一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法。該方法可以預(yù)測(cè)分布式電源的光伏模塊、風(fēng)電模塊的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，并基于實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄電池模塊的儲(chǔ)能情況、柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，實(shí)施最適宜的控制策略。
【專利說(shuō)明】一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求迅速增長(zhǎng)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端 也日益凸現(xiàn)：運(yùn)行穩(wěn)定性差，難以適應(yīng)用戶對(duì)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(fā) 電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)等。分布式發(fā)電技術(shù)具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等一系 列優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足人們對(duì)電力安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的要求，已引起廣泛關(guān)注，并逐漸 得到推廣和發(fā)展。
[0004] 然而，這些小型可再生能源發(fā)電方式從根本上說(shuō)，存在容量小、產(chǎn)品效率低、供電 可靠性差、發(fā)電成本高等缺點(diǎn)，極大地阻礙了該類發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā) 展。
[0005] 此外，DG接入配電網(wǎng)也給配電網(wǎng)的保護(hù)和控制帶來(lái)了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。光伏和風(fēng) 電能源是一種間歇性能源，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)不可避免的存在發(fā)電功率隨著光照強(qiáng)弱波動(dòng)和風(fēng)力 強(qiáng)弱波動(dòng)的缺點(diǎn)。因此，高滲透率的分布式電源接入配電網(wǎng)，必然會(huì)給配電網(wǎng)的運(yùn)行、調(diào)度 和管理帶來(lái)很多負(fù)面影響。為了使配電網(wǎng)能適應(yīng)分布式電源的并網(wǎng)接入，迫切需要對(duì)分布 式電源運(yùn)行控制及接入控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，從而降低分布式電源并網(wǎng)接入帶來(lái)的 不利影響，同時(shí)發(fā)揮其積極的輔助作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法，該方法可以預(yù)測(cè) 分布式電源的光伏模塊、風(fēng)電模塊的發(fā)電功率，預(yù)測(cè)負(fù)載的變化情況，并基于實(shí)時(shí)檢測(cè)的蓄 電池模塊的儲(chǔ)能情況、柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況和實(shí)時(shí)獲取的配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，實(shí)施最適 宜的控制策略。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法，該方法基于如 下監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括：
[0008] 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的光伏發(fā)電模塊，并對(duì)光伏發(fā)電 模塊的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0009] 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功 率進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0010] 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的蓄電池模塊；
[0011] 柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中柴油發(fā)電機(jī)；
[0012] 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn) 行預(yù)測(cè)；
[0013]配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào) 度息；
[0014] 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制分布式電源連接或隔離配電網(wǎng)；
[0015] 中控模塊，用于確定分布式電源的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控系統(tǒng)中的各模塊發(fā)出 指令，以執(zhí)行該運(yùn)行策略；
[0016] 總線模塊，用于該監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)；
[0017] 該監(jiān)控方法包括如下步驟：
[0018] (1)光伏發(fā)電監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取分布式電源中光伏發(fā)電模塊和風(fēng) 電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取負(fù)載的負(fù)荷變化情況；
