專利名稱：基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量 優(yōu)化管理系統(tǒng)及其優(yōu)化管理方法，具體涉及一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
能源緊缺和過度開發(fā)對環(huán)境和生態(tài)的破壞，迫使人們再次面臨能源消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，新的能源消費模式將以太陽能、風(fēng)能、地?zé)?、潮汐等可再生能源為主，同時石油、煤炭、核燃料、天然氣等一次能源并存。然而，由于水、電、氣、熱網(wǎng)各行業(yè)間相互隔離，使得其自身無法解決各種能源供需的峰谷差。這就使得本來有限的資源不能得到充分利用或被白白浪費，造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此將冷、熱、電三種產(chǎn)品的獨立生產(chǎn)變?yōu)楦呖萍悸?lián)產(chǎn)，建立新的生廣關(guān)系，打造新的聞效能源交互網(wǎng)。微電網(wǎng)是一種由微型電源和負荷共同組成的供用電與供能系統(tǒng)，它不僅為用戶提供電能，還可以通過熱電聯(lián)產(chǎn)CHP或者冷熱電三聯(lián)供CCHP的形式向用戶供熱或制冷。微型電源由包含風(fēng)電、光伏等可再生能源與微型微型燃氣輪機、燃料電池等清潔能源，以及蓄電池、超級電容器、超導(dǎo)儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等儲能裝置組成。微電網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了分布式電源的靈活高效利用，削弱其并網(wǎng)運行對電網(wǎng)造成的沖擊和負面影響，整合其優(yōu)勢，能夠充分發(fā)揮分布式電源的效益和價值。微電網(wǎng)在公共連接點PCC與大電網(wǎng)連接，以實現(xiàn)并網(wǎng)運行與孤網(wǎng)運行之間的模式轉(zhuǎn)換，從而提高了微電網(wǎng)內(nèi)負荷的供電可靠性。在必要的情況下微電網(wǎng)還可以作為備用電源向大電網(wǎng)輸送電能，為大電網(wǎng)提供支撐。智能微網(wǎng)采用智能裝置實時調(diào)整各種微電源發(fā)電與供熱制冷功率，使各種微電源協(xié)同配合，同時對用戶的能量使用情況進行優(yōu)化控制，以提高能源利用效率、優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)、減少能源浪費、提升用戶的生活舒適度、降低用戶的能源消費支出。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法充分利用智能微電網(wǎng)技術(shù)，克服分布式電源隨機性和間歇性的缺陷，減小其并網(wǎng)對配電網(wǎng)造成的影響，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，解決園區(qū)能源網(wǎng)中多個微電網(wǎng)之間以及微電網(wǎng)內(nèi)多種微電源之間的互補問題,滿足微電網(wǎng)內(nèi)各種負荷的電能和熱能需求，實現(xiàn)各種清潔能源的最優(yōu)化利用和系統(tǒng)能效最大化。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其改進之處在于，所述能量優(yōu)化管理系統(tǒng)由園區(qū)能源調(diào)度中心和n個微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組成；n為自然數(shù)；所述n個微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)接收來自所述園區(qū)能源調(diào)度中心的指令；每個所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括微電網(wǎng)能量調(diào)度層、微電網(wǎng)集中控制層以及微電源、儲能和負荷就地控制層；所述微電網(wǎng)能量調(diào)度層與微電網(wǎng)集中控制層之間采用通信方式進行通信；所述微電網(wǎng)集中控制層與微電源、儲能和負荷就地控制層之間采用通信方式進行通信。優(yōu)選的，所述通信方式可 為現(xiàn)場總線協(xié)議，如BACnet、LonWorks、ModBus或電力系統(tǒng)通信協(xié)議，如IEClOl、IEC104。優(yōu)選的，所述微電網(wǎng)能量調(diào)度層接收來自所述園區(qū)能源調(diào)度中心的指令，將微電網(wǎng)內(nèi)的電氣量信息傳送到所述園區(qū)能源調(diào)度中心，并向微電網(wǎng)集中控制層下發(fā)指令。