用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法及裝置，該方法包括如下步驟：1)采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)包括發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能裝置的耗電率及逆變器的效率；2)根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，計算微網(wǎng)有功缺額；3)當微網(wǎng)有功缺額值大于0，即微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根據(jù)事先制定的負載切除策略，進行負荷切除直至消除出現(xiàn)的有功缺額。該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、有功缺額計算模塊及負荷切除模塊。本發(fā)明的方法提高了微網(wǎng)有功缺額的計算精度，進一步提高了微網(wǎng)的抗干擾性能。
【專利說明】
用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)電系統(tǒng)負荷控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng) 的負荷切除方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前自動切負荷控制針對暫態(tài)穩(wěn)定研究較多，對于自動切負荷頻率穩(wěn)定控制國內(nèi) 外己有一些初步的理論研究和工程應(yīng)用，切除負荷的量也與系統(tǒng)運行狀態(tài)有一定的聯(lián)系。 但是尚缺乏系統(tǒng)的理論研究，缺乏對電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特性深刻認識基礎(chǔ)之上的頻率預(yù)測 控制實時算法，缺乏在切負荷控制時綜合考慮電網(wǎng)過負荷W及電網(wǎng)電壓水平的研究。由于 切負荷會改變系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓水平和系統(tǒng)潮流，綜合考慮才有可能實現(xiàn)緊急控制的全局優(yōu) 化。
[0003] 自動切負荷頻率穩(wěn)定控制存在的基本問題是:何時、何地切除負荷，W及切除多少 負荷。由于功率缺額較大時就需要補充采用自動切負荷，因此功率缺額的估算十分重要。在 工程應(yīng)用上，聯(lián)絡(luò)線跳閩時，國內(nèi)通常按跳閩前聯(lián)絡(luò)線功率值來估計系統(tǒng)功率缺額，按跳閩 前聯(lián)絡(luò)線功率值快速切負荷，盡量使地區(qū)電網(wǎng)功率保持平衡。利用擾動前廣域同步相量測 量來估計系統(tǒng)有功功率缺額，實現(xiàn)頻率預(yù)測控制，其中考慮了頻變和壓變負荷參數(shù)辨識。但 是忽略了擾動過程中網(wǎng)損變化W及負荷切除后負荷模型參數(shù)的變化。在此基礎(chǔ)上，提出了 基于廣域同步相量測量的有功功率缺額和頻率預(yù)測控制算法，其特點是在發(fā)電機一次調(diào)頻 時考慮了原動機的實際閥口限制，根據(jù)同步相量測量信息對負荷及網(wǎng)損在擾動時的影響進 行了估計。但是所試驗電力系統(tǒng)的負荷是由恒定功率和恒定阻抗負荷組成，勵磁和調(diào)速器 采用經(jīng)典的模型。運種算法有待于在進一步研究理解頻率動態(tài)變化規(guī)律的基礎(chǔ)上完善和深 入。利用最近一次潮流計算的雅可比矩陣因子表，快速求得系統(tǒng)在擾動后的穩(wěn)態(tài)頻率，并將 受擾系統(tǒng)的減載控制描述成線性規(guī)劃問題。該算法忽略了擾動后短時間內(nèi)系統(tǒng)中發(fā)電機轉(zhuǎn) 子間的相對搖擺，認為擾動后的瞬時有功增量按照慣性比例分擔(dān)，但實際上受擾系統(tǒng)從擾 動后瞬間過渡到慣性潮流階段需要一定的時間。
[0004] 自動切負荷量可由離線計算分析確定，也可W在線預(yù)決策，即在線計算分析，每隔 一定時間更新切負荷整定值。但是目前所有的工程應(yīng)用中，切負荷量的確定都還只是個大 概。
[0005] 微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中分布式電源較多，也相對分散，無論是在時間上還是控制 效果上，要實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)全部組件的狀態(tài)做出相應(yīng)反應(yīng)和控制是比較困難的，系統(tǒng)中的任 何一處故障或是錯誤都有可能造成整個聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量的下降，甚至系統(tǒng)的擁痕。 因此，微網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)只有在完善的控制策略的基礎(chǔ)上才能充分發(fā)揮其運作模式更加靈活 的優(yōu)勢，才能提供高品質(zhì)的電能。為實現(xiàn)微網(wǎng)較快的控制反應(yīng)速度和良好的控制效果，在本 地獲取的數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，微網(wǎng)控制應(yīng)當對電網(wǎng)中一些突發(fā)事件，如電網(wǎng)內(nèi)突發(fā)故障、停 電和電壓、頻率下降等，具備獨立、快速反應(yīng)的能力，此時微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的各發(fā)電設(shè)備可自動 切換到自助運行模式，而不應(yīng)該再由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度因為該情況下電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度相對突發(fā)故 障不僅存在控制實時性方面的問題，甚至其調(diào)度指令根本無法傳達到微網(wǎng)系統(tǒng)控制端。具 體來說，微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的控制應(yīng)滿足W下五點要求：
