基于分布式電源的智能電力控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于分布式電源的智能電力控制方法，包括：利用EMS對(duì)智能分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略做出相應(yīng)決策，再將決策指令傳輸給設(shè)備控制器，以使設(shè)備控制器根據(jù)相應(yīng)指令控制分布式發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載，完成電力協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化。本發(fā)明提出的基于分布式電源的智能電力控制方法，根據(jù)負(fù)載需求實(shí)現(xiàn)資源的分配和電能控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集處理，解決了數(shù)據(jù)集中處理而造成的高負(fù)載低效率，確保智能分布式電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠、高效、安全運(yùn)行。
【專利說明】
基于分布式電源的智能電力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電能控制，特別涉及一種分布式電源的電力控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力需求的不斷攀升，集中式供電為主體的大型電網(wǎng)顯現(xiàn)出越來越多的弊 端:輸變電難度大，受攻擊安全性低，偏遠(yuǎn)地區(qū)架設(shè)成本高。而分布式發(fā)電一般采用的是清 潔能源，污染少且利用率高，除此之外，其對(duì)大電網(wǎng)還具有平衡的作用且安裝便捷，由此成 為了大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充。但隨著大量分散的小容量分布式電源接入大電網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)的控制 將造成嚴(yán)重考驗(yàn)，而大容量不可控的分布式能源，如光伏電站的接入也將沖擊著輸電網(wǎng)的 安全可靠運(yùn)行。為平衡分布式電源間歇性造成的功率波動(dòng)，通過對(duì)分布式電網(wǎng)內(nèi)各分布式 電源出力的調(diào)整可發(fā)實(shí)現(xiàn)能源的充分利用。作為智能分布式電網(wǎng)的核心控制部分，EMS實(shí)現(xiàn) 不同時(shí)段資源的優(yōu)化分配和智能分布式電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，是保障智能分布式電網(wǎng)優(yōu)質(zhì) 高效運(yùn)行的重要支撐。目前已有技術(shù)多基于靜態(tài)情況下，結(jié)構(gòu)固定不變，采用的是以中央控 制器為中心的集中控制，只具備簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)、裝置投切，基本不能實(shí)現(xiàn)各分布式發(fā) 電的協(xié)調(diào)控制，可見傳統(tǒng)功能單一且低效率的集中式控制已不再適應(yīng)新布局的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于分布式電源的智能電 力控制方法，包括：
[0004] 利用EMS對(duì)智能分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù) 預(yù)設(shè)控制策略做出相應(yīng)決策，再將決策指令傳輸給設(shè)備控制器，以使設(shè)備控制器根據(jù)相應(yīng) 指令控制分布式發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載，完成電力協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化。
[0005] 優(yōu)選地，所述智能分布式電網(wǎng)包括光伏電機(jī)、熱電機(jī)組、儲(chǔ)能裝置、負(fù)載、EMS及繼 電保護(hù)裝置;智能分布式電網(wǎng)通過母線將各單元連接起來，并通過變壓器和大電網(wǎng)連接;其 中所述光伏電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的跟蹤并給儲(chǔ)能裝置充放電，然后經(jīng)過逆變器連接交流母 線;光伏陣列控制器接收EMS的調(diào)度出力指令，運(yùn)用光伏發(fā)電的有功無功的解耦控制，實(shí)現(xiàn) 光伏電機(jī)的出力調(diào)整;所述儲(chǔ)能裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行短時(shí)供電，根據(jù)EMS的調(diào)度指令來進(jìn)行儲(chǔ)能 裝置的充放電管理;所述熱電機(jī)組通過自身控制發(fā)出交流電直接與交流母線連接，作為備 用發(fā)電裝置，配合智能分布式電網(wǎng)的電力控制進(jìn)行啟停;所述負(fù)載分為可間斷負(fù)載和不可 間斷負(fù)載，EMS并對(duì)負(fù)載實(shí)施需求側(cè)管理，優(yōu)先保障不可間斷負(fù)載的功率需求;所述智能分 布式電網(wǎng)通過公共連接點(diǎn)及主分隔器進(jìn)行并網(wǎng)和隔離的兩種運(yùn)行方式的切換，并網(wǎng)方式下 實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，隔離時(shí)智能分布式電網(wǎng)自治運(yùn)行；當(dāng)智能分布式電網(wǎng)不能滿足負(fù)載 需求時(shí)，公共連接點(diǎn)將合上主分隔器，將智能分布式電網(wǎng)與大電網(wǎng)相連，此時(shí)的智能分布式 電網(wǎng)就相當(dāng)于大電網(wǎng)的可控負(fù)載，由大電網(wǎng)向智能分布式電網(wǎng)供電;所述EMS檢測(cè)到各分布 式電力單元的輸出功率、儲(chǔ)能裝置的充放電狀態(tài)，負(fù)載的功率，單元節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量信息，在 滿足運(yùn)行條件以及儲(chǔ)能等物理設(shè)備的電氣特性的約束條件下，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理， 協(xié)調(diào)智能分布式電網(wǎng)內(nèi)部分布式電源和負(fù)載等模塊的工作，優(yōu)化智能分布式電網(wǎng)能量的流 動(dòng)和利用，以最小的工作運(yùn)行成本向用戶負(fù)載提供滿足所需質(zhì)量的電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化 與調(diào)度。