優(yōu)選的，所述微電網(wǎng)集中控制層包括能量管理主站、微電網(wǎng)中央控制器、電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀；所述微電網(wǎng)控制器接收來自所述能量管理主站的指令；所述電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀采集的微電源、儲能和負荷的各種運行數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)；所述各種運行數(shù)據(jù)包括微電網(wǎng)的電壓、電流、頻率和功率。較優(yōu)選的，所述能量管理主站包括運行監(jiān)控系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)；所述運行監(jiān)控系統(tǒng)接收由所述電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀采集的微電源、儲能和負荷的各種運行數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，并存儲在微電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；所述能量管理系統(tǒng)對微電網(wǎng)進行風(fēng)電、光伏出力預(yù)測和負荷預(yù)測。優(yōu)選的，所述微電源、儲能和負荷就地控制層包括就地控制器和就地保護設(shè)備；所述就地控制器和就地保護設(shè)備接收微電網(wǎng)集中控制層的指令，實現(xiàn)對微電源、儲能和負荷就地控制，以及對微電源、儲能和負荷的投切。較優(yōu)選的，所述就地控制器包括微型燃氣輪機控制器、儲能控制器、光伏控制器、風(fēng)機控制器和負荷控制器；所述就地保護設(shè)備為微電網(wǎng)內(nèi)配置的各類保護裝置，包括線路保護、母線保護及各種電氣設(shè)備的保護；所述微型燃氣輪機控制器、儲能控制器、光伏控制器、風(fēng)機控制器和負荷控制器分別對微型燃氣輪機、儲能裝置、光伏、風(fēng)機和負荷進行控制。本發(fā)明基于另一目提供的一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟A、確定約束條件；B、確定目標函數(shù)；C、確定協(xié)調(diào)控制策略；D、對所述園區(qū)能源網(wǎng)的能量進行優(yōu)化管理。優(yōu)選的,所述步驟A中，所述約束條件為微電網(wǎng)的實時電功率平衡、熱功率平衡、冷功率平衡、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定；所述約束條件用下述式(I)- (6)表示Pff+Ppv+PBAT+PEMT-P11+P12+......+Pln+Ploss+PlL ( I );Qff+Qpv+QBAT+QEMT+Qsvc-Q11+Q12+......+Qin+Qi0SS+QiL (2);PHMT_Phll+Phl2 +......+Phln+Phloss (3);PciT=Pcll+Pcl2 +......+Pcln+Pcloss ⑷；ffflin ^ f ^ ffflax (5)；Ufflin ^ U ^ Ufflax (6)；式(I)-(4)中Pff為所述風(fēng)機輸出的有功功率；QW為所述風(fēng)機輸出的無功功率；
Ppv為所述光伏輸出的有功功率；QPV為所述光伏輸出的無功功率；Pbat為所述儲能裝置輸出的有功功率；Qbat為所述儲能裝置輸出的無功功率；令放電時Pbat為正，充電時為負；放電時Qbat為正或0，放電時為0 ;Pemt為所述微型燃氣輪機輸出的有功功率；Qemt為所述微型燃氣輪機輸出的無功功率；P1ijP12,……Pln為負荷11，12……In的有功功率；Q11, Q12, ......Qln 為負荷 11，12......In 的無功功率；Ploss為微電網(wǎng)輸電線路上損耗的有功功率；Q1()SS為微電網(wǎng)輸電線路上損耗的無功功率; Ptl為微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線上傳輸?shù)挠泄β剩籕i為微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線上傳輸?shù)臒o功功率；令功率從微電網(wǎng)流向配電網(wǎng)為正，從配電網(wǎng)流向微電網(wǎng)為負；Qsvc為無功功率補償設(shè)備發(fā)出的無功功率；Phmt為所述微型燃氣輪機的熱循環(huán)功率為所述微型燃氣輪機的冷循環(huán)功率；Phll, Phl2,……Phln為熱負荷hll，hl2……h(huán)ln的熱功率；Pcll, Pcl2,……PclnS冷負荷cll，cl2……cln的冷功率；式(5)- (6)中f■為微電網(wǎng)頻率；U為微電網(wǎng)并網(wǎng)點電壓；fmax, fmin為微電網(wǎng)正常運行所允許的最大、最小頻率；Umax, Umin為微電網(wǎng)正常運行所允許的最大、最小電壓。優(yōu)選的，所述步驟B中，以微電網(wǎng)系統(tǒng)能效最大化為總目標函數(shù)，通過三個子目標函數(shù)集來實現(xiàn)；所述子目標函數(shù)集包括最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集、第二優(yōu)先級子目標函數(shù)集和第三優(yōu)先級子目標函數(shù)集。