[0019] (2)根據(jù)現(xiàn)有分布式電源中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí) 刻內(nèi)的分布式電源中的可再生能源輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)有分布式電源中的負(fù)載的負(fù) 荷變化情況，對(duì)負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0020] (3)實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的儲(chǔ)能充放容量，實(shí)時(shí)獲取柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù) 以及配電網(wǎng)的參數(shù)和調(diào)度信息；
[0021] (4)以配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的充放容量、未來(lái)分布式電源中的再生 能源輸出功率、柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率以及對(duì)未來(lái)負(fù)荷需求的變化作為約束條件，建立分 布式電源運(yùn)行策略的目標(biāo)函數(shù)；
[0022] (5)對(duì)上述供電策略目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定運(yùn)行策略；
[0023] (6)執(zhí)行上述運(yùn)行策略。
[0024] 優(yōu)選的，在步驟（3)中，獲取的配電網(wǎng)參數(shù)包括：母線編號(hào)、名稱、負(fù)荷有功、負(fù)荷 無(wú)功、線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗。
[0025] 優(yōu)選的，在步驟（5)，上述目標(biāo)函數(shù)按照如下步驟優(yōu)化：利用基于混合整數(shù)二次規(guī) 劃帶約束的預(yù)測(cè)控制優(yōu)化算法，以分布式電源可控輸出功率、蓄電池儲(chǔ)能充放電量和充放 電時(shí)間、柴油發(fā)電機(jī)可控輸出功率以及對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求為操作變量，以儲(chǔ)能設(shè)備最優(yōu)容量 為設(shè)定值，以分布式電源的能量供求誤差最低作為目標(biāo)，在滿足分布式電源可控輸出功率、 柴油發(fā)電機(jī)可控輸出功率、蓄電池儲(chǔ)能的充放電和容量物理約束條件下，調(diào)整分布式電源 可控輸出功率、柴油發(fā)電機(jī)可控輸出功率、儲(chǔ)能充放電量和充放電時(shí)間、以及對(duì)負(fù)載負(fù)荷需 求的調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到分布式電源最小的目標(biāo)函數(shù)值。
[0026] 優(yōu)選的，在步驟（2)中，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的分布式電源中的可再生能源輸出功 率進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括預(yù)測(cè)光伏發(fā)電模塊的功率輸出和風(fēng)電模塊的輸出功率。
[0027] 優(yōu)選的，在步驟（2)采用如下方式預(yù)測(cè)風(fēng)電模塊的輸出功率，所述風(fēng)電模塊包括 風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG:
[0028] (201)采集風(fēng)電模塊中當(dāng)前各類電量實(shí)測(cè)值作為各類電量的預(yù)測(cè)值的初始值，預(yù) 測(cè)值包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)值d、風(fēng)機(jī)無(wú)功預(yù)測(cè)值、風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值「二、SVG無(wú)功 預(yù)測(cè)值1?二、SVG機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值《=、風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測(cè)值C;
[0029] (202)根據(jù)所述預(yù)測(cè)值建立由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的MPC優(yōu)化控制模 型，并求解風(fēng)電模塊的有功和無(wú)功輸出的預(yù)測(cè)值：
[0030] MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式⑴所示：
[0031]
【權(quán)利要求】
1. 一種分布式電源運(yùn)行及監(jiān)控方法，該方法基于如下監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控系統(tǒng)包 括： 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的光伏發(fā)電模塊，并對(duì)光伏發(fā)電模塊 的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)； 風(fēng)電監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的風(fēng)電模塊，并對(duì)風(fēng)電模塊的發(fā)電功率進(jìn) 行預(yù)測(cè)； 蓄電池監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的蓄電池模塊； 柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中柴油發(fā)電機(jī)； 負(fù)載監(jiān)控模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源中的負(fù)載，并對(duì)負(fù)載的功率變化情況進(jìn)行預(yù) 測(cè)； 