[0006] 1)任一分布式微型電源的并入或切除不應(yīng)對整個微網(wǎng)型系統(tǒng)的運行造成影響；
[0007] 2)可靈活、自主選擇運行模式；
[0008] 3)微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可平滑地實現(xiàn)并入電網(wǎng)、從電網(wǎng)分離的動作；
[0009] 4)可實現(xiàn)對系統(tǒng)有功功率輸出和無功功率輸出的獨立控制；
[0010] 5)對系統(tǒng)輸出與負荷的不平衡具有校正電壓、頻率下降的能力。
[0011] 目前，在國內(nèi)外相關(guān)研究中共有巧巾較經(jīng)典的微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)控制方法：
[0012] 1)基于電力電子技術(shù)"即插即思'與％等'思想的控審巧法
[0013] 根據(jù)微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的控制要求，此方法通過微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中各型發(fā) 電機組及逆變器的下垂特性曲線進行控制，將系統(tǒng)整體的控制目標分配到各發(fā)電機組中， 從而實現(xiàn)對微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電壓、頻率的調(diào)節(jié)及不平衡功率的重新跟蹤，具有可靠、簡單、容易 實現(xiàn)等優(yōu)點。但是，基于該控制思想的控制方法類似于發(fā)電機控制過程中的二次調(diào)頻調(diào)壓， 如果微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)受到嚴重擾動，就無法有效保證微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供電質(zhì)量。
[0014] 2)基于功率管理的系統(tǒng)控制方法
[0015] 運種方法使用不同功能模塊實現(xiàn)對系統(tǒng)有功功率和無功功率的分別控制，能較好 的滿足微網(wǎng)各種控制要求，特別是為了滿足頻率的質(zhì)量要求，使用了頻率恢復(fù)算法，能很好 的調(diào)節(jié)功率平衡。另外，針對微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中無功功率控制的不同要求，可采用不同 的控制方法W提高系統(tǒng)整體的控制性能并體現(xiàn)了控制的靈活性。然而，運種方法與第巧中方 法相似，僅僅研究了機組間的協(xié)調(diào)控制，沒有實現(xiàn)機組與含調(diào)速器的常規(guī)發(fā)電機間的協(xié)調(diào) 控制。
[0016] 3)基于多代理技術(shù)的控制方法
[0017] 運種方法是一種將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的多代理技術(shù)應(yīng)用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)實 際控制的控制方法。多代理技術(shù)具有自發(fā)行為、反應(yīng)快、較高的自治性等特點，將其應(yīng)用于 微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可W實現(xiàn)對分布式單元逐個控制的要求，并且較高的自發(fā)性和自治性 還減少了管理者直接參與控制的次數(shù)。但是，目前多代理技術(shù)在微網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用還多局 限于能量管理、市場協(xié)調(diào)方面，對微網(wǎng)中的頻率、電壓等的控制還未深入到。如果微網(wǎng)控制 系統(tǒng)要更多的利用多代理技術(shù)，還有許多工作要做。
[0018] 微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)運行在并網(wǎng)模式時，大電網(wǎng)可參與微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電壓頻率的調(diào) 節(jié)，而當孤島形成后，對孤島模式下微網(wǎng)系統(tǒng)的常用控制措施包括發(fā)電機組快速改變出力、 減載、切機、投切并聯(lián)電抗器及并聯(lián)電容器等目前研究較為集中的減載策略主要包含低頻 減載和聯(lián)鎖切負荷兩種主要方式。其中聯(lián)鎖切負荷在抑制電網(wǎng)頻率下降方面效果較為明 顯，但是由于微網(wǎng)系統(tǒng)中分布式微電源與轄區(qū)內(nèi)負荷的需求曲線變化規(guī)律不同，導(dǎo)致孤島 模式下系統(tǒng)功率缺額有較大變化，容易造成欠切或過切，固定的聯(lián)切負荷量就不容易適應(yīng) 不同的運行方式。低頻減載裝置通過預(yù)先設(shè)定的頻率值和延時時間，逐級切除部分負荷，使 頻率回到正常值，為孤島穩(wěn)定運行提供有效的手段。
