用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统和方法技术方案

微电网包括多个分布式能量资源，诸如可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)和电能存储设备(114)。一种控制微电网的操作的方法，包括：周期性地更新用于微电网的能量资源调度，其包括可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)的开/关状态以及电能存储设备(114)的充电/放电状态和速率，并且至少部分地基于用于微电网(200)的可再生能量生成和负载预测来满足定义的时间窗中的第一控制目标。该方法进一步包括周期性地确定用于可控制分布式能量资源(104、106、108、110、112)的功率设定点，这满足在定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，第二控制目标是至少用于微电网(210)的分布式能量资源调度的函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及微电网，并且更具体地涉及控制微电网的操作。
技术介绍
微电网是本地区域内的分布式能量资源(分布式发电和储能)和负载的半自主分组。该负载可以是实用“客户”、若干站点的分组或以协调方式进行操作的分布式站点。分布式发电机可以包括往复式发动机驱动型发电机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏/太阳能或其他小规模可再生发电机。所有可控制分布式能量资源和负载以下述方式互连，该方式使得设备能够执行特定的微电网控制功能。例如，该系统的能量平衡必须通过调度来保持，并且非关键负载可能在能量短缺或高操作成本的时间期间被缩短或削减。在能够独立于宏电网(以孤岛模式)进行操作的同时，微电网通常与变电站或电网(即宏电网)互连地起作用，从宏电网购买能量资源并且可能在不同的时间向回销售能量和辅助服务。宏电网通常是基于微电网的总的系统能量要求来设计的。功率质量和可靠性的非均匀电平通常被供应给终端用户。微电网通常对宏电网呈现为单个可控实体。大多数微电网控制系统采用集中式或分布式机制。分布式微电网控制系统大多在孤岛偏远地区和弱电网连接的微电网中使用，其系统的稳定性是主要问题，并且控制目标主要是保持微电网动态稳定性。集中式微电网控制在中央控制器中执行微电网的协调管理，中央控制器监视整个系统的操作状况，根据最小化操作成本来进行最优控制决定，减少化石燃料消耗，提供用于公共电网的服务等，并且然后将功率设定点传送到分布式能量资源并且将控制命令传送到微电网内的可控制负载。大多数传统的集中式微电网控制系统在多个时间间隔中实现与在线经济调度(ED)或在线ED相结合的所谓的“提前一天”DER(分布式能量资源)调度过程。这些解决方案尝试在考虑到可再生发电和负载预测的同时在预定义的时间段中提供优化的操作策略。具有在线ED方法的提前一天DER调度基于用于微电网的提前一天可再生发电和负载预测来生成用于接下来24小时时段的最优操作计划。由于不精确预测技术和可再生能量资源发电和负载需求的高可变性而导致在提前一天的时间范围中执行的DER调度无法提供可靠的操作计划，并且因此不利地影响在线ED。在多个时间间隔中的在线ED将最近发电和负载预测包含在操作决定中。然而，该方法在每个执行间隔(例如，每5到15分钟)实时地具有显著的计算复杂度，以提供不仅用于当前间隔而且用于未来间隔的控制决定。由于沉重的计算负担，通常布置仅考虑微电网的功率平衡的简化优化，而不是通过功率流分析提供的更具体的操作限制。
技术实现思路
根据本文描述的示例性实施例，提供了一种微电网能量管理系统(EMS)，其使得能够以电网连接和孤岛模式进行微电网的安全和经济稳定状态操作。微电网EMS系统保持系统稳定状态经济操作。根据控制微电网的控制操作的方法的实施例，微电网包括多个分布式能量资源，分布式能量资源包括可控分布式发电机和电能存储设备，该方法包括：周期性地更新用于微电网的能量资源调度，微电网包括可控制分布式发电机的开/关状态以及电能存储设备的充电/放电状态和速率，并且至少部分地基于用于微电网的可再生能量生成和负载预测来满足预定义的时间窗中的第一控制目标；以及周期性地确定用于可控制分布式能量资源的功率设定点，这满足在预定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，第二控制目标是至少用于微电网的分布式能量资源调度的功能。根据用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统的实施例，微电网包括多个分布式能量资源，分布式能量资源包括可控分布式发电机和电能存储设备，微电网管理系统包括：处理电路，可操作为周期性地更新用于微电网的能量资源调度，微电网包括可控制分布式发电机的开/关状态以及电能存储设备的充电/放电状态和速率，并且至少部分地基于用于微电网的可再生能量生成和负载预测来满足预定义的时间窗中的第一控制目标。处理电路进一步可操作为周期性地确定用于可控制分布式能量资源的功率设定点，这满足在预定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，第二控制目标是至少用于微电网的分布式能量资源调度的函数。本领域技术人员将在阅读以下具体描述之后并且在查看附图、附图的简要描述之后认识到其他特征和优点。附图说明附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理。此外，在附图中，相同附图标记表示相应的部分。在附图中：图1图示了用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统的实施例的框图；图2图示了控制微电网的操作的方法的实施例的流程图；图3图示了周期性地更新用于微电网的分布式能量资源调度并且周期性地确定包括在微电网中的可控制分布式能量资源的功率设定点的实施例的示意图；图4图示了控制微电网的操作的方法的另一实施例的流程图；以及图5图示了包括甩负荷的控制微电网的操作的方法的实施例的流程图。具体实施方式根据本文描述的示例性实施例，提供了微电网能量管理系统(EMS)，该微电网能量管理系统(EMS)在特定时间段中考虑到各种因素的同时生成最优调度决策。微电网EMS协调在多个时间间隔中的微电网内的各种可控制设备之间的控制动作，以实现总体优化目标函数。例如，微电网EMS可以使用用于未来时间段的可再生能量资源发电和负载预测信息来最大化可再生能量资源利用并且减少化石燃料的依赖性。此外，可以在多个时间间隔中最优地调度能量存储充电/放电操作，使得包括在微电网中的电能存储设备可以在轻负载时段期间存储低价能量，并且在重负载或高价能量时段期间递送能量。微电网EMS还可以利用微电网的网络模型。例如，平衡网络模式对于特定为电网可能不是有效的。微电网EMS可以在可用时使用具体的不平衡网络模型，增加控制复杂度和准确性。微电网EMS可以在微电网以不同模式(如，电网连接或孤岛模式)进行操作时考虑不同的操作特征，并且提供相应的控制策略，这提高了微电网的安全和经济操作。微电网EMS还可以考虑包括在微电网中的各种可控制设备的物理限制，诸如发电机容量、启动时间、下降速率、启动/关机/发电成本、能量存储充电/放电速率、充电状态等。