变化曲线中与第一变化曲线不同日期但相同时段的m段子曲线，m为正整数，分别对所述子曲线进行拟合获得拟合子曲线，将所述拟合子曲线分别与第一拟合曲线进行相似度比对，提取与所述第一拟合曲线相似度最高的拟合子曲线并标记为第二拟合曲线。
作为本发明进一步的方案：所述功率预测模块对第一变化曲线和子曲线进行拟合的具体过程为：
使用最小二乘抛物线进行拟合，以固定间隔分别获取所述第一变化曲线和子曲线中的N个点，N为正整数，所述抛物线拟合函数公式为：
Y=At2+Bt+C，
Y为环境数据，t为时间，A、B和C的求解公式为：
Figure 149334DEST_PATH_IMAGE001
Figure 494865DEST_PATH_IMAGE002
作为本发明进一步的方案：所述云平台将所述发电功率和环境数据根据采集的日期进行分类，所述功率预测模块在提取与第一变化曲线不同日期但相同时段的子曲线时，优先提取与第一变化曲线不同年但同日的子曲线，次优先提取与第一变化曲线同一月份的子曲线。
作为本发明进一步的方案：所述云平台实时获取气象预报数据，并更新所述环境数据随未来时间变化曲线，将所述时间段t1设定为与所述气象预报的发布间隔相同。
作为本发明进一步的方案：所述功率预测模块还用于获取微电网下一个时间段t1的发电功率预测曲线，所述功率调度模块设定下一个时间段t1的额定输出功率，并将下一个时间段t1的额定输出功率数据发送至主电网调度中心。
本发明的有益效果：
（1）本发明通过将可再生能源装置所在区域的历史环境数据和未来环境数据分别进行拟合，得到拟合曲线，排除干扰且便于对比，从而根据历史大数据实现对可再生能源发电装置未来一定时间发电功率的预测，从而设定微电网的额定输出功率，再通过储能装置和化石能源发电装置对可再生能源的发电功率进行调控，实现了微电网的输出功率的稳定调控，避免了可再生能源发电功率波动对主电网的影响，且能最大程度地利用可再生能源。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种微电网多能源集成调度***的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种微电网多能源集成调度***，用于控制与主电网相连的微电网，包括：
数据采集模块，用于采集可再生能源发电装置的发电功率和环境数据，多能源发电装置包括可再生能源发电装置和化石能源发电装置；
云平台，用于存储所述可再生能源发电装置的发电功率和环境数据，分别生成发电功率历史变化曲线和环境数据历史变化曲线；获取气象预报并生成环境数据随未来时间变化曲线；
功率预测模块，用于提取未来时间段t1内环境数据随时间变化曲线并标记为第一变化曲线，提取所述环境数据历史变化曲线中与所述第一变化曲线相似度最高的曲线段，将该曲线段标记为第二变化曲线，提取与所述第二变化曲线同时段的发电功率历史变化曲线并标记为发电功率预测曲线；
功率调度模块，用于根据所述发电功率预测曲线获取未来时间段t1内的平均发电功率，将平均发电功率设定为微电网在未来时间段t1内的额定输出功率，当实际发电功率高于额定输出功率时，储能装置储存多余的发电电量，当实际发电功率低于额定输出功率时，储能装置释放电量以维持额定输出功率。
由于光伏、光热和风电等新能源的发电功率往往具有间歇性，这些可再生能源发电受天气因素影响，一般都是间歇性发电的电源，且由于发电能源分散，所以一般都是分布式电源，间歇性发电的分布式电源直接并入主电网，会对电网的运行和稳定造成严重影响，所以需要一种微电网多能源集成调度***，用于预测微电网中可再生能源发电装置在未来一定时间的发电功率，根据发电功率对微电网的输出功率进行稳定调度；
本发明通过采集并记录可再生能源的历史发电功率和环境数据，并生成环境数据随时间变化的曲线，再根据气象台实时发出的气象预报，获取与可再生能源发电装置相关的环境数据，生成环境数据随未来时间变化的曲线，根据气象台发布气象预报的间隔时间将功率预测时间尺度定为1小时，便于气象预报下次更新时，本预测周期恰好结束，再次生成新的变化曲线；为了去除干扰和便于对比将环境数据未来变化曲线与环境数据历史变化曲线分别进行拟合处理，于是在历史变化曲线中获得了与未来1小时环境数据曲线相似度最接近的1小时，将当时1小时的发电功率变化设定为可再生能源发电装置未来1小时的发电功率的变化，获取这1小时的平均功率，将其作为微电网未来1小时的额定输出功率，再通过储能装置对可再生能源输出的电量进行调控，于是实现了微电网的输出功率的稳定，不会影响主电网的运行，且能最大可能地利用可再生能源。
