用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统和方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及微电网，并且更具体地涉及控制微电网的操作。
【背景技术】
[0002] 微电网是本地区域内的分布式能量资源(分布式发电和储能）和负载的半自主分 组。该负载可以是实用"客户"、若干站点的分组或以协调方式进行操作的分布式站点。分布 式发电机可以包括往复式发动机驱动型发电机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏/太阳能或 其他小规模可再生发电机。所有可控制分布式能量资源和负载以下述方式互连，该方式使 得设备能够执行特定的微电网控制功能。例如，该系统的能量平衡必须通过调度来保持，并 且非关键负载可能在能量短缺或高操作成本的时间期间被缩短或削减。在能够独立于宏电 网（以孤岛模式)进行操作的同时，微电网通常与变电站或电网（即宏电网）互连地起作用， 从宏电网购买能量资源并且可能在不同的时间向回销售能量和辅助服务。宏电网通常是基 于微电网的总的系统能量要求来设计的。功率质量和可靠性的非均匀电平通常被供应给终 端用户。微电网通常对宏电网呈现为单个可控实体。
[0003] 大多数微电网控制系统采用集中式或分布式机制。分布式微电网控制系统大多在 孤岛偏远地区和弱电网连接的微电网中使用，其系统的稳定性是主要问题，并且控制目标 主要是保持微电网动态稳定性。集中式微电网控制在中央控制器中执行微电网的协调管 理，中央控制器监视整个系统的操作状况，根据最小化操作成本来进行最优控制决定，减少 化石燃料消耗，提供用于公共电网的服务等，并且然后将功率设定点传送到分布式能量资 源并且将控制命令传送到微电网内的可控制负载。大多数传统的集中式微电网控制系统在 多个时间间隔中实现与在线经济调度(ED)或在线ED相结合的所谓的"提前一天"DER(分布 式能量资源)调度过程。这些解决方案尝试在考虑到可再生发电和负载预测的同时在预定 义的时间段中提供优化的操作策略。
[0004] 具有在线ED方法的提前一天DER调度基于用于微电网的提前一天可再生发电和负 载预测来生成用于接下来24小时时段的最优操作计划。由于不精确预测技术和可再生能量 资源发电和负载需求的高可变性而导致在提前一天的时间范围中执行的DER调度无法提供 可靠的操作计划，并且因此不利地影响在线H)。
[0005] 在多个时间间隔中的在线ED将最近发电和负载预测包含在操作决定中。然而，该 方法在每个执行间隔（例如，每5到15分钟)实时地具有显著的计算复杂度，以提供不仅用于 当前间隔而且用于未来间隔的控制决定。由于沉重的计算负担，通常布置仅考虑微电网的 功率平衡的简化优化，而不是通过功率流分析提供的更具体的操作限制。
【发明内容】
[0006] 根据本文描述的示例性实施例，提供了一种微电网能量管理系统(EMS)，其使得能 够以电网连接和孤岛模式进行微电网的安全和经济稳定状态操作。微电网EMS系统保持系 统稳定状态经济操作。
[0007] 根据控制微电网的控制操作的方法的实施例，微电网包括多个分布式能量资源， 分布式能量资源包括可控分布式发电机和电能存储设备，该方法包括:周期性地更新用于 微电网的能量资源调度，微电网包括可控制分布式发电机的开/关状态以及电能存储设备 的充电/放电状态和速率，并且至少部分地基于用于微电网的可再生能量生成和负载预测 来满足预定义的时间窗中的第一控制目标；以及周期性地确定用于可控制分布式能量资源 的功率设定点，这满足在预定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，第二控制目标 是至少用于微电网的分布式能量资源调度的功能。
[0008] 根据用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统的实施例，微电网包括多个分 布式能量资源，分布式能量资源包括可控分布式发电机和电能存储设备，微电网管理系统 包括:处理电路，可操作为周期性地更新用于微电网的能量资源调度，微电网包括可控制分 布式发电机的开/关状态以及电能存储设备的充电/放电状态和速率，并且至少部分地基于 用于微电网的可再生能量生成和负载预测来满足预定义的时间窗中的第一控制目标。处理 电路进一步可操作为周期性地确定用于可控制分布式能量资源的功率设定点，这满足在预 定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，第二控制目标是至少用于微电网的分布式 能量资源调度的函数。
