顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法及装置

摘要

本发明涉及顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法及装置，该方法为：根据不同项目的需求及微电网系统设备信息，制定顺序控制计划，顺序控制计划包括顺序控制计划ID、启动条件及顺序控制项，启动条件为顺序控制启动所要满足的条件，顺序控制项用于配置顺序控制每一步的流程操作；通过配置工具预先将顺序控制计划配置到微电网能量管理系统相应的自动控制流程中；系统投入运行后，微电网能量管理系统根据配置的顺序控制计划及SCADA系统的遥测、遥信信息执行顺序控制。该装置与SCADA系统通信连接进行数据交互，包括顺序控制计划制定模块及顺序控制计划配置模块。本发明提高了微电网能量管理系统的适应性和兼容性，降低了操作人员的劳动强度和操作风险。

说明书

技术领域

本发明涉及微电网能量管理技术、分布式电源控制方法和顺序控制技术，具体涉及一种顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法及装置。

背景技术

近年来，随着经济的发展，对电力的需求越来越大，同时大量石化能源的利用对资源环境造成了严重的影响。而风能、太阳能等可再生分布式能源能够有效的解决能源和环境问题，得到迅速的推广应用。微电网是由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型分布式发电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以离网运行。

为了充分发挥微电网对分布式电源、储能装置以及相关负荷的管理能力，有效提高微电网安全、稳定、经济运行水平，微电网能量管理系统成为必不可少的有效手段。然而由于微电网内部采用的来自各个厂家的分布式电源种类繁多，且分布式电源的运行控制并不成熟，控制流程和控制方法并没有标准的规范遵循，同时随着电动汽车充放电设施的大量接入、智能家居的普及和需求侧响应的全面实施，使得微电网的结构更为复杂、多变，管理控制难度不断加大，微电网能量管理系统对于不同应用场景的适应性也越来越差。这些因素对微电网的能量管理系统提出了更高的要求。

现有技术中的微电网能量管理系统均为固定操作流程的微电网能量管理系统，此系统是能量管理高级应用通过能量管理算法得到控制策略后，直接调用SCADA的遥控、遥调功能实现策略，如下图1所示。该系统的操作流程固定，对于不同应用场景的适应性较差。

顺序控制功能作为智能变电站的基本系统功能之一，是指通过自动化系统的单个操作命令，根据预先规定的操作顺序和闭锁逻辑，自动按规则完成一系列断路器和隔离开关的操作，从而最终改变系统运行状态的过程，实现变电站电气设备从运行、热备用、冷备用、检修等各种状态的自动转换，是一种按时间顺序或逻辑顺序进行控制的开环制方式。这种顺序控制的操作方式，可以使操作人员从大量操作项目多，持续时间长、劳动强度大、操作风险高的工作中脱离出来，既有利于电网的安全运行，也减少了误操作的可能。

发明内容

本发明提供了顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法及装置，以提高微电网能量管理系统的适应性和兼容性，降低操作人员的劳动强度和操作风险。

为达到上述目的，本发明的顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法包括：

1)根据不同项目的需求及微电网系统设备信息，制定顺序控制计划，所述顺序控制计划包括顺序控制计划ID、启动条件及顺序控制项，所述启动条件为顺序控制启动所要满足的条件，所述顺序控制项用于配置顺序控制每一步的流程操作；

2)通过配置工具预先将顺序控制计划配置到微电网能量管理系统相应的自动控制流程中；

3)系统投入运行后，微电网能量管理系统根据配置的顺序控制计划及SCADA系统的遥测、遥信信息执行顺序控制。

所述顺序控制项包括顺序控制每一步的启动条件、遥控ID、遥调ID、控制类型、失败后的控制步骤及控制结束后等待时间。

所述启动条件包括配置遥测ID的值的上下限或配置遥信ID的状态的数学关系组合。

顺序控制的执行过程为：

A)判断顺序控制的启动条件是否满足，满足启动条件，按照该顺序控制计划中的遥控ID和控制类型，通过SCADA系统下发控制并判断控制结果，当满足启动条件或控制返回结果失败，执行失败后的控制步骤；

