用于具有der和ev的配电网的协调控制方法及其控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有分布式能量源（DER)和电动车辆（EV)的配电网，以及更具体地涉 及用于配电网及其协调控制系统的协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 由于对例如能源短缺与不断增长的主要能源和电力的需求、从传统发电厂和运输 工具排放的温室气体与全球气候变化等问题的日益关注，近年来全球政府投资数十亿美元 来支持DER发电和电力运输工具的发展。广泛分布的分布式发电和充电基础设施正处于计 划或建设中，这将对现有的配电网结构带来根本性的改变。功率流模式将首先从单向改变 为双向。需要对网络损耗、拥塞程度和电压分布等进行重新评估。电力电子接口和DER和 EV充电的波动和间歇性特点会加重电能质量问题，如谐波和电压变动。如果发电或充电曲 线是不可调度的，那么峰-谷差异将被扩大。有必要对现有网络进行升级，以容纳大型DER 和EV充电而不需要适当的控制策略。
[0003] 为了适应这些变化、最小化负面影响、以及甚至利用分布式发电和EV充电的可控 制性，一次设备和配电网的管理系统与以前相比需要更加智能。例如，变压器应该能够监测 自身的运行状况以避免非计划停运；管理系统应该能够从给定的风力涡轮机或光伏（PV) 面板和EV负载的几率密度预测发电曲线；以及通信系统应该是双向的，以用于数据采集和 管理控制等。具有了这些能力，我们可以实现协调控制以优化配电网在并网运行和孤岛运 行期间的运行。
[0004] 然而，为了运行具有DER和EV充电基础设施集成的配电网，至少需要解决三个潜 在的问题：
[0005] 1、DER和EV充电具有波动的功率需求特点。考虑成本问题，通常配电变压器不会 根据最大可能的功率需求来进行设计。因此，可能存在变压器有时会过载的情况，这可能会 加速设备老化并且导致不期望的跳闸。为解决这一问题，应该以协调的方式根据不同位置 的变压器的状况监测信息来测量和控制网络和DER、EV和负载之间的有功和无功（P/Q)功 率交换。
[0006] 2、DER发电和EV充电的波动会导致潜在的电压变化或电压闪变。如果配电网连接 到强大的主干电网中，那么影响会相对小。然而，在某些运行模式下或对于一些乡村网络， 电网连接通常是弱的，电压波动可能影响负载或其它设备的正常运行。为了解决该问题，具 有四象限运行能力的分布式EV充电基础设施可被协调地控制以维持网络的电压分布。
[0007] 3、理论上，如果本地发电容量足以支持本地负载，那么对于本地配电网来说，运行 在孤岛模式下是可行的。通常将开启同步发电机作为控制电压和频率的主电源。来自DER 的功率输出可有助于供给部分负载和减少燃料消耗和二氧化碳排放。然而在另一方面，DER 的间歇输出会带来对发电机的电压和频率稳定性的副作用。为在不牺牲DER发电的情况下 解决该问题，考虑来自车辆电池或蓄电池的能量存储容量，应该设计对分布式EV充电基础 设施的控制，从而支持发电机侧电压和频率控制。
[0008] 因此，需要开发一种新的控制方法或控制系统以解决上述问题。
【发明内容】
[0009] 为了克服上文提到的问题，本发明提出了一种用于配电网及其协调控制系统的协 调控制方法。
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于具有DER和EV的配电网的协调控制方 法。所述协调控制方法包括：从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个 负载控制器获取信息；基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率的需求，计算用于DER、EV 和负载的总的P/Q基准和/或断路器控制命令；基于DER、EV和负载的位置和可用容量向 DER、EV和负载分配基准和/或控制命令；以及向DER、EV和负载输出分配的基准和/或控 制命令。
[0011] 根据本发明的优选实施例，所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、断路器 的状态和能接受的电压电平，其中所述电压可用于计算实际频率；电压和电流可用于计算 实际的P/Q ;状况指标包括变压器状况监测数据；其中所述变压器可以是用于配电网、DER、 EV和/或负载的变压器；预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平； 以及断路器的状态包括"开/关"状态。
[0012] 根据本发明的优选实施例，获取信息的步骤还包括：从DMS获取主干电网基准，其 中所述主干电网基准包括配电网的PCC的电压电平的给定范围和配电网与主干电网之间 的P/Q交换的给定范围。
[0013] 根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：向DMS反馈配电网信息，其中所 述配电网信息包括配电网的总的有功/无功功率的消耗、配电网的PCC的电压电平和将配 电网连接到主干电网的断路器的状态。
[0014] 根据本发明的优选实施例，断路器可由单个断路器或多个并联的断路器组成。
[0015]根据本发明的优选实施例，计算P/Q基准和/或断路器控制命令还包括：基于状况 指标计算变压器的允许的过载容量；以及基于变压器的过载容量、配电网与主干电网之间 的P/Q交换的给定范围和/或预测结果，计算配电网的PCC的P/Q限制、DER的P/Q限制、 EV的P/Q限制和负载的P/Q限制；其中P/Q限制包括最大限制和最小限制。