概括地说，本文描述的微电网EMS使用数学优化技术来解决微电网的经济操作，使得作出在特定时间段中考虑了各种因素的最优发电调度决定。图1图示了EMS100以及由微电网EMS100控制的微电网实施例。微电网包括在本地区域内的分布式能量资源(分布式能量资源)和负载102。负载102可以是单个实用客户、若干站点的分组、或以协作方式进行操作的分布式站点。DER可以包括一个或多个分布式发电机，诸如往复式发动机驱动型发电机104、微型燃气轮机106、燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制微电网的操作的方法，所述微电网包括多个分布式能量资源，所述多个分布式能量资源包括可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)和电能存储设备(114)，所述方法包括：周期性地更新用于所述微电网的分布式能量资源调度，所述分布式能量资源调度包括所述可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)的开/关状态以及所述电能存储设备(114)的充电/放电状态和速率，并且所述分布式能量资源调度至少部分地基于针对所述微电网(200)的可再生能量生成和负载预测来满足对于定义的时间窗中的第一控制目标；以及周期性地确定用于所述可控制分布式能量资源(104、106、108、110、112)的功率设定点，所述功率设定点满足对于所述预定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，所述第二控制目标是至少用于所述微电网(210)的所述分布式能量资源调度的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.31 US 13/955,5751.一种控制微电网的操作的方法，所述微电网包括多个分布式能量资源，所述多个分
布式能量资源包括可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)和电能存储设备(114)，所
述方法包括：
周期性地更新用于所述微电网的分布式能量资源调度，所述分布式能量资源调度包括
所述可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)的开/关状态以及所述电能存储设备
(114)的充电/放电状态和速率，并且所述分布式能量资源调度至少部分地基于针对所述微
电网(200)的可再生能量生成和负载预测来满足对于定义的时间窗中的第一控制目标；以
及
周期性地确定用于所述可控制分布式能量资源(104、106、108、110、112)的功率设定
点，所述功率设定点满足对于所述预定义的时间窗内当前时间间隔的第二控制目标，所述
第二控制目标是至少用于所述微电网(210)的所述分布式能量资源调度的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述分布式能量资源调度被再次更新并且所述
定义的时间窗被移动之前，针对所述定义的时间窗内的至少两个连续时间间隔来确定用于
所述可控制分布式能量资源(104、106、108、110、112)的所述功率设定点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一控制目标还是与所述电能存储设备
(114)相关联的能量存储成本的函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一控制目标限制在所述定义的时间窗中被
允许用于所述电能存储设备(114)的充电/放电的量，使得对于所述定义的时间窗所述能量
存储成本被最小化。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一控制目标确保具有如由所述分布式能量
资源调度指示的开状态的所有所述可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)的总功率
生成容量大于对于所述定义的时间窗的所述微电网的关键负载。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一控制目标还是校正因子的函数，所述校
正因子考虑具有开状态的所述可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)中的至少一个
在所述定义的时间窗期间停止服务，使得即使所述微电网与主电网断开连接，或者在孤岛
模式中所述可控制分布式发电机(104、106、108、110、112)中的至少一个停止服务，所述总
功率生成容量保持大于在所述定义的时间窗中的所述微电网的所述关键负载。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微电网被配置为在电网连接模式下连接到电
网，并且在孤岛模式下与所有电网隔离，并且其中，所述定义的时间窗对于所述孤岛模式比
对于所述电网连接模式短。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
每当所述可再生能量生成和负载预测被修改时，更新所述分布式能量资源调度；以及
每当所述分布式能量资源调度被更新时，移动所述定义的时间窗。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分布式能量资源调度每小时或更不频繁地被
更新，并且其中，用于所述可控制分布式能量资源(104、106、108、110、112)的所述功率设定
点每15分钟或更频繁地被确定。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二控制目标将对于所述当前时间间隔中
的所述微电网的操作成本最小化，同时将所述电能存储设备(114)的实际充电/放电速率从
在所述分布式能量资源调度中针对所述电能存储设备(114)标识的充电/放电速率偏离的
程度最小化。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二控制目标还是施加在所述微电网上的
线电流和节点电压约束的函数。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二控制目标还是在所述分布式能量资源
调度中施加到针对所述电能存储设备(114)标识的充电/放电速率的加权因子的函数。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二控制目标还是甩负荷变量的函数，所述
甩负荷变量考虑所述微电网中的计划的断电，使得在所述当前时间间隔中最小化甩负荷。
14.一种用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统(100)，所述微电网包括多个分
布式能量资源，所述多个分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨芳，冯先勇，李朝，王振远，A·奥达洛夫，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH