一种基于DG功率预测的柔性互联装置优化配制方法及系统与流程

一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电力系统配电技术领域，特别是一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制方法及系统。


背景技术：

2.配电网作为电能产生到用户使用的最后一个环节，在电力系统中扮演着至关重要的角色，而随着系能源技术在我国高速发展，特别是在我国贵州等地区，新能源资源丰富，在新能源大规模接入电网之后不可避免的带来电网潮流问题。新能源发电有着随机性和不确定性，且与天气情况有着较大的联系，因此通过对天气的预测能在一定程度上对新能源发电情况进行预估。与此同时，低压配电网面临电需求多样化、分布式发电规模化，潮流控制复杂化等诸多挑战，传统的网架结构以及变压器存在结构不合理、调控手段有限、利用率低等问题，制约了电压配电网运行控制的灵活性，导致馈线负荷不均衡。
3.现阶段大量并入电网的新能源主要是风能和太阳能，这两种分布式电源受环境因素的影响很大，若将分布式能源不加以约束的直接接入电网，将使配电网双向潮流、电压越限、馈线负荷不均衡等问题更加突出，并进一步导致系统运行损耗增加、分布式能源消耗能力下降，配电设备过载，严重影响配电网的经济运行。现有一些文献中有记载通过有载调压器(on-load tap changer，oltc)实现配电网电压控制，但其存在的问题是oltc方式调节能力有限，且精度不足，另外有文献采取馈线间直接环网方案，均衡馈线负荷，与之带来的问题有循环功率差、电磁环网等。
4.近年来，随着电力电子技术的发展，为解决新能源并网这一难题提供了契机，以静止同步补偿器、统一潮流控制器为代表的柔性配电设备正成为配电网实现智能化控制的关键。柔性互联方案充分利用变换器控制的实时性和快速性，实现相邻网络间的功率调节，从而优化潮流分布，改善供电质量，推动配电网结构与运行模式的升级。
5.基于此，我们提出一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制方法及系统来解决上述问题。


技术实现要素：

6.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
7.鉴于上述和/或现有的电力系统配电优化设计中存在的问题，提出了本发明。
8.因此，本发明其中的一个目的是提供一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制方法及系统，相对于传统的弃风限电，该方法将分布式能源接入低压电网后，通过柔性互联配置，最大程度上利用分布式能源，通过对分布式能源的高效预测，同时利用5g通信技术，将预测的结果不再局限于单一的电厂或区域，通过柔性互联装置，将不同区域的配电网进行互联，进一步提高分布式能源的利用率。该方法还可以解决在配电网中大规模接入分
布式能源带来的能量分配不均衡的问题，灵活控制各配电网之间的潮流，优化配电网的整体运行，适用于在配电网场合，取消传统的变压器，可以在大规模分布式能源接入的前提下，对不同的配电网之间实现柔性互联。
9.为达到上述效果，本发明提供如下技术方案：一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制方法，包括利用分布式电源功率预测模块与本地区现有分布式电源的容量，对一定时间段内的预估发电量进行预测；结合历年低压配电网用户侧的用电走势，统计得到预估用电量；结合预估发电量和预估用电量，选择一定数量的柔性互联装置容量。
10.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述利用分布式电源功率预测模块与本地区现有分布式电源的容量，对一定时间段内的预估发电量进行预测包括：采集天气预报数据、实时功率数据以及实时天气数据；根据采集到的数据对一定时间段内的预估发电量进行预测；根据预估发电量通过控制中心分别对柔性互联装置进行控制方式调整。
11.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述柔性互联装置采用模块化多电平控制方式，通过调制波反向层叠的调制方式进行系统调制。
12.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述优化配制方法还包括：未被选择柔性互联装置作为冗余装置对设备进行维护；若被选择柔性互联装置发生故障，获取发生故障的柔性互联装置的分布位置；所述冗余装置就近将一个电网中的能量传输到需要能量的电网中。
13.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述柔性互联装置由直流侧相连的两个背靠背的vsc变换器构成，所述vsc变换器由多个半轿子模块构成的模块化多电平换流器组成。
14.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述模块化多电平换流器采用直接功率控制策略，控制内环为电流内环，同时采用环流抑制策略。
