一種分布式電源運行及監控方法
2023-04-24 20:11:41 1
一種分布式電源運行及監控方法
【專利摘要】本發明涉及一種分布式電源運行及監控方法。該方法可以預測分布式電源的光伏模塊、風電模塊的發電功率，預測負載的變化情況，並基於實時檢測的蓄電池模塊的儲能情況、柴油發電機的運行情況和實時獲取的配電網的運行情況，實施最適宜的控制策略。
【專利說明】一種分布式電源運行及監控方法 所屬【技術領域】
[0001] 本發明涉一種分布式電源運行及監控方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟發展，電力需求迅速增長，電網規模不斷擴大，超大規模電力系統的弊端 也日益凸現：運行穩定性差，難以適應用戶對電力安全和可靠性要求以及多樣化供電需求。
[0003] 分布式電源（distributedgeneration,DG)是一種新興的電力能源，包括光伏發 電系統、風力發電系統、微型燃氣輪機發電系統等。分布式發電技術具有環保、經濟等一系 列優點，能夠很好地滿足人們對電力安全穩定和經濟環保的要求，已引起廣泛關注，並逐漸 得到推廣和發展。
[0004] 然而，這些小型可再生能源發電方式從根本上說，存在容量小、產品效率低、供電 可靠性差、發電成本高等缺點，極大地阻礙了該類發電系統的大規模推廣應用和進一步發 展。
[0005] 此外，DG接入配電網也給配電網的保護和控制帶來了新的問題和挑戰。光伏和風 電能源是一種間歇性能源，併網運行時不可避免的存在發電功率隨著光照強弱波動和風力 強弱波動的缺點。因此，高滲透率的分布式電源接入配電網，必然會給配電網的運行、調度 和管理帶來很多負面影響。為了使配電網能適應分布式電源的併網接入，迫切需要對分布 式電源運行控制及接入控制關鍵技術進行深入研究，從而降低分布式電源併網接入帶來的 不利影響，同時發揮其積極的輔助作用。
【發明內容】
[0006] 為解決上述問題，本發明提供一種分布式電源運行及監控方法，該方法可以預測 分布式電源的光伏模塊、風電模塊的發電功率，預測負載的變化情況，並基於實時檢測的蓄 電池模塊的儲能情況、柴油發電機的運行情況和實時獲取的配電網的運行情況，實施最適 宜的控制策略。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供一種分布式電源運行及監控方法，該方法基於如 下監控系統來實現，該監控系統包括：
[0008] 光伏發電監控模塊，用於實時監控分布式電源中的光伏發電模塊，並對光伏發電 模塊的發電功率進行預測；
[0009] 風電監控模塊，用於實時監控分布式電源中的風電模塊，並對風電模塊的發電功 率進行預測；
[0010] 蓄電池監控模塊，用於實時監控分布式電源中的蓄電池模塊；
[0011] 柴油發電機監控模塊，用於實時監控分布式電源中柴油發電機；
[0012] 負載監控模塊，用於實時監控分布式電源中的負載，並對負載的功率變化情況進 行預測；
[0013]配電網聯絡模塊，用於實時從配電網調控中心獲知配電網的運行情況以及相關調 度息；
[0014] 併網運行監控模塊，用於控制分布式電源連接或隔離配電網；
[0015] 中控模塊，用於確定分布式電源的運行策略，並向上述監控系統中的各模塊發出 指令，以執行該運行策略；
[0016] 總線模塊，用於該監控系統的各個模塊的通信聯絡；
[0017] 該監控方法包括如下步驟：
[0018] (1)光伏發電監控模塊、風電監控模塊實時獲取分布式電源中光伏發電模塊和風 電模塊的運行數據，並存儲數據，負載監控模塊實時獲取負載的負荷變化情況；
[0019] (2)根據現有分布式電源中光伏發電模塊和風電模塊的運行數據，對未來預定時 刻內的分布式電源中的可再生能源輸出功率進行預測，根據現有分布式電源中的負載的負 荷變化情況，對負載的負荷需求進行預測；
[0020] (3)實時檢測獲取蓄電池模塊的儲能充放容量，實時獲取柴油發電機的運行數據 以及配電網的參數和調度信息；
[0021] (4)以配電網的調度信息、當前蓄電池儲能的充放容量、未來分布式電源中的再生 能源輸出功率、柴油發電機的輸出功率以及對未來負荷需求的變化作為約束條件，建立分 布式電源運行策略的目標函數；
[0022] (5)對上述供電策略目標函數進行優化，確定運行策略；
[0023] (6)執行上述運行策略。
[0024] 優選的，在步驟（3)中，獲取的配電網參數包括：母線編號、名稱、負荷有功、負荷 無功、線路的支路號、首端節點和末端節點編號、串聯電阻、串聯電抗。