配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實(shí)時(shí)從配電網(wǎng)調(diào)控中心獲知配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及相關(guān)調(diào)度信 息； 并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控模塊，用于控制分布式電源連接或隔離配電網(wǎng)； 中控模塊，用于確定分布式電源的運(yùn)行策略，并向上述監(jiān)控系統(tǒng)中的各模塊發(fā)出指令， 以執(zhí)行該運(yùn)行策略； 總線模塊，用于該監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)； 該監(jiān)控方法包括如下步驟： (1) 光伏發(fā)電監(jiān)控模塊、風(fēng)電監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取分布式電源中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模 塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，負(fù)載監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取負(fù)載的負(fù)荷變化情況； (2) 根據(jù)現(xiàn)有分布式電源中光伏發(fā)電模塊和風(fēng)電模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi) 的分布式電源中的可再生能源輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)有分布式電源中的負(fù)載的負(fù)荷變 化情況，對(duì)負(fù)載的負(fù)荷需求進(jìn)行預(yù)測(cè)； (3) 實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取蓄電池模塊的儲(chǔ)能充放容量，實(shí)時(shí)獲取柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及 配電網(wǎng)的參數(shù)和調(diào)度信息； (4) 以配電網(wǎng)的調(diào)度信息、當(dāng)前蓄電池儲(chǔ)能的充放容量、未來(lái)分布式電源中的再生能源 輸出功率、柴油發(fā)電機(jī)的輸出功率以及對(duì)未來(lái)負(fù)荷需求的變化作為約束條件，建立分布式 電源運(yùn)行策略的目標(biāo)函數(shù)； (5) 對(duì)上述供電策略目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定運(yùn)行策略； (6) 執(zhí)行上述運(yùn)行策略。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟（3)中，獲取的配電網(wǎng)參數(shù)包括：母 線編號(hào)、名稱、負(fù)荷有功、負(fù)荷無(wú)功、線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串 聯(lián)電抗。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟（5)，上述目標(biāo)函數(shù)按照如下步 驟優(yōu)化：利用基于混合整數(shù)二次規(guī)劃帶約束的預(yù)測(cè)控制優(yōu)化算法，以分布式電源可控輸出 功率、蓄電池儲(chǔ)能充放電量和充放電時(shí)間、柴油發(fā)電機(jī)可控輸出功率以及對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求 為操作變量，以儲(chǔ)能設(shè)備最優(yōu)容量為設(shè)定值，以分布式電源的能量供求誤差最低作為目標(biāo)， 在滿足分布式電源可控輸出功率、柴油發(fā)電機(jī)可控輸出功率、蓄電池儲(chǔ)能的充放電和容量 物理約束條件下，調(diào)整分布式電源可控輸出功率、柴油發(fā)電機(jī)可控輸出功率、儲(chǔ)能充放電量 和充放電時(shí)間、以及對(duì)負(fù)載負(fù)荷需求的調(diào)節(jié)作用，以達(dá)到分布式電源最小的目標(biāo)函數(shù)值。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟（2)中，對(duì)未來(lái)預(yù)定時(shí)刻內(nèi)的分布式 電源中的可再生能源輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括預(yù)測(cè)光伏發(fā)電模塊的功率輸出和風(fēng)電模塊的 輸出功率。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟（2)采用如下方式預(yù)測(cè)風(fēng)電模塊的輸 出功率，所述風(fēng)電模塊包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)和SVG : (201) 采集風(fēng)電模塊中當(dāng)前各類電量實(shí)測(cè)值作為各類電量的預(yù)測(cè)值的初始值，預(yù)測(cè)值 包括：風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)值〃二、風(fēng)機(jī)無(wú)功預(yù)測(cè)值風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值》;二.、SVG無(wú)功預(yù)測(cè) 值SVG機(jī)端電壓預(yù)測(cè)值風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)（PCC)母線電壓預(yù)測(cè)值舊+ : (202) 根據(jù)所述預(yù)測(cè)值建立由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的MPC優(yōu)化控制模型，并 求解風(fēng)電模塊的有功和無(wú)功輸出的預(yù)測(cè)值： MPC優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)如式（1)所示：
