一种微电网供电及监控方法
【专利摘要】本发明涉及一种微电网供电及监控方法，该监控方法可以预测微电网的光伏模块、风电模块的发电功率，预测负载的变化情况，并基于实时检测的蓄电池模块的储能情况和实时获取的大电网的运行情况，来制定供电策略，使得微电网处于安全、经济、令用户满意的运行状态之下。
【专利说明】-种微电网供电及监控方法 所属【技术领域】
[0001] 本发明涉一种微电网供电及监控方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球性能源危机的不断加大，低碳、清洁的可再生能源已经成为研究热点，目 前世界各国均开展了含可再生能源的微电网研究项目。微电网是指多个分布式电源及其相 关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。
[0003] 大量的风/光分布式发电以微电网的形式作为一个双向可调度单兀从低压配电 网接入，形成多个微电网组成的微网群或主动型配电网。然而，由于风力发电、光伏发电等 可再生电源的高度随机性，传统负荷、燃料电池等清洁电源的不确定性，以及弹性负荷的可 控可调，使得微电网成为公共电网中的不确定负载，对公共电网的稳定与优化带来巨大的 冲击。
[0004] 因此，要保证微电网安全、可靠、经济地运行，实现微电网的推广和应用，就需要对 微电网供电管理问题进行研究。与负荷被动参与电网运行的传统电网供电管理相比,微电 网的供电管理更期望用户负荷主动参与电网的运行，实现对对电能的积极消费。但随着智 能用户数量的增加，用户时变的用电数量和随机的用电时间将给负荷端的能量分配带来扰 动。另一方面，微电网的供电端引入了大量可再生、节能环保的新能源，新能源的随机性也 给微电网的供电管理带来了扰动的影响。
[0005] 微电网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网和小型电网 的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。在主电网正常状态下，微电网需 要长期稳定运行；在大电网故障时，微电网必须快速脱离主电网，进入并保持于孤岛运行， 待大电网故障排除后重新自动并网运行；当微电网出现故障点时，同样需要快速切除微电 网。由于微电网中的一些分布式电源，如风力发电和太阳能发电，受外界气候条件影响很 大，频率时常波动导致采样的误差，因此，如何稳定、可靠地实施微电网并网是目前迫切需 要解决的问题。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种微电网供电及监控方法，该监控方法可以预测 微电网的光伏模块、风电模块的发电功率，预测负载的变化情况，并基于实时检测的蓄电池 模块的储能情况和实时获取的大电网的运行情况，来制定供电策略，使得微电网处于安全、 经济、令用户满意的运行状态之下。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种微电网供电及监控方法，该方法基于如下监 控系统来实现，该监控系统包括：
[0008] 光伏发电监控模块，用于实时监控微电网中的光伏发电模块，并对光伏发电模块 的发电功率进行预测；
[0009] 风电监控模块，用于实时监控风电网中的风电模块，并对风电模块的发电功率进 行预测；
[0010] 蓄电池监控模块，用于实时监控微电网中的蓄电池模块；
[0011] 负载监控模块，用于实时监控微电网中的负载，并对负载的功率变化情况进行预 测；
[0012] 大电网联络模块，用于实时从大电网调控中心获知大电网的运行情况以及相关调 度息；
[0013] 断路器，用于连接或隔离微电网与大电网；
[0014] 并网监控模块，用于控制断路器连接或隔离微电网和大电网；
[0015] 中控模块，用于确定微电网的供电策略，并向上述各模块发出指令，以执行该供电 策略；
[0016] 总线模块，用于该监控系统的各个模块的通信联络；
[0017] 该监控方法包括如下步骤：