較優(yōu)選的，所述最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集和第二優(yōu)先級子目標函數(shù)集根據(jù)所述能量管理主站發(fā)送的指令實現(xiàn)；所述第三優(yōu)先級的目標函數(shù)集根據(jù)所述微網(wǎng)能量調(diào)度層的指令實現(xiàn)。較優(yōu)選的，所述最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E != {Fn, F12, F13, F14, F1J，對應(yīng)的目標函數(shù)分別用下述式(7)- (11)表示F11 :Pw+Ppv+Pbat+Pmt ^ 11+ 12+......+Pin+Pioss (7);F12 : Qw+Qpv+Qbat+Qmt+Qsvc ^ Qll+Ql2 +......+Qln+Qloss (8);F13 Wff+ffpv-WBAT+WMT ^ Wn+W12+……+Wln+Wloss (9)；Ed Iim — = 0U0);
A/
AUK, Iim-= 0(11)；
M肩At式(9)-(11)中Ww為一定時間內(nèi)風(fēng)機的發(fā)電量;WPV為一定時間內(nèi)光伏的發(fā)電量；Wbat為儲能裝置一定時間內(nèi)的自耗電量，即為儲能裝置發(fā)出電量與吸收電量之差;Wmt為微型燃氣輪機一定時間內(nèi)的發(fā)電量；W11為負荷11，12……In —定時間內(nèi)消耗的電量；Wltjss為微電網(wǎng)輸電線路上一定時間內(nèi)損耗的電量； 為微電網(wǎng)母線上的頻率波動率； 為微電網(wǎng)母線上的電壓波動率。

較優(yōu)選的，所述第二優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E 2={F21}，對應(yīng)的目標函數(shù)用下述式
(12)表示F21 : Cm=Min {CMT} (12);式(12)中Cmt為所述微型燃氣輪機的耗氣量；Min{CMT}為在滿足約束條件和最高優(yōu)先級子目標函數(shù)的前提下，所述微型燃氣輪機的最小耗氣量集合。較優(yōu)選的，所述第三優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E 3= (F31, F32I，對應(yīng)的目標函數(shù)分別為F31 Pw-PiMAX ；Ppv_PpVMAX (13);F32 :PBCMT_Min{PBCMT} (14)；式(13)-(14)中Pwmax為風(fēng)機某一時刻能發(fā)出的最大有功功率；Ppvmax為光伏某一時刻能發(fā)出的最大有功功率；Pbcmt為儲能裝置的充電功率中來自于微型燃氣輪機的部分；Min{PBCMT}為在滿足約束條件和最高優(yōu)先級子目標函數(shù)及第二優(yōu)先級子目標函數(shù)的前提下，所述儲能裝置的充電功率中來自于微型燃氣輪機部分最小的集合。較優(yōu)選的，所述總目標函數(shù)用下式(15)表示F=max {fee} (15); =W1 (wn+w12+w13+w14+w15) +W2 (W21) +W3 (w31+w32)式(15)中 fee為所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能效因子；w2、w2、w3分別為子目標函數(shù)集E !>E 2>E 3的權(quán)重系數(shù)；W11、W12、W13、W14、W15、W2I、W31、W32 分力U 為子目 不函數(shù) F11、F12、F13、F14、F15、F2I、F31、F32的t又;W^W2+w3=l, wn+w12+w13+w14+w15=l, W21=I, w31+w31=l ；分別設(shè)W1=O. 7, w2=0. 2, W3=O. I, W11=W12=O. 3, W13=O. 2, W14=W15=O. I, W31=W32=O. 5，當其中一個子目標函數(shù)未能實現(xiàn)時，其權(quán)重系數(shù)為O。優(yōu)選的，所述步驟C中，確定微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略；所述協(xié)調(diào)管理策略按照運行工況分為并網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略、孤網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略、并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略和孤網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略。優(yōu)選的，所述步驟D中，根據(jù)所述約束條件、總目標函數(shù)和協(xié)調(diào)控制策略對所述微電網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)進行優(yōu)化管理。