[0006] 優(yōu)選地，所述電能質(zhì)量信息通過以下步驟進(jìn)行評(píng)估，首先確定電能質(zhì)量指標(biāo)的隸 屬值函數(shù)，再對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬值賦予權(quán)值，將加權(quán)評(píng)估值作為電能質(zhì)量評(píng)估值，具體包 括：
[0007] 將電壓等級(jí)的各項(xiàng)指標(biāo)偏差等分為五個(gè)等級(jí)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)采用以下隸屬度函數(shù)：
[0008] A=l/(a ? /)，A為隸屬值;x為電能質(zhì)量指標(biāo)偏差;a和賜可調(diào)變量；
[0009] 當(dāng)隸屬度函數(shù)值為0.5時(shí)對(duì)應(yīng)于各項(xiàng)指標(biāo)偏差合格臨界值；
[0010] 計(jì)算得到隸屬度向量厶=|>1，\2，人3山，人5，入6]，
[0011] 心-\6分別為電壓偏差、頻率偏差、電壓波動(dòng)、電壓瞬變、諧波畸變、不平衡度的隸屬 值；
[0012] 權(quán)值m依據(jù)當(dāng)隸屬值越低時(shí)，指標(biāo)質(zhì)量越差，其權(quán)值越大，定義為：
1=1, 2,…n
[0014] 得到向量 N=[ni,n2，n3，n4，n5，n6]
[0015] 令電能質(zhì)量評(píng)估值為S，若存在\〈〇 ? 5，則S =min{;若對(duì)于任意i，MX) ? 5全部成 立，則S = N ? At〇
[0016] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 本發(fā)明提出的基于分布式電源的智能電力控制方法，根據(jù)負(fù)載需求實(shí)現(xiàn)資源的分 配和電能控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集處理，解決了數(shù)據(jù)集中處理而造成的高負(fù)載 低效率，確保智能分布式電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠、高效、安全運(yùn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下文提供對(duì)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述。結(jié)合這樣的實(shí)施例描述本發(fā) 明，但是本發(fā)明不限于任何實(shí)施例。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定，并且本發(fā)明涵蓋諸 多替代、修改和等同物。在下文描述中闡述諸多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。出 于示例的目的而提供這些細(xì)節(jié)，并且無這些具體細(xì)節(jié)中的一些或者所有細(xì)節(jié)也可以根據(jù)權(quán) 利要求書實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0019] 本發(fā)明以下文智能分布式電網(wǎng)為例，分布式電網(wǎng)由光伏電機(jī)、熱電機(jī)組、儲(chǔ)能裝 置、負(fù)載、EMS及繼電保護(hù)裝置構(gòu)成。光伏發(fā)電是智能分布式電網(wǎng)的供電途徑，儲(chǔ)能裝置和熱 電機(jī)組的作為備用機(jī)組消除系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性引起功率供需的不平衡，改善電能質(zhì)量，保證 智能分布式電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0020] 控制系統(tǒng)采用分層控制，上層控制由EMS完成，底層控制是由對(duì)分布式發(fā)電裝置、 負(fù)載等直接進(jìn)行控制的電力電子裝置實(shí)現(xiàn)。EMS對(duì)分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電裝置和負(fù)載進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集，通過電力控制策略針對(duì)不同環(huán)境做出不同決策再將決策指令傳輸給設(shè)備控制 器，完成電力協(xié)調(diào)控制，設(shè)備控制器通過接受上層決策指令控制分布式發(fā)電裝置和負(fù)載投 切。智能分布式電網(wǎng)通過〇. 4kv電壓等級(jí)的母線將各單元連接起來，并通過一個(gè)0.4/10kv變 壓器和大電網(wǎng)連接。具體地：
[0021] 光伏電機(jī):利用控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的跟蹤并給儲(chǔ)能裝置充放電，然后經(jīng)過逆變 器連接交流母線。光伏陣列控制器接收EMS的調(diào)度出力指令，運(yùn)用光伏發(fā)電的有功無功的解 耦控制，實(shí)現(xiàn)光伏電機(jī)的出力調(diào)整。