[0018] (1)光伏发电监控模块、风电监控模块实时获取微电网中光伏发电模块和风电模 块的运行数据，并存储数据，负载监控模块实时获取负载的负荷变化情况；
[0019] (2)根据现有微电网中光伏发电模块和风电模块的运行数据，对未来预定时刻内 的微电网中的输出功率进行预测，根据现有微电网中的负载的负荷变化情况，对负载的负 荷需求进行预测；
[0020] (3)实时检测获取蓄电池模块的储能充放容量，以及大电网的调度信息；
[0021] (4)以大电网的调度信息、当前蓄电池储能的充放容量、未来微电网中的输出功率 以及对未来负荷需求的变化作为约束条件，建立微电网供电管理的目标函数；
[0022] (5)对上述供电管理目标函数进行优化，确定供电策略；
[0023] (6)执行上述供电策略。
[0024] 优选的，在步骤（5)，上述供电管理的目标函数按照如下步骤优化：利用基于混合 整数二次规划带约束的预测控制优化算法，以微电网可控输出功率、蓄电池储能充放电量 和充放电时间、对负载负荷需求为操作变量，以储能设备最优容量为设定值，以微电网的能 量供求误差最低作为目标，在满足微电网可控输出功率、蓄电池储能的充放电和容量物理 约束条件下，调整微电网可控输出功率、储能充放电量和充放电时间、以及对负载负荷需求 的调节作用，以达到微电网最小的目标函数值。
[0025] 优选的，在步骤（2)中，对未来预定时刻内的微电网中的输出功率进行预测，具体 采用如下方式实现，根据光照强度数据和温度数据预测光伏发电模块的功率输出，根据风 速数据预测风电模块的输出功率。
[0026] 优选的，在步骤（4)中，微电网总功率Pg的约束为：
[0027] 在非响应调度时段1下，Pg，min彡Pg(1)彡P g，max，Pg，min为微电网能够从大电网吸收的 最大功率，P g niax为微电网能够向大电网输送功率的最大功率；
[0028] 在响应调度时段2下，Pg(2) = Psrt，Psrt为响应调度时段2下要求的联络线功率。
[0029] 优选的，在步骤（4)中，微电网蓄电池容量约束为：
[0030] 蓄电池的能量流动可描述为，
[0031] [Socref-Soc (k+1) ] = a [Socref-Soc (k) ] + η Es (k)
[0032] Socmin ^ Soc (k) ^ Socmax
[0033] 其中，Soc (k)为k时刻蓄电池的容量状态，Soclrrf是为保证储能电池工作的可靠性 而设置的一个设定值，Es (k)代表储能设备与其它电力设备间流动的电量，储能的物理损耗 系数a e (〇，1)，η为蓄电池的充放电效率，充电效率记为η。、放电效率记为Iid，且它们之 间满足以下关系：
【权利要求】
1. 一种微电网供电及监控方法，该方法基于如下监控系统来实现，该监控系统包括： 光伏发电监控模块，用于实时监控微电网中的光伏发电模块，并对光伏发电模块的发 电功率进行预测； 风电监控模块，用于实时监控风电网中的风电模块，并对风电模块的发电功率进行预 测； 蓄电池监控模块，用于实时监控微电网中的蓄电池模块； 负载监控模块，用于实时监控微电网中的负载，并对负载的功率变化情况进行预测； 大电网联络模块，用于实时从大电网调控中心获知大电网的运行情况以及相关调度信 息； 断路器，用于连接或隔离微电网与大电网； 并网监控模块，用于控制断路器连接或隔离微电网和大电网； 中控模块，用于确定微电网的供电策略，并向上述各模块发出指令，以执行该供电策 略； 总线模块，用于该监控系统的各个模块的通信联络； 其特征在于，该监控方法包括如下步骤： (1) 光伏发电监控模块、风电监控模块实时获取微电网中光伏发电模块和风电模块的 运行数据，并存储数据，负载监控模块实时获取负载的负荷变化情况； (2) 根据现有微电网中光伏发电模块和风电模块的运行数据，对未来预定时刻内的微 电网中的输出功率进行预测，根据现有微电网中的负载的负荷变化情况，对负载的负荷需 求进行预测； (3) 实时检测获取蓄电池模块的储能充放容量，以及大电网的调度信息； (4) 以大电网的调度信息、当前蓄电池储能的充放容量、未来微电网中的输出功率以及 对未来负荷需求的变化作为约束条件，建立微电网供电管理的目标函数； (5) 对上述供电管理目标函数进行优化，确定供电策略； (6) 执行上述供电策略。