較優(yōu)選的，所述約束條件由所述微電網(wǎng)中央控制器中的不同工況下的微電源與儲能協(xié)調(diào)控制策略保證；根據(jù)不同工況下的微電源與儲能協(xié)調(diào)控制策略的執(zhí)行結(jié)果向所述微電源控制器發(fā)送指令。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是I、本發(fā)明提供的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，其中，能量優(yōu)化管理系統(tǒng)采用智能微電網(wǎng)技術(shù)，對多種形式的能源進行優(yōu)化配置，將冷、熱、電等能量形式整合在一起，形成能量輸入和輸出的實時協(xié)同，實現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的最優(yōu)化和能量的增效，從而提高能源利用效率，減少能源浪費，減小環(huán)境污染。2、本發(fā)明提供的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，設(shè)計了由多種能源形式組成的園區(qū)能源網(wǎng)中微電網(wǎng)之間，微電網(wǎng)內(nèi)多種能源之間的能量互動機制，以及相應(yīng)的能量優(yōu)化管理策略，發(fā)揮了微電網(wǎng)的優(yōu)勢，解決了不同能源形式之間的協(xié)調(diào)問題及園區(qū)能源網(wǎng)內(nèi)多個微電網(wǎng)之間的互補，克服了存在間歇性和不穩(wěn)定性的微電源接入 對配電網(wǎng)造成的不良影響。3、本發(fā)明提供的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，建立了基于清潔能源優(yōu)化利用和可再生能源最大化利用的能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理架構(gòu)，利用這種可靠高效的管理架構(gòu)，使得復(fù)雜的微電網(wǎng)多種能源形式之間的協(xié)調(diào)問題得以簡化。4、本發(fā)明提供的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，設(shè)計了智能微網(wǎng)內(nèi)不同運行工況下多種微電源與儲能之間的協(xié)調(diào)控制策略，不僅保證了微電網(wǎng)的可靠持續(xù)運行，而且實現(xiàn)了冷、熱、電等能量形式的聯(lián)產(chǎn)及清潔能源的高效利用。


圖I是本發(fā)明提供的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)圖；圖2是本發(fā)明提供的并網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略；圖3是本發(fā)明提供的孤網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略；圖4是本發(fā)明提供的并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略；圖5是本發(fā)明提供的孤網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略；圖6是本發(fā)明提供的實施例的微電網(wǎng)I的結(jié)構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明提供的實施例的微電網(wǎng)I并網(wǎng)運行曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明?！?、能量優(yōu)化管理系統(tǒng)本發(fā)明采用的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)通過園區(qū)能源統(tǒng)一調(diào)度和微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)來實現(xiàn)，如圖I所示，圖I是本發(fā)明提供的基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)圖，其中園區(qū)能源統(tǒng)一調(diào)度由園區(qū)能源調(diào)度中心完成，園區(qū)能源調(diào)度中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度園區(qū)內(nèi)多個微網(wǎng)之間的能源流動，使得整個園區(qū)能源系統(tǒng)能效最大化。微電網(wǎng)的能量管理分為三層上層的微電網(wǎng)能量調(diào)度層、中間的微電網(wǎng)集中控制層、下層的微電源、儲能和負荷就地控制層。微電網(wǎng)能量調(diào)度層與微電網(wǎng)集中控制層之間采用通信方式進行通信；微電網(wǎng)集中控制層與微電源、儲能和負荷就地控制層之間采用通信方式進行通信。通信方式可為現(xiàn)場總線協(xié)議，如BACnet、LonWorks、ModBus或電力系統(tǒng)通信協(xié)議，如 IEClOU IEC104。I、微網(wǎng)能量調(diào)度層微網(wǎng)能量調(diào)度層的作用是通過與園區(qū)電網(wǎng)的信息交互，使微電網(wǎng)參與園區(qū)電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度，接收來自園區(qū)能源調(diào)度中心的指令，將微電網(wǎng)內(nèi)的各種電氣量信息上送到園區(qū)能源調(diào)度中心，并向微電網(wǎng)集中控制層下發(fā)指令。