多模态微电网能量协调优化控制方法，涉及电网能量调控领域。申请人：哈尔滨工业大学；发明人：鲁文、李卫星、杜红卫、晁璞璞。
本发明涉及多模态微电网能量协调控制方法，尤其含多种类型不同电压等级的分布式电源、储能和多样性负荷的配电网，为减少对电网的波动影响和最大消纳可再生能源发电，分布式电源以不同形式组成多模态微电网，并对能量流进行管理和控制。
本发明是为了解决多类型分布式电源大量接入各级电网出现波动缺少对各级电网能量进行优化调控的问题。三种模态微电网中都存在风力发电、太阳能光伏发电、电动汽车等多样性负荷等扰动源，随时会出现各种形式的功率波动，甚至是分布式电源出力间歇性变化，采用变电站级、馈线级和台区级三级联动的局部就地平衡、区域互相供给、整体消纳分解的协调优化控制策略，有序调节可控分布式电源出力、可控负荷用能功率和储能装置充放电，最终达到能量合理分配、多元互补、综合利用的效果。
用于电网能量调控。
图1为具体实施方式所述的多模态微电网能量协调优化控制框图;
技术背景
在当前全球节能减排、能源安全的巨大挑战下，将大力发展光伏、风力、生物质、燃料电池等在内的分布式发电方式(Distributed Generations,DG)。作为集中式发电的有益补充，这样不仅可以减少电力传输时功率的损耗以及由配电网升级带来的费用，而且也为用户带来了较低的费用、较高的可靠性、较好的电能质量、较高的能源利用率和独立性。分布式电源可作为一种配电侧的无功资源，当得到合理、有效地协调控制时，可以作为一种重要的无功补偿手段，一方面提高分布式电源的利用率、节约由于等量无功补偿设备投入减少的资源，另一方面可以改善分布式电源并网环境、降低分布式电源并网对电能质量的影响，有助于分布式电源的规模化并网。
分布式电源以不同形式接入到的配电网不同电压等级，丰富了可再生能源发电消纳方法和途径，需要合理的能量的管理和控制。国内外目前相关领域的发展还比较缓慢，成果和实效都较小，其长足发展和应用实施还需要更多的研究。在智能配电网中存在风力发电、太阳能光伏发电、多样性负荷等扰动源，在配电台区、馈线和变电站出线中随时会出现各种形式的功率波动。
发明内容
本发明是为了解决多类型分布式电源大量接入各级电网出现波动缺少对各级电网能量进行优化调控的问题。现提供多模态微电网能量协调优化控制方法。
多模态微电网能量协调优化控制方法，它包括以下步骤：
步骤一、根据各种类型分布式电源发电历史数据、各种负荷历史数据、储能荷电状态和当地气象信息进行发电预测与负荷预测;
步骤二、通过电网调度系统或调配一体化系统获取上级电源出力计划和电网运行方式;
步骤三、根据步骤一中的发电预测与负荷预测及步骤二中的电网运行方式确定各级微电网模态和运行方式;
步骤四、根据获得的各级微电网模态和运行方式，获得各级微电网能量可调度容量;
步骤五、中央控制系统根据各级微电网能量可调度容量进行可调度分析，确定优化的目标;
步骤六、根据优化目标选择在微电网有功功率优化控制策略或者无功功率优化控制策略下，分解各级微电网调节容量，下发给各级微电网控制系统;
步骤七、各级微电网控制系统获得调节指令后对所属的分布式电源、储能、负荷和子微网进行控制，并将控制结果上送到上一级微电网控制系统和中央控制系统;
步骤八、中央控制系统获得各级微电网调控结果后进行滚动优化调度，从而实现对微电网能量协调优化的控制。
本发明的有益效果：
为了保证电网的安全可靠供电，需要针对台区、馈线和变电站出线可能出现的分布式电源出力扰动、多样性负荷扰动，分布式电源、储能和负荷构成不同模态的微电网，通过协调可控分布式电源、可控负荷和储能装置出力合理分配能量，减少对电网的波动影响和最大消纳可再生能源发电。
针对配电网各电压等级存在风力发电、太阳能光伏发电、电动汽车等多样性负荷等扰动源，随时会出现各种形式的功率波动，甚至是分布式电源出力间歇性变化，采用有序调节多种模态下的可控分布式电源出力、可控负荷用能功率和储能装置充放电的方法，减少对电网的波动影响和最大消纳可再生能源发电。
考虑低压台区、中压馈线、变电站级三级负荷特性、分布式电源的发电特性和储能充放电特性，依据高精度分类负荷预测，发电预测和储能荷电状态，分析不同区域之间、不同电源之间多时空尺度的相关性和互补性，以调节各级微电网内可调负荷资源、可控分布式电源、储能充放电等为调控手段，以减少对电网的功率波动和可再生能源最大消纳为目标，形成局部就地平衡、区域互相供给、整体消纳分解的协调优化控制策略，最终达到在各级微电网内使能量合理分配、多元互补、综合利用的效果。
发明特征简要说明：
1.多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一、根据各种类型分布式电源发电历史数据、各种负荷历史数据、储能荷电状态和当地气象信息进行发电预测与负荷预测;
步骤二、通过电网调度系统或调配一体化系统获取上级电源出力计划和电网运行方式;
步骤三、根据步骤一中的发电预测与负荷预测及步骤二中的电网运行方式确定各级微电网模态和运行方式;
步骤四、根据获得的各级微电网模态和运行方式，获得各级微电网能量可调度容量;
