一种用于智慧园区能源管理的功率控制方法和系统与流程

本发明涉及能源管理领域，更具体地，涉及一种用于智慧园区能源管理的功率控制方法和系统。

背景技术：

1、传统园区综合能源管理系统进行功率控制时，调控中心通常采取向上级电网购电后出售给内部负荷用户的供能方式。外网购电供能方式配合园区内部自建的风力发电、光伏发电等分布式能源单元，可维持园区内部的多能源供需平衡。在实际运行过程中，由于新能源电源随机性、间歇性、波动性等不确定因素的影响，若园区综合能源系统出现较大的实时功率缺额且备用机组容量不足，那么园区调度中心须向上级电网以较高的“惩罚价格”购买临时电力，难以实现经济最优化运行；若园区综合能源系统出力超过预期时，又需要临时调节分布式能源的出力，造成弃光弃风现象，降低能源利用率。

2、同时，随着园区内电动汽车等大功率、间歇用电负载的普及和多元化分布式能源的接入，传统能源管理系统无法动态地对园区能源-荷的随机变化做出正确响应，实现柔性精准的功率控制。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种用于智慧园区能源管理的功率控制方法和系统，以实现智慧园区用电功率精准化控制。

2、本发明采取的技术方案是：

3、第一方面，提供一种用于智慧园区能源管理的功率控制方法，包括：

4、获取园区内所有的新能源电源设备和化学储能设备的运行参数；

5、根据获取的新能源电源设备的运行参数计算出新能源电源设备的实时总功率wreal；

6、将化学储能设备以电池簇为单位进行分组，根据获取的化学储能设备的运行参数计算出不同电池簇的放电功率wessm，其中m为电池簇的分组编号；

7、将园区进行分区，获取园区内各个分区所有负荷的运行参数；

8、根据各个分区所有负荷的运行参数计算出园区的负荷总功率和各个分区负荷功率；

9、根据新能源电源设备的实时总功率wreal、园区的负荷总功率计算园区内的新能源电源设备功率是否满足园区的供电需求，并根据计算结果判断是否需要向上级电网购买电量；

10、根据向上级电网购买的电量、新能源电源设备的实时总功率wreal、不同电池簇的放电功率wess_m、各个分区负荷功率实时监测园区当前功率状态；

11、根据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制。

12、本发明将化学储能设备以电池簇为单位进行分组，使化学储能设备在削峰填谷的功率控制执行粒度更细、更精确，也就是通过不同分组的电池簇的放电功率，根据不同用户的用电规律，合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间，以降低负荷高峰，填补负荷低谷。减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡。同时将园区进行分区，获取园区内各个分区所有负荷的运行参数，根据负荷对园区内的设备进行功率控制时可以细化到每个分区进行，进一步提高功率控制的精确度。

13、进一步的，所述根据各个分区所有负荷的运行参数计算出园区的负荷总功率和各个分区负荷功率，具体为：

14、根据各个分区中基本负荷和可调控柔性负载的运行参数计算出园区的基本负荷总功率wbasic和可调控柔性负载的总功率wresect、各分区基本负荷功率wbasic_i和各分区可调控柔性负载功率wresect_i，其中i为分区编号。

15、将负荷分为基本负荷和可调控柔性负载，其中基本负荷为生产设备、居民必须用电设备等无法进行调控的负荷，可调控柔性负载为空调、电动汽车充电、电锅炉等可以进行功率控制的负荷。对于负荷进行分类分区，可以在调控负荷时按照优先级选择，实现柔性控制，可以在不向上级电网购买电量的前提下通过调整负荷实现初步的功率平衡。

16、进一步的，所述根据电源设备的实时总功率wreal、园区的负荷总功率计算园区内的新能源电源设备功率是否满足园区的供电需求，并根据计算结果判断是否需要向上级电网购买电量，具体包括：

17、根据公式△w＝[wreal-(wresect+wbasic)]计算园区内的新能源电源设备功率是否满足园区的供电需求；

18、当△w＞0时，园区内的新能源电源设备实时总功率满足园区的供电需求，不需要向上级电网购买电量，将剩余的电量功率△w作为外送功率向上级电网进行输出；

19、当△w＜0时，园区内的新能源电源设备实时总功率不满足园区的供电需求，计算需要向上级电网购买的常规电量功率wgrid，wgrid＝wresect+wbasic-wreal。

