一種適用于微電網的能量管理仿真系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電網控制領域，具體涉及一種適用于微電網的能量管理仿真系統及方法。
【背景技術】
[0002]由于化石能源的逐漸枯竭和環境污染的日益嚴重，開發以風能、太陽能為代表的各類可再生能源，已經成為人類社會實現長期可持續發展的必然選擇。風能和太陽能以其能源清潔性和技術成熟性，成為目前應用最為廣泛的新能源發電形勢。然而由于其能源本身具有分布不均衡性、輸出波動性、間歇性和隨機性的特點，風力發電系統和光伏發電系統難以保證輸出功率的穩定性，給電網規劃和能量的調度管理帶來了很大的挑戰。
[0003]為有效地管理分布式電源以及微電網并網的經濟性運行，加大對并網型新能源發電系統和微電網系統的能量管理與節能經濟調度，并與調度自動化或配電自動化系統及其日常維護進行統一的管理。微電網能量管理技術是基于微電網電源、負荷和環境資源數據，以微電網的優化運行為目標，制定合理的能量管理控制策略，在微電網穩定可靠運行的基礎上實現其運行效益最大化的關鍵技術。
[0004]經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號為:201310057531.X，名稱為:一種微電網能量管理方法及其系統，該申請內的能量管理方法及其系統，設計了微電網內的儲能控制、電源控制和負荷控制，實現了微電網內電源、儲能和負荷的綜合能量管理，保障微電網并網和離網狀態下的穩定有效運行，但沒有考慮不同場景和微電網配置，也沒有考慮多個優化目標。
[0005]針對以上不足，本能量管理仿真系統及方法基于功率預測，提出通用的微電網能量管理控制策略，針對含有不同微電源、負荷特性的微電網，實現在不同能量管理優化目標下的仿真分析。

【發明內容】

[0006]本發明提供一種適用于微電網的能量管理仿真系統及方法，基于功率預測，采用通用化能量管理控制策略和不同優化目標下的能量管理優化控制策略，為微電網示范項目的規劃設計提供較為成熟的微電網能量管理策略。
[0007]本發明的適用于微電網的能量管理仿真系統，由綜合管理功能模塊、業務功能模塊和輔助功能模塊組成，綜合管理功能模塊包括能量管理模塊和能效管理模塊，業務功能模塊包括功率預測模塊、運行監控模塊、場景配置模塊和微電網配置模塊，輔助功能包括數據儲存模塊、人機交互模塊和繪圖功能模塊。
[0008]通過人機交互模塊完成場景配置和微電網配置，場景配置包括微電網運行模式、風速時間序列模型、光照時間序列模型、并網調度設置，微電網運行模式包括離網運行和并網運行，風速時間序列模型為風速模型，光照時間序列模型為光照模型，并網調度設置包括不接受調度和接受調度曲線，微電網配置包括鋰電池儲能系統、光伏發電系統、風力發電系統、負荷配置和微電網控制策略參數，數據儲存通過數據庫實現；配置完成的仿真系統結合數據庫中的功率預測原始數據進行仿真，并通過運行監控模塊實現對微電網系統運行信息的監控，運行信息包括系統電壓率、系統運行模式、軟件系統狀態、光伏系統個數、儲能系統個數、風電系統個數和負荷個數，系統運行模式包括并網和離網，軟件系統狀態包括運行和停止，將運行信息和仿真結果通過數據儲存模塊存儲到數據庫中；能量管理模塊根據優化控制目標，完成微電網的穩定運行控制；能效管理模塊基于能量管理模塊對電能質量和用電能效進行詳細的評價分析，電能質量分析指標包括電壓平衡度、電壓畸變率、電流畸變率，用電能效指標包括日均二氧化碳減排量、日均光伏發電量、日均風力發電量、日均可再生能源發電量，評價結果通過繪圖功能顯示。
[0009]本發明的適用于微電網的能量管理方法，基于功率預測，采用通用化能量管理控制策略和不同優化目標下的能量管理優化控制策略，功率預測方法包括風力發電功率預測方法、光伏發電功率預測方法和負荷功率預測方法，通用化能量管理控制策略包括并網模式下的能量管理控制策略和離網模式下的能量管理控制策略，不同優化目標包括微電網運行經濟效益最大化、可再生能源發電最大化和聯絡線交換功率波動最小化。
[0010]在適用于微電網的能量管理方法中，風電功率預測方法采用一種基于不同風速段的連續時間段聚類的基于SVM (支持向量機，Support Vector Machine)的風電功率預測方法，具體步驟如下:
1)根據當地風電場的歷史數據，將不同風向產生的回風現象進行分類；