步骤五、中央控制系统根据各级微电网能量可调度容量进行可调度分析，确定优化的目标;
步骤六、根据优化目标选择在微电网有功功率优化控制策略或者无功功率优化控制策略下，分解各级微电网调节容量，下发给各级微电网控制系统;
步骤七、各级微电网控制系统获得调节指令后对所属的分布式电源、储能、负荷和子微网进行控制，并将控制结果上送到上一级微电网控制系统和中央控制系统;
步骤八、中央控制系统获得各级微电网调控结果后在各级微电网内进行滚动优化调度，从而实现对微电网能量协调优化的控制。
2.根据权利要求1所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，步骤三中的各级微电网包括变电站级微电网、中压馈线级微电网和低压台区级微电网。
3.根据权利要求1所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，步骤三中，根据步骤一中的发电预测与负荷预测及步骤二中的电网运行方式确定各级微电网模态运行方式具体为：
当电网发生故障出现孤岛运行或停电区域时，部分微电网要离网运行，此时要根据储能核电状态和分布式发电能力保证重要负荷供电;
当电网处于异常状态时，即全网负荷正常供电，但电网电压出现越限、功率过载，电能质量不合格，存在潜在甩负荷的风险，此时要调节可控电源和可控负荷，消除电网异常;
当电网处于正常状态时，即电网全部负荷正常供电，未出现电压越限、功率过载，要考虑电网运行的经济性，实现可再生能源最大消纳;
当电网处于优化状态时，即电网运行无越限情况，分布式能源得到充分利用，用户供电得到充分满足，要根据未来电网运行态势，选择合适优化策略，提高电网安全裕度。
4.根据权利要求1或2所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，步骤四中，根据获得的各级微电网模态和运行方式，获得各级微电网能量可调度容量的具体过程为：
根据低压台区的可调度电源、可调控负荷和储能荷电状态获得各低压台区微电网能量可调度容量;
根据中压馈线上各台区能量可调度分析结果和T接在馈线上的分布式电源出力、负荷和储能荷电状态获得中压馈线级微电网能量可调度容量;
根据变电站各馈线能量可调度分析结果和接在母线上的分布式电源出力、负荷和储能荷电状态获得变电站级微电网能量可调度容量。
5.根据权利要求3所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，当电网处于优化状态时的具体调节过程为：
当电网处于优化状态时，在保证可再生能源最大消纳时，优先调节储能系统充放电，再次是调节可控负荷。
6.根据权利要求3所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，当电网处于正常状态时的具体调节过程为：
当电网处于正常状态时，在可再生能源尽可能消纳的情况下，优先调节储能系统充放电，再次是调节可控负荷，最后调节可再生能源出力。
7.根据权利要求3所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，当电网处于异常状态时的具体调节过程为：
当电网处于异常状态时，调节储能、可控分布式电源和可控负荷，必要时切掉部分负荷消除电网异常。
8.根据权利要求3所述的多模态微电网能量协调优化控制方法，其特征在于，当电网发生故障时的具体调节过程为：
当电网发生故障时，优先保证重要负荷供电，此时各级微电网进入紧急状态，各级储能、分布式电源和负荷迅速响应紧急控制策略，必要时脱网自治运行。
附图说明
图1为具体实施方式所述的多模态微电网能量协调优化控制框图;
图2为多模态微电网协调优化控制模型。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的多模态
微电网能量协调优化控制方法，它包括以下步骤：
步骤一、根据各种类型分布式电源发电历史数据、各种负荷历史数据、储能荷电状态和当地气象信息进行发电预测与负荷预测;
步骤二、通过电网调度系统或调配一体化系统获取上级电源出力计划和电网运行方式;
步骤三、根据步骤一中的发电预测与负荷预测及步骤二中的电网运行方式确定各级微电网模态和运行方式;
步骤四、根据获得的各级微电网模态和运行方式，获得各级微电网能量可调度容量;
步骤五、中央控制系统根据各级微电网能量可调度容量进行可调度分析，确定优化的目标;
步骤六、根据优化目标选择在微电网有功功率优化控制策略或者无功功率优化控制策略下，分解各级微电网调节容量，下发给各级微电网控制系统;
步骤七、各级微电网控制系统获得调节指令后对所属的分布式电源、储能、负荷和子微网进行控制，并将控制结果上送到上一级微电网控制系统和中央控制系统;
步骤八、中央控制系统获得各级微电网调控结果后进行滚动优化调度，从而实现对微电网能量协调优化的控制。
本实施方式中，调度的步骤，也就是优化的目标为：
步骤A1、首要目标是重要负荷的安全可靠供电，提高电网的安全性和可靠性，所有调度需校核安全性。
步骤A2、在满足步骤A1的要求下，优先满足负荷的用电需求，调节的顺序是先调节储能，再调节可再生能源出力，最后调节可控负荷。
