一种负荷曲线可配置的储能微网控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微型配电网技术领域，具体涉及一种负荷曲线可配置的储能微网控制 方法。
【背景技术】
[0002] 在孤立运行的微型配电网中接入分布式风力、光伏发电单元，能提高用能环保性， 解决过度依赖柴油发电带来的污染和成本高企的问题。但与此同时，用户面临发电出力间 歇、电能质量不高的问题。通过加入储能单元能缓解上述问题，但容易因风、光发电量或储 能容量不足、储能单元出现故障导致无法向用户可靠供电，频繁启动油电单元则与降低用 电成本的目的相违背，同时环境污染问题也得不到彻底解决。
[0003] 在电网接入条件较好地区的配电网一般都具备连接输电网的能力，可经由配电 网，利用远方电源的发电能力提高微型配电网用户的用电经济性、在配电网故障或电力供 需失衡时实现功率支援、吸收配电网内过剩的电量。但国内输电网中传输电量的绝大部分 仍来源于燃煤发电，碳排放量巨大。在大型输电网中高比例的接入可再生能源发电的技术 尚不成熟，短期内难以实现，并不利于国家节能减排目标的早日实现。
[0004] 因发电机突然故障，风电、光伏间歇性发电等原因，电网供电的功率平衡容易受到 破坏，传统电力负荷并不能及时响应这类功率调整需求，调节用电计划；当问题严重到一定 程度时，就只能通过拉闸限电等方式中断负荷供电，给电力用户带来生产上的损失、生活上 的不便。
【发明内容】
[0005] 为克服上述技术的缺点，本发明旨在提供一种能根据储能特性，可靠的按需调节 负荷曲线，响应电网调峰、调频、备用等各类有功调节需求，同时协调内部多个相连储能微 网、及微网内风、光、储、油等多种分布式发电、储能设备，使原有用电可靠性、经济性、环保 性都得到提高的微型配电网系统。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明是采用以下技术方案实现： 一种负荷曲线可配置的储能微网控制方法，具体包括以下过程： 使用时，通过闭合连接中压和低压交流网的断路开关，处于低压(特指380-420V)部分 的储能微网（以下简称微网）可以实现联网运行；反之所述微网进入孤网运行。当处于联网 运行状态时，如果闭合公共连接点处的断路开关，使联网运行的所述微网再通过中压(特指 10kV)交流网与外界输电网及电源（以下简称为外网电源）相连接，则所述微网进入并网运 行状态。本发明所述控制方法主要利用微网控制模块内新加入的负荷预测模块的信息，根 据并网运行状态时对所述微网用电功率的调节需求，优化储能充、放电过程，构成新的并网 运行控制策略。
[0007] 为控制上述并网、联网或孤网运行状态下的微网，按照"就近互济、并网功率可控、 风光储油依次调度"为目标实施全网有功平衡控制策略，将所述相连微网群的功率平衡需 求实时分配到每个分布式发电元件。
[0008] 能量管理模块负责所述相连微网群的并网功率控制、有功功率互济及所述中压交 流网的监控和保护，同时管理员通过其中的能量监控与显示模块观察全网运行情况，发出 调度和控制指令，通过拓扑控制模块实现对全网断路开关的控制。
[0009] 每过At的时间间隔，通过能量管理模块中网控信息模块收集所述时钟信号、所 述外网发电功率信息、所述相连微网群中各微网发电、用电功率信息、微网负荷预测信息、 储能阵列状态信息以及网络拓扑信息。上述信息通过能量监控与显示模块以数字和图形的 方式向管理员展示。管理员也可通过所述能量监控与显示模块输入分阶段用电计划，包括 调度周期内多个计划跟踪期的起止时间、计划期内用电功率曲线（以下简称为用电计划曲 线，其值用P RE(；表示，为保证交流变压器功率不超过最大通过容量p e，PRE(；应在-P ^到ρ ε范围 变动）的信息。给出用电功率曲线的方法包括但不限于下述方法：限制最大用电功率；在负 荷预测或实测曲线基础上变动一个固定(或固定比例）的数值，或该数值由额外的动态数据 源给出；限制负荷预测或实测曲线变动时斜率的最大或最小值；要求维持设定功率一段时 间，或要求一段时间内跟踪设定曲线，或要求中断供电一段时间。相邻2个计划跟踪期之间 需由1个电量调节期分隔；所述分阶段用电计划一般以1个电量调节期始，需为每个所述微 网分别指定各自的分阶段用电计划。所述分阶段用电计划需先通过用电计划管理模块内的 储能充放电优化模块转换为全时段用电计划方能用于功率调度。