[0022] 儲(chǔ)能裝置:對(duì)系統(tǒng)的短時(shí)供電，電力調(diào)度和改善系統(tǒng)的電能質(zhì)量具有重要作用。而 其實(shí)現(xiàn)就是對(duì)儲(chǔ)能裝置的充放電器進(jìn)行管理，充放電控制器是根據(jù)EMS的調(diào)度指令來進(jìn)行 儲(chǔ)能裝置的充放電管理。
[0023] 熱電機(jī)組:通過自身控制發(fā)出交流電直接與交流母線連接。作為極端天氣供電的 備用發(fā)電裝置，配合智能分布式電網(wǎng)的電力控制合理的啟停熱電機(jī)組。
[0024] 逆變器:使分布式能源發(fā)出的電力符合并網(wǎng)要求，如光伏和儲(chǔ)能裝置發(fā)出的電都 是直流電，將直流電能轉(zhuǎn)換成符合交流母線要求的交流電，并且能參與EMS的調(diào)度控制。
[0025] 負(fù)載:分為可間斷負(fù)載和不可間斷負(fù)載，并對(duì)負(fù)載實(shí)施需求側(cè)管理，優(yōu)先保障不可 間斷負(fù)載的功率需求，其次是可間斷負(fù)載。
[0026] 公共連接點(diǎn)及主分隔器:用于智能分布式電網(wǎng)的并網(wǎng)和隔離的兩種運(yùn)行方式的切 換。并網(wǎng)方式下實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。隔離時(shí)，智能分布式電網(wǎng)自治運(yùn)行。當(dāng)智能分布式電 網(wǎng)不能滿足負(fù)載需求時(shí)，公共連接點(diǎn)將合上主分隔器，將智能分布式電網(wǎng)與大電網(wǎng)相連，此 時(shí)的智能分布式電網(wǎng)就相當(dāng)于大電網(wǎng)的一個(gè)可控負(fù)載，由大電網(wǎng)向智能分布式電網(wǎng)供電。
[0027] EMS:通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測(cè)到各分布式電力單元的輸出功率、儲(chǔ)能裝置的充放電 狀態(tài)，負(fù)載的功率，單元節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量信息等，在滿足運(yùn)行條件以及儲(chǔ)能等物理設(shè)備的電氣 特性等約束條件下，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，協(xié)調(diào)智能分布式電網(wǎng)內(nèi)部分布式電源和負(fù) 載等模塊的工作，優(yōu)化智能分布式電網(wǎng)能量的流動(dòng)和利用，以最小的工作運(yùn)行成本向用戶 負(fù)載提供滿足需求質(zhì)量的電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化與調(diào)度。
[0028] 上述配備EMS的智能分布式電網(wǎng)具有良好的開放性和兼容性，隨著光伏組件、熱電 機(jī)組的增加或退出，只需要增加或配備新的控制設(shè)備即可，具有較好的即插即用的功能。
[0029] 本發(fā)明的EMS內(nèi)部架構(gòu)包括應(yīng)用層、平臺(tái)層、操作系統(tǒng)層和設(shè)備層;平臺(tái)層是由分 布式通信網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)庫層組成，分布式通信網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)智能分布式電網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)，其承 擔(dān)著EMS與分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電裝置、負(fù)載的信息傳輸;數(shù)據(jù)庫層是由系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺(tái) 構(gòu)成。
[0030] 根據(jù)智能分布式電網(wǎng)特點(diǎn)，EMS將功能應(yīng)用模塊分為五個(gè)模塊，分別為用戶交互、 估算模塊、電網(wǎng)分析、電能控制和系統(tǒng)管理。
[0031] 1)用戶交互模塊實(shí)現(xiàn)用戶和EMS的交互，即系統(tǒng)的用戶交互界面，它包含系統(tǒng)拓?fù)?結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)操作、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和事故報(bào)警。通過交互界面能夠顯示智能分布式電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 和所有電氣元件的接入狀態(tài)，并能實(shí)時(shí)操作開關(guān);數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)通過各種采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)，再 由通信通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，再由交互界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示以及數(shù)據(jù)庫儲(chǔ) 存;事故報(bào)警包括當(dāng)智能分布式電網(wǎng)即將或已發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)通過安全分析以及故障診 斷等快速準(zhǔn)確的確定故障，交互界面緊急發(fā)出報(bào)警。
[0032] 2)估算模塊包括負(fù)載估算、發(fā)電估算、電價(jià)估算和估算統(tǒng)計(jì)四個(gè)部分。對(duì)環(huán)境、負(fù) 載、發(fā)電和電價(jià)進(jìn)行估算，為之后的出力調(diào)整、電能控制模塊等提供數(shù)據(jù)。估算統(tǒng)計(jì)包括統(tǒng) 計(jì)估算數(shù)據(jù)，給實(shí)際數(shù)據(jù)提供參考，得出誤差報(bào)表、數(shù)據(jù)分析。