[0025] 優選的，在步驟（5)，上述目標函數按照如下步驟優化：利用基於混合整數二次規 劃帶約束的預測控制優化算法，以分布式電源可控輸出功率、蓄電池儲能充放電量和充放 電時間、柴油發電機可控輸出功率以及對負載負荷需求為操作變量，以儲能設備最優容量 為設定值，以分布式電源的能量供求誤差最低作為目標，在滿足分布式電源可控輸出功率、 柴油發電機可控輸出功率、蓄電池儲能的充放電和容量物理約束條件下，調整分布式電源 可控輸出功率、柴油發電機可控輸出功率、儲能充放電量和充放電時間、以及對負載負荷需 求的調節作用，以達到分布式電源最小的目標函數值。
[0026] 優選的，在步驟（2)中，對未來預定時刻內的分布式電源中的可再生能源輸出功 率進行預測，包括預測光伏發電模塊的功率輸出和風電模塊的輸出功率。
[0027] 優選的，在步驟（2)採用如下方式預測風電模塊的輸出功率，所述風電模塊包括 風力發電機和SVG:
[0028] (201)採集風電模塊中當前各類電量實測值作為各類電量的預測值的初始值，預 測值包括：風機有功預測值d、風機無功預測值、風機機端電壓預測值「二、SVG無功 預測值1?二、SVG機端電壓預測值《=、風電模塊併網點（PCC)母線電壓預測值C;
[0029] (202)根據所述預測值建立由優化目標函數和約束條件組成的MPC優化控制模 型，並求解風電模塊的有功和無功輸出的預測值：
[0030] MPC優化控制模型的目標函數如式⑴所示：
[0031]
【權利要求】
1. 一種分布式電源運行及監控方法，該方法基於如下監控系統來實現，該監控系統包 括： 光伏發電監控模塊，用於實時監控分布式電源中的光伏發電模塊，並對光伏發電模塊 的發電功率進行預測； 風電監控模塊，用於實時監控分布式電源中的風電模塊，並對風電模塊的發電功率進 行預測； 蓄電池監控模塊，用於實時監控分布式電源中的蓄電池模塊； 柴油發電機監控模塊，用於實時監控分布式電源中柴油發電機； 負載監控模塊，用於實時監控分布式電源中的負載，並對負載的功率變化情況進行預 測； 配電網聯絡模塊，用於實時從配電網調控中心獲知配電網的運行情況以及相關調度信 息； 併網運行監控模塊，用於控制分布式電源連接或隔離配電網； 中控模塊，用於確定分布式電源的運行策略，並向上述監控系統中的各模塊發出指令， 以執行該運行策略； 總線模塊，用於該監控系統的各個模塊的通信聯絡； 該監控方法包括如下步驟： (1) 光伏發電監控模塊、風電監控模塊實時獲取分布式電源中光伏發電模塊和風電模 塊的運行數據，並存儲數據，負載監控模塊實時獲取負載的負荷變化情況； (2) 根據現有分布式電源中光伏發電模塊和風電模塊的運行數據，對未來預定時刻內 的分布式電源中的可再生能源輸出功率進行預測，根據現有分布式電源中的負載的負荷變 化情況，對負載的負荷需求進行預測； (3) 實時檢測獲取蓄電池模塊的儲能充放容量，實時獲取柴油發電機的運行數據以及 配電網的參數和調度信息； (4) 以配電網的調度信息、當前蓄電池儲能的充放容量、未來分布式電源中的再生能源 輸出功率、柴油發電機的輸出功率以及對未來負荷需求的變化作為約束條件，建立分布式 電源運行策略的目標函數； (5) 對上述供電策略目標函數進行優化，確定運行策略； (6) 執行上述運行策略。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟（3)中，獲取的配電網參數包括：母 線編號、名稱、負荷有功、負荷無功、線路的支路號、首端節點和末端節點編號、串聯電阻、串 聯電抗。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在步驟（5)，上述目標函數按照如下步 驟優化：利用基於混合整數二次規劃帶約束的預測控制優化算法，以分布式電源可控輸出 功率、蓄電池儲能充放電量和充放電時間、柴油發電機可控輸出功率以及對負載負荷需求 為操作變量，以儲能設備最優容量為設定值，以分布式電源的能量供求誤差最低作為目標， 在滿足分布式電源可控輸出功率、柴油發電機可控輸出功率、蓄電池儲能的充放電和容量 物理約束條件下，調整分布式電源可控輸出功率、柴油發電機可控輸出功率、儲能充放電量 和充放電時間、以及對負載負荷需求的調節作用，以達到分布式電源最小的目標函數值。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在步驟（2)中，對未來預定時刻內的分布式 電源中的可再生能源輸出功率進行預測，包括預測光伏發電模塊的功率輸出和風電模塊的 輸出功率。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，在步驟（2)採用如下方式預測風電模塊的輸 出功率，所述風電模塊包括風力發電機和SVG : (201) 採集風電模塊中當前各類電量實測值作為各類電量的預測值的初始值，預測值 包括：風機有功預測值〃二、風機無功預測值風機機端電壓預測值》;二.、SVG無功預測 值SVG機端電壓預測值風電模塊併網點（PCC)母線電壓預測值舊+ : (202) 根據所述預測值建立由優化目標函數和約束條件組成的MPC優化控制模型，並 求解風電模塊的有功和無功輸出的預測值： MPC優化控制模型的目標函數如式（1)所示：
