光伏电站供电调度系统和方法与流程

本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及光伏发电调度领域。

背景技术：

以太阳能光伏发电为代表的新能源供电方式具有较好的应用前景。目前，光伏电站普遍采用统购统销的并网模式获取发电收益。该模式下，光伏电站需要将光伏系统产生的电能，经逆变器直/交流转换并升压后，接入公共电网高压线路，发电收益根据并网发电量和上网电价进行结算。此模式存在两方面的缺点：一方面，光伏电站生产的电能经过多次变压转换和长距离线路传输，才能到达用户，由此产生较多的能量损耗。另一方面，上网电价与电网零售电价存在一定的价差，光伏电站将所有生产的电能以较低的上网电价出售，损失了一定的发电收益。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种可以减少光伏电站并网发电的损耗，同时增加光伏电站发电收益，减少本地用户用电成本的光伏调度系统和方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：光伏电站供电调度系统，光伏电站中的光伏组件将太阳能转换成直流电，直流电经逆变器转换成低压交流电，所述逆变器输出的低压交流电分两路输出，其中一路经第一闸刀开关、第一电量计连接升压变压器，经升压变压器升压后接入公共电网高压母线，另一路经第二闸刀开关、第二电量计连接本地低压用户线向用户供电，所述公共电网高压母线经降压变压器、第三刀闸开关与本地低压用户线连接，所述用户的用电负载经电能控制器与本地低压用户线连接。

系统设有电网控制节点，所述电网控制节点经通信网络与第一电量计、第二电量计、各用户的电能控制器以及光伏电站相互通信，所述第一电量计、第二电量计和电能控制器采集的信息实时发送到电网控制节点。

所述第一电量计用于计量光伏电站输出到公共电网的电量，所述第二电量计用于计量光伏电站直供本地用户的电量，所述用户的电能控制器计量用户用电负载的用电量。

基于所述光伏电站供电调度系统的调度方法，电网控制节点动态调整第一刀闸开关、第二刀闸开关和第三刀闸开关的开合状态，使得光伏电站在以下三种供电运行状态间进行切换；

1)光伏电站离网状态：光伏电站发电功率小于供电标准时，第三刀闸开关合上，第一刀闸开关和第二刀闸开关断开，本地用户由公共电网高压母线供电；

2)光伏电站与公共电网联合供电状态：光伏电站发电功率达到供电标准，但是不能完全满足本地用户用电需求时，第二刀闸开关和第三刀闸开关合上，第一刀闸开关断开，本地用户由光伏电站和公共电网高压母线供电；

3)光伏电站独立供电状态：光伏电站发电功率能满足本地用户用电需求时，第三刀闸开关断开，第一刀闸开关和第二刀闸开关合上，本地用户由光伏电站供电，同时，光伏电站的剩余电量输入公共电网高压母线供电。