2、微電網(wǎng)集中控制層微電網(wǎng)集中控制層又分為上層的能量管理主站與下層的微電網(wǎng)中央控制器兩部分，其所需的微電網(wǎng)各種運行數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)由電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境 監(jiān)測儀提供。能量管理主站是微電網(wǎng)的大腦，也是微電網(wǎng)優(yōu)化管理、提高能源利用效率的基礎(chǔ)。它由兩個功能模塊組成微電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)。微電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)的功能分為兩個方面數(shù)據(jù)采集與存儲，集中監(jiān)控平臺。數(shù)據(jù)采集與存儲的功能是實時接收由電力測控終端、熱力測控終端及環(huán)境監(jiān)測儀采集的各種微電源、儲能與負荷的各種運行數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)及環(huán)境溫度、日照強度、日照角度、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)庫中；集中監(jiān)控平臺負責(zé)監(jiān)視各種設(shè)備信息和相應(yīng)支路計量信息，動態(tài)顯示系統(tǒng)電壓、電流、功率等電氣量信息，繼電保護及相應(yīng)開關(guān)的動作信息。能量管理系統(tǒng)的作用是根據(jù)微電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)中存儲的包括各種微電源出力、微電網(wǎng)內(nèi)的負荷大小、氣象資料在內(nèi)的各種歷史數(shù)據(jù)以及未來一段時間的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，進行風(fēng)電、光伏出力預(yù)測和負荷預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果編制燃氣輪機的發(fā)電計劃，風(fēng)機、光伏、負荷的投切計劃、儲能裝置的充放電計劃以及各種設(shè)備的檢修計劃，從而實現(xiàn)微電網(wǎng)實時功率分配。微電網(wǎng)中央控制器的作用是根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)各種微電源的運行工況按照微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略以及來自能量管理系統(tǒng)的指令，向各種微電源、儲能及負荷的就地控制器發(fā)送調(diào)度與投切指令，合理調(diào)配微電網(wǎng)內(nèi)各種微電源的輸出功率，保持微電網(wǎng)內(nèi)實時的功率平衡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀采集微電源、儲能和負荷的各種運行數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)。3、微電源、儲能和負荷就地控制層微電源、儲能和負荷就地控制層包括就地控制器和就地保護設(shè)備；微電源、儲能和負荷就地控制層由一系列就地保護設(shè)備和就地控制器組成，就地控制器和就地保護設(shè)備接受微電網(wǎng)集中控制層的指令實現(xiàn)對微電源和儲能的就地控制，以及對微電源和負荷的投切。就地控制器包括微型燃氣輪機控制器、儲能控制器、光伏控制器、風(fēng)機控制器和負荷控制器等；就地保護設(shè)備為微電網(wǎng)內(nèi)配置的各類保護裝置，包括線路保護、母線保護及各種電氣設(shè)備的保護等。二、能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法約束條件和目標函數(shù)
I、約束條件約束條件為微電網(wǎng)的實時電功率、熱功率、冷功率平衡和電壓、頻率穩(wěn)定，該約束條件由微電網(wǎng)中央控制器中預(yù)先設(shè)定好的微電源與儲能協(xié)調(diào)控制策略來保證，依據(jù)該控制策略的執(zhí)行結(jié)果向各微電源控制器發(fā)送指令。約束條件用下述式(I) - ( 6 )表示Pff+Ppv+PBAT+PEMT-P11+P12+......+Pln+Ploss+PlL (I);Qff+Qpv+QBAT+QEMT+Qsvc-Q11+Q12+......+Qin+Qi0SS+QiL (2);
PHMT_Phll+Phl2 +......+Phin+Phloss (3);PCMT=Pcll+Pcl2 +......+Pcln+Pcl0ss (4);ffflin ^ f ^ ffflax (5)；