[0019] 同時，國內(nèi)也存在依據(jù)頻率變化率制定孤島運行低頻減載方案，系統(tǒng)的有功平衡 遭到破壞后根據(jù)頻率的變化率壯Mt調(diào)整低頻減載的主要參數(shù)，如切負荷量。頻率的變化率 在頻率控制中的作用總結(jié)為兩個:一是加速，即在有功功率缺額較大時，加速切負荷;二是 閉鎖，主要是用來防止系統(tǒng)非正常情況引起的可能裝置誤動作文獻在充分考慮不同地區(qū)電 網(wǎng)頻率動態(tài)特性的空間差異的基礎(chǔ)上，提出一種基于軌跡分析的低頻減載優(yōu)化方案。考慮 到現(xiàn)階段電力系統(tǒng)的通信能力W及頻率下降作為特征量本身存在的振蕩問題，基于軌跡分 析的低頻減載方案更加適合于孤立電網(wǎng)低頻減載的配置。
[0020] 對于微網(wǎng)系統(tǒng)中的負荷控制策略，必須確保對重要負荷、關(guān)鍵負荷優(yōu)先進行服務(wù)。 微網(wǎng)系統(tǒng)的實際運作過程中應(yīng)該根據(jù)用戶類別提供相應(yīng)服務(wù)，尤其針對重要負荷應(yīng)提高電 能質(zhì)量、確保供電可靠性。根據(jù)分類方法的不同對負荷進行詳細的分類，并借助數(shù)據(jù)挖掘技 術(shù)和模糊聚類分析理論，深入分析了如何將電力系統(tǒng)負荷分類，并在此基礎(chǔ)上研究了基于 負荷構(gòu)成的負荷預(yù)測方法。對負荷分類后可W將可控負荷布置在特殊時間內(nèi)，如當分布式 電源發(fā)電量較多有額外的功率可用時的時間，或者將其安排在需求反應(yīng)控制范圍W減緩峰 荷。而非敏感負荷的非可控部分是切負荷的第一候選，文獻對微網(wǎng)系統(tǒng)中可中斷負荷的成 本效益進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的負荷控制方法。可中斷負荷成本是指微網(wǎng)系 統(tǒng)內(nèi)局部或整體停電給負荷帶來的經(jīng)濟損失，即停電損失。對停電損失影響較大的因素有： 停電持續(xù)時間，停電持續(xù)時間與單位時間停電損失呈指數(shù)形式下降，停電時間越長，給負荷 帶來的經(jīng)濟損失就越大，而單位時間停電損失越小，頻繁的停電次數(shù)相對停電時間則會給 負荷帶來更大的損失;提前通知時間，提前通知時間與停電損失在時間較長時成線性關(guān)系； 其他影響因素還有停電發(fā)生時間、負荷類型及缺電比率等?？芍袛嘭摵傻男б嫱ǔ？蒞用 經(jīng)濟效益和可靠性貢獻兩個方面評價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明提供了一種用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法及裝置，W解決現(xiàn)有 的微網(wǎng)自動切負荷控制方法中在估算微網(wǎng)有功缺額時考慮不全面導(dǎo)致計算準確度不高的 問題。
[0022] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法包括：
[0023] 1)采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù) 包括發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能裝置的耗電率及逆變 器的效率；
[0024] 2)根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、儲能裝置的耗電率及逆變器的效 率，計算出發(fā)電系統(tǒng)的供電能力，然后求微網(wǎng)負荷的耗電量與發(fā)電系統(tǒng)的供電能力之差即 為微網(wǎng)有功缺額；
[0025] 3)當微網(wǎng)有功缺額值大于0,即微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根據(jù)事先制定的負載切除策 略，進行負荷切除直至消除出現(xiàn)的有功缺額。
[0026] 所述微網(wǎng)有功缺額的計算公式為：
[0027] LPS(t)=EL-(Wf(t)+Wpv(t) +巧 B(t-l)-EBmin)XriB)AUnv
[0028] 其中，LPS(t)為t時刻微網(wǎng)有功缺額，化指微網(wǎng)負荷在t時刻的耗電量;Wf(t)為風(fēng)力 發(fā)電機組t時刻的發(fā)電量;Wpv(t)指光伏發(fā)電組件t時刻的發(fā)電量;EB(t)是t時刻儲能裝置存 儲的電量;EBmin是儲能裝置的最小存儲電量，IlB為儲能裝置的放電效率;IUnv為逆變器的效 率。
[0029] 所述負載切除策略為:選取滿足W下條件的負荷進行切除
[0030]
[0031] 其中，Cf為負荷節(jié)點j的單位賠償費用，Pu為負荷節(jié)點j切除的有功負荷量，Pw為負 荷節(jié)點j的預(yù)測負荷量，Nd為負荷節(jié)點集，LPS為微網(wǎng)有功缺額，即總切負荷量，Cf最小的負荷 節(jié)點為切負荷最佳點。
[0032] 切負荷最佳點k的切負荷量Pek的計算公式為
'
[0033] 其中，LPS為微網(wǎng)有功缺額，即總切負荷量
良示當前還需要切的負荷 量，PDk表示切負荷最佳點k的總負荷量，L表示已經(jīng)切掉的負荷節(jié)點個數(shù)。
[0034] 制定負荷切除策略時需要考慮微網(wǎng)的運行成本，其中，并網(wǎng)運行方式下微網(wǎng)運行 的成本函數(shù)為：