[0033] 3)電網(wǎng)分析模塊包括潮流計(jì)算、電能質(zhì)量評(píng)估、安全分析和數(shù)據(jù)分析。其中電能質(zhì) 量評(píng)估包括根據(jù)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)，包括電壓偏差、頻率偏差、諧波含量、電壓波動(dòng)、電壓瞬 變和三相不平衡，給出評(píng)估模型;潮流計(jì)算包括根據(jù)電網(wǎng)的接線方式與參數(shù)及運(yùn)行條件，計(jì) 算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行各母線電壓、各支路電流與功率及網(wǎng)損，用以得出系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出 的各種問題;安全分析包括在校驗(yàn)電力系統(tǒng)各元件是否過載，各節(jié)點(diǎn)電壓是否在允許范圍 之內(nèi)以及電能質(zhì)量評(píng)估是否合格，即用預(yù)先確定的安全約束條件來校核。如果約束條件不 滿足，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)和顯示，本發(fā)明采用對(duì)電能質(zhì)量評(píng)估確定安全約束條件，如果電能質(zhì) 量評(píng)估不合格則系統(tǒng)報(bào)警;數(shù)據(jù)分析是就是對(duì)數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)按時(shí)間和系統(tǒng)要求統(tǒng)計(jì)分 析，包括報(bào)表數(shù)據(jù)、各類數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線等并通過文字、圖形、顏色等進(jìn)行顯示或保存。
[0034] 4)電能控制模塊，包含并網(wǎng)電力控制、隔離電力控制、故障診斷和儲(chǔ)能、負(fù)載管理。 在隔離電力控制中，本發(fā)明通過即時(shí)調(diào)度提高智能分布式電網(wǎng)的電能質(zhì)量，針對(duì)供電頻率 監(jiān)測(cè)和調(diào)整，通過對(duì)逆變器兩種控制的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定;故障診斷包括根據(jù)電力 系統(tǒng)故障分析及繼電保護(hù)等知識(shí)來識(shí)別故障的元件位置、類型和誤動(dòng)作的裝置。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) 采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和估算模塊估算的數(shù)據(jù)提供給電能控制模塊使用，電網(wǎng)分析模塊通過數(shù)據(jù) 監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)分析后提供給電能控制模塊模塊，而電網(wǎng)分析、電能控制模塊和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) 均可根據(jù)系統(tǒng)需求通過通信接口將決策指令發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
[0035] EMS基于智能分布式電網(wǎng)運(yùn)行，由各類功能應(yīng)用模塊共同完成智能分布式電網(wǎng)電 力控制。首先對(duì)EMS分解為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立而簡(jiǎn)單的子模塊。對(duì)各子模塊抽象為各單個(gè)節(jié)點(diǎn)。 將各分布式發(fā)電子模塊物理節(jié)點(diǎn)一一映射為基本元件節(jié)點(diǎn)，再在提煉節(jié)點(diǎn)共性上，針對(duì)各 功能子模塊抽象為相應(yīng)的功能單個(gè)節(jié)點(diǎn)。最后，為完成系統(tǒng)任務(wù)將單個(gè)節(jié)點(diǎn)采用某種結(jié)構(gòu) 組合起來，再利用協(xié)作策略、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信方式來實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)協(xié)作。
[0036] 本發(fā)明將單個(gè)節(jié)點(diǎn)分為兩類節(jié)點(diǎn)：基本的智能分布式電網(wǎng)元件節(jié)點(diǎn)、參與功能應(yīng) 用的功能節(jié)點(diǎn)。元件節(jié)點(diǎn)是從智能分布式電網(wǎng)中各分布式發(fā)電的物理節(jié)點(diǎn)一一映射得到， 對(duì)分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電裝置和負(fù)載進(jìn)行電力控制。其可分為兩類:電源節(jié)點(diǎn)和負(fù)載節(jié)點(diǎn)。 電源節(jié)點(diǎn)又分為:光伏節(jié)點(diǎn);儲(chǔ)能裝置節(jié)點(diǎn);熱電機(jī)組節(jié)點(diǎn)。
[0037] 光伏節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電機(jī)的電力控制。本發(fā)明考慮光照強(qiáng)度和溫度的前提下完成 光伏陣列在最大功率跟蹤點(diǎn)運(yùn)行，其輸出功率模型如下：
[0038] P〇ut = VmImGAc (1-cAT) (1 +b (Gac/Gstc-1 )) (1 +a A T) /1 OOOGstc
[0039] AT = T+0.03GAc-Tr
[0040] b = 7.07X0.00001 XGac