15.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述直接功率控制策略包括，通过采集交流侧线电压，经过abc/dq变换，得到交流侧电压在dq轴上的分量，与参考的有功和无功分量进行计算后得到交流输出侧在dq轴上的参考电流分量，通过pi调节器以及去耦环节、dq/abc变换得到交流输出侧参考电压，最后与直流侧电压相减得到换流器上下桥臂的参考电压，实现电量的分配。
16.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述环流抑制策略包括，分别测量模块化多电平换流器上下桥臂中的电流并相加得到桥臂环流，经过abc/dq变换，得到交流侧电流在dq轴上的分量，设置参考值为0，通过pi调节器以及解耦控制、dq/abc变换得到抑制环流的参考电压。
17.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述柔性互联装置的分布位置的可视化管理包括：通过实时收集柔性互联装置两端功率传输大小，结合功率预测以及用电负荷预测，将数据传输至控制界面，实现控制室对设备端低延迟的监控以及实时操作。
18.一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制系统：其特征在于：包括，第一层控制单元，用于实现全局系统的能量管理，包括用电量和发电量预测以及结合系统损耗、系统自身网络参数、系统总购成本，实现对柔性互联装置容量的优化配置；第二层控制单元，用于实现各个功率变换模块的协调控制，将采集到的数据供给第一层控制单元，同时第一层控制单元给定变换单元的传输功率值，实现由预测值到实际值的转化；以及第三层控制单
元，用于柔性互联装置的内部运行控制，包括所述柔性互联装置内部的调制方式以及运行模式，接收第二层控制单元的功率控制信号，并通过对柔性互联装置内部的开关器件进行模式的调整以实现所述功率控制信号。
19.本发明的有益效果：
20.1.通过对区域区大规模分布式能源预测以及数据的集中处理，使得区域内整体的配电网有整体的把控，避免了由于通信，人员沟通存在误差等带来的安全隐患，统一地调配可提高分布式能源的使用效率。
21.2.可以改善电能质量，柔性互联装置，其采用的是背靠背结构的vsc，通过mmc可以输出指定量的有功和无功，平衡各个配电网之间的负荷，提高电能质量。
22.3.提高供电可靠性，柔性互联装置可以互相调节配电网之间的负荷，当某条配电网发生故障或者配电网变压器进行检修时，可以通过柔性互联装置对配电网上的重要负荷提供临时的供电，保证重要负荷不会受到影响。
23.4.提高分布式能源本地消纳能力，由于是将分布式能源接入配电网中，当接入分布式能源的配电网上的新能源发电功率高于负荷功率的时候，可以通过柔性互联装置，将多余的能源分配到其余的配电网上，防止新能源送到输电网，从而提高分布式新能源的本地消纳能力。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
25.图1为本发明柔性互联装置分布式能源预测结构示意图。
26.图2为本发明功率预测的流程示意图。
27.图3为本发明发电量混合预测的流程示意图。
28.图4为本发明柔性互联装置背靠背vsc装置结构示意图。
29.图5为本发明直接功率控制策略的示意图。
30.图6为本发明环流抑制的控制策略的示意图。
31.图7为本发明柔性互联装置两侧有功功率仿真示意图。
32.图8为本发明柔性互联装置单侧单相的电流电压示意图。
33.图9为本发明优化配置系统的流程示意图。
具体实施方式
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
35.实施例1
36.参照图1～2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制方法，dg为分布式电源，该方法包括：
37.s1、利用分布式电源功率预测模块与本地区现有分布式电源的容量，对一定时间
段内的预估发电量进行预测。
38.s1包括：
39.采集天气预报数据、实时功率数据以及实时天气数据；
40.根据采集到的数据对一定时间段内的预估发电量进行预测；利用间接预测法与直接预测法相结合或物理方法与统计方法相结合的方法预测光伏发电功率。使用的灰色神经网络组合模型将间接预测法与直接预测法结合，预测分布式光伏发电功率。根据光伏短期出力的特征，建立灰色模型gm(1,1)，基本过程如下：
①
对样本建立1－ago序列；
②
检验光滑性和准指数规律，判断是否满足建立条件；
③
建立gm(1,1)模型；
④
进行最小二乘参数估计，确定模型；
⑤
还原并求出预测值。灰色模型的输入选用与预测日相同的同一系统在相似天气情况下每天同一时刻的测量值，因为选择与预测日日类型相似的数据，可以保持天气情况对出力影响的一致性。另外，对于短期内同一系统每天同一时刻的出力，其系统转换效率、太阳高度角、光照强度等影响因素都较为接近，所以可以尽量减弱输入的不确定性，增强数值的规律性。灰色预测模型可在“贫信息”情况下对非线性、不确定性系统的数据序列进行预测，但其预测误差偏高，而人工神经网络由于具有强大的学习功能，可以逼近任意复杂的非线性函数，它不用事先假设数据间存在某种函数关系，信息利用率较高。因此采用两者结合的混合预测。具体的混合预测过程如图2。
41.根据预估发电量通过控制中心分别对柔性互联装置进行控制方式调整。