所述光伏电站离网状态还包括由于检修以及电网稳定控制需要时，第三刀闸开关合上，第一刀闸开关和第二刀闸开关断开。

基于所述调度方法的电费计价方法，包括固定价格方法和动态定价方法；

所述固定价格方法：

光伏电站的为本地用户供电的价格为p_s，光伏电站输入公共电网的电价为p_f，本地用户从公共电网购入的电价为p_r；

p_s＝θp_f+(1-θ)p_r；其中θ为自定义的调节参数，满足0≤θ≤1的条件；

所述动态定价方法：

步骤1：光伏电站将t时间段供电价格p_s,t设置为p_f作为初始值；

步骤2：光伏电站通过网络将p_s,t发送给所有用户；

步骤3：每个用户的电能控制器根据收到的p_s,t，根据预设数据获取每个本地用户t时间段内用户的计划用电量；

步骤4：将用户的计划用电量发送至电网控制节点；

步骤5：电网控制节点对所收到的所有用户在t时间段内计划用电量信息进行求和，然后将结果发送给光伏电站；

步骤6：光伏电站根据收到的所有用户在t时间段内计划用电量总和e_user,t，以及t时间段内预期发电量e_pv,t，计算t时间段的预期收益，

步骤7：将供电价格p_s,t增加Δp，其中Δp为步长；

步骤8：判断供电价格p_s,t是否大于电网零售电价p_r，如果p_s,t不大于p_r则返回并重复步骤2-8，如果p_s,t大于p_r，则进入步骤9；

步骤9：对比在所有可能的供电价格下，光伏电站可能获得的预期收益，选择预期收益最大时设定的电价作为t时间段的供电价格p_s,t，并发送给电网控制节点和用户。

光伏电站供电结算方法：光伏电站的供电收益以及每个用户的购电费用由电网控制节点统一结算，所述第二电量计在t时间段测量得到的电量为c_user,^t，表示在t时间段内光伏电站直接提供给用户的总电量，第一电量计在t时间段测量得到的电量为c_feed_^,t，表示在t时间段内光伏电站输入公共电网的总电量，用户i的电能控制器在t时间段测量得到的电量为c_i,^t，表示在t时间段内用户i消耗的总电量，每天光伏电站的收益结算和每个用户的电费计算方法如下：

如果光伏电站采用固定电价p_s，则光伏电站在一天内的售电收益，包括直供用户的收益和输入公共电网的收益两部分：

所述固定价格方法售电收益计算公式为：

所述动态定价方法售电收益计算公式为：

用户电费结算方法：用户i在一天内的购电费用，包括从光伏电站的购电费用和从公共电网的购电费用两部分；

如果光伏电站采用固定价格方法，电量单价为p_s，则户i在一天内的电费计算公式为

其中N为本地用户总数量；

如果电站采用动态定价方法，则户i在一天内的电费计算公式为

其中，表示在t时间段内，光伏电站提供给用户的总电量占所有用户总用电量的比例，表示在t时间段内用户i消耗的光伏电站供电量，而表示在t时间段内用户i消耗的公共电网供电量。

本发明方法与现有技术相比具有以下特点：

1、现有光伏电站工作模式主要采用发电自用、余电上网的方案，采用本发明方法，光伏电站可以直接向本地用户供电，就近消纳光伏电站输出的电能，减少损耗。

2、现有光伏电站并网发电收益结算采用统购统销模式，而上网电价低于电网零售电价，采用本发明方法，光伏电站可以和本地用户直接交易，通过高于上网电价的合理定价获取更多发电收益。同时，本地用户也能以低于电网零售电价的价格使用光伏电站生产的电能。采用本发明方法，对光伏电站和本地用户都有益处。

3、本发明设计了固定价格和动态定价两种定价方法。固定价格方法简单易行，适用于用户负载不能动态调节用电功率和用电时间段的情况。而随着智能电器技术的发展，很多柔性用户负载可以动态调节用电功率和用电时间段。此时采用动态定价方法，可以引导用户尽可能多的将用电需求调整到光伏电站发电量多的时间段，提高清洁电能的利用率。

4、本发明设计的动态定价方法基于分布式计算方法，光伏电站进行定价时，不需要知道每个用户的用电偏好以及单独的用电计划等信息，只需要由可信的电网控制节点发送的本地用户总用电计划信息。该方法可扩展性强，并可以保护用户的隐私信息。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为光伏电站供电调度系统框图；

图2为光伏电站供电调度方法中的计费流程图。

具体实施方式

光伏电站供电系统结构：

本发明所采用的光伏电站供电系统结构如图1所示：

光伏电站1中的光伏组件2将太阳能转换为直流电，直流电经逆变器3转换为低压交流电。低压交流电分为两路，一路经的第二刀闸开关4与第二电量计5连接本地低压用户线6，向本地用户(例如7和8)供电；另一路经第一刀闸开关9与第一电量计10连接升压变压器11，经升压后接入公共电网高压母线12。公共电网高压母线经降压变压器13与第三刀闸开关14与本地低压用户线连接，用户的用电负载(15、16、17和18)经电能控制器(19和20)与本地低压用户线连接。

