一种多能互补智能微电网能源管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及微电网能源调度、分布式可再生能源协同控制，尤其适用于风光沼气多源互补的乡村离网/并网型智能微电网能量管理。

背景技术：

1、乡村地区广泛布局光伏发电、风力发电及沼气分布式发电，但现有微电网技术存在诸多缺陷：

2、1. 风光发电受气象条件影响出力随机波动大，单纯依靠锂电池储能调峰成本高昂、长时储能能力不足，无法适配昼夜、季节大范围功率波动；乡村沼气持续产气，无配套存储调控机制时，富余沼气直接放空浪费能源，用电高峰期沼气供给又难以补足负荷缺额；

3、2. 传统微电网负荷预测多采用单层短期预测算法，未结合季节、节假日、气象偏差进行修正，预测误差偏大，导致调度策略滞后；风光出力仅依靠理论数值计算，未结合历史气候数据校准，实际出力与预估偏差显著；

4、3. 现有能源管理系统缺少微电网承载力在线评估机制，无法提前预判过载、电压越限等潜在运行风险，故障被动处置居多，系统运行安全性较差；

5、4. 常规微电网调度仅统筹风光储三者功率交互，未将沼气气柜气态储能纳入系统调峰体系，能量调度工况划分粗放，富余电能消纳、缺电功率补给路径单一，整体能源综合利用率偏低。

6、因此，亟需设计一种融合风光、沼气气态储能、混合电化学储能、大电网备用的一体化智能微电网系统，配套精细化负荷预测、出力校准、承载力预警和气电联动调度策略，提升乡村综合能源供给稳定性与利用效率。

技术实现思路

1、针对现有技术缺陷，本发明提供一种多能互补智能微电网能源管理系统及其控制方法，将沼气气柜作为气态储能单元参与微电网调峰，搭配双层负荷预测、气象风光出力校准、系统承载力预警多算法协同管控，依据储能 soc、气柜容积阈值精细化划分运行工况，实现多能源高效互补调度，兼顾供电稳定性、能源利用率与运维安全性。

2、技术方案

3、（1）一种多能互补智能微电网能源管理系统

4、一种多能互补智能微电网能源管理系统，（1）一种多能互补智能微电网能源管理系统包括主电网 mg、交流母线 acw、直流母线 dcw、若干光伏发电单元 pv、若干风力发电单元 wt、分布式沼气发电单元 dg、储能电池组 ess、换流单元、直流负载 dcload、交流负载 acload、充电桩 ev、若干计量节点。

5、所述主电网 mg 通过换流单元双向连接交流母线 acw 与直流母线 dcw连通；

6、所述直流母线 dcw 上并联接入所有光伏发电单元 pv、风力发电单元 wt、分布式沼气发电单元 dg、储能电池组 ess、充电桩 ev 及各类直流负载 dcload；所述交流母线acw 挂载全部交流负载 acload；

7、所有接入交、直流母线的电源设备、储能设备、用电负载端口均一一对应布设计量节点，计量节点作为能源数据采集终端，实时采集各路功率、电压、电流数据并上传至系统控制器；

8、所述储能电池组 ess 电性连接双向变换器；双向变换器具备三重功能：①以mppt 最大功率点追踪模式实现储能电池充放电功率调控；②实时调节直流母线 dcw 输出电压，维持母线稳压运行；③管控储能与直流母线之间双向功率潮流；

9、储能电池组 ess 选用锂离子电池、铅酸蓄电池、超级电容中任意一种或多种组合构成混合储能体系；

10、所述分布式沼气发电单元 dg 包含沼气预处理装置、储气气柜、发电机组；沼气经脱硫、脱水、脱氮预处理后存入储气气柜，发电机组为内燃机发电机组或燃气轮机发电机组；储气气柜可储存富余沼气，用电高峰期释放沼气供给机组发电；

11、系统内置主控控制器，控制器内嵌负荷预测模块、风光出力校准模块、微电网承载力预测预警模块、能量调度控制模块。

12、系统可工作于并网运行模式与孤岛离网运行模式两种工况。

13、所述计量节点为系统能源调度的基础数据采集终端，全域能源流动全程监测计量。

14、（2）一种多能互补智能微电网能源管理控制方法

15、基于上述智能微电网能源管理系统的控制方法，包含四大执行步骤：s1双层负荷预测、s2多气候条件风光出力校准预测、s3微电网承载力在线预判与风险预警、s4多工况闭环能量协同调度；

16、s1 基于历史数据的双层负荷预测步骤

17、s101：系统采集微电网历史运行负荷数据、实时运行数据、历史气象数据、日前预报气象数据；历史负荷数据整合全部用电设备用电记录，纳入季节变化、节假日、气象影响、用户用电习惯、突发干预事件多维度数据集，构建设备用电分析数据库；

18、s102：搭建微电网混合仿真模型，分别对光伏发电出力、风力发电出力、整体用电负荷进行初步点预测；依托历史预测负荷、实测负荷、气象预报偏差数据构建日前负荷偏差修正模型，输出日前负荷修正预测值；

