一种多时间尺度的微电网能量管理方法技术

本发明专利技术公开了一种多时间尺度的微电网能量管理方法，采用低成本的基于路由器组网方案，简便易行，无需复杂的现场总线即可实现通信交互，将日前和日内优化相结合，日内优化根据最新的，精度更高的预测信息对日前调度方案进行滚动修正，降低了预测信息的不确定性因素的影响，提高了微电网调度计划的准确性和可靠性，降低了微电网运行成本。引入与大电网功率交互，降低了新能源发电带来的波动，进一步提高了微电网的稳定性，同时大电网实时电价与分布式电源发电入网电价的竞价使得微电网成本进一步优化。为了避免优化目标的单一，将环境治理成本纳入目标函数，实现了对环境效益和经济效益的综合考量。济效益的综合考量。济效益的综合考量。

【技术实现步骤摘要】
一种多时间尺度的微电网能量管理方法


[0001]本专利技术涉及智能电网
，具体为一种多时间尺度的微电网能量管理方法。

技术介绍

[0002]当今，为了应对全球变暖对人类社会和生态系统造成的影响，以及解决能源短缺和化石能源环境污染问题，加快开发利用可再生能源，减少碳排放已经成为世界各国的共识。但是可再生能源的间歇性和不确定性给电网稳定性造成不可忽视的影响，仅靠不断扩建发电侧已经满足不了发展的需求，同时更需要配合以合理的能量管理优化方法，对微电网中各种性能各异的分布式可再生能源和储能装置进行协调管理，实现微电网的稳定运行、优化调度，因此对微电网能量管理的研究意义重大。
[0003]目前微电网通讯组网方案多是采用现场总线技术，而现场总线种类较多，如profibus总线、Modbus总线、CanOpen总线等，多种现场总线之间无法兼容，软硬件通常只能使用一家产品，不同厂家产品之间缺乏互操作性和互换性，可集成性差。对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆及敷设施工，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性，不能够满足控制网络不断增长的要求。现有的能量管理技术多是通过优化可控的电源和储能来进行能量管理，但是清洁能源的随机性、波动性(如光伏发电)给电网带来不稳定因素，因此需要配备更大的储能或大电网支持。现有的能量管理方法多是在调度日到来之前，采集日前信息，只制定一个以1小时为周期，调度日24小时的调度计划，而随着时间尺度变长，负荷预测和光伏出力预测的不确定因素的影响不断增加，预测的准确度会随着时间尺度的增加逐渐降低，且24小时的日前计划是阶段式的，突变较大，实际运行不能完全按此执行，故需要更短时间尺度的优化结果。
[0004]为了解决以上问题，如公开号为CN109950919A的中国专利公开了一种微电网能量管理方法，包括以下步骤:步骤一:建立电网的优化模型，包括光伏、风机、微燃机、储能系统和负荷；步骤二:建立以储能系统为基础的可控供电成本最小为目标的函数；步骤三:预测负荷和放电功率的数据；步骤四:储存系统的充放电功率计算；步骤五:优化储能系统的充放电控制。本专利技术通过储能系统的充放电功率，综合协调光伏、微燃机和用户负荷的需要，解决可能源出力和负荷需求分布不对等问题，实现了高效使用；通过减小预测误差对储能系统充放电控制的干扰、提高能量管理的灵活性，充分利用各类能源基础上有效起到了消减负荷峰值的作用，减小冲击负荷对电网的影响，实现了能源的经济、优化利用。
[0005]又如公开号为CN112069676A的中国专利公开了一种含清洁能源的微电网能量管理方法，属于电力系统微电网
，包括如下步骤：步骤1：对微电网中的光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、柴油发电机系统和微型燃气轮机系统进行建模；步骤2：确定系统总目标函数；步骤3：建立微电网中各系统的约束条件；步骤4：NSGA
‑
II算法的改进；步骤5：将改进的NSGA
‑
II方法与构建的总目标函数结合，得到目标函数的最优解。该方法对现有微电网能量管理策略存在的缺陷进行改进，使得确保微电网正常运行时，对分布式发电、燃气轮机、储能装置等进行合理的分配，以保证微电网运行的最大经济效益和环保效益。
[0006]目前，现有微电网能量管理技术还存在不足之处：第一份专利通过建模，建立目标函数，预测并计算储能系统的充放电功率，解决了可能源出力和负荷需求分布不对等问题。第二份专利通过建模，确定利用改进的NSGA
‑
II算法和构建的系统总目标函数结合，实现了微电网系统装置的合理分配，但第一份专利是预测并计算当天需要的充放电功率，预测的准确度会随时间尺度增加而降低，第二份专利由于清洁能源的随机性和波动性导致的电网不稳定性仍然存在，现有技术仍有待改进。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种多时间尺度的微电网能量管理方法，以解决上述问题。
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种多时间尺度的微电网能量管理方法，主要包含以下步骤：
[0010]S1：利用基于路由器组网的通讯方案进行微电网中各设备的信息交换，通信协议采用Modbus/Tcp协议；
[0011]S2：中央控制器依据实时采集的系统运行信息执行并下发微电网的实时调度策略，统筹分布式电源和储能单元的出力状况以及控制负载的投切，以及是否与大电网进行购售电，确保微电网系统高效运行，并且将采集的光伏输出功率和负荷历史数据以及天气预报，用于对光伏输出功率和负荷的预测；
[0012]S3：在预测信息的基础上，中央控制器采集实时电价，综合考虑微网内各单元的约束条件，对各单元进行数学建模，以运行成本和环境治理成本最小化为优化目标，以1小时为周期制定24小时的日前调度方案，并传输给本地控制器,日前调度方案以最小化微电网的运行费用和环境治理费用为优化目标，其目标函数为：
[0013]min[C
operation
+C