[004i]式中：？_為光伏陣列輸出功率;vm*光伏陣列開路電壓；1?為光伏陣列短路電流； Gac為照射強(qiáng)度;GSTC為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件的光照強(qiáng)度，為1000W/m2; T為溫度;Tr為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件 下的溫度即25°C ;a、c為功率溫度系數(shù)。
[0042]儲(chǔ)能裝置節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能裝置的電力控制。通過接口感知環(huán)境信息并存 儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫;根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)部分信息本地處理;采用儲(chǔ)能裝置功率模型估算儲(chǔ)能裝置狀態(tài)； 與單個(gè)節(jié)點(diǎn)交互獲取信息并作出響應(yīng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送控制指令調(diào)整儲(chǔ)能裝置充放電功率 維持智能分布式電網(wǎng)的電壓頻率平衡。
[0043]熱電機(jī)組節(jié)點(diǎn)當(dāng)系統(tǒng)功率不足時(shí)才被激活并進(jìn)行能量?jī)?yōu)化。
[0044]負(fù)載節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)負(fù)載的管理。通過接口感知環(huán)境信息并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫;根據(jù)需求 實(shí)現(xiàn)部分信息本地處理;估算負(fù)載需求;與單個(gè)節(jié)點(diǎn)交互獲取信息并作出響應(yīng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 發(fā)送切換控制指令維持功率平衡。
[0045] 本發(fā)明采用的電能質(zhì)量評(píng)估方法將電能質(zhì)量進(jìn)行加權(quán)評(píng)估且能得到連續(xù)的數(shù)值， 減小了主觀因素的影響。首先確定電能質(zhì)量指標(biāo)的隸屬值函數(shù)，再對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬值賦 予權(quán)值，進(jìn)行加權(quán)評(píng)估，本發(fā)明將加權(quán)評(píng)估值作為電能質(zhì)量評(píng)估值。
[0046] 將電壓等級(jí)的各項(xiàng)指標(biāo)偏差等分為五個(gè)等級(jí)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)采用以下隸屬度函數(shù)：
[0047] A=l/(a ? /)，A為隸屬值;x為電能質(zhì)量指標(biāo)偏差;a和0是可調(diào)變量；當(dāng)隸屬度函 數(shù)值為〇 . 5時(shí)對(duì)應(yīng)于各項(xiàng)指標(biāo)偏差合格臨界值。計(jì)算得到隸屬度向量A= [h，A2，A3，A4,入5， 入 6 ]，h-As分別為電壓偏差、頻率偏差、電壓波動(dòng)、電壓瞬變、諧波畸變、不平衡度的隸屬值。
[0048] 權(quán)值m依據(jù)的是當(dāng)隸屬值越低時(shí)，指標(biāo)質(zhì)量越差，其權(quán)值越大，定義為：
=1, 2，…n
[0050]得到向量 N= [m，m，M，ru，ns，n6]
[0051 ] 令電能質(zhì)量評(píng)估值為S，若存在M〈〇. 5，則SiminlM};若對(duì)于任意i，MX). 5全部成 立，則 S = N ? At
[0052]多節(jié)點(diǎn)智能分布式電網(wǎng)EMS是基于分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，功能節(jié)點(diǎn)全部配置在 主控中心，而各元件節(jié)點(diǎn)分布在分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電裝置所在地的計(jì)算機(jī)中，通過通信 網(wǎng)絡(luò)將功能節(jié)點(diǎn)與各元件節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，在主控中心和各分布式端分別建立了數(shù)據(jù)庫和用戶交 互界面進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和系統(tǒng)監(jiān)控。
[0053]以下針對(duì)大電網(wǎng)正常運(yùn)行以及大電網(wǎng)調(diào)度請(qǐng)求的情況，給出其電力控制策略。 [0054]大電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，以15min時(shí)間尺度對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行計(jì)算，假定PmaxPvS光伏發(fā) 電最大輸出功率，Pi為負(fù)載功率，Pbt。為儲(chǔ)能裝置放電功率，Pbti為儲(chǔ)能裝置充電功率。為保 證智能分布式電網(wǎng)運(yùn)行的最大效益，光伏發(fā)電機(jī)組處于最大功率點(diǎn)運(yùn)行，熱電機(jī)組處于停 止?fàn)顟B(tài)。儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行狀況以電價(jià)估算而定，若電價(jià)略高或處于平價(jià)，則蓄池發(fā)電；若電 價(jià)略低，儲(chǔ)能裝置充電。當(dāng)儲(chǔ)能裝置充電時(shí)，若光伏發(fā)電功率超過負(fù)載需求和儲(chǔ)能裝置充電 功率之和即p maXpv >Pbti+P1，則智能分布式電網(wǎng)向大電網(wǎng)輸出功率，若不滿足負(fù)載需求，則 大電網(wǎng)向智能分布式電網(wǎng)輸出功率。當(dāng)儲(chǔ)能裝置放電時(shí)，若光伏發(fā)電和儲(chǔ)能裝置放電功率 之和超過負(fù)載需求Pma Xpv+Pbt。> Pi，則智能分布式電網(wǎng)向大電網(wǎng)輸出功率，若不滿足負(fù)載需 求，則大電網(wǎng)向智能分布式電網(wǎng)輸出功率。