42.s2、结合历年低压配电网用户侧的用电走势，统计得到预估用电量；
43.s3、结合预估发电量和预估用电量，选择一定数量的柔性互联装置容量。
44.柔性互联装置的定容方法包括求解功率需求、求解装置容量和容量校验三个步骤：首先是求解功率需求，主要有有功需求和无功需求即p
*
、q
*
，对装置的有功需求包括两个方面的内容：a.两侧配电网正常运行情况下，为均衡两个配电网分区负载所需传输的有功功率；b.一侧配电网发生过载以后，为解决过载问题对装置有功功率支援。有功需求定义为保证以上两方面有功需求所需装置支援的有功功率最小值。而无功需求则主要保证电压的稳定，无功需求定义为够保证分区电网静态安全性和暂态电压稳定性所需装置补偿的最小无功功率。其次，根据装置最大无功输出和容量的关系曲线得到动态无功需求所对应的柔性互联装置容量，并和有功需求进行比较，取最大值作为装置的初步定容结果使得该容量正好能满足分区对装置的有功需求和动态无功需求；然后，依据mmc的模块化设计对定容结果进行规范处理，适当取整并留一定裕量。最后是基于安全性的充分考虑，对所得容量进行校验，分为有功需求校验、静态无功需求校验、动态无功需求校验以及送端分区及联络线安全性校验，送端分区及联络线安全性校验主要是为了避免分区间的功率支援破坏送端分区安全性或导致联络线过载。
45.如图1，本实施例中设置天气预报数据采集、实时功率数据和气象数据(安全区i)、分布式电源功率预测系统、功率数据和气象数据采集程序(安全区ii)以及控制中心，系统中自带预测文件，可以直接进行预测，预测系统位于区域内控制中心，数据来源于各个配电网以及配电网之间相互连接的柔性互联装置。
46.实施例2
47.参照图1～6，为本发明第二个实施例，该实施例居于上一个实施例
48.柔性互联装置采用模块化多电平控制方式，通过调制波反向层叠的调制方式进行
系统调制。柔性互联装置用于将两个交流电连接起来，把两端的交流电都转换为直流电，并互通两端的直流电。通过柔性互联装置(在配电网之间)实现能量的分配，分布式能源预测用于提前预估发电电量，结合电网上的实际消耗量，用于提前预估柔性互联装置需要网哪一个配电网传输多少功率。mmc为模块化多电平换流器，对mmc采用的是直接功率控制，其优点在于不用额外计算参考电流，例如a向b配电网需要传输3mw功率，则直接向mmc换流器发出p
*
、q
*
就能实现不同配电网之间的柔性互联。
49.如图3，优化配制方法还包括：
50.未被选择柔性互联装置作为冗余装置对设备进行维护；
51.若被选择柔性互联装置发生故障，获取发生故障的柔性互联装置的分布位置；
52.所述冗余装置就近将一个电网中的能量传输到需要能量的电网中。
53.当柔性互联装置中的有一部分发生故障，系统中未投入使用充当冗余的装置则会根据柔性装置的分布地点，就近将一个电网中的能量及时的传输到需要能量的电网当中，进一步增强了整个配电网络的可靠性。
54.如图4，柔性互联装置由直流侧相连的两个背靠背的vsc变换器构成，所述vsc变换器由多个半轿子模块构成的模块化多电平换流器组成。如图，背靠背vsc，包括多个mmc子模块，柔性互联装置位于不同配电网之间，在不同的配电网之间相互连接，实现不同配电网之间的柔性互联。
55.模块化多电平换流器采用直接功率控制策略，控制内环为电流内环，同时采用环流抑制策略。
56.为了实现不同配电网中功率的平衡，采用直接功率控制作为系统控制的外环，从而进一步得到控制器电流内环所需要的电流参考值。换流器为mmc其内部控制方式是通过开关内部子模块上的igbt得以实现，而igbt开关信号的来源，即为mmc的控制方式。内外环控制只是在控制结构上正好形成了一个pi闭环，内环控制的是电流，外环控制电压，更多的是在于信号的控制。即mmc对外表现在对能量的控制，而对内是由内外环对mmc的控制，而控制内环与外环均为内部控制信号，为控制mmc的一个整体。
57.直接功率控制策略包括：通过采集交流侧线电压，经过abc/dq变换，得到交流侧电压在dq轴上的分量，与参考的有功和无功分量进行计算后得到交流输出侧在dq轴上的参考电流分量，通过pi调节器以及去耦环节、dq/abc变换得到交流输出侧参考电压，最后与直流侧电压相减得到换流器上下桥臂的参考电压，实现电量的分配。
58.如图5，i
*d
和i
*q
分别为电流内环参考的电流dq轴上的参考分量；p
*
和q
*
分别为参考的有功功率和无功功率；vd和vq分别为配网侧三相电压在dq坐标轴下对应的数值，v
*
为交流输出侧的参考电压；v
dc
为柔性互联装置内部直流侧的电压；v
*n
和v
*u
则是对应换流器逆变侧对应每一项上下桥臂电压的参考量。
59.id实时跟踪id*，pi是控制器，abc/dq是三相坐标系变换到dq坐标系，wlg是解耦部分，dq/abc是坐标系再转换回去，得到控制器内部的参考电压v
*
，然后柔性互联装置内部给一个电压参考信号v
*n
和v
*u
，根据电压参考信号给控制信号，比如开合或者关断。
60.在mmc中，不可避免的会出现环流，环流的出现会导致换流器内部电流的增大，从而可能会影响到换流器容量，为了使得本发明更具有经济性，因此又加入环流抑制的控制策略。
61.环流抑制策略包括：在mmc装置中，上下桥臂之间存在能量交换的环流，除开直流以及交流侧的基频分量，环流中最主要的谐波分量为负序二倍频分量，为减少环流波动，使用环流抑制策略.