[0016] 根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：识别计算的实际P/Q是否满足 P/Q限制；以及如果不满足，则计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或断路 器命令。
[0017] 根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：识别实际频率是否满足预设的 频率范围；以及如果不满足，则计算用于DER、EV和/或负载的增加的P基准和/或断路器 命令。
[0018] 根据本发明的优选实施例，协调控制方法还包括：识别实际电压是否满足能接受 的电压电平；以及如果不能，计算用于DER、EV和/或负载的增加的Q基准和/或断路器命 令。
[0019] 根据本发明的优选实施例，用于DER、EV和/或负载的总的P/Q基准可以通过加上 增加的P/Q基准来更新。
[0020] 根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或 断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际P大于配电网的P最大限制，以及/或者配电 网的实际频率小于预设的频率范围，则DER的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结 果和DER的P限制增加发电量；如果仍旧不满足或者DER的实际P达到DER的P限制，则EV 的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制减小充电功率和/或增大 放电功率；以及如果仍旧不满足或者EV的实际P达到EV的P限制，则负载的增加的P基准 和/或断路器命令基于预测结果和负载的P限制减小负载电平。
[0021] 根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或 断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际P小于配电网的P最小限制，以及/或者配电 网的实际频率大于预设的频率范围，则负载的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结 果和负载的P限制增加负载电平；如果仍旧不满足或者负载的实际P达到负载的P限制，则 EV的增加的P基准和/或断路器命令基于预测结果和EV的P限制增大充电功率和/或减 小放电功率；以及如果仍旧不满足或者EV的实际P达到EV的P限制，则DER的增加的P基 准和/或断路器命令基于预测结果和DER的P限制减小发电量。
[0022] 根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或 断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际Q大于配电网的Q限制，以及/或者配电网 内的实际电压小于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的 Q限制减小电感Q和/或增大电容Q ;如果仍旧不满足或者实际Q达到EV的Q限制，则DER 的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q ;以及 如果仍旧不满足或者实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令 基于负载的Q限制减小电感Q和/或增大电容Q。
[0023] 根据本发明的优选实施例，计算用于DER、EV和/或负载的增加的P/Q基准和/或 断路器命令还包括：如果配电网的PCC的实际Q小于配电网的Q限制，以及/或者配电网 内的实际电压大于能接受的电压电平，则EV的增加的Q基准和/或断路器命令基于EV的 Q限制增大电感Q和/或减小电容Q ;如果仍旧不满足或者实际Q达到EV的Q限制，则DER 的增加的Q基准和/或断路器命令基于DER的Q限制增大电感Q和/或减小电容Q ;以及 如果仍旧不满足或者实际Q达到DER的Q限制，则负载的增加的Q基准和/或断路器命令 基于负载的Q限制减小电感Q和/或减小电容Q。
[0024] 根据本发明的另一方面，提供了用于具有DER和EV的配电网的协调控制系统。所 述协调控制系统包括：获取模块、计算模块、分配模块和输出模块，所述获取模块被配置为 从至少一个DER控制器、至少一个EV控制器和/或至少一个负载控制器获取信息；所述计 算模块被配置为基于有功/无功功率平衡、电压和/或频率的需求，计算用于DER、EV和负 载的总的P/Q基准和/或断路器控制命令；所述分配模块被配置为基于DER、EV和负载的位 置和可用容量向DER、EV和负载分配基准和/或控制命令；所述输出模块被配置为向DER、 EV和负载输出分配的基准和/或控制命令。
[0025] 根据本发明的另一优选的实施例，所述信息包括电压、电流、状况指标、预测结果、 断路器的状态和能接受的电压电平，其中，电压可用于计算实际频率；电压和电流用于计算 实际的P/Q ;状况指标包括变压器状况监测数据；其中变压器可以是用于配电网、DER、EV和 /或负载的变压器；预测结果包括DER发电容量、EV充电/放电容量和/或负载电平；以及 断路器的状态包括"开/关"状态。
[0026] 根据本发明的另一优选的实施例，获取模块还从DMS获取主干电网基准，其中所 述主干电网基准包括配电网的PCC的电压电平的给定范围和配电网与主干电网之间的P/Q 交换的给定范围。
[0027] 根据本发明的另一优选的实施例，协调控制系统还包括：反