[0055] 當(dāng)大電網(wǎng)向智能分布式電網(wǎng)請(qǐng)求輸出功率Pr時(shí)，若滿足大電網(wǎng)調(diào)度功率請(qǐng)求即 Pmaxpv>Pr，儲(chǔ)能裝置充電；若不滿足大電網(wǎng)調(diào)度功率請(qǐng)求，儲(chǔ)能裝置發(fā)電，此時(shí)若仍不滿足 請(qǐng)求，則熱電機(jī)組啟動(dòng)。若光伏發(fā)電機(jī)組處于最大功率運(yùn)行時(shí)不滿足負(fù)載需求，則儲(chǔ)能裝置 發(fā)電，此時(shí)，若滿足大電網(wǎng)調(diào)度功率請(qǐng)求即Pmaxpv+Pbtc^Pr+Pi，則儲(chǔ)能裝置調(diào)整出力，若仍 不滿足請(qǐng)求，則熱電機(jī)組啟動(dòng)。
[0056] 隔離狀態(tài)下，電網(wǎng)的電力控制具有動(dòng)態(tài)滾動(dòng)的多時(shí)間尺度特性。本發(fā)明采用將隔 離電力控制策略分為小時(shí)級(jí)、分鐘級(jí)和秒級(jí)，即構(gòu)建單日計(jì)劃、日中計(jì)劃和即時(shí)調(diào)度三個(gè)策 略實(shí)現(xiàn)隔離狀態(tài)下智能分布式電網(wǎng)的電力控制。單日計(jì)劃就是通過估算全天的光伏發(fā)電以 及負(fù)載需求，日中計(jì)劃是在單日計(jì)劃的基礎(chǔ)上，通過估算超短時(shí)環(huán)境變化進(jìn)行出力優(yōu)化，即 時(shí)調(diào)度是在日中計(jì)劃的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)狀態(tài)，如果智能分布式電網(wǎng)發(fā)生狀況，將立即做出 實(shí)時(shí)調(diào)整，確保智能分布式電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0057]單日計(jì)劃控制策略通過估算每小時(shí)的光伏發(fā)電和負(fù)載需求，制定電能控制模塊策 略。
[0058] 令凈負(fù)載Plex為：
[0059] piex = Pmpv-Ptl
[0060] Pmpv為光伏發(fā)電最大輸出功率之和;ptl為總負(fù)載需求。令儲(chǔ)能裝置最大充電功率為 Pxin，取大放電功率為Pxout。
[0061] 若 plex>〇:
[0062]當(dāng)piex〈PxiJ寸，熱電機(jī)組不啟動(dòng)，儲(chǔ)能裝置充電，光伏發(fā)電在最大功率點(diǎn)運(yùn)行。
[0063]當(dāng)piex>PxiJ寸，熱電機(jī)組不啟動(dòng)，儲(chǔ)能裝置最大功率充電，光伏發(fā)電進(jìn)行優(yōu)化出力。 [0064]當(dāng)儲(chǔ)能裝置充滿電時(shí)，光伏發(fā)電優(yōu)化出力。
[0065] 若plex〈〇:
[0066] 當(dāng)piex〈Pxmjt時(shí)，熱電機(jī)組不啟動(dòng)，儲(chǔ)能裝置放電，光伏發(fā)電在最大功率點(diǎn)運(yùn)行。 [0067]當(dāng)pi ex>P_t時(shí)，熱電機(jī)組啟動(dòng)，儲(chǔ)能裝置最大功率充電，光伏和熱電機(jī)組發(fā)電機(jī)組 進(jìn)行優(yōu)化出力。
[0068] 對(duì)三種分布式發(fā)電裝置進(jìn)行優(yōu)化出力建模以達(dá)到最小發(fā)電成本，由于只有熱電機(jī) 組需要燃料成本，先給出熱電機(jī)組發(fā)電成本模型：
[0069] Cd = cf ? T = Cf(a+0 ? pd)
[0070] Cf為燃料油價(jià);T為耗油量;a為耗油系數(shù)；
[0071]光伏發(fā)電和儲(chǔ)能裝置發(fā)電成本為各系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，成本模型為：
[0072] Cm= EkiPij
[0073] 由此可得，電能控制模型為：
[0074] minC = CM+Cf
[0075] h為運(yùn)行成本系數(shù);為分布式電源i機(jī)組j發(fā)出的有功功率。
[0076]日中計(jì)劃在智能分布式電網(wǎng)管理策略中是對(duì)日期計(jì)劃的進(jìn)一步校正。日中計(jì)劃電 力控制策略是在lh內(nèi)每15min進(jìn)行一次，即每15min實(shí)施一次，日中計(jì)劃電力控制策略是基 于觸發(fā)條件實(shí)現(xiàn)的：若各光伏發(fā)電機(jī)組的最大發(fā)電功率大于單日計(jì)劃功率，則各發(fā)電機(jī)組 日中計(jì)劃出力仍為單日計(jì)劃出力。若存在光伏發(fā)電的最大發(fā)電功率小于單日計(jì)劃功率，EMS 啟動(dòng)日中計(jì)劃電力控制策略。
[0077] 本發(fā)明的日中計(jì)劃電力控制策略引用了前述分布式發(fā)電裝置節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量評(píng) 估值。實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是在保證智能分布式電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)電的同時(shí)，分布式電源節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量 評(píng)估值越高，輸出功率越多：
[0078] minY= E (aX (Cij/Csum)+bX l/(QijQsum)) ? Pij+Dh