62.控制过程如图6，首先测量mmc上下桥臂中的电流i
pj
和i
nj
，相加后即为mmc桥臂环流，通过dq坐标变换将三相坐标系转化为dq坐标系。得到在dq坐标系中的i
2fd
和i
2fg
，与电流内环控制相似，为了使得二倍频的环流最小，将参考值都设置为0，即i
2fd-ref
＝0、i
2fq-ref
＝0再次通过pi控制以及解耦控制，得到在dq坐标系下的抑制环流的参考桥臂电压即u
diffd-ref
、u
diffq-ref
。最后在通过dq坐标的反变换，得到三相系统中抑制环流的参考电压u
diffj-ref
。
63.柔性互联装置的分布位置的可视化管理包括：建立一个台账，通过实时收集柔性互联装置两端功率传输大小，配合功率预测以及用电负荷预测，将数据直观的呈现在调度员电脑操作界面，通过5g信号等现有技术，实现控制室对设备端低延迟的监控以及实时的操作。可视化管理在在能量进行调配的过程中充分考虑到柔性互联装置容量的大小，以及实现现场的最优化的调配。
64.实施例3
65.参照图9，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种基于dg功率预测的柔性互联装置优化配制系统，包括第一层控制单元100、第二层控制单元200以及第三层控制单元300。本发明直接功率控制策略是实现多个柔性互联装置稳态运行的关键，根据控制对象以及系统反应时间将控制系统分位三层控制。
66.第一层控制单元100，用于实现全局系统的能量管理，包括用电量和发电量预测以及结合系统损耗、系统自身网络参数、系统总购成本，实现对柔性互联装置容量的优化配置；通过第一层控制单元来确定整个区域内柔性互联装置大致的运行方式，起到宏观调控，保障区域内所以配电网在柔性互联装置下最大程度的消纳新能源发电，通常以分钟作为时间尺度。其中分布式能源预测是发电量预测，历史数据是用电量预测，实时数据用于精确预测值。
67.第二层控制单元200，用于实现各个功率变换模块的协调控制，将采集到的数据供给第一层控制单元100，同时第一层控制单元100给定变换单元的传输功率值，实现由预测值到实际值的转化；通过第二层控制单元确定给区域内每一个柔性互联装置一个参考的有功无功的输入和输出，通常以秒作为时间尺度。根据功率给定、潮流计算、负荷削减以及风险指标计算，第二层控制单元给柔性互联装置一个参考的有功和无功，将其给到第三层用于解决分配问题。
68.第三层控制单元300，用于柔性互联装置的内部运行控制，包括所述柔性互联装置内部的调制方式以及运行模式，接收第二层控制单元200的功率控制信号，并通过对柔性互联装置内部的开关器件进行模式的调整以实现所述功率控制信号。第三层控制单元为换流器内部控制，通过一系列电力电子器件的导通和闭合得到预期的电压和电流，最终实现不同配电网之间能量的流通，通常第三层控制单元中以毫秒作为时间尺度。
69.如图7，提供一组柔性互联装置的仿真实验，模拟两个配电网供给的相互转化，根据图7柔性互联装置两端有功功率输出情况以及图8负载转输出侧单相电压电流，可以看出在极端工况下整个系统的切换时间为0.2s，由此可知，通过本发明柔性互联装置的优化方法对配电网能量调控的响应速度较以往更快，整体切换平顺度更佳。
70.分布式电源现阶段由风力发电和光伏发电为主，现有的光伏和风能预测可以准确的预报未来168小时负荷——时间曲线，系统平均预测精度超过85％。本发明将现有的分布式电源功率预测结合柔性互联装置，有效提高低压配电网的灵活可控能力，利用分布式电源功率预测模块对接下来一段时间内的分布式电源发电做预测，结合历年低压配电网用户侧的用电走势，最大程度上将分布式电源的能量通过柔性互联装置得到充分利用。
71.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
72.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
73.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。