[发明专利]基于多尺度规划与调度耦合的微电网能量优化管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统与分布式可再生能源利用领域，尤其涉及到一种基于多尺度规划与调度耦合的微电网能量优化管理方法。通过在城市微电网用户为粒度的精细化负荷预测，并结合“多尺度时空规划与调度耦合”的方式，从而实现城市微电网中的能量优化调度和管理。 

背景技术

在全球范围而言，大电网与包括风电、光伏发电等可再生能源和高效清洁的化石燃料在内的新型分布式发电系统(Distributed Generation System, DGS)相结合，已成为解决未来能源问题、提高电力系统可靠性和灵活性的主要途径。 但分布式电源与用户混杂而形成的有源型配电网对传统电力系统稳定运行和控制方式带来了极大负面影响和全新的技术挑战。为有效地解决分布式发电系统的接入和利用问题，美国和欧盟相继提出了“微电网”概念。 

微电网是由分布式电源(包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组)、储能装置(超级电容或蓄电池)、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，且是可实现自我控制、保护和管理的自治系统。它既可以与大电网并网运行，也可在电网故障或电能质量不足时，与主网断开孤立运行。对大电网而言，微电网表现为单一可控的负荷单元，可在秒级时间尺度内动作以满足外部输配电网络的需求；相对于用户，微电网可提供可定制的高可靠供电，并可通过冷、热、电联供的形式向负荷用户供热或制冷，提高多级能量利用效率。

微电网技术在国内外已被广泛认为是未来智能配电网在利用分布式新能源方面的核心技术。而其中，微电网能量优化管理是真正充分发挥微电网的技术优势和潜能的基础。由于微电网在组成结构和运行方式等诸多方面都从根本上有别于传统的配电网络，传统电网的能量管理机制已无法适应微电网的运行模式。具体而言，分布式电源的广泛接入使得传统单电源辐射状配电网演变成为一个遍布电源、储能和负荷的多元系统。微电网系统结构复杂，发电设备和模式形式多样，能量双向流动且灵活多变，负荷需求各异等因素，使得微电网运行状态在多尺度时空呈现出更加显著的动态行为特性。而且，微电网系统一般容量相对较小，在孤岛状态运行时，对发电设备发电量和负荷的波动敏感，抗扰动能力差。同时，微电网的一个重要特征是强调充分利用分布式发电设备的灵活运行方式，鼓励发电侧和用户侧的实时互动，共同参与微电网整体运行和能量管理的优化，从而提高电网运行效率、灵活性、可靠性和经济效益。这些微电网的显著特征导致传统的粗放式电网能量管理模式极大地限制了微电网运行效率，无法充分挖掘微电网中分布式发电为电网和用户带来的价值和效益。随着分布式能源应用规模的不断扩大，对符合微电网运行特点的精细化能量优化管理机制的理论研究亟待突破，已经成为国内外微电网领域关注的重要难题之一。

在我国，微电网技术及其能量优化管理机制具有特别重要的现实意义。首先，可加快提高可再生能源的接入和利用效率，加快向低碳发电模式转变。目前，我国经济发达地区正大力发展清洁能源发电，建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施。以天然气驱动的微型热电联供(micro- Combined Heat and Power，micro-CHP) 系统为主要形式的灵活可控的分布式能源已在公共场所(如宾馆、大型商场、学校、机关、医院)和部分家庭开始得到使用，且增长迅速。到2020年，我国可再生能源消费量要达到能源消费总量的15%，其中20%的电力来自可再生能源。尽管我国分布式能源资源丰富，但总体利用效率不高，能量优化利用的潜力巨大。利用微电网中分布式电源的灵活智能的控制特点和柔性负载的可控性，可充分挖掘分布式能源的独特优势和极大潜能，优化微电网运行效率。研究数据显示，利用发电侧和用户侧的互动，通过对微电网中可控电源和柔性负载进行优化控制和能量管理，有近50%的电能潜力可以得到有效利用；其次，根据我国的电网运行特点，负荷的日、季节波动变化较大，配电网短期的尖峰负荷日益突出。通过微电网的能量优化管理，可充分调动分布式电源和负荷参与系统调峰，有效地平滑负荷曲线并缩小负荷曲线峰谷差，避免通过增加发电装机容量的传统方法来满足高峰负荷的低效益模式；再次，我国自然灾害相对频繁，例如2008年的南方冰冻灾害和汶川地震期间，中国电网都发生了较大大面积的停电事故。微电网具有较强的电能应急调度能力，可以在大电网突发故障时脱离主网孤岛运行，通过能量优化管理，保障重要负荷的可靠供电，从而极大地提高电网的抗灾自愈能力。