步骤A3、在满足步骤A2要求下，考虑可再生能源消纳，满足电网允许功率范围内通过调整储能充放电策略和优化负荷用电策略，可再生能源最大出力。
步骤A4、异常和故障情况下，优先保证重要负荷的安全可靠供电，为缩小故障影响范围，可迅速切掉部分负荷保证微电网能量平衡。
本实施方式中，多级能源协调优化控制的本质是在确保供电安全性和可靠性尽可能消纳可再生能源，通过协调不同微电网模态的可控分布式电源、可控负荷和储能装置出力，其模型如图2所示。多级能源协调优化控制模型收集全网各负荷点的实时运行数据、开关状态信息、网络拓扑信息以及储能单元的电荷状态(SOC)信息等，通过分析低压台区、馈线和变电站出线的不可调电源/负荷、可调电源/负荷和储能荷电状态获得相应能量可调度容量，得出满足各项技术约束条件下的各种模态下的微电网有功功率优化控制策略和无功功率优化控制策略。其中，有功功率优化控制策略是指在满足负荷有功需求的基础上尽可能多地利用可再生能源以及追求经济性最优，必要时可以调整运行方式;而无功功率优化控制策略是指在满足负荷无功需求以及确保电压质量的基础上使得网络上的无功潮流最优。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤三中的各级微电网包括变电站级微电网、中压馈线级微电网和低压台区级微电网。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤三中，根据步骤一中的发电预测与负荷预测及步骤二中的电网运行方式确定各级微电网模态和运行方式的具体为：
当电网发生故障出现孤岛运行或停电区域时，部分微电网要离网运行，此时要根据储能核电状态和分布式发电能力保证重要负荷供电;
当电网处于异常状态时，即全网负荷正常供电，但电网电压出现越限、功率过载，电能质量不合格，存在潜在甩负荷的风险，此时要调节可控电源和可控负荷，消除电网异常;
当电网处于正常状态时，即电网全部负荷正常供电，未出现电压越限、功率过载，要考虑电网运行的经济性，实现可再生能源最大消纳;
当电网处于优化状态时，即电网运行无越限情况，分布式能源得到充分利用，用户供电得到充分满足，要根据未来电网运行态势，选择合适优化策略，提高电网安全裕度。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤四中，根据获得的各级微电网模态和运行方式，获得各级微电网能量可调度容量的具体过程为：
根据低压台区的可调电源、可调度负荷和储能荷电状态获得各低压台区微电网能量可调度容量;
根据中压馈线上各台区能量可调度分析结果和T接在馈线上的分布式电源出力、负荷和储能荷电状态获得中压馈线级微电网能量可调度容量;
根据变电站各馈线能量可调度分析结果和接在母线上的分布式电源出力、负荷和储能荷电状态获得变电站级微电网能量可调度容量。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，当电网处于优化状态时的具体调节过程为：
当电网处于优化状态时，在保证可再生能源最大消纳时，优先调节储能系统充放电，再次是调节可控负荷。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，当电网处于正常状态时的具体调节过程为：
当电网处于正常状态时，考虑可再生能源尽可能消纳，优先调节储能系统充放电，再次是调节可控负荷，最后调节可再生能源出力。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式三所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，当电网处于异常状态时的具体调节过程为：
当电网处于异常状态时，调节储能、可控分布式电源和可控负荷，必要时切掉部分负荷消除电网异常。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式三所述的多模态微电网能量协调优化控制方法作进一步说明，本实施方式中，当电网发生故障时的具体调节过程为：
当电网发生故障时，优先保证重要负荷供电，此时各级微电网进入紧急状态，各级储能、分布式电源和负荷迅速响应紧急控制策略，必要时脱网自治运行。
本实施方式中，一般来说，首要的目标是重要负荷的安全可靠供电，应保证重要负荷具备2个或2个以上的电源点。
可控负荷的调节应考虑用户的用电需求，除了电网紧急情况下，应在用户有互动意愿的前提下进行。
电网安全裕度情况下应保证可再生能源出力，调控分布式电源的原则是先调节燃气轮轮机等化学能源，再调节可控风光资源，最后考虑弃风弃光。
为提高全网运行的经济性，在电网负荷高峰阶段，可再生能源最大出力，储能采用放电模式，控制负荷用电;在在电网负荷低谷阶段，储能采用充电模式，系统充分蓄能。
为了降低能量传输损耗，分布式电源尽可能就地消纳，通过优化网络拓扑，缩短供电路径。
为提高供电质量，微电网运行模态的切换采取无缝切换，通过电网感知技术预估未来电网运行趋势，尽量减少切换次数。