[0079] Csum= ECij;QSUm= E l/Qij，Cij為分布式電源i機(jī)組j的發(fā)電成本系數(shù)；Qij為分布式 電源i機(jī)組j的電能質(zhì)量評(píng)估值;a、b為成本和評(píng)估值之間的權(quán)值系數(shù);Pij為分布式電源i機(jī) 組j的發(fā)電功率;Dh為熱電機(jī)組附加成本。
[0080] 即時(shí)調(diào)度是在日中計(jì)劃調(diào)度的基礎(chǔ)上，每15min內(nèi)，若系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)狀況，則快速 實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的調(diào)度。當(dāng)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的電能質(zhì)量指標(biāo)不合格時(shí)，即可能是發(fā)生故障、負(fù)載變化或 者光伏發(fā)電由于天氣原因產(chǎn)生的發(fā)電波動(dòng)等，立即啟動(dòng)即時(shí)調(diào)度，通過實(shí)時(shí)采集各分布式 發(fā)電功率和負(fù)載需求，確定儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能裝置充放電，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，如果儲(chǔ)能裝置 儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能調(diào)整不能實(shí)現(xiàn)功率平衡，即可快速切斷可間斷負(fù)載來達(dá)到目的，若電能質(zhì) 量指標(biāo)低于某一最低閥值，則該分布式發(fā)電裝置停機(jī)檢修。
[0081] 為了進(jìn)一步降低電壓波動(dòng)和提高供電能力，本發(fā)明通過以下步驟對(duì)系統(tǒng)中各分布 式電源出力的協(xié)調(diào)控制以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。引入自適應(yīng)參數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣T[k]，將母線電壓 和分布式電源的出力等變量約束通過參數(shù)體現(xiàn)在T[k]中。T[k]隨著迭代次數(shù)的改變不斷更 新，最終使功率分配結(jié)果滿足母線電壓上下限和分布式電源的出力限制。
[0082] 當(dāng)智能分布式電網(wǎng)發(fā)生電壓波動(dòng)，而大電網(wǎng)輸出的有功功率相對(duì)于負(fù)載來說又比 較充裕時(shí)，可以通過增加或減少分布式電源的有功出力，來實(shí)現(xiàn)電壓控制。具體地，通過以 下分布式算法，估算出所需增加或減少的有功，在含分布式電源的相鄰母線之間進(jìn)行通信 和功率分配，由所有母線上的分布式電源共同提供所需功率，實(shí)現(xiàn)電壓控制。
[0083] 電壓控制策略包含兩層循環(huán)，外循環(huán)r和r+1之間包含k次內(nèi)循環(huán)迭代。具體步驟如 下：
[0084] (1)在每個(gè)時(shí)刻r開始時(shí)，根據(jù)線路參數(shù)、負(fù)載和系統(tǒng)中分布式電源的出力進(jìn)行潮 流計(jì)算，計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)電壓值。根據(jù)潮流計(jì)算中的Jacob矩陣，建立算法所需的通信結(jié)構(gòu)，并 計(jì)算有功狀態(tài)初始轉(zhuǎn)換矩陣。
[0085] (2)若某節(jié)點(diǎn)電壓值超出所規(guī)定的電壓范圍，根據(jù)電壓波動(dòng)值進(jìn)行分布式算法初 始化，計(jì)算分布式電源所需增加或減少的有功出力初始值。
[0086] (3)在時(shí)段(r，r+l)內(nèi)，根據(jù)電壓規(guī)則和分布式電源的出力限制，在每次迭代中不 斷更新狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣T[k]，從而改變分布式電源有功出力的大小。前k/2次迭代不考慮分布 式電源的容量限制，只根據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓值協(xié)調(diào)各分布式電源的出力;后k/2次迭代修改功率分 配結(jié)果以滿足分布式電源的出力限制。
[0087] (4)在時(shí)刻r+1開始時(shí)，根據(jù)上一步計(jì)算出的各分布式電源的有功出力變化結(jié)果， 調(diào)整分布式電源的出力值，重新進(jìn)行潮流計(jì)算，進(jìn)行下次循環(huán)，直到所有節(jié)點(diǎn)電壓都滿足電 壓要求范圍。外循環(huán)次數(shù)ro取值足夠大，假設(shè)達(dá)到最大循環(huán)次數(shù)之后，所有節(jié)點(diǎn)電壓都能滿 足電壓要求范圍。
[0088] 假定智能分布式電網(wǎng)除與上一級(jí)電網(wǎng)相連的變壓器節(jié)點(diǎn)外有n條母線，則協(xié)調(diào)控 制各母線上的分布式電源的有功或無功增量在各節(jié)點(diǎn)之間的分配：
[0089] AP[k+l]=Tp[k] ? AP[k]
[0090] AQ[k+l]=TQ[k] ? AQ[k]
[0091] 式中A P為各節(jié)點(diǎn)分布式電源的有功增量，為n XI階列向量；
[0092] A Q為各節(jié)點(diǎn)分布式電源的無功增量，為nXl階列向量；
[0093] TP[k]為nXn階有功狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣；
[0094] TQ[k]為nXn階無功狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣。
[0095] 若母線j上不含分布式電源，則APj[k]=0, AQj[k]=0。
[0096] 通過構(gòu)造，令TP[k]和Tg[k]為包含母線電壓和分布式電源出力限制等變量約束的 參數(shù)矩陣，從而使功率分配結(jié)果滿足電壓和分布式電源的容量限制要求。