_]Ufflin ^ U ^ Ufflax (6)；式(I)- (4)中Pff為風(fēng)機輸出的有功功率；QW為風(fēng)機輸出的無功功率；Ppv為光伏輸出的有功功率；QPV為光伏輸出的無功功率；Pbat為儲能裝置輸出的有功功率；Qbat為儲能裝置輸出的無功功率；設(shè)定放電時Pbat為正，充電時為負；放電時Qbat為正或0，充電時為0 ;Pemt為微型燃氣輪機輸出的有功功率；Qemt為微型燃氣輪機輸出的無功功率；P1ijP12,……Pln為負荷11，12……In的有功功率；Q11, Q12,……Qln為負荷11，12……In的無功功率；Ploss為微電網(wǎng)輸電線路上損耗的有功功率；Q1()SS為微電網(wǎng)輸電線路上損耗的無功功率;Ptl為微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線上傳輸?shù)挠泄β?；Qi為微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線上傳輸?shù)臒o功功率；設(shè)定功率從微電網(wǎng)流向配電網(wǎng)為正，從配電網(wǎng)流向微電網(wǎng)為負；Qsvc為無功功率補償設(shè)備發(fā)出的無功功率；Phmt為微型燃氣輪機的熱循環(huán)功率；PeMT為所述微型燃氣輪機的冷循環(huán)功率；Phll, Phl2,……PhlnS熱負荷hll，hl2……h(huán)ln的熱功率;Pcll, Pcl2,……PclnS冷負荷cll，cl2……cln的冷功率；式(5)-(6)中f■為微電網(wǎng)頻率；U為微電網(wǎng)并網(wǎng)點電壓；fmax, fmin為微電網(wǎng)正常運行所允許的最大、最小頻率；Umax, Umin為微電網(wǎng)正常運行所允許的最大、最小電壓。2、能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括下述步驟A、確定約束條件；B、確定目標函數(shù)；C、確定協(xié)調(diào)控制策略；D、對園區(qū)能源網(wǎng)的能量進行優(yōu)化管理。能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法以微電網(wǎng)系統(tǒng)能效最大化為總目標函數(shù)，通過三個子目標函數(shù)集來實現(xiàn)。這三個子目標函數(shù)集采用不同的優(yōu)先等級進行劃分，最高優(yōu)先級為微電網(wǎng)內(nèi)電力電量自平衡及微電網(wǎng)電能質(zhì)量最優(yōu)，即微電源的總功率等于微電網(wǎng)內(nèi)的負荷總功率與微電網(wǎng)內(nèi)的總損耗之和，微電源發(fā)出的總電量與微電網(wǎng)內(nèi)消耗的總電量實現(xiàn)平衡，使得配電網(wǎng)不用向微電網(wǎng)輸送電能，且微電網(wǎng)母線上的頻率和電壓波動率最??；第二優(yōu)先級為微電網(wǎng)內(nèi)各種清潔能源的最優(yōu)化利用，在保證最高等級目標函數(shù)的前提下，盡可能多的利用可再生能源，少用一次能源(燃氣)；第三優(yōu)先級為可再生能源利用的最大化，在微電網(wǎng)內(nèi)各種電力和熱力負荷均能滿足需求的前提下，若可再生能源的發(fā)電量依然有盈余，可根據(jù)配電網(wǎng)調(diào)度中心下發(fā)的指令(發(fā)電計劃)向配電網(wǎng)輸送電能，在現(xiàn)有設(shè)備條件下最大化利用可再生能源，減少全網(wǎng)內(nèi)的火力、天然氣等機組發(fā)電所消耗的一次能源。以上子目標函數(shù)中，最高優(yōu)先級和第二優(yōu)先級子目標函數(shù)的實現(xiàn)有賴于微電網(wǎng)能量管理主站發(fā)送的指令，第三優(yōu)先級的目標函數(shù)的實現(xiàn)依靠微網(wǎng)能量調(diào)度的指令。I、最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E ^(F11, F12, F13, F14, F1J，對應(yīng)的目標函數(shù)分別用下述式(7)- (11)表示F11 :Pw+Ppv+Pbat+Pmt ≥ Pn+Pi2+......+Pin+Pioss (7);F12 :Qw+Qpv+Qbat+Qmt+Qsvc ≥ Qn+Qi2+......+Qin+Qioss (8);F13 Ww+WPV-WBAT+WMT ≥ W……+Wln+Wloss (9)；
權(quán)利要求
1.一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述能量優(yōu)化管理系統(tǒng)由園區(qū)能源調(diào)度中心和n個微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組成； 所述n個微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)接收來自所述園區(qū)能源調(diào)度中心的指令； 每個所述微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括微電網(wǎng)能量調(diào)度層、微電網(wǎng)集中控制層以及微電源、儲能和負荷就地控制層；所述微電網(wǎng)能量調(diào)度層與微電網(wǎng)集中控制層之間采用通信方式進行通信；所述微電網(wǎng)集中控制層與微電源、儲能和負荷就地控制層之間采用通信方式進行通信。