[0010] 所述储能充放电优化模块按照如下规则计算得出所述微网的全时段用电计划： 1) 读取所述分阶段用电计划； 2) 求取所述微网内储能阵列在所述计划跟踪期到来前需具备的电量上、下限值，按如 下步骤计算： 2. 1)对其中每个计划跟踪期设定(下列以符号i表示枚举到的 计划跟踪期)，在所述计划跟踪期起止时段内，对管理员设定的阶段用 电计划曲线和负荷预测曲线P _之差关于时间作积分计算，即
，其中tu、tl2分别表示第i个计划跟踪期的起、止时刻。
[0011] 2. 2)如果爾_^大于0,即如果负荷预测准确并忽略损耗，该计划跟踪期将使储能 阵列充入囊!?:的电量，则设定该计划跟踪期的阶段电量上限^为Ε ε-ΕΙΝΤι，即在该计划跟 踪期起始时刻不可使所述储能阵列的荷电量（S0C)超过EUi; 2. 3)如果EINTl不大于0,即如果负荷预测准确并忽略损耗，该计划跟踪期将使储能阵列 放出的电量，则设定该计划跟踪期的阶段电量下限E Dl为-E INTl，即在该计划跟踪期起 始时刻不可使所述储能阵列的荷电量（S0C)低于EDl; 3) 以储能阵列阶段调整量最小为目标，计算各个电量调整期所述储能阵列的初始阶段 电量调整量，第1轮按照时间从前往后的顺序计算各个电量调整期的调整量： 3. 1)从所述储能阵列的当前工况开始，将计算电量ΕεΛ设置为储能阵列的当前电量值 E〇)R; 3. 2)对所述分阶段用电计划内每个电量调节期设定(下列以符号i表示枚举到的电量 调节期)，确定阶段电量的变动范围： 3. 2. 1)如果紧接该电量调节期的计划跟踪期已设置阶段电量上限Εμι，则阶段电量变 动范围REl为[E MIN，Em-EmJ，其中EMIN为避免深度放电影响电池组寿命及造成零电流启动 问题而为所述储能阵列设置的最小电量阈值，EBAK为管理员在考虑负荷预测误差、风光发电 量、损耗等因素后为所述储能阵列留存的备用电量(或备用电量存储空间）； 3.2.2)如果该计划跟踪期已设置阶段电量下限EDl，则阶段电量变动范围REl为 [EDl+EBAK，Εε]，其中匕为所述储能阵列的最大可容纳电量； 3. 2. 3)通过比较计算电量ΕεΛ与阶段电量变动范围REl的相对位置关系，找出REl范围 内距Ε εΛ最近的点作为阶段计划调整量E seHl，具体步骤如下： 3. 2. 3. 1)如果计算电量Ει比阶段电量变动范围REl的最大值还大，则阶段计划调整量 设置为REl的最大值； 3. 2. 3. 2)如果计算电量Ει比阶段电量变动范围REi的最小值还小，则阶段计划调整量 设置为REl的最小值； 3. 2. 3. 3)如果计算电量ΕεΛ在阶段电量变动范围REl内，则阶段计划调整量设置为E^; 3. 2. 4)所述储能阵列的最大充、放电功率限制可能导致实际可供调整量不足，不足部 分记为待调节电量EDIFi，具体步骤如下： 3. 2. 4. 1)如果该电量调节期内电量调节所需的平均功率满足所述储能阵列的最大充、 放电功率限制要求，
其中匕为所述储能阵列的最大 可用充电总功率（已充满的储能阵列功率应计为0)，PD为所述储能阵列的最大可用放电总 功率(放电仅剩EMIN的储能阵列功率应计为0)，为该电量调节期的时长，则待调节电量 为〇 ; 3. 2. 4. 2)如果该电量调节期内电量调节所需的平均功率不满足所述储能阵列的最 大充、放电功率限制要求，且比最大放电功率还大，Sf