2)進行預測時，風電機組所處的位置和風速段將作為兩個單獨的輸入量被讀取到風電功率預測模型中；
3)進行連續時間段聚類的基于SVM的風電功率預測方法建模；
4)對風特性進行全年相似日無監督聚類；
5)利用相似日聚類結果，再把全年按周、半月或月，分為η個連續時間段，考慮每個時間段內各類日子所占的比例以及該時間段的風特性，對每個時間段劃分類別，類別相同的時間段用基于SVM的建模，用于次年相同時間的預測。
[0011]在適用于微電網的能量管理方法中，光伏功率預測采用核函數極限學習機理論，包括參數尋優和光伏功率預測模型構建兩部分；參數尋優以歷史光伏輸出功率和氣象記錄信息作為離線參數尋優總集，使用粒子群優化算法獲得基于權重的樣本篩選與核函數極限學習機算法的最優參數；用離線尋優算法得到的最優參數，結合光伏功率歷史數據和運行采樣數據構建在線預測模型。
[0012]在適用于微電網的能量管理方法中，微電網并網運行時，以充分利用可再生能源為目的，以微源和負荷預測為參考值，優化調度各微源的出力；微電網離網運行時，通過對各分布式電源的控制模式及控制參數的設置，保證微電網安全穩定運行，同時維持用戶側微電網頻率電壓在允許范圍之內；當儲能系統、光伏發電系統和負荷的調節作用不能滿足微電網內部功率平衡，引起其電壓或頻率異常時，需進行電壓穩定控制或頻率穩定控制。
[0013]在適用于微電網的能量管理方法中，為了實現微電網運行經濟效益最大化，在保證微電網安全穩定運行的前提條件下，以全系統運行費用最低為目標，充分利用可再生能源，實現多能源互補發電，保證整個微電網的經濟最優運行；為了實現可再生能源發電最大化，對風力機的功率控制采用爬山搜索法，對光伏發電系統采用擾動觀測法；為了實現聯絡線交換功率波動最小化，采用ACE (Area Control Error，區域控制誤差)實時調整系統建模和ACE實時調整系統優化參數。
[0014]與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果:基于功率預測，提出通用的微電網能量管理控制策略，在不同能量管理優化目標下實現能量管理控制策略的仿真分析，為微電網示范項目的規劃設計提供較為成熟的微電網能量管理策略，有助于提高微電網示范工程運行的穩定性和經濟性。
【附圖說明】
[0015]圖1是適用于微電網的能量管理仿真系統及方法的功能架構圖；
圖2是適用于微電網的能量管理仿真系統的場景配置模塊；
圖3是適用于微電網的能量管理仿真系統的微電網配置模塊；
圖4是適用于微電網的能量管理仿真系統的運行監控模塊。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實例以及附圖，對本發明作進一步的說明，但本發明的實施和保護不限于此，需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程，均是本領域技術人員可參照現有技術實現的。
[0017]如圖1所示是適用于微電網的能量管理仿真系統及方法的功能架構圖，具體系統及方法分析如下所示:
本發明的適用于微電網的能量管理仿真系統，由綜合管理功能模塊、業務功能模塊和輔助功能模塊組成，綜合管理功能模塊包括能量管理模塊和能效管理模塊，業務功能模塊包括功率預測模塊、運行監控模塊、場景配置模塊和微電網配置模塊，輔助功能包括數據儲存模塊、人機交互模塊和繪圖功能模塊。
[0018]通過人機交互模塊完成場景配置和微電網配置，場景配置如圖2所示，包括微電網運行模式、風速時間序列模型、光照時間序列模型、并網調度設置，微電網運行模式包括離網運行和并網運行，風速時間序列模型包括風速模型I和風速模型2，光照時間序列模型包括光照模型I和光照模型2，并網調度設置包括不接受調度、調度曲線1、調度曲線2和調度曲線3 ;微電網配置如圖3所示，包括鋰電池儲能系統、光發電系統、風力發電系統、負荷配置和微電網控制策略參數。
[0019]配置完成的仿真系統結合數據庫中的功率預測原始數據進行仿真，并通過運行監控模塊實現微電網系統運行信息的監控，監控界面如圖4所示，包括微電網系統拓撲、微電網系統運行信息、聯絡線功率、儲能系統能量狀態和系統輸出功率曲線，運行信息包括系統電壓率、系統運行模式、軟件系統狀態、光伏系統個數、儲能系統個數、風電系統個數和負荷個數，系統運行模式包括并網和離網，軟件系統狀態