[0009] 本领域技术人员将在阅读以下具体描述之后并且在查看附图、附图的简要描述之 后认识到其他特征和优点。
【附图说明】
[0010]附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理。此外，在附 图中，相同附图标记表示相应的部分。在附图中：
[0011]图1图示了用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统的实施例的框图；
[0012] 图2图示了控制微电网的操作的方法的实施例的流程图；
[0013] 图3图示了周期性地更新用于微电网的分布式能量资源调度并且周期性地确定包 括在微电网中的可控制分布式能量资源的功率设定点的实施例的示意图；
[0014] 图4图示了控制微电网的操作的方法的另一实施例的流程图；以及
[0015] 图5图示了包括甩负荷的控制微电网的操作的方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 根据本文描述的示例性实施例，提供了微电网能量管理系统(EMS)，该微电网能量 管理系统(EMS)在特定时间段中考虑到各种因素的同时生成最优调度决策。微电网EMS协调 在多个时间间隔中的微电网内的各种可控制设备之间的控制动作，以实现总体优化目标函 数。例如，微电网EMS可以使用用于未来时间段的可再生能量资源发电和负载预测信息来最 大化可再生能量资源利用并且减少化石燃料的依赖性。此外，可以在多个时间间隔中最优 地调度能量存储充电/放电操作，使得包括在微电网中的电能存储设备可以在轻负载时段 期间存储低价能量，并且在重负载或高价能量时段期间递送能量。
[0017] 微电网EMS还可以利用微电网的网络模型。例如，平衡网络模式对于特定为电网可 能不是有效的。微电网EMS可以在可用时使用具体的不平衡网络模型，增加控制复杂度和准 确性。微电网EMS可以在微电网以不同模式(如，电网连接或孤岛模式)进行操作时考虑不同 的操作特征，并且提供相应的控制策略，这提高了微电网的安全和经济操作。微电网EMS还 可以考虑包括在微电网中的各种可控制设备的物理限制，诸如发电机容量、启动时间、下降 速率、启动/关机/发电成本、能量存储充电/放电速率、充电状态等。
[0018]概括地说，本文描述的微电网EMS使用数学优化技术来解决微电网的经济操作，使 得作出在特定时间段中考虑了各种因素的最优发电调度决定。
[0019] 图1图示了EMS 100以及由微电网EMS 100控制的微电网实施例。微电网包括在本 地区域内的分布式能量资源(分布式能量资源)和负载102。负载102可以是单个实用客户、 若干站点的分组、或以协作方式进行操作的分布式站点。DER可以包括一个或多个分布式发 电机，诸如往复式发动机驱动型发电机104、微型燃气轮机106、燃料电池108、光伏/太阳能 发电机110、风力涡轮机112和其他小型可再生发电机，并且还包括电能存储设备114 AER和 负载102通过电网络116互连。每个DER和负载102可以通过诸如保险丝、断路器、继电器、降 压变压器等的保护设备(PD)118来连接到电网络116。微电网可以在电网连接模式下连接到 变电站或者宏电网120。可以提供一个或多个公共耦合点(PCC)122用于将微电网的电网络 116连接到变电站或宏电网120。微电网可以在孤岛模式下通过PCC 122的适当控制来与所 有电网、变电站等隔尚。
[0020] 包括在微电网中的所有可控制DER和负载102通过通信和控制网络124互连，使得 可控制设备可以执行特定微电网控制功能。微电网EMS 100具有对微电网的通信和控制网 络124的远程或直接接入，以用于通过本地控制代理(CA)126来控制DER和负载102。微电网 EMS 100包括处理电路128,处理电路128可以包括诸如一个或多个控制器、处理器、ASIC(专 用集成电路)等的数字和/或模拟电路，用于执行程序代码，程序代码执行本文描述的能量 管理控制操作。为此，微电网EMS 100包括在用于执行能量管理控制操作的处理电路128中 包括的或与之相关联的DER调度单元130、ED/0PF(经济调度/最优功率流)单元132和断电缓 解单元133。微电网EMS 100还具有由诸如DRM(动态随机存取存储器）134和HDD(硬盘驱动 器）136的一个或多个存储介质，用于存储程序代码和由处理电路128、DER调度单元130、ED/ 0PF单元132和断电缓解单元133在程序代码的执行期间处理和接入的相关数据。该存储介 质还存储由微电网EMS 100生成的结果。
[0021] 微电网EMS 100还具有1/0(输入/输出）电路138,用于经由