一种负荷曲线可配置的储能微网控制方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微型配电网
，具体涉及一种负荷曲线可配置的储能微网控制方法。
技术介绍
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。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。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。
技术实现思路
为克服上述技术的缺点，本专利技术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...
【技术保护点】
一种负荷曲线可配置的储能微网控制方法，其特征在于，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。
【技术特征摘要】
1.一种负荷曲线可配置的储能微网控制方法，其特征在于，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。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.每过Δt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。
7.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。
8.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PREG表示，为保证交流变压器功率不超过最大通过容量PC，PREG应在-PC到PC范围变动）的信息。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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PREG和负荷预测曲线PLFOR之差关于时间作积分计算，即，其中ti1、ti2分别表示第i个计划跟踪期的起、止时刻。
13.2.2）如果大于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的电量，则设定该计划跟踪期的阶段电量上限EUi为EC-EINTi，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（SOC）超过EUi；
2.3）如果EINTi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EDi为-EINTi，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（SOC）低于EDi；
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ECAL设置为储能阵列的当前电量值ECUR；
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EUi，则阶段电量变动范围REi为[EMIN,EUi-EBAK]，其中EMIN为避免过度放电影响电池组寿命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EDi，则阶段电量变动范围REi为[EDi+EBAK,EC]，其中EC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ECAL与阶段电量变动范围REi的相对位置关系，找出REi范围内距ECAL最近的点作为阶段计划调整量ESCHi，具体步骤如下：
3.2.3.1）如果计算电量ECAL比阶段电量变动范围REi的最大值还大，则阶段计划调整量设置为REi的最大值；
3.2.3.2）如果计算电量ECAL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REi的最小值；
3.2.3.3）如果计算电量ECAL在阶段电量变动范围REi内，则阶段计划调整量设置为ECAL；
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，即，其中PR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0；
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，即，则EDIFi=；
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，则EDIFi=；
3.2.5）将计算电量ECAL设置为ESCHi；
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-1）方向枚举，枚举操作的第1次迭代时i=NQR，辅助变量ERM=0。
14.其中NQR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-1个电量调整期的临时调整量ETMP设置为ESCH(i-1)+EDIFi；如果ETMP超出阶段电量变动范围RE(i-1)，则以最小调整量ERM将ETMP限制在RE(i-1)内；
4.1.3）给出第i-1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=ESCH(i-2)+EINT(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-1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，即，则进入步骤4.1.5；
4.1.4.2）如果第i-1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(i-1)=EDIF(i-1)，并进入步骤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(i-1)=，并进入步骤4.1.5；
4.1.5）将第i-1个电量调节期的阶段计划调整量ESCH(i-1)设置为ETMP,将第i个电量调节期的待调节电量EDIFi和辅助变量均设为0，如果i>1，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ECAL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tSCHi：如果ECAL大于ESCHi，则tSCHi=(ECAL-ESCHi)/PD，P=-PD；如果ECAL不大于ESCHi，则tSCHi=(ESCHi-ECAL)/PR，P=PR；
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+tSCHi,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PREG为PS与同一时段的负荷预测线PLFOR之和。
15.5.1.3）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。
16.5.2）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。
17.管理员可通过所述储能充放电优化模块检测所设定的分阶段用电计划是否能成功转换为所述全时段用电计划。
18.管理员也可通过所述能量监控与显示模块启动用电计划跟踪功能，该功能根据启动前工况，同样运行所述储能充放电优化模块，获取所述全时段用电计划。
19.当获取成功后，通过启动跟踪模块断开功率互济模块的输出端，接通用电计划跟踪模块的输出端，以实现对管理员设定用电计划的跟踪功能。
20.所述用电计划跟踪模块按照满足用电计划跟踪功能的要求设定交换功率定值，即从所述全时段用电计划中找到计划时刻与当前时刻相等时的用电计划功率值PREG，取-PREG作为所述微网的交换功率定值。
21.当不处于用电计划周期，或管理员所述能量监控与显示模块关闭用电计划跟踪功能后，所述启动跟踪模块断开所述用电计划跟踪模块的输出端，接通所述功率互济模块的输出端，所述功率互济模块根据所述网控信息模块传入的信息，按照如下规则计算得出所述相连微网群各网的交换功率定值：
1）将并网状态先分为协议外源非调整期和多个协议外源调整期，通过所述能量监控与显示模块增减协议外源调整期及设置其起止时间、调整功率等信息：
1.1）在协议外源非调整期，对所述相连微网群中任一微网，由所述外网电源满足各微网负荷用电及所述储能阵列充电需求，风光发电功率仍优先利用，具体为：其交换功率定值PT(负值表示流入微网的功率)取-PC和最大可吸收功率PA中的较大值；PC为该微网交流变压器的最大通过容量，PA等于-(PL+PR-PW)，其中PL为网内全部交流负荷实测总功率，PW为网内全部风、光出力参考值之和；
1.2）在协议外源调整期，当所述外网电源不足以满足全部用电、充电需求时，等比例降低各微网的交换功率；同时在调整期逐步释放功率调整量以减缓对电能质量的冲击，如果为功率向上调整（即外网电源增加供给），应在调整期内逐步减小储能阵列发出的功率；反之如果为功率向下调整（即外网电源减少供给），应在调整期内逐步增加储能阵列发出的功率，具体调整方法包括但不限于下述线性调整方法：按照时间-功率平面上（当前时刻，当前外网功率）、（调整期结束时刻，调整后功率）2点连线，在直线上取对应时刻的功率作为外网功率定值PX；如果PX大于所有微网的Gi值之和，则将PX设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊朝晖，李庄，彭旭华，谢东亮，
申请(专利权)人：樊朝晖，李庄，彭旭华，谢东亮，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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