[发明专利]基于二维双向能量调配树的能量管理与控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于二维双向能量调配树的能量管理与控制系统及方法，属于电力自动化技术领域，特别适用于微电网区域能量管理与控制领域。

背景技术

微电网一般具有多个微电源，如风电、光伏、柴油发电机等，微电网也可以使用传统的大电网提供的电力能源。微电网的能量管理与控制系统应至少包含以下几个模块：数据采集和监控，微电网调度策略和经济运行，微电网状态估计，微电网安全分析等。其中微电网调度策略和经济运行模块决定了微电网如何高效的使用分布式能源，如何平滑的切换各种微源及微电网的运行模式，如何保证微电网的稳定性等一系列的问题。

目前微电网的能量管理与控制系统一般采用主从控制模式、多代理控制模式和对等控制模式，但是每种控制模式都存在一定的问题。

主从控制就是在微电网的控制系统中将某个控制器当作主控制器，其他为从控制器，主从控制器之间一般需要有通信联系，且从控制器服从主控制器。主控制器实时检测系统中的各种电气量，根据微电网的运行控制目标采取相应的调控手段，保持微电网的电压和频率稳定。主从模式存在以下几个问题：(1)微电网主从模式下不容易实现分布式能源的“即插即用”的要求；(2)一旦主控节点发生宕机或者被控节点与主控节点通信失败时，主从模式将无法合理的调配微电 网中分布式能源与负荷的关系；(3)控制速度受限于主从节点间通信速率。

多代理系统由多个代理通过共同合作来组成，其基本单元是代理，代理可以与其所在环境进行互动。代理由3个功能层组成：管理和组织层、协调层以及执行层。管理和组织层主要是获得目标定义或质询，以及相关约束条件，包括执行计划、功能评估和学习。协调层的任务是根据来自管理和组织层的基本过程定义、动作步骤激活动作的执行；协调层可以对动作进行扩展，从而对事件进行响应。执行层是一系列动作执行,并跟随着对动作的检查。多代理模式存在以下几个问题：(1)需要对每个Agent定制专门的控制策略；(2)Agent之间对于通信速率的要求极高，目前已有的通信手段不容易做到大规模应用；(3)Agent是一个智能单元，采用的人工智能算法需要历史数据的积累，因此一个Agent达到最优的运行状态需要较长的时间。

对等控制指微电网中的所有分布式电源在控制上具有相同的地位，各控制器之间不存在主从关系，每个微电源都依据接入点的电压和频率独立运行。对等控制模式缺点：(1)孤网运行时，微电网的电压和频率与其额定值之间总是存在一定程度的偏差，且该误差不易消除；(2)由于微电网中电阻的大小相对于电抗来说不可忽略，微电网电压受到有功功率的影响、频率受到无功功率的影响也很显著，因此采用传统下垂特性曲线的Droop控制方法的灵敏度可能不够理想。

二维能量调配树中的每一个节点都包含了微电网风电、光伏、储能、负荷的能量关键字，区域微电网、子微网及微电网内的能量系统 与能量调配树的每一层对应。每一个能量节点与其父节点、子节点及左右兄弟节点互联。这种架构方法的优点在于可以有效动态管理微电网内分布式电源和负荷的变化，因为在这种架构下增加或删除一个节点，只影响原结点和父结点，而不会影响兄弟结点，空间使用率更高；另一方面，父子节点间可以进行随机能量调配，而兄弟节点之间可以进行顺序能量调配，这种二维双向的调配方式可以提高能量借调配置有效性命中率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供基于二维双向能量调配树的能量管理与控制系统及方法，解决单个微电网或子微网出现能源不足的时候可以向临近微电网或者子微网借调能源的技术问题。

本发明采用如下技术方案：基于二维双向能量调配树的能量管理与控制系统，其特征在于，包括网间控制层、区域控制层、就地控制层，所述网间控制层与所述区域控制层相连接，所述区域控制层与所述就地控制层相连接；所述网间控制层包括微电网能量管理系统，所述微电网能量管理系统主要负责经济化的调配微电网内能量的潮流以及协调多个微电网联合控制；所述区域控制层包括微电网中央控制器、多个微电网，所述微电网中央控制器负责调配所述区域控制层的能量并收集微电网中各智能化装置的信息以及采集所述就地控制层的电气量，综合调控微电网的运行；所述就地控制层包括分布式电源控制器、负荷控制器，用来负责实现微电网的暂态功率平衡和负荷管理。