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（5)中，上述供电管理的目标函数按 照如下步骤优化：利用基于混合整数二次规划带约束的预测控制优化算法，以微电网可控 输出功率、蓄电池储能充放电量和充放电时间、对负载负荷需求为操作变量，以储能设备最 优容量为设定值，以微电网的能量供求误差最低作为目标，在满足微电网可控输出功率、蓄 电池储能的充放电和容量物理约束条件下，调整微电网可控输出功率、储能充放电量和充 放电时间、以及对负载负荷需求的调节作用，以达到微电网最小的目标函数值。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤（2)中，对未来预定时刻内的微 电网中的输出功率进行预测，具体采用如下方式实现，根据光照强度数据和温度数据预测 光伏发电模块的功率输出，根据风速数据预测风电模块的输出功率。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（4)中，微电网总功率Pg的约束为： 在非响应调度时段1下，Pg，min <Pg(1) <Pg;max，Pg，min为微电网能够从大电网吸收的最大 功率，Pg;_为微电网能够向大电网输送功率的最大功率； 在响应调度时段2下，Pg(2) =Psrt，Psrt为响应调度时段2下要求的联络线功率。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤（4)中，微电网蓄电池容量约束为： 蓄电池的能量流动可描述为， [Socref-Soc(k+1) ] =a[Socref-Soc(k) ] +ηEs(k) Socmin ^Soc(k) ^Socmax 其中，Soc(k)为k时刻蓄电池的容量状态，Socraf是为保证储能电池工作的可靠性而设 置的一个设定值，Es(k)代表储能设备与其它电力设备间流动的电量，储能的物理损耗系数 ae(〇，1)，η为蓄电池的充放电效率，充电效率记为η。、放电效率记为Iid，且它们之间满 足以下关系：
储能的充放电过程可以看作是一个同时包含连续变量和离散变量的动态过程，这里采 用混合逻辑动态模型处理方法，通过引入二进制变量S(k)来表示储能在当前时刻的工作 状态， Z(k) =δ(k)Es(k) Z(k)表示当前时刻储能充/放电的电量，则蓄电池的动态特性可描述为： [Socref-Soc(k+1) ] =a[Socref-Soc(k) ] + (ηc-ηd)Z(k) +ηdEs(k) 满足以下约束条件：E1δ(k)+E2Z(k) <E3Es(k)+E4 其中，系数矩阵E1,E2,E3和E4是在将逻辑命题转换为线性不等式时二进制变量和连续 变量要满足的线性不等式约束，可通过数学公式的推导得到。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤（6)中，在需要将微电网接入大电网 时，采用如下方式接入： (61) 将具有基于频率跟踪技术的微电网并网监控模块与并网点断路器连接在一起； (62) 微电网并网监控模块通过测频单元采集大电网侧和微电网侧频率，计算同期并网 时两侧的频率差值以及周波的频率； (63) 微电网并网监控模块通过数据采集单元采集获得微电网侧的三相电压电流值和 大电网侧相电压电流值，并进行微电网侧有功、无功和电能从基波到高次谐波分量的测量 处理； (64) 微电网并网监控模块计算微电网和大电网侧的电压差值、相位差值、频率差值，在 同时满足频率差不大于同期频率差值Fffitex、电压差不大于同期电压差动作值Uhqmx、同期角 不大于同期角度差动作值AngHQ_^^条件下，接到并网合闸命令，进行并网合闸处理。
【文档编号】H02J3/00GK104319768SQ201410608796
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】邓亮戈, 周洪全, 鲜景润, 李果 申请人:四川慧盈科技有限责任公司