[0097] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的 原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何 修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨 在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修 改例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于分布式電源的智能電力控制方法，其特征在于:利用EMS對(duì)智能分布式電網(wǎng) 的各個(gè)發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略做出相應(yīng)決策，將決策 指令傳輸給設(shè)備控制器，以使設(shè)備控制器根據(jù)相應(yīng)指令控制分布式發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和 負(fù)載，完成電力協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能分布式電網(wǎng)包括光伏電機(jī)、熱電 機(jī)組、儲(chǔ)能裝置、負(fù)載、EMS及繼電保護(hù)裝置;智能分布式電網(wǎng)通過母線將各單元連接起來， 并通過變壓器和大電網(wǎng)連接;其中所述光伏電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的跟蹤并給儲(chǔ)能裝置充放 電，然后經(jīng)過逆變器連接交流母線;光伏陣列控制器接收EMS的調(diào)度出力指令，運(yùn)用光伏發(fā) 電的有功無功的解耦控制，實(shí)現(xiàn)光伏電機(jī)的出力調(diào)整;所述儲(chǔ)能裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行短時(shí)供電， 根據(jù)EMS的調(diào)度指令來進(jìn)行儲(chǔ)能裝置的充放電管理;所述熱電機(jī)組通過自身控制發(fā)出交流 電直接與交流母線連接，作為備用發(fā)電裝置，配合智能分布式電網(wǎng)的電力控制進(jìn)行啟停;所 述負(fù)載分為可間斷負(fù)載和不可間斷負(fù)載，EMS并對(duì)負(fù)載實(shí)施需求側(cè)管理，優(yōu)先保障不可間斷 負(fù)載的功率需求;所述智能分布式電網(wǎng)通過公共連接點(diǎn)及主分隔器進(jìn)行并網(wǎng)和隔離的兩種 運(yùn)行方式的切換，并網(wǎng)方式下實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，隔離時(shí)智能分布式電網(wǎng)自治運(yùn)行；當(dāng)智 能分布式電網(wǎng)不能滿足負(fù)載需求時(shí)，公共連接點(diǎn)將合上主分隔器，將智能分布式電網(wǎng)與大 電網(wǎng)相連，此時(shí)的智能分布式電網(wǎng)就相當(dāng)于大電網(wǎng)的可控負(fù)載，由大電網(wǎng)向智能分布式電 網(wǎng)供電；所述EMS檢測(cè)到各分布式電力單元的輸出功率、儲(chǔ)能裝置的充放電狀態(tài)，負(fù)載的功 率，單元節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量信息，在滿足運(yùn)行條件以及儲(chǔ)能等物理設(shè)備的電氣特性的約束條件 下，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，協(xié)調(diào)智能分布式電網(wǎng)內(nèi)部分布式電源和負(fù)載等模塊的工作， 優(yōu)化智能分布式電網(wǎng)能量的流動(dòng)和利用，以最小的工作運(yùn)行成本向用戶負(fù)載提供滿足所需 質(zhì)量的電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化與調(diào)度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電能質(zhì)量信息通過以下步驟進(jìn)行評(píng) 估，首先確定電能質(zhì)量指標(biāo)的隸屬值函數(shù)，再對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬值賦予權(quán)值，將加權(quán)評(píng)估值 作為電能質(zhì)量評(píng)估值，具體包括： 將電壓等級(jí)的各項(xiàng)指標(biāo)偏差等分為五個(gè)等級(jí)，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)采用以下隸屬度函數(shù)： λ=1/(α · /)，λ為隸屬值;X為電能質(zhì)量指標(biāo)偏差;α和β是可調(diào)變量； 當(dāng)隸屬度函數(shù)值為〇 . 5時(shí)對(duì)應(yīng)于各項(xiàng)指標(biāo)偏差合格臨界值； 計(jì)算得到隸屬度向量Α= [λχΑ,λ^λζ^λ^λ?Β]， λ?_λ6分別為電壓偏差、頻率偏差、電壓波動(dòng)、電壓瞬變、諧波畸變、不平衡度的隸屬值； 權(quán)值m依據(jù)當(dāng)隸屬值越低時(shí)，指標(biāo)質(zhì)量越差，其權(quán)值越大，定義為：得到向量 N= [m，n2，n3，n4，n5，n6] 令電能質(zhì)量評(píng)估值為δ，若存在Ai〈0.5,則5 = min{Ai};若對(duì)于任意i，Ai>〇.5全部成立， 貝W = N · Ατ〇
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK105958550SQ201610356711
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】毛新龍
【申請(qǐng)人】毛新龍