[0035]
[0036] 其中，Pi(t)為第i個微電源在t時刻的輸出功率，。為第i個微電源的能成本，Mi是 第i個微電源的運行維護成本，N為微電源的個數(shù)，Eu為第i個微電源發(fā)出單位電功率時產(chǎn)生 的第巧巾廢氣量，k功第巧巾氣體造成的環(huán)境成本，M為廢氣種類數(shù)，Mst,X為第X個儲能裝置的 運行成本，y為儲能裝置的個數(shù)，Px(t)表示第X個儲能裝置在t時刻的輸出功率，Cbuy(t)和 Csell(t)分別是t時刻微網(wǎng)的購電價與售電價，Pbuy(t)和Psell(t)分別表示t時刻微網(wǎng)的購電 量和售電量，T為微網(wǎng)優(yōu)化周期內(nèi)的總時段數(shù)。
[0037] 孤島運行方式下的微網(wǎng)運行成本函數(shù)為：
[00；3 引
[0039] 其中，Pi(t)為第i個微電源在t時刻的輸出功率，Cl為第i個微電源的能耗成本，Mi 是第i個微電源的運行維護成本，N為微電源的個數(shù)，Eu為第i個微電源發(fā)出單位電功率時產(chǎn) 生的第巧巾廢氣量，k功第巧巾氣體造成的環(huán)境成本，M為廢氣種類數(shù)，Mst,X為第X個儲能裝置 的運行成本，y為儲能裝置的個數(shù)，Px(t)表示第X個儲能裝置在t時刻的輸出功率;T為微網(wǎng) 優(yōu)化周期內(nèi)的總時段數(shù)。
[0040] 制定負荷切除策略時需要考慮至少一個W下情況：負荷的運行時間段、負荷的總 運行時長、負荷的持續(xù)運行時長、負荷的開停機次數(shù)及負荷設(shè)備的運行能耗。
[0041] 本發(fā)明的用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除裝置包括:數(shù)據(jù)采集模塊、有功缺 額計算模塊及負荷切除模塊；
[0042] 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述 發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)包括發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能 裝置的耗電率及逆變器的效率；
[0043] 所述有功缺額計算模塊用于根據(jù)所述發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)，計算微網(wǎng)有功缺額；
[0044] 所述負荷切除模塊用于判斷微網(wǎng)是否出現(xiàn)有功缺額，當微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根 據(jù)事先制定的負載切除策略，進行負荷切除。
[0045] 所述微網(wǎng)有功缺額的計算公式為：
[0046] LPS(t) =E：L-(Wf(t)+Wpv(t) + (；EB(t-l)-EBmin) XriB)AUnv
[0047] 其中，LPS(t)為t時刻微網(wǎng)有功缺額，El指微網(wǎng)負荷在t時刻的耗電量;Wf(t)為風(fēng)力 發(fā)電機組t時刻的發(fā)電量;Wpv(t)指光伏發(fā)電組件t時刻的發(fā)電量;EB(t)是t時刻儲能裝置存 儲的電量;EBmin是儲能裝置的最小存儲電量，riB為儲能裝置的放電效率;IUnv為逆變器的效 率。
[0048] 所述負載切除策略為:選取滿足W下條件的負荷進行切除
[0049]
[0050] 其中，Cf為負荷節(jié)點j的單位賠償費用，PGj為負荷節(jié)點j切除的有功負荷量，PDj為負 荷節(jié)點j的預(yù)測負荷量，Nd為負荷節(jié)點集，LPS為微網(wǎng)有功缺額，即總切負荷量，Cf最小的負荷 節(jié)點為切負荷最佳點。
[0051] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明在計算微網(wǎng)有功缺額時考慮了微網(wǎng)負荷的耗電量、發(fā) 電系統(tǒng)的發(fā)電量、存儲裝置的儲電量、儲能裝置的放電效率、逆變器的效率等因素，提高了 微網(wǎng)有功缺額的計算精度。
[0052] 本發(fā)明所制定切負荷策略根據(jù)切負荷所需支付的賠償費用制定了切負荷的優(yōu)先 級，并考慮了最小切負荷費用，即綜合考慮了負荷的優(yōu)先級和經(jīng)濟型。
[0053] 本發(fā)明的負荷切除方法與電力市場下電網(wǎng)的實際運行情形相吻合，有很強的可操 作性。本方法在綜合考慮各負荷的約束條件和單位賠償費用的基礎(chǔ)上，確定最佳的切負荷 點和切負荷量，其中負荷優(yōu)先級由各負荷的約束條件確定，切負荷最佳點由反映各負荷單 位賠償費用的經(jīng)濟有效度指標來確定，進而分析計算出最佳的切負荷量。運種方法可W計 算得出整個微網(wǎng)的切負荷策略情況，即切負荷順序和相應(yīng)的切負荷量，計算過程中可W加 入人為決策，計算時間較短，適用于實際工程。
【具體實施方式】
[0054] 下面對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細闡述：
[0055] 本發(fā)明的用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法實施例
[0056] 本實施例的用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法包括：
[0057] 1)采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù) 包括發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能裝置的耗電率及逆變 器的效率；