19、s103：融合历史负荷、实时运行参数、气象条件、人为干预事件搭建日内滚动负荷预测模型，输出日内逐时刻负荷预测结果；

20、s104：选取 n 组系统运行特征参数输入混合仿真模型完成迭代训练、验证；

21、s105：采用训练完成的仿真模型持续预估微电网未来出力与负荷变化，为能量调度提供数据依据。

22、s2 不同气候条件下风光发电功率校准步骤

23、s201：归集区域多年历史天气数据、对应时段风电/光伏实际出力数据，构建气象-出力关联数据库；

24、s202：获取未来时段天气预报数据，调取同期历史气象样本，根据历史风速、光照实测值对预报风速、光照强度进行比例补偿校准；

25、s203：将数据库样本划分为训练集、测试集、验证集，输入微电网协同功率模型完成训练校验，校验合格后进入下一步；

26、s204：将校准后的气象预报数据导入功率模型，输出初步风电、光伏预测出力；

27、s205：实时采集现场环境光照、风速实测数据，动态修正风光预测出力数值；

28、s206：计算光伏、风电系统理论最大功率，系统依照修正后的实际预测出力稳定运行。

29、s3 微电网承载力预测与风险预警步骤

30、s301：通过 scada 数据采集系统获取微电网历史运行参数（负荷、电压、电流、历史故障记录）与实时运行参数、各设备额定约束参数；

31、s302：调用训练完成的混合仿真模型，结合系统各类运行约束条件，在线预估微电网当前承载力上限限值；

32、s303：判定系统电力供需是否失衡，若供需不平衡则启动并网功率调节；

33、s304：依据并网运行数据迭代修正承载力预估结果，对比实时运行负荷与承载力限值；

34、s305：当实际运行负荷超过承载力设定阈值时，系统立即触发声光报警，推送风险预警信息，并自动执行降载、功率调配、并网补电等应急处置措施，规避过载、电压异常故障。

35、s4 多工况闭环能量协同调度步骤

36、系统以全域计量节点为数据核心，结合负荷预测结果动态切换调度策略，划分7类典型运行工况：

37、工况1：风光总发电功率＞总负荷需求功率，且储能电池荷电值soc＜最高soc阈值；

38、调度策略：风光出力优先供给本地交直流负载，富余电能通过双向变换器给储能电池充电，双向变换器工作于充电模式；

39、工况2：风光总发电功率＜总负荷需求功率，且储能电池 soc＞ 最低soc阈值；

40、调度策略：风光单元运行于 mppt 模式输出最大功率，功率缺额由储能电池放电补足，双向变换器升压运行，工作于放电模式；

41、工况3：风光总发电功率＞总负荷需求功率，且储能电池 soc≥ 最高soc阈值；

42、调度策略：储能停止充电，富余电能优先供给本地交流负载消纳，剩余电量反向输送至主电网并网售卖；

43、工况4：风光总发电功率≥总负荷需求功率，且储气气柜容积＜气柜最高容积阈值；

44、调度策略：分布式沼气发电机组低负荷空载运行，沼气池持续产出的沼气全部存入储气气柜，气柜处于充气储沼气模式；

45、工况5：风光总发电功率＜总负荷需求功率，且储气气柜容积＞气柜最低容积阈值；

46、调度策略：提升沼气发电机组运行负荷满足用电需求，沼气池自产沼气不足时，调取气柜储存沼气补给燃烧发电，气柜处于放气释能模式；

47、工况6：风光总发电功率＞总负荷需求功率，且储气气柜容积≥气柜最高容积阈值；

48、调度策略：沼气发电机组全额消纳沼气池自产沼气发电，产出电能供给本地负载；富余电量依次通过储能充电、交流负载消纳、余量并网至主电网逐级消纳；

49、工况7：风光总发电功率＜总负荷需求功率，储气气柜容积≤最低容积阈值、储能soc≤最低阈值；

50、调度策略：风光、沼气、储能均无法补足功率缺额，由主电网反向输送电能补给负荷，保障微电网不间断供电。

51、所述的控制方法还包括：能量调度以计量节点采集的实时功率数据为依据，结合负荷预测结果动态更新调度策略；

52、储气气柜与沼气发电机组联动，实现沼气气态储能参与微电网削峰填谷长期调峰。

53、本发明相对现有技术，其有益效果在于：

54、1.本发明首次将沼气储气气柜作为气态长时储能单元融入微电网调度体系，风光富余时段储存沼气，用电高峰释放沼气发电，弥补电化学储能长时调峰短板，大幅降低储能设备购置成本，杜绝沼气排空浪费；

55、2. 采用日前+日内双层负荷预测叠加气象风光出力校准算法，有效降低可再生能源出力与负荷预测误差，调度策略前瞻性更强；配套承载力在线预警机制，可提前识别系统过载风险，运行安全性显著提升；

56、3. 精细化划分7类边界运行工况，统筹光伏、风电、沼气、混合储能、大电网五级功率交互，能量消纳路径完善，能源综合利用率提升15%~25%；支持并网、孤岛双模式运行，适配乡村偏远地区无市电依托场景；

57、4. 全域端口布设计量节点，能源流全程可监测、可追溯，便于运维核算与能耗管理，系统自动化程度高，可长期无人值守稳定运行。