20、当△w＜0时，通过实时总功率、园区的负荷总功率计算出需要向上级电网购买的常规电量功率，常规电量功率为在不对园区内设备进行功率控制的前提下，所需要购买的电量，通常情况下可以根据购买电量实现初步的功率平衡，也就是满足wreal+wgrid＝wresect+wbasic。同时，当△w＞0时，可以将园区多余的功率作为外送功率向上级电网输出，以获取一定的利润。

21、通过该方法计算出需要购买的常规电量，与新能源电源设备的实时总功率相结合刚好可以供园区内的负荷正常工作，可以有效减少因购买电量过多而导致浪费以及购买电量过少无法实现园区内负荷正常工作情况的发生。

22、进一步的，根据向上级电网购买的电量、新能源电源设备的实时总功率wreal、不同电池簇的放电功率wess_m、各个分区负荷功率实时监测园区当前功率状态，具体包括：

23、根据公式实时监测园区当前功率状态，其中m为电池簇的分组编号，n为已投入使用的电池簇分组，i为当前处于运行状态的基本负荷和可调控柔性负载的分区编号，wun为当前功率状态值；

24、当wun＝0时为功率平衡状态，当wun＞0时为功率盈余状态，wun＜0时为功率缺口状态。

25、在预设的频率内计算上述公式实时监测园区当前功率状态，可以在出现功率不平衡状态时的第一时间进行相关的功率控制，同时在实时监测算法中引入电池簇的分组编号、处于运行状态的基本负荷和可调控柔性负载的分区编号两个参数，根据电池簇分组和负荷分区进行实时功率状态监测，使计算更加准确。

26、进一步的，据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制，包括：

27、当前功率状态为功率缺口状态时，进行以下步骤：

28、判断园区内新能源电源设备是否存在外送功率；

29、如果存在外送功率，则计算园区内新能源电源设备的外送功率是否大于当前功率缺口；

30、如果大于则将和当前功率缺口对应的外送功率加入实时总功率wreal；

31、如果小于则将全部新能源电源设备的外送功率加入实时总功率wreal。

32、实时监测园区当前功率状态的过程中，当出现功率缺口时，首先计算之前向上级电网输出的外送功率是否可以填补目前的功率缺口，收回一部分或全部的外送功率以填补功率缺口。

33、进一步的，根据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制，还包括：

34、如果不存在外送功率，或者将全部新能源电源设备的外送功率加入实时总功率wreal后，当前功率状态依旧处于功率缺口状态，则计算园区内化学储能设备的放电功率是否大于当前功率缺口；

35、如果大于则根据功率缺口选取合适数量的电池簇进行放电，加入相应的电池簇放电功率wess_m；

36、如果小于则加入全部化学储能设备的放电功率。

37、如果向上级电网输出的外送功率无法填补功率缺口，则将化学储能设备投入使用，此时可以根据分组选取一定数量的电池簇逐步投入使用，进行功率输出，使化学储能设备的功率控制执行粒度更细、更精确，如果使用部分电池簇进行功率输出无法填补当前的功率缺口，则加入全部化学储能设备，也就是全部电池簇均投入使用。

38、进一步的，据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制，还包括：

39、如果加入全部化学储能设备的放电功率后，当前功率状态依旧处于功率缺口状态，则计算园区内各分区可调控柔性负载的功率裕度wd，如果可调控柔性负载的功率裕度wd总和小于功率缺口，则对所有分区内可调控柔性负荷的功率进行调整；

40、如果各分区可调控柔性负载的功率裕度wd总和大于功率缺口，则按照功率裕度大小对可调控柔性负载进行排序，按照排序选取功率裕度与当前功率缺口值进行比较，若存在两者差值小于预设阈值的功率裕度，则选取该功率裕度所对应的可调控柔性负载功率wresect_i进行调控，若不存在，则对园区内可调控柔性负载可调控的设备数量进行排序，选择可调控的设备数量最少的柔性负载进行调控。

41、如果将所有化学储能设备投入使用后依旧无法填补功率缺口，则对可调控柔性负载功率进行调控，根据各分区可调控柔性负载的功率裕度wd选取合适的可调控柔性负载进行调控，使调控过程更加精准，如果没有合适的可调控柔性负载则选取园区内调控设备数量最少的柔性负载进行调控，可以减少调控过程中耗费的时间，提高功率控制的效率，同时避免了负荷的频繁投切对系统稳定性的影响。

42、现有技术中的能源管理系统无法动态地对园区能源-负荷的随机变化做出正确响应，也就是无法在出现功率缺口时对负荷功率进行有效的调控。本发明先将负荷进行分类，区分功率不可调控的基本负荷和可调控柔性负载，在出现功率缺口时可以有效地对可调控柔性负载功率进行调控，实现柔性精准的功率控制。