该系统中的电网控制节点21经通信网络22与各电量计、各用户的电能控制器以及光伏电站相互通信。电网控制节点根据光伏电站的发电状态以及用户的用电情况，控制各刀闸开关的开合状态，实现光伏电站的电能传输调度。同时，电网控制节点实现电量计量汇总与电费结算等功能。通信网络根据实际部署情况可以采用无线通信技术、电力线通信技术，或者两种技术方案相结合的混合网络形式。第二电量计5用于计量光伏电站直供本地用户的电量，第一电量计10用于计量光伏电站输出到公共电网的电量，用户的电能控制器可以计量用电负载的用电量，电量计和电能控制器采集的信息实时发送到电网控制节点。对于某些柔性用电负载，例如可以调节设定温度的空调系统，以及可以调整用电时间段的洗衣机、热水器等，电能控制器可以根据电价对其进行用电调度与控制。

光伏电站供电调度方法：

由于光伏电站的发电量随季节、时间和光照强度等条件变化，具有很强的动态性。同时，本地用户的用电量也是不断变化的。为了使得光伏电站生产的电能尽可能多的被本地用户使用，本发明设计了一种光伏电站供电调度方法。

具体供电调度方法如下：光伏电站控制系统实时监测光照强度等环境条件和自身发电状态，并向电网控制节点上报相关监测数据；本地用户的电能控制器实时监测负载的用电信息，并向电网控制节点上报相关监测数据。电网控制节点根据所采集的光伏电站运行状态数据，以及本地用户的用电信息数据，动态调整第二刀闸开关4、第一刀闸开关9和第三刀闸开关14的开合状态，使得光伏电站在以下三种供电运行状态间进行切换。

1、光伏电站离网状态。光伏电站发电功率小于供电标准时(如夜间)，或者由于检修以及电网稳定控制需要，光伏电站离网，第二刀闸开关4和第一刀闸开关9断开，第三刀闸开关14合上，本地用户由公共电网供电。

2、光伏电站与公共电网联合供电状态。光伏电站发电功率达到供电标准，但是不能完全满足本地用户用电需求时，第一刀闸开关9断开，第二刀闸开关4和第三刀闸开关14合上，本地用户由光伏电站和公共电网同时供电。

3、光伏电站独立供电状态。光伏电站发电功率较大，能够完全满足本地用户用电需求并有剩余容量时，第三刀闸开关14断开，第二刀闸开关4和第一刀闸开关9合上，本地用户由光伏电站供电，同时，光伏电站的剩余电量输入公共电网。

光伏电站供电定价方法：

根据目前的电网实际情况，光伏电站输入公共电网的电量按上网电价p_f定价，本地用户从公共电网购入的电量按电网零售电价p_r定价，这两个价格满足p_r>p_f的关系。采用了本发明设计的光伏电站供电调度方法之后，光伏电站可以直接和本地用户进行电能交易。当光伏电站的电价设定在p_f和p_r之间时，光伏电站能够以高于p_f的价格出售部分电量，而本地用户能够以低于p_r的价格买入部分电量，提高光伏电站售电收益，降低用户购电成本。