2.如權(quán)利要求I所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述通信方式為現(xiàn)場總線協(xié)議，包括BACnet、LonWorks、ModBus或電力系統(tǒng)通信協(xié)議，包括IEC101、IEC104。
3.如權(quán)利要求I所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網(wǎng)能量調(diào)度層接收來自所述園區(qū)能源調(diào)度中心的指令，將微電網(wǎng)內(nèi)的電氣量信息傳送到所述園區(qū)能源調(diào)度中心，并向微電網(wǎng)集中控制層下發(fā)指令。
4.如權(quán)利要求I所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述微電網(wǎng)集中控制層包括能量管理主站、微電網(wǎng)中央控制器、電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀； 所述微電網(wǎng)控制器接收來自所述能量管理主站的指令； 所述電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀采集的微電源、儲能和負荷的各種運行數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)；所述各種運行數(shù)據(jù)包括微電網(wǎng)的電壓、電流、頻率和功率。
5.如權(quán)利要求3所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述能量管理主站包括運行監(jiān)控系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)； 所述運行監(jiān)控系統(tǒng)接收由所述電力測控終端、熱力測控終端和環(huán)境監(jiān)測儀采集微電源、儲能和負荷的各種運行數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，并存儲在微電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中； 所述能量管理系統(tǒng)對微電網(wǎng)進行風(fēng)電、光伏出力預(yù)測和負荷預(yù)測。
6.如權(quán)利要求I所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述微電源、儲能和負荷就地控制層包括就地控制器和就地保護設(shè)備； 所述就地控制器和就地保護設(shè)備接收微電網(wǎng)集中控制層的指令，實現(xiàn)對微電源和儲能就地控制，以及對微電源、儲能和負荷的投切。
7.如權(quán)利要求6所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述就地控制器包括微型燃氣輪機控制器、儲能控制器、光伏控制器、風(fēng)機控制器和負荷控制器；所述就地保護設(shè)備為微電網(wǎng)內(nèi)配置的各類保護裝置，包括線路保護、母線保護及各種電氣設(shè)備的保護； 所述微型燃氣輪機控制器、儲能控制器、光伏控制器、風(fēng)機控制器和負荷控制器分別對微型燃氣輪機、儲能裝置、光伏、風(fēng)機和負荷進行控制。
8.一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 A、確定約束條件； B、確定目標函數(shù)； C、確定協(xié)調(diào)控制策略； D、對所述園區(qū)能源網(wǎng)的能量進行優(yōu)化管理。
9.如權(quán)利要求8所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟A中，所述約束條件為微電網(wǎng)的實時電功率平衡、熱功率平衡、冷功率平衡、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定；所述約束條件用下述式(I) - (6)表示
10.如權(quán)利要求8所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟B中，以微電網(wǎng)系統(tǒng)能效最大化為總目標函數(shù)，通過三個子目標函數(shù)集來實現(xiàn)； 所述子目標函數(shù)集包括最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集、第二優(yōu)先級子目標函數(shù)集和第三優(yōu)先級子目標函數(shù)集。
11.如權(quán)利要求10所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集和第二優(yōu)先級子目標函數(shù)集根據(jù)所述能量管理主站發(fā)送的指令實現(xiàn)；所述第三優(yōu)先級的目標函數(shù)集根據(jù)所述微網(wǎng)能量調(diào)度層的指令實現(xiàn)。