[0058] 2)根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、儲能裝置的耗電率及逆變器的效 率，計算出發(fā)電系統(tǒng)的供電能力，然后求微網(wǎng)負荷的耗電量與發(fā)電系統(tǒng)的供電能力之差即 為微網(wǎng)有功缺額；
[0059] 3)當微網(wǎng)有功缺額值大于0,即微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根據(jù)事先制定的負載切除策 略，進行負荷切除直至消除出現(xiàn)的有功缺額。
[0060] 其中，步驟1)中采集數(shù)據(jù)時考慮風(fēng)能、光能、蓄電池儲能、柴油發(fā)動機備用電源提 供的電能、燃料費用、環(huán)境費用等，還需考慮與主網(wǎng)間的電能交易費用等等。
[0061] 步驟2)中，計算微網(wǎng)有功缺額的計算公式優(yōu)選為：
[0062] LPS(t)=化-(Wf(t)+Wpv(t) +巧 B(t-l)-EBmin)XriB)AUnv (1)
[0063] 式中，LPS(t)為t時刻微網(wǎng)的缺電量化指微網(wǎng)負荷在t時刻的耗電量;wf(t)為風(fēng)力 發(fā)電機組t時刻的發(fā)電量;Wpv(t)指光伏發(fā)電組件t時刻的發(fā)電量;EB(t)是t時刻儲能裝置存 儲的電量；，％為儲能裝置的放電效率;IUnv為逆變器的效率，EBmin是儲能裝置的最小存儲電 量，由其最大放電深度DOD決定。
[0064] EBmin=(I-DOD)XEBmax (2)
[0065] 式中，EBmax為儲能裝置的最大存儲電量，等于儲能裝置的額定容量。
[0066] 步驟3)中，當LPS(t)>0時，第t時系統(tǒng)處于缺電狀態(tài)，缺電量為LPS(t)，此時需要 根據(jù)實現(xiàn)制定好的切負荷策略進行負荷切除W消除出現(xiàn)的有功缺額。
[0067] 下面詳細闡述切負荷策略的制定過程：
[0068] 首先需要形成可切負荷集:形成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負荷集包括根據(jù)負荷預(yù)測結(jié)果形成網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點負荷集。將負荷的性質(zhì)、負荷量、位置等信息集合起來。
[0069] 根據(jù)負荷約束條件進行負荷分級包括根據(jù)微網(wǎng)負荷的性質(zhì)和對供電可靠性要求 將負荷分為一級負荷、二級負荷和重要負荷。除去重要負荷的可中斷負荷都歸為一級負荷， 而其中一級負荷里根據(jù)負荷的用電計劃有當前運行時段和時長等約束的負荷歸為二級負 荷，切負荷時優(yōu)先考慮一級負荷，并負荷時優(yōu)先考慮重要負荷，由此可W保證微網(wǎng)運行時對 重要負荷的優(yōu)先服務(wù)。一級負荷和二級負荷所在的節(jié)點構(gòu)成負荷節(jié)點集Nd,節(jié)點按照一級 負荷和二級負荷由低到高的順序排列。
[0070] 計算候選節(jié)點切負荷經(jīng)濟有效度包括并網(wǎng)運行方式模型的經(jīng)濟有效度和孤島運 行方式模型的經(jīng)濟有效度。
[0071] 并網(wǎng)運行方式模型，針對并網(wǎng)運行方式下的微網(wǎng)，經(jīng)濟運行的優(yōu)化目標函數(shù)需要 綜合考慮微網(wǎng)中所有不可控微電源的發(fā)電功率、微網(wǎng)負荷需求、及發(fā)電成本和環(huán)境成本的 可控型微電源自身的運行維護費用、蓄電池儲能裝置的運行和維護費用W及并網(wǎng)方式下微 網(wǎng)與外部大電網(wǎng)之間的購售電情況，提出并網(wǎng)運行方式下微網(wǎng)運行的成本函數(shù)
[0072]
[0073] 其中，Pi(t)為第i個微電源在t時刻的輸出功率，Cl為第i個微電源的能成本，即燃 料費用，是微電源輸出功率的函數(shù)，Mi是第i個微電源的運行維護成本，同樣是微電源輸出 功率的函數(shù)，N為微電源的個數(shù)，Eu為第i個微電源發(fā)出單位電功率時產(chǎn)生的第巧巾廢氣量， kj為第巧中氣體造成的環(huán)境成本，不同的kj表示不同種類的氣體對環(huán)境的危害程度不同，M為 廢氣種類數(shù)，此處M = 3，包含NOx、S〇2和C〇2S種氣體，Mst, X為第X個儲能裝置的運行成本，是 輸出功率的函數(shù)，y為儲能裝置的個數(shù)，Px(t)表示第X個儲能裝置在t時刻的輸出功率，Cbuy (t)和Csell(t)分別是t時刻微網(wǎng)的購電價與售電價，相對應(yīng)的Pbuy(t)和Psell(t)分別表示t時 刻微網(wǎng)的購電量和售電量，T為微網(wǎng)優(yōu)化周期內(nèi)的總時段數(shù)。微網(wǎng)功率平衡約束:在微網(wǎng)內(nèi)
[0074] 部，所有微電源和儲能裝置的輸出功率與購售電量之和滿足整個微網(wǎng)的負荷需求
(4)
[0075] 其中，Pdg,1為第i個微電源的有功輸出，Pst,X為第X個儲能裝置的有功輸出，若Pst,X <0,儲能裝置工作在充電狀態(tài)，Pbuy和Psell(t)分別表示微網(wǎng)的購電量和售電量，PLoad為微網(wǎng) 的總負荷，通過預(yù)測得到，Pnc為微網(wǎng)不可控微電源的有功輸出，通過預(yù)測得至Ij。微電源發(fā)電 功率約束：在微網(wǎng)中，每個微電源在運行過程中都有發(fā)電功率的上下限約束，即 巧n品含書巧'品其中，A晉和巧品分別為第i個微電源輸出有功功率的下限和上限。