本发明设计了两种光伏电站定价方法，一种为固定价格方法，一种为动态定价方法。在系统部署时，可根据实际情况选择相应的定价方法。

固定价格方法：

当用户的用电负载都为传统负载时，不能动态调节用电功率或用电时间段，在这种情况下，光伏电站的供电价格p_s设为一个固定值，其计算公式如下：

p_s＝θp_f+(1-θ)p_r

其中θ为调节参数，满足0≤θ≤1的条件，θ的数值由光伏电站和本地用户协商达成。

动态定价方法：

由于光伏电站的发电状态随光照强度等外部环境条件变化，具有较强的动态性，为了使得光伏电站的发电量能够尽可能多的被本地用户使用，光伏电站可以采用动态定价的方法。其基本原则是，将光伏电站供电价格p_s设定在上网电价p_f和电网零售电价p_r之间，发电量多时p_s较低，发电量少时p_s较高，引导用户将负载用电量调整到发电量较多时间段。采用动态定价方法，需要用户的部分(或全部)用电负载为柔性负载，能够动态调节用电功率或用电时间段。此时，用户的电能控制器可以动态调整负载的用电计划，在满足负载用电需求的条件下，尽量将负载的用电量调整到电价较低的时间段，减少用户的电费支出。

将时间分为多个时间段，每个时间段的长度为固定值，例如可以设为一个小时。某个时间段t的光伏电站供电价格记为p_s,t，由光伏电站在时间段t-1内决策。光伏电站在进行定价决策时，需要根据当前的发电状态和对下一时间段发电量的预测，结合用户对自身在下一时间段的用电计划进行计算，其详细步骤如图2所示。

步骤1：光伏电站将t时间段供电价格p_s,t设置为上网电价p_f作为初始值。

步骤2：光伏电站通过网络将p_s,t发送给所有用户。

步骤3：每个用户的电能控制器根据收到的p_s,t，依照用户设定的用电偏好和用电负载的可调度时间段，计算t时间段内用户的计划用电量。

步骤4：为了保护用户的用电隐私，用户的计划用电量不直接发送给光伏电站，而是在规定时间内采用加密的方式发送给可信的电网控制节点。

步骤5：电网控制节点对所收到的所有用户在t时间段内计划用电量信息进行解密并求和，然后将结果发送给光伏电站。

步骤6：光伏电站根据收到的所有用户在t时间段内计划用电量总和e_user,t，以及t时间段内预期发电量e_pv,t，计算t时间段的预期收益，计算公式如下：

r_exp,t＝p_s,tmin(e_pv,t,e_user,t)。

步骤7：将供电价格p_s,t增加Δp，其中Δp为步长。(Δp为预设的修正定值，用于循环累加到合适电价)

步骤8：判断供电价格p_s,t是否大于电网零售电价p_r，如果p_s,t不大于p_r则返回并重复步骤2-8。如果p_s,t大于p_r，则进入步骤9。

步骤9：对比在所有可能的供电价格下，光伏电站可能获得的预期收益，选择预期收益最大时设定的电价作为t时间段的供电价格p_s,t，并发送给电网控制节点和用户。

光伏电站供电结算方法：

光伏电站的供电收益以及每个用户的购电费用由电网控制节点统一结算。第二电量计在t时间段测量得到的电量为c_user,t，表示在t时间段内光伏电站直接提供给用户的总电量，第一电量计在t时间段测量得到的电量为c_feed,t，表示在t时间段内光伏电站输入公共电网的总电量。用户i的电能控制器在t时间段测量得到的电量为c_i,t，表示在t时间段内用户i消耗的总电量。以一天时间为例，每个时间段为1个小时，光伏电站的收益结算和每个用户的电费计算方法如下。

光伏电站收益结算：

如果光伏电站采用固定电价p_s，则光伏电站在一天内的售电收益，包括直供用户的收益和输入公共电网的收益两部分。如果光伏电站采用固定价格p_s，其售电收益计算公式为：

如果电站采用动态定价，在t时间段内价格为p_s,t，其售电收益计算公式为：

用户电费结算：

用户i在一天内的购电费用，包括从光伏电站的购电费用和从公共电网的购电费用两部分。如果光伏电站采用固定价格p_s，则户i在一天内的电费计算公式为

其中N为本地用户总数量。

如果电站采用动态定价，则户i在一天内的电费计算公式为

其中，表示在t时间段内，光伏电站提供给用户的总电量占所有用户总用电量的比例，表示在t时间段内用户i消耗的光伏电站供电量，而表示在t时间段内用户i消耗的公共电网供电量。