43、进一步的，据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制，还包括：

44、如果对所有分区内的可调控柔性负载进行调控后，当前功率状态依旧处于功率缺口状态，则以当前的功率缺口值向上级电网调度申请购买临时电量，使园区的功率状态处于临时的功率平衡状态。

45、如果对园区内所有可调控柔性负载进行调控之后还是无法填补功率缺口，则以当前的功率缺口值向上级电网调度申请购买临时电量，由于向上级电网购买临时电量需以较高的“惩罚价格”进行购买，因此最后一步的备用方法进行功率控制。本发明通过设置合理优先级的控制策略，先将新能源电源设备的外送功率、化学储能设备的放电功率、可调控柔性负载的功率裕度均投入使用，再进行临时电量的购买，可以节约一定的购买成本，提高能源的利用率。

46、进一步的，据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制，还包括：

47、当前功率状态为功率盈余状态时，则向上级电网申请取消购买功率盈余值的电量；

48、如果取消购买功率盈余值的电量后，当前功率状态依旧处于功率盈余状态，则将功率盈余的电能通过化学储能设备进行充电操作；

49、如果化学储能设备已充满电，当前功率状态依旧处于功率盈余状态，则将功率盈余的电能功率作为外送功率向电网进行输出，使园区的功率状态处于功率平衡状态。

50、当功率盈余时，则先通过向上级取消购买相应的电量以避免能源浪费；然后将功率盈余值的电能通过化学储能设备进行充电操作，便于后续出现功率缺口时可以将化学储能设备投入使用；最后再将功率盈余的电能功率作为外送功率向电网进行输出，以获取一定的利润，增加园区收益。

51、当实时监测到园区出现功率缺口或功率盈余时，第一时间对园区内设备的功率进行调控，使园区的功率状态最终处于功率平衡状态，全时段保证园区之内各区设备功率的最大化处理，实现园区收益最大化。

52、本发明通过对园区内各新能源电源设备、化学储能设备、不同类别负荷的分析，制定精确的控制目标和控制参量，通过合理优先级的控制策略，进行负荷或电源的最优化投切，可有效降低系统过切量，提升负荷控制的经济性，实现了智慧园区内多能源协调互补优化，有效地避免了现有技术中无法实时响应源荷随机变动的问题，同时避免了负荷或新能源电源设备的频繁投切对系统稳定性的影响。

53、第二方面，提供一种用于智慧园区能源管理的功率控制系统，包括：

54、参数获取模块，获取园区内所有的新能源电源设备和化学储能设备的运行参数；将园区进行分区，获取园区内各个分区所有负荷的运行参数；

55、功率计算模块，根据获取的新能源电源设备的运行参数计算出新能源电源设备的实时总功率wreal；将化学储能设备以电池簇为单位进行分组，根据获取的化学储能设备的运行参数计算出不同电池簇的放电功率wess_m，其中m为电池簇的分组编号；根据各个分区所有负荷的运行参数计算出园区的负荷总功率和各个分区负荷功率；

56、电量购买模块，根据新能源电源设备的实时总功率wreal、园区的负荷总功率计算园区内的新能源电源设备功率是否满足园区的供电需求，并根据计算结果判断是否需要向上级电网购买电量；

57、功率状态监控模块，根据向上级电网购买的电量、新能源电源设备的实时总功率wreal、不同电池簇的放电功率wess_m、各个分区负荷功率实时监测园区当前功率状态；

58、控制模块，根据园区当前功率状态，以电池簇为调节单位，结合新能源电源设备、园区各分区的负荷对园区内的设备进行功率控制。

59、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

60、(1)本发明在预设的频率内实时监测园区当前功率状态，可以在出现功率不平衡状态时的第一时间进行相关的功率控制；

61、(2)本发明将负荷进行分类，区分功率不可调控的基本负荷和可调控柔性负载，在出现功率缺口使可以有效地对可调控柔性负载功率进行调控，实现柔性精准的功率控制，有效避免了现有技术中无法实时响应源荷随机变动的问题，同时避免了负荷的频繁投切对系统稳定性的影响；

62、(3)本发明通过设置合理优先级的控制策略，先将新能源电源设备的外送功率、化学储能设备的放电功率、可调控柔性负载的功率裕度均投入使用，再进行临时电量的购买，可以节约一定的购买成本，提高能源的利用率。