在本发明的一种优选的实施例中，还包括功率优化模块，所述功率优化模块的处理过程为：
当可再生能源发电装置的实际发电功率高于额定输出功率，且储能装置达到电量储存上限时，则切断可再生能源发电装置与微电网的连接，启动化石能源发电装置，以化石能源装置和储能装置共同发电维持输出功率；
当可再生能源发电装置的实际发电功率低于额定输出功率，且储能装置无额外电量输出时，则启动化石能源发电装置，通过化石能源装置和可再生能源发电装置共同发电维持输出功率；
由于天气***的复杂性，历史环境数据与当前环境数据完全一样的可能性较低，而且随着时间的推移，发电装置也会发生损耗，即使环境数据完全一致，发电功率也不一定相同，这种情况可能会造成微电网的实际输出功率与额定输出功率存在差异，虽然储能装置能够弥补这种差异，但是在长期的积累之后，所累积的电量或者所消耗的电量也会达到储能装置的容量极限，此时储能装置无法起到调节输出功率的作用，波动的功率会影响微电网和主电网的正常运行，所述本发明通过控制储能装置和化石能源发电装置，共同对微电网的输出功率做进一步的调节，由于化石能源发电装置的发电功率相对稳定，不会受外界影响，所以能够补充或者主导微电网的输出功率，以保护电网。
在本发明的另一种优选的实施例中，所述数据采集模块采集的可再生能源发电装置包括光伏发电装置、光热发电装置和风力发电装置，所述化石能源发电装置为柴油发电装置，所述数据采集模块采集的环境数据包括风速、光照强度和温度，所述光伏发电装置和所述光热发电装置的发电功率与光照强度和温度正相关，所述风力发电装置的发电功率与风速正相关；
由于可再生能源的自身特性，光伏发电、光热发电主要受光照强度、温度的影响，风力发电受到风速的影响，采集这些数据的变化，分别建立每个因素与发电功率的变化曲线。
在本发明的另一种优选的实施例中，所述功率预测模块匹配获取所述发电功率预测曲线的过程为：
将所述第一变化曲线进行拟合获得第一拟合曲线；提取所述历史变化曲线中与第一变化曲线不同日期但相同时段的m段子曲线，m为正整数，分别对所述子曲线进行拟合获得拟合子曲线，将所述拟合子曲线分别与第一拟合曲线进行相似度比对，提取与所述第一拟合曲线相似度最高的拟合子曲线并标记为第二拟合曲线；
为了去除干扰和便于对比将第一变化曲线进行曲线拟合，将历史变化曲线拆分为与第一变化曲线不同日期但是相同时段的m段子曲线，相同时段的光照强度、温度和风速相对接近，所以环境数据相似的可能性较高，然后分别对这些子曲线进行拟合，再将拟合子曲线分别与第一拟合曲线进行相似度比对，于是在历史变化曲线中获得了与未来1小时环境数据最接近的1小时，将当时1小时的发电功率变化设定为可再生能源发电装置未来1小时的发电功率的变化，从而获得了发电功率预测曲线。
在本实施例的一种优选的情况中，所述功率预测模块对第一变化曲线和子曲线进行拟合的具体过程为：
使用最小二乘抛物线进行拟合，以固定间隔分别获取所述第一变化曲线和子曲线中的N个点，N为正整数，所述抛物线拟合函数公式为：
Y=At2+Bt+C，
Y为环境数据，t为时间，A、B和C的求解公式为：
Figure 599218DEST_PATH_IMAGE003
环境数据，例如温度、光照强度和风速随时间的变化幅度相对较小，所以采用最小二乘抛物线对第一变化曲线和子曲线进行拟合。
在本实施例的另一种优选的情况中，所述云平台将所述发电功率和环境数据根据采集的日期进行分类，所述功率预测模块在提取与第一变化曲线不同日期但相同时段的子曲线时，优先提取与第一变化曲线不同年但同日的子曲线，次优先提取与第一变化曲线同一月份的子曲线；
云平台还用于负责环境数据年、月、日的统计工作。
在本发明的另一种优选的实施例中，所述云平台实时获取气象预报数据，并更新所述环境数据随未来时间变化曲线，将所述时间段t1设定为与所述气象预报的发布间隔相同；
根据气象台发布气象预报的间隔时间将功率预测时间尺度定为1小时，便于气象预报下次更新时，恰好本功率预测周期结束，每次气象预报都对应新的发电功率变化曲线。
在本发明的另一种优选的实施例中，所述功率预测模块还用于获取微电网下一个小时的发电功率预测曲线，所述功率调度模块设定下一个小时的额定输出功率，并将下一个小时的额定输出功率数据发送至主电网调度中心；