式⑴中.，和「X為優(yōu)化變量，（《?.和^含義分別為風(fēng)機(jī)無(wú)功設(shè)定值和SVG電壓設(shè) 定值；N為時(shí)間窗覆蓋控制周期的個(gè)數(shù);M為單個(gè)控制周期下含預(yù)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；P為衰減系 數(shù)，取值P < 1 ;時(shí)間變量ti，j = (Mi+j) A t意義為當(dāng)前時(shí)刻起第i個(gè)控制周期內(nèi)的第j 個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)，At為預(yù)測(cè)點(diǎn)間隔，At由風(fēng)電模塊功率預(yù)測(cè)時(shí)間間隔決定； F1為風(fēng)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓與設(shè)定值的偏差水平，F(xiàn)1具體表達(dá)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后設(shè)定； F2為SVG無(wú)功儲(chǔ)備水平，F(xiàn)2具體表達(dá)式如式（3): [a: ⑴ 式⑶中l(wèi)?X.為SVG無(wú)功最佳運(yùn)行點(diǎn)； MPC優(yōu)化控制模型的約束條件，具體包括： 風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)約束條件：
式⑷中為風(fēng)機(jī)有功預(yù)測(cè)誤差；Na和Nm分別為AR和MA模型的階數(shù)，小k和0 k 為相關(guān)權(quán)重，階數(shù)與權(quán)重均根據(jù)風(fēng)機(jī)有功歷史值確定；ti，j-k為預(yù)測(cè)中參與計(jì)算數(shù)據(jù)（包 括m)對(duì)應(yīng)時(shí)刻，下標(biāo)k表征預(yù)測(cè)時(shí)刻前推k A t時(shí)間，當(dāng)ti，j-k彡0時(shí)，有功預(yù)測(cè) 值應(yīng)取對(duì)應(yīng)時(shí)刻歷史值； 風(fēng)機(jī)無(wú)功預(yù)測(cè)約束條件： 風(fēng)機(jī)無(wú)功在下次控制前達(dá)到設(shè)定值： = ..，) (5) 第i個(gè)控制周期內(nèi)的各預(yù)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)機(jī)無(wú)功功率的變化過(guò)程以指數(shù)函數(shù)擬合：
式（10)中Vmax和Vmin分別為由PCC、風(fēng)機(jī)和SVG電壓預(yù)測(cè)值構(gòu)成系統(tǒng)電壓向量的上限 和下限，其中PCC電壓限值由配電網(wǎng)調(diào)度中心給出，而風(fēng)機(jī)和SVG電壓限值根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠 商給出的正常工作范圍確定；和成二分別為風(fēng)機(jī)無(wú)功運(yùn)行上下限，(XT,和C:;_;別為SVG 無(wú)功運(yùn)行上下限，皆根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠商給出的正常工作范圍確定；和AiS;+;,分別為風(fēng) 機(jī)無(wú)功爬坡上下限，△?+;+:,和AKtt分別為SVG無(wú)功爬坡上下限，皆需經(jīng)過(guò)無(wú)功調(diào)速實(shí)驗(yàn)測(cè)試 結(jié)果確定。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟⑷中，分布式電源總功率Pg的約束 為： 在非響應(yīng)調(diào)度時(shí)段1下，Pg，min < PgW < Pg;max，Pg，min為分布式電源能夠從配電網(wǎng)吸收的 最大功率，Pg max為分布式電源能夠向配電網(wǎng)輸送功率的最大功率； 在響應(yīng)調(diào)度時(shí)段2下，Pg(2) = Psrt，Psrt為響應(yīng)調(diào)度時(shí)段2下要求的聯(lián)絡(luò)線功率。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，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(dòng)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(shí)刻蓄電池的容量狀態(tài)，SocMf是為保證儲(chǔ)能電池工作的可靠性而設(shè) 置的一個(gè)設(shè)定值，Es(k)代表儲(chǔ)能設(shè)備與其它電力設(shè)備間流動(dòng)的電量，儲(chǔ)能的物理?yè)p耗系數(shù) 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(guān)系：
儲(chǔ)能的充放電過(guò)程可以看作是一個(gè)同時(shí)包含連續(xù)變量和離散變量的動(dòng)態(tài)過(guò)程，這里采 用混合邏輯動(dòng)態(tài)模型處理方法，通過(guò)引入二進(jìn)制變量s (k)來(lái)表示儲(chǔ)能在當(dāng)前時(shí)刻的工作 狀態(tài)， Z (k) = 6 (k) Es (k) Z(k)表示當(dāng)前時(shí)刻儲(chǔ)能充/放電的電量，則蓄電池的動(dòng)態(tài)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，系數(shù)矩陣Ep E2, E3和E4是在將邏輯命題轉(zhuǎn)換為線性不等式時(shí)二進(jìn)制變量和連續(xù) 變量要滿足的線性不等式約束，可通過(guò)數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)得到。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104348188SQ201410673893
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】鄧亮戈, 周洪全, 鮮景潤(rùn), 李果 申請(qǐng)人:四川慧盈科技有限責(zé)任公司