?:，则 Edif「
3. 2. 4. 3)如果该电量调节期内电量调节所需的平均功率不满足所述储 能阵列的最大充、放电功率限制要求，且比最大充电功率的相反数还小，即
3. 2. 5)将计算电量Ea设置为E SCHl; 3. 2. 6)如果枚举尚未结束，返回步骤3. 2 ;否则结束本轮计算； 4)将第1轮计算所得待调节电量按照时间从后往前的顺序重新分配，以消除待调节电 量，第2轮计算的具体步骤如下： 4. 1)从最后1个电量调节期开始，按逐一递减（i-Ι)方向枚举，枚举操作的第1次迭代 时i= Nw，辅助变量ERM=0。其中Nw为电量调节期总数，符号i表示枚举到的电量调节期： 4. 1. 1)如果该电量调节期的待调节电量为0,进入步骤4. 1. 5 ; 4. 1. 2)如果该电量调节期的待调节电量不为0,则第i-Ι个电量调整期的临时调整量 ETMP设置为E SCH(1 1}+EDIFl;如果E胃超出阶段电量变动范围R印1}，则以最小调整量E RM将E TMP 限制在％ 1：)内； 4. 1. 3)给出第i-Ι个调整期的电量起点： 4· 1. 3· 1)如果i大于2,则计算电量ECAL=ES叫i 2)+E則i 2); 4. 1. 3. 2)如果i不大于2,则计算电量Ecal=Ecur; 4. 1. 4)尝试将第i个电量调节期的待调节电量转移给第i-1个电量调节期，利用前面 多段电量调节期的调节空间渐次消化待调节电量： 4. 1. 4. 1)如果第i-Ι个电量调节期内电量调节所需的平均功率满足所述储能阵列 的最大充、放电功率限制要求，S
则进入步骤 4. 1. 5 ； 4. 1. 4. 2)如果第i-Ι个电量调节期内电量调节所需的平均功率不满足所述储能阵列 的最大充、放电功率限制要求，且比最大放电功率还大，即
，则 EDIF(1 1：)=EDIF(1 1}
中进入步骤 4· 1. 5 ; 4* 1.4* 3)如果该电量调节期内电量调节所需的平均功率不满足所述储能阵列的最大充、放电 功率限制要求，且比最大充电功率的相反数还小，即
，则 EDIF(1 1}
，并进入步骤4. 1.5; 4. 1. 5)将弟i-Ι个电重调节期的阶段计划调整重EseHU 1}设置为E TMP，将第i个电量调 节期的待调节电量EDIFl和辅助变量均设为0,如果i>l，进入枚举的下一迭代步，返回步 骤4.1;否则结束本轮计算； 5)根据以上结果形成所述全时段用电计划： 5. 1)如果不存在待调节电量不为0的电量调节期，则对于各个电量调节期，采用包括 但不限于下述线性调节方法，自动生成所述储能阵列的阶段起始电量至阶段计划调整量所 需的功率曲线： 5. 1. 1)从所述储能阵列的当前工况开始，将计算电量Ει设置为储能阵列的当前电量 值 Ecur; 5. 1. 2)对每个电量调节期(下列以符号i表示枚举到的电量调节期）： 5. 1. 2. 1)计算阶段起始电量至阶段计划调整量所需的最短时间tseHl:如果E ^大于 Escm，则 tSCHi-(ECAL-ESCHi)/PD，P--P D;如果 E CAL不大于 E SCHi，则 tSCHi-(ESCHi-ECAL)/PR，P-P R; 5. 1. 2. 2)该电量调节期的所述储能阵列的充、放电功率曲线Ps为时间-功率平面上由 (tSTi, P)、（tSTi+tSCHi, P)、（tSTi+tSQ)i, 0)、（tEDi, 0)构成的 4 点连线；因此，该电量调节期的 阶段用电计划线PRE(；S P s与同一时段的负荷预测线P_R之和。
[0012] 5. 1. 3)将各个电量调节期、计划跟踪期的阶段用电计划线按时间先后顺序拼接， 即构成全时段用电计划。
[0013] 5. 2)如果仍存在待调节电量不为0的电量调节期，则向能量监控与显示模块报 告。
[0014] 管理员可通过所述储能充放电优化模块