12.如權(quán)利要求10所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述最高優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E HF11, F12, F13, F14, F1J，對應(yīng)的目標函數(shù)分別用下述式(7)- (11)表示Fn :Pw+Ppv+Pbat+Pmt ≥ 11+ 12+......+Pin+Pioss (7);
13.如權(quán)利要求10所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述第二優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E 2={F21}，對應(yīng)的目標函數(shù)用下述式(12)表示
14.如權(quán)利要求10所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述第三優(yōu)先級子目標函數(shù)集為E 3={F31，F(xiàn)32}，對應(yīng)的目標函數(shù)分別為F31 ' Pw-Pwmax ;Ppy_PpvMx (13);F32 :PBCMT_Min{PBCMT} (14)； 式(13)- (14)中 Pwmax為風(fēng)機某一時刻能發(fā)出的最大有功功率； Ppvmax為光伏某一時刻能發(fā)出的最大有功功率； Pbcmt為儲能裝置的充電功率中來自于微型燃氣輪機的部分； Min{PBCMT}為在滿足約束條件和最高優(yōu)先級子目標函數(shù)及第二優(yōu)先級子目標函數(shù)的前提下，所述儲能裝置的充電功率中來自于微型燃氣輪機部分最小的集合。
15.如權(quán)利要求10所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述總目標函數(shù)用下式(15)表示
16.如權(quán)利要求8所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟C中，確定微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略；所述協(xié)調(diào)管理策略按照運行工況分為并網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略、孤網(wǎng)運行時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略、并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略和孤網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時微電源與儲能的協(xié)調(diào)控制策略。
17.如權(quán)利要求8所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟D中，根據(jù)所述約束條件、總目標函數(shù)和協(xié)調(diào)控制策略對所述微電網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)進行優(yōu)化管理。
18.如權(quán)利要求17所述的能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述約束條件由所述微電網(wǎng)中央控制器中的不同工況下的微電源與儲能協(xié)調(diào)控制策略保證；根據(jù)不同工況下的微電源與儲能協(xié)調(diào)控制策略的執(zhí)行結(jié)果向所述微電源控制器發(fā)送指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于微電網(wǎng)的園區(qū)能源網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。該能量優(yōu)化管理系統(tǒng)由園區(qū)能源調(diào)度和微電網(wǎng)能量管理來實現(xiàn)，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)微網(wǎng)能量調(diào)度層、微電網(wǎng)集中控制層，微電源、儲能和負荷就地控制層。能量優(yōu)化管理方法的約束條件由微電網(wǎng)集中控制層來保證，各微電源或儲能的出力由微電網(wǎng)中央控制器中的微電源與儲能協(xié)調(diào)控制策略來決定；目標函數(shù)包含三個不同等級的子目標函數(shù)集，通過基于權(quán)重的多目標優(yōu)化算法計算各種狀態(tài)下的目標函數(shù)值，本發(fā)明克服了分布式電源隨機性和間歇性的缺陷，解決了園區(qū)能源網(wǎng)中多個微電網(wǎng)之間以及微電網(wǎng)內(nèi)多種微電源之間的互補問題，實現(xiàn)了清潔能源的最優(yōu)化利用和系統(tǒng)能效最大化。
文檔編號H02J13/00GK102710013SQ20121016263
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者劉海濤, 吳鳴, 季宇, 張佳軍, 蘇劍 申請人:中國電力科學(xué)研究院