由于可再生能源的发电功率在一天内随着时间变化而变化，所以不同时间要根据环境数据的变化设定不同的额定输出功率，以发挥可再生能源的最大效率，所以每隔一小时将额定输出功率的数值发送至主电网，通知主电网对发电功率进行改变，平衡整个电网。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种微电网多能源集成调度***，用于控制与主电网相连的微电网，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集可再生能源发电装置的发电功率和环境数据，多能源发电装置包括可再生能源发电装置和化石能源发电装置；
云平台，用于存储所述可再生能源发电装置的发电功率和环境数据，分别生成发电功率历史变化曲线和环境数据历史变化曲线；获取气象预报并生成环境数据随未来时间变化曲线；
功率预测模块，用于提取未来时间段t1内环境数据随未来时间变化曲线并标记为第一变化曲线，提取所述环境数据历史变化曲线中与所述第一变化曲线相似度最高的曲线段，将该曲线段标记为第二变化曲线，提取与所述第二变化曲线同时段的发电功率历史变化曲线并标记为发电功率预测曲线；
功率调度模块，用于根据所述发电功率预测曲线获取未来时间段t1内的平均发电功率，将平均发电功率设定为微电网在未来时间段t1内的额定输出功率，当实际发电功率高于额定输出功率时，储能装置储存多余的发电电量，当实际发电功率低于额定输出功率时，储能装置释放电量以维持额定输出功率。
2.根据权利要求1所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，还包括功率优化模块，所述功率优化模块的处理过程为：
当可再生能源发电装置的实际发电功率高于额定输出功率，且储能装置达到电量储存上限时，则切断可再生能源发电装置与微电网的连接，启动化石能源发电装置，以化石能源装置和储能装置共同发电维持输出功率；
当可再生能源发电装置的实际发电功率低于额定输出功率，且储能装置无额外电量输出时，则启动化石能源发电装置，通过化石能源装置和可再生能源发电装置共同发电维持输出功率。
3.根据权利要求1所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，所述数据采集模块采集的可再生能源发电装置包括光伏发电装置、光热发电装置和风力发电装置，所述化石能源发电装置为柴油发电装置，所述数据采集模块采集的环境数据包括风速、光照强度和温度，所述光伏发电装置和所述光热发电装置的发电功率与光照强度和温度正相关，所述风力发电装置的发电功率与风速正相关。
4.根据权利要求1所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，所述功率预测模块获取所述发电功率预测曲线的过程为：
将所述第一变化曲线进行拟合获得第一拟合曲线；提取所述环境数据历史变化曲线中与第一变化曲线不同日期但相同时段的m段子曲线，m为正整数，分别对所述子曲线进行拟合获得拟合子曲线，将所述拟合子曲线分别与第一拟合曲线进行相似度比对，提取与所述第一拟合曲线相似度最高的拟合子曲线并标记为第二拟合曲线。
5.根据权利要求4所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，所述功率预测模块对第一变化曲线和子曲线进行拟合的具体过程为：
使用最小二乘抛物线进行拟合，以固定间隔分别获取所述第一变化曲线和子曲线中的N个点，N为正整数，所述抛物线拟合函数公式为：
Y=At2+Bt+C，
Y为环境数据，t为时间，A、B和C的求解公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
6.根据权利要求4所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，所述云平台将所述发电功率和环境数据根据采集的日期进行分类，所述功率预测模块在提取与第一变化曲线不同日期但相同时段的子曲线时，优先提取与第一变化曲线不同年但同日的子曲线，次优先提取与第一变化曲线同一月份的子曲线。
7.根据权利要求1所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，所述云平台实时获取气象预报数据，并更新所述环境数据随未来时间变化曲线，将所述时间段t1设定为与所述气象预报的发布间隔相同。
8.根据权利要求1所述的一种微电网多能源集成调度***，其特征在于，所述功率预测模块还用于获取微电网下一个时间段t1的发电功率预测曲线，所述功率调度模块设定下一个时间段t1的额定输出功率，并将下一个时间段t1的额定输出功率数据发送至主电网调度中心。
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