式⑴中.，和「X為優化變量，（《?.和^含義分別為風機無功設定值和SVG電壓設 定值；N為時間窗覆蓋控制周期的個數;M為單個控制周期下含預測點的個數；P為衰減系 數，取值P < 1 ;時間變量ti，j = (Mi+j) A t意義為當前時刻起第i個控制周期內的第j 個預測點，At為預測點間隔，At由風電模塊功率預測時間間隔決定； F1為風電模塊併網點母線電壓與設定值的偏差水平，F1具體表達式如式（2): 式⑵中C表示PCC電壓的參考值，從主站控制指令中提取後設定； F2為SVG無功儲備水平，F2具體表達式如式（3): [a: ⑴ 式⑶中l?X.為SVG無功最佳運行點； MPC優化控制模型的約束條件，具體包括： 風機有功預測約束條件：
式⑷中為風機有功預測誤差；Na和Nm分別為AR和MA模型的階數，小k和0 k 為相關權重，階數與權重均根據風機有功歷史值確定；ti，j-k為預測中參與計算數據（包 括m)對應時刻，下標k表徵預測時刻前推k A t時間，當ti，j-k彡0時，有功預測 值應取對應時刻歷史值； 風機無功預測約束條件： 風機無功在下次控制前達到設定值： = ..，) (5) 第i個控制周期內的各預測點，風機無功功率的變化過程以指數函數擬合：
式（10)中Vmax和Vmin分別為由PCC、風機和SVG電壓預測值構成系統電壓向量的上限 和下限，其中PCC電壓限值由配電網調度中心給出，而風機和SVG電壓限值根據設備生產廠 商給出的正常工作範圍確定；和成二分別為風機無功運行上下限，(XT,和C:;_;別為SVG 無功運行上下限，皆根據設備生產廠商給出的正常工作範圍確定；和AiS;+;,分別為風 機無功爬坡上下限，△?+;+:,和AKtt分別為SVG無功爬坡上下限，皆需經過無功調速實驗測試 結果確定。
6. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，在步驟⑷中，分布式電源總功率Pg的約束 為： 在非響應調度時段1下，Pg，min < PgW < Pg;max，Pg，min為分布式電源能夠從配電網吸收的 最大功率，Pg max為分布式電源能夠向配電網輸送功率的最大功率； 在響應調度時段2下，Pg(2) = Psrt，Psrt為響應調度時段2下要求的聯絡線功率。
7. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在步驟（4)中，分布式電源蓄電池容量約束 為： 蓄電池的能量流動可描述為， [Socref-Soc (k+1) ] = a [Socref-Soc (k) ] + n Es (k) Socmin ^ Soc (k) ^ Socmax 其中，Soc (k)為k時刻蓄電池的容量狀態，SocMf是為保證儲能電池工作的可靠性而設 置的一個設定值，Es(k)代表儲能設備與其它電力設備間流動的電量，儲能的物理損耗係數 a G (〇，1)，n為蓄電池的充放電效率,充電效率記為nc、放電效率記為nd，且它們之間 滿足以下關係：
儲能的充放電過程可以看作是一個同時包含連續變量和離散變量的動態過程，這裡採 用混合邏輯動態模型處理方法，通過引入二進位變量s (k)來表示儲能在當前時刻的工作 狀態， Z (k) = 6 (k) Es (k) Z(k)表示當前時刻儲能充/放電的電量，則蓄電池的動態特性可描述為： [Socref Soc (k+1) ] = a [Socref-Soc (k) ] + ( n c_ H d) Z (k) + n dEs (k) 滿足以下約束條件：E/ (k)+E2Z(k)彡E3Es(k)+E4 其中，係數矩陣Ep E2, E3和E4是在將邏輯命題轉換為線性不等式時二進位變量和連續 變量要滿足的線性不等式約束，可通過數學公式的推導得到。
【文檔編號】H02J3/38GK104348188SQ201410673893
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】鄧亮戈, 周洪全, 鮮景潤, 李果 申請人:四川慧盈科技有限責任公司