近日，国家知识产权局公布专利“用于控制微电网的操作的微电网能量管理系统和方法”，申请人为ABB研究有限公司。
摘要：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。
发明背景:
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。
发明特征：
1 .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)，所述微电网能量管理系统(100)包括处理电路(128)，所述处理 电路(128)可操作为： 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在所述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。
15.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，其中，所述处理单元(128)可操 作为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。
16.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，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。
17.根据权利要求16所述的微电网能量管理系统(100)，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。
18.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，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。
19.根据权利要求18所述的微电网能量管理系统(100)，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所述定义的时间窗中的所述微电网的关键负载。
20.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，其中，所述处理电路(128)进一步可操作为： 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。
21.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，其中，所述处理电路可操作为 对所述分布式能量资源调度每小时或更不频繁地进行更新，并且每15分钟或更频繁地确定 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。
22.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，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。
23.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，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。
24.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，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。
25.根据权利要求14所述的微电网能量管理系统(100)，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。
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