environment
+C
grid
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014](1)式中C
operation
是微电网的运行成本,C
environment
是环境治理费用，C
grid
是微电网与大电网购售电带来的成本；
[0015]S4：根据最新的精度更高的日内预测信息，在调度日，中央控制器以15分钟为周期对日前调度方案进行在线滚动修正得到日内调度方案，提高调度方案的精度，减小微电网实际运行中的功率误差，日内调度方案的优化目标是在日前调度方案的优化目标上加入了惩罚成本，这样的目的是减小日内调度方案与日前调度方案的差异，其目标函数为：
[0016]min[C
operation
+C
environment
+C
grid
+C
penalty
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017](2)式中C
penalty
是惩罚成本。
[0018]进一步的，所述微电网中包括多个分布式发电单元，每个分布式发电单元有一个本地控制器，所有本地控制器通过超六类网线连接到路由器，再通过超六类网线与中央控制器连接。同时本地控制器配有人机界面HMI，方便现场工作人员检测设备状态并进行操作，中央控制器负责收集分布式发电单元接入微电网的并网点处本地局部信息以及大电网电压频率等信息，据此完成所有的计算任务，包括调度计划的制定、光伏输出功率和负荷的预测，完成计算后下达指令给本地控制器。
[0019]进一步的，所述光伏输出功率和负荷的预测是根据最新的天气预报信息，先通过小波分析对光伏功率和负荷的历史数据进行时频分析，提高预测结果的准确度，再通过BP
神经网络预测得到结果。日前调度方案的制定距调度日还有一段时间，因此调度日的天气预报等信息准确度较低，以1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多时间尺度的微电网能量管理方法，其特征在于：主要包含以下步骤：S1：利用基于路由器组网的通讯方案进行微电网中各设备的信息交换，通信协议采用Modbus/Tcp协议；S2：中央控制器依据实时采集的系统运行信息执行并下发微电网的实时调度策略，统筹分布式电源和储能单元的出力状况以及控制负载的投切，以及是否与大电网进行购售电，确保微电网系统高效运行，并且将采集的光伏输出功率和负荷历史数据以及天气预报，用于对光伏输出功率和负荷的预测；S3：在预测信息的基础上，中央控制器采集实时电价，综合考虑微网内各单元的约束条件，对各单元进行数学建模，以运行成本和环境治理成本最小化为优化目标，以1小时为周期制定24小时的日前调度方案，并传输给本地控制器,日前调度方案以最小化微电网的运行费用和环境治理费用为优化目标，其目标函数为：min[C
operation
+C
environment
+C
grid
]
ꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)式中C
operation
是微电网的运行成本，C
environment
是环境治理费用，C
grid
是微电网与大电网购售电带来的成本；S4：根据最新的精度更高的日内预测信息，在调度日，中央控制器以15分钟为周期对日前调度方案进行在线滚动修正得到日内调度方案，提高调度方案的精度，减小微电网实际运行中的功率误差，日内调度方案的优化目标是在日前调度方案的优化目标上加入了惩罚成本，这样的目的是减小日内调度方案与日前调度方案的差异，其目标函数为：min[C
operation
+C
environment
+C
grid
+C
penalty
]
ꢀꢀꢀꢀ
(2)(2)式中C
penalty
是惩罚成本。2.根据权利要求1所述的一种多时间尺度的微电网能量管理方法，其特征在于：所述微电网中包括多个分布式发电单元，每个分布式发电单元有一个本地控制器，所有本地控制器通过超六类网线连接到路由器，再通过超六类网线与中央控制器连接，同时本地控制器配有人机界面HMI，方便现场工作人员检测设备状态并进行操作，中央控制器负责收集分布式发电单元接入微电网的并网点处本地局部信息以及大电网电压频率等信息，据此完成所有的计算任务，包括调度计划的制定、光伏输出功率和负荷的预测，完成计算后下达指令给本地控制器。3.根据权利要求2所述的一种多时间尺度的微电网能量管理方法，其特征在于：所述微电网在并网以及孤岛运行状态下，中央控制器的实时调控的主要目标是在保障微电网内功率平衡以及电压频率稳定的情况下，满足微电网的总体约束和各单元约束条件，实时微电网各个单元的出力状况以及负载的投切，光伏输出功率和负荷的预测是根据最新的天气预报信息，先通过小波分析对光伏功率和负荷的历史数据进行时频分析，提高预测结果的准确度，再通过BP神经网络预测得到结果，日前调度方案的制定距调度日还有一段时间，因此调度日的天气预报等信息准确度较低，以1小时为周期进行预测，而日内调度方案是在调度日当天制定，天气预报等信息准确度高，以15分钟为周期做更细致的预测。4.根据权利要求3所述的一种多时间尺度的微电网能量管理方法，其特征在于：所述日前调度方案的目标函数，(1)式中C
operation
主要包括各分布式发电单元的维护费用，C
environment
主要包括对分布式发电带来的氮化物硫化物等污染物的处理，C
grid
是微电网与大电网购售电带来的成本。
5.根据权利要求4所述的一种多时间尺度的微电网能量管理方法，其特征在于：所述微电网的运行成本C
operation
公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾要勤，李洁，王云鹏，张健鹏，王传斌，张群峰，王致远，秦鹏，
申请(专利权)人：江苏镇安电力设备有限公司江苏中能欣润电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：