[0076] 孤島運行方式模型，與并網(wǎng)運行方式下的微網(wǎng)優(yōu)化策略不同，孤島運行方式下的 微網(wǎng)不需要考慮與外部大電網(wǎng)之間的電能交易問題，微網(wǎng)中所有的敏感性負荷完全由微網(wǎng) 內(nèi)部的微電源和儲能裝置提供電能，因此，相對應(yīng)的微網(wǎng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型也與并網(wǎng)方式下的 模型有所不同。孤島運行方式下的微網(wǎng)運行成本函數(shù)如(5)式所示
[0077] (.5)
[0078] 其中，Pi(t)為第i個微電源在t時刻的輸出功率，Cl為第i個微電源的能耗成本，即 燃料費用，是微電源輸出功率的函數(shù)，Mi是第i個微電源的運行維護成本，同樣是微電源輸 出功率的函數(shù)，N為微電源的個數(shù)，Eu為第i個微電源發(fā)出單位電功率時產(chǎn)生的第巧巾廢氣 量，kj為第巧巾氣體造成的環(huán)境成本，不同的kj表示不同種類的氣體對環(huán)境的危害程度不同， M為廢氣種類數(shù)，此處M= 3，包含NOx、S〇2和C〇2S種氣體，Mst, X為第X個儲能裝置的運行成本， 是輸出功率的函數(shù)，y為儲能裝置的個數(shù)，Px(t)表示第X個儲能裝置在t時刻的輸出功率;T 為微網(wǎng)優(yōu)化周期內(nèi)的總時段數(shù)。微網(wǎng)功率平衡約束:與并網(wǎng)運行方式下不同，在微網(wǎng)內(nèi)部， 所有微電源和儲能裝置的輸出功率滿足整個微網(wǎng)的負荷需求，不需要考慮與外部大電網(wǎng)之 間的電能交易，如(6)式所示：
[0079] 係）
[0080] 其中，Pdg,1為第i個微電源的有功輸出，Pst,X為第X個儲能裝置的有功輸出，若Pst,X <0,儲能裝置工作在充電狀態(tài)，PLDad為微網(wǎng)的總負荷，通過預(yù)測得到，Pnc為微網(wǎng)不可控微電 源的有功輸出，通過預(yù)測得到。微電源發(fā)電功率約束:與并網(wǎng)運行方式類似，微網(wǎng)中的每個 微電源在運行過程中都有發(fā)電功率的上下限約束，即
其中，&肯和巧還：：分 別為第i個微電源輸出有功功率的下限和上限。
[0081] 上述微網(wǎng)運行成本函數(shù)計算公式能十分直觀的表示出切負荷控制方法的控制結(jié) 果，能實時的計算出微網(wǎng)的運行成本，經(jīng)過切負荷控制方法能有效的降低微網(wǎng)的運行成本。 所W，在施行了切負荷控制后，可根據(jù)上述微網(wǎng)運行成本函數(shù)，對并網(wǎng)模式下及孤島模式下 微網(wǎng)運行的成本進行計算，獲知切負荷控制方法的控制結(jié)果;進一步，根據(jù)切負荷控制方法 的控制結(jié)果可對切負荷控制策略進行調(diào)整。
[0082] 在考慮了節(jié)點負荷約束條件W及切負荷經(jīng)濟忡的甚礎(chǔ)K本實施例建立了 W切負 荷費用最小為目標函數(shù)的線性規(guī)劃模型，目標函數(shù)為
W
[0083] 其中，Cf為負荷節(jié)點j的單位賠償費用;Pg j為負荷節(jié)點j切除的有功負荷量;PD.i為負 荷節(jié)點j的預(yù)測負荷量;Nd為負荷節(jié)點集，上述目標函數(shù)的約束條件是
可見，目標函數(shù)中包含了負荷節(jié)點的單位賠償費用及負荷節(jié)點切除的有功負荷量，當滿足 約束條件的負荷節(jié)點的單位賠償費用最小時，該目標函數(shù)最小，即切負荷的得用最小。
[0084] 所W，首先要選擇切負荷最佳點，而切負荷最佳點是由負荷節(jié)點的單位賠償費用 所決定，可定義待選節(jié)點j的切負荷經(jīng)濟有效度可定義為：
[0085] 對于所有待選的一級負荷切負荷節(jié)點而言，門最大的節(jié)點j為切負荷最佳點。
[0086] 當然，也可W直接采用Cf來確定切負荷最佳點，Cf最小的節(jié)點j為切負荷最佳點。
[0087] 在確定了切負荷最佳點后，需要計算切負荷最佳點上的切負荷量，切負荷時根據(jù) 計算好地切負荷最佳點的負荷量，切除負荷。切負荷最佳點上的切負荷量Pek可由下式確定：
[008引 （9)
[0089] 巧總切/并負荷量中去掉已經(jīng)切的還需要切的負荷 量。時k表示節(jié)點k的總負荷量，L表示已經(jīng)切掉的負荷節(jié)點個數(shù)。
[0090] 計算切負荷最佳點切負荷量包括負荷的確定分級是對某一時刻微網(wǎng)運行而定的， 在微網(wǎng)運行中如果負荷約束條件發(fā)生變化，那么各節(jié)點負荷的優(yōu)先級也會相應(yīng)改變，運時 之前的可切/并負荷當前不一定可切，需要重新進行負荷分級。因此微網(wǎng)負荷分級的有效性 只能持續(xù)一定的運行時間范圍。而對負荷的分級直接決定微網(wǎng)切/并負荷的最佳切負荷點， 因此切負荷最佳點的有效性只能持續(xù)一定的運行時間范圍。
[0091] 負荷切除控制方法還需要考慮負荷其他的約束條件，設(shè)Pi為用戶在各分時電力價 格下所使用的電量i = l，2,…，24,指一天的各個時段。其他考慮的約束條件有：
[0092] (1)負荷運行時間段約束如果負荷要求必須在時間段[m，n]里供電，那么除了運個 時間段，負荷耗電量都為待機電量Psp,-般情況下為0,運時負荷的約束條件可表示為:Pl = Psp，/ g U"，"I。例如某工作單位要求8:00必須上班，某企業(yè)要求下午5:00之后必須進行日工 作結(jié)算。
[0093] (2)負荷運行時長約束如果負荷要求運行總時長為a小時，約束條件可描述為負荷 設(shè)備耗電量大于給定待機電量的小時段有a個Count({Pi|Pt>Psp})=a。如某單位要求每日 必須保證8小時工作時間。
[0094] (3)負荷持續(xù)運行時長約束，若負荷設(shè)備不能頻繁啟停，定義負荷持續(xù)運行時長為 b，則負荷一旦開始運行，其運行方式必須滿足：
[0095]
( 10 )
[0096] 如果Pt-I = Psp, Pt>Psp。如某紡織廠要求開工時間必須至少持續(xù)10小時。
[0097] (4)負荷開停機次數(shù)約束假設(shè)要求設(shè)備必須開機不超過次，則有：
[009引 Count({Pt I Pi-I = Psp，Pi>Psp}) =L (11)
[0100]
[0099] (5)負荷設(shè)備運行能耗約束，負荷設(shè)備的運行能耗包括開機時段能耗Pstart、正常運 行能耗Prun,、關(guān)機時段能耗：
C12)
[0101] 本發(fā)明的用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除裝置的實施例
[0102] 該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、有功缺額計算模塊及負荷切除模塊；
[0103] 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述 發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)包括發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能 裝置的耗電率及逆變器的效率；
[0104] 所述有功缺額計算模塊用于根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、儲能裝 置的耗電率及逆變器的效率，計算出發(fā)電系統(tǒng)的供電能力，然后求微網(wǎng)負荷的耗電量與發(fā) 電系統(tǒng)的供電能力之差即為微網(wǎng)有功缺額；
[0105] 所述負荷切除模塊用于判斷微網(wǎng)是否出現(xiàn)有功缺額，當微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根 據(jù)事先制定的負載切除策略，進行負荷切除。
[0106] 其中，微網(wǎng)有功缺額的具體計算公式及負荷切除策略的制定過程同上述方法實施 例中的一致，運里不再詳細闡述。
[0107] 本發(fā)明具有如下特點：
[0108] (1)采用了逐步經(jīng)濟切/并負荷控制方法。由于風(fēng)光儲能量管理方法決定總的切/ 并負荷量，本發(fā)明是在能量管理系統(tǒng)已經(jīng)保證了系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下進行的切/并負荷分配， 同時由于微網(wǎng)的小系統(tǒng)特性，不考慮不同位置的負荷切/并對微網(wǎng)的影響，因此本控制方法 不考慮不同負荷的切/并對微網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。
[0109] (2)可操作性強，計算速度快，適應(yīng)于工程實際。
[0110] 計算負荷控制中的最小切負荷費用使用了一種新的逐步經(jīng)濟切負荷法。本方法在 綜合考慮各負荷的約束條件和單位賠償費用的基礎(chǔ)上，確定最佳的切負荷點和切負荷量， 其中負荷優(yōu)先級由各負荷的約束條件確定，切負荷最佳點由反映各負荷單位賠償費用的經(jīng) 濟有效度指標來確定，進而分析計算出最佳的切負荷量。運種方法可W計算得出整個微網(wǎng) 的切負荷策略情況，即切負荷順序和相應(yīng)的切負荷量，計算過程中可W加入人為決策，計算 時間較短，適用于實際工程。
【主權(quán)項】
1. 用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 1) 采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述發(fā)電數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)包括 發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能裝置的耗電率及逆變器的 效率； 2) 根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、儲能裝置的耗電率及逆變器的效率，計 算出發(fā)電系統(tǒng)的供電能力，然后求微網(wǎng)負荷的耗電量與發(fā)電系統(tǒng)的供電能力之差即為微網(wǎng) 有功缺額； 3) 當微網(wǎng)有功缺額值大于0,即微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根據(jù)事先制定的負載切除策略， 進行負荷切除直至消除出現(xiàn)的有功缺額。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，所述微 網(wǎng)有功缺額的計算公式為： LPS(t)=E!L-(Wf(t)+Wpv(t) + &B(t-l)-EBmin)XriB)AUnv 其中，LPS(t)為t時刻微網(wǎng)有功缺額，El指微網(wǎng)負荷在t時刻的耗電量;wf(t)為風(fēng)力發(fā)電 機組t時刻的發(fā)電量;wpv(t)指光伏發(fā)電組件t時刻的發(fā)電量;Ee(t)是t時刻儲能裝置存儲的 電量;Eemin是儲能裝置的最小存儲電量，也為儲能裝置的放電效率;rUnv為逆變器的效率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，所述負 載切除策略為:選取滿足W下條件的負荷進行切除其中，Cf為負荷節(jié)點j的單位賠償費用，Pcj為負荷節(jié)點j切除的有功負荷量，Pw為負荷節(jié) 點j的預(yù)測負荷量，Nd為負荷節(jié)點集，LI^為微網(wǎng)有功缺額，即總切負荷量，Cf最小的負荷節(jié)點 為切負荷最佳點。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，切負荷 最佳點k的切負荷量Pck的計算公式為：其中，LPS為微網(wǎng)有功缺額，即總切負荷量表示當前還需要切的負荷量，PDk 表示切負荷最佳點k的總負荷量，L表示已經(jīng)切掉的負荷節(jié)點個數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，制定負 荷切除策略時需要考慮微網(wǎng)的運行成本，其中，并網(wǎng)運行方式下微網(wǎng)運行的成本函數(shù)為：其中，Pi(t)為第i個微電源在t時刻的輸出功率，Cl為第i個微電源的能成本，Ml是第i個 微電源的運行維護成本，N為微電源的個數(shù)，Ευ為第i個微電源發(fā)出單位電功率時產(chǎn)生的第j 種廢氣量，kj為第巧巾氣體造成的環(huán)境成本，Μ為廢氣種類數(shù)，Mst,x為第X個儲能裝置的運行成 本，y為儲能裝置的個數(shù)，Px(t)表示第X個儲能裝置在t時刻的輸出功率，Cbuy(t)和Csell(t)分 別是t時刻微網(wǎng)的購電價與售電價，Pbuy(t)和Psell(t)分別表示t時刻微網(wǎng)的購電量和售電 量，T為微網(wǎng)優(yōu)化周期內(nèi)的總時段數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，孤島運 行方式下的微網(wǎng)運行成本函數(shù)為：其中，Pi(t)為第i個微電源在t時刻的輸出功率，Cl為第i個微電源的能耗成本，Ml是第i 個微電源的運行維護成本，N為微電源的個數(shù)，Ευ為第i個微電源發(fā)出單位電功率時產(chǎn)生的 第巧巾廢氣量，k功第巧巾氣體造成的環(huán)境成本，Μ為廢氣種類數(shù)，Mst,x為第X個儲能裝置的運 行成本，y為儲能裝置的個數(shù)，Px(t)表示第X個儲能裝置在t時刻的輸出功率;T為微網(wǎng)優(yōu)化 周期內(nèi)的總時段數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除方法，其特征在于，制定負 荷切除策略時需要考慮至少一個W下情況:負荷的運行時間段、負荷的總運行時長、負荷的 持續(xù)運行時長、負荷的開停機次數(shù)及負荷設(shè)備的運行能耗。8. 用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除裝置，其特征在于，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、 有功缺額計算模塊及負荷切除模塊； 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)和發(fā)電過程中的用電數(shù)據(jù)，所述發(fā)電 數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)包括發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、微網(wǎng)負荷的耗電量、儲能裝置 的耗電率及逆變器的效率； 所述有功缺額計算模塊用于根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的儲電量、儲能裝置的 耗電率及逆變器的效率，計算出發(fā)電系統(tǒng)的供電能力，然后求微網(wǎng)負荷的耗電量與發(fā)電系 統(tǒng)的供電能力之差即為微網(wǎng)有功缺額； 所述負荷切除模塊用于判斷微網(wǎng)是否出現(xiàn)有功缺額，當微網(wǎng)出現(xiàn)有功缺額時，根據(jù)事 先制定的負載切除策略，進行負荷切除。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除裝置，其特征在于，所述微 網(wǎng)有功缺額的計算公式為： LPS(t)=E!L-(Wf(t)+Wpv(t) + &B(t-l)-EBmin)XriB)AUnv 其中，LPS(t)為t時刻微網(wǎng)有功缺額，El指微網(wǎng)負荷在t時刻的耗電量;wf(t)為風(fēng)力發(fā)電 機組t時刻的發(fā)電量;wpv(t)指光伏發(fā)電組件t時刻的發(fā)電量;Ee(t)是t時刻儲能裝置存儲的 電量;Eemin是儲能裝置的最小存儲電量，也為儲能裝置的放電效率;rUnv為逆變器的效率。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述用于微網(wǎng)型聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的負荷切除裝置，其特征在于，所述 負載切除策略為:選取滿足W下條件的負荷進行切除其中，Cf為負荷節(jié)點j的單位賠償費用，Pcj為負荷節(jié)點j切除的有功負荷量，Pw為負荷節(jié) 點j的預(yù)測負荷量，Nd為負荷節(jié)點集，LI^為微網(wǎng)有功缺額，即總切負荷量，Cf最小的負荷節(jié)點 為切負荷最佳點。
【文檔編號】H02J3/24GK106099951SQ201610512469
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】李如意, 徐坤樂, 張志穎, 馮二浩, 張俊浩, 李飛, 陳淼
【申請人】河南許繼儀表有限公司, 許繼集團有限公司, 國家電網(wǎng)公司