B)顺序控制执行成功，按照控制结束后等待时间进行等待，等待时间结束后执行下一个顺序控制。

对于顺序控制中的非关键步骤，失败后的控制步骤设置为继续执行。

对于顺序控制中的关键步骤，增加人工确认操作。

步骤1)中的项目为黑启动控制，所述黑启动的顺序控制计划为：

a)启动条件为：系统母线频率和电压遥测为0；

b)当微电网系统中可控的负荷和分布式电源的总个数为N时，前N个步骤配置为切除负荷和分布式电源；

第N+1步，根据项目实际情况配置主电源的启动操作；

第N+2步起配置为网架恢复操作，根据项目实际设计顺序配置系统中M个网架开关的恢复操作顺序；

第N+M+1步起配置投入负荷与分布式发电装置的步骤。

本发明的顺序控制在微电网能量管理系统中的应用装置与SCADA系统通信连接进行数据交互，该装置包括顺序控制计划制定模块及顺序控制计划配置模块，所述顺序控制计划制定模块用于根据不同项目的需求及微电网系统设备信息，制定顺序控制计划，所述顺序控制计划包括顺序控制计划ID、启动条件及顺序控制项，所述启动条件为顺序控制启动所要满足的条件，所述顺序控制项用于配置顺序控制每一步的流程操作；

所述顺序控制计划配置模块用于通过配置工具预先将顺序控制计划配置到微电网能量管理系统相应的自动控制流程中。

该装置位于微电网能量管理系统外部，与微电网能量管理系统通信连接进行数据交互。

该装置配置在微电网能量管理系统内部。

本发明的有益效果是：本发明将顺序控制引入微电网能量管理系统的自动控制流程中，用顺序控制来封装微电网能量管理系统与设备的交互，可以将微电网能量管理高级应用与项目中实际设备的操作隔离开来，屏蔽了不同厂家、不同控制方法、不同控制流程给微电网能量管理系统带来的大量不兼容、二次开发的问题。根据具体项目设备的实际情况，通过配置来决定操作的对象和顺序，从而解决了固定操作流程的能量管理系统同现场设备实际操作流程的不兼容问题，提高系统的适应性。采用顺序控制的操作方式，可以使操作人员从大量操作项目多，持续时间长、劳动强度大、操作风险高的工作中脱离出来，既有利于电网的安全运行，也减少了误操作的可能。

本发明通过对顺序控制技术进行改进，将下一顺控项的启动条件配置成上个顺控项控制结果对微电网系统状态的判断，实现微电网能量管理的闭环控制，实现长时间、复杂逻辑的微电网能量管理控制策略；应用在微电网能量管理的高级自动策略的功能模块中，使微电网的能量管理策略更加灵活，以适应更加复杂、多变的结构和管理控制策略。根据不同项目需求和不同厂家的设备操作方法基于可配置的顺序控制来实现定制设计，而不用进行二次的开发，节约了开发的成本和周期，减少了系统维护的难度。

附图说明

图1是固定操作流程的微电网能量管理系统结构图；

图2是本发明应用顺序控制的微电网能量管理系统结构图；

图3是本发明顺序控制实现闭环控制的流程图；

图4是本发明中改进的顺序控制流程图；

图5是本发明中改进顺序控制应用于离网型微电网黑启动控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明的顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法实施例

本实施例的顺序控制在微电网能量管理系统中的应用方法包括：

1)根据不同项目的需求、微电网系统设备信息及SCADA系统的遥测、遥控信息，制定顺序控制计划，所述顺序控制计划包括顺序控制计划ID、启动条件及顺序控制项，所述启动条件为顺序控制启动所要满足的条件，所述顺序控制项用于配置顺序控制每一步的流程操作；

2)通过配置工具预先将顺序控制计划配置到微电网能量管理系统中；

3)系统投入运行后，微电网能量管理系统根据配置的顺序控制计划通过SCADA系统执行顺序控制。

顺序控制计划ID为微电网能量管理系统中调用顺序控制的索引，即当系统调用某顺序控制时会根据该顺序控制计划ID找到相应的顺序控制。顺序控制项用于配置顺序控制每一步的流程操作，其包括顺序控制的每一步骤的启动条件、遥控ID或遥调ID、控制类型、失败后的控制步骤及控制结束后等待时间。SCADA系统中提供的所有支持的控点及控制类型均包含在顺序控制项中。

以下给出了单个顺序控制计划的控制流程，如图2所示：

1)判断该顺序控制的启动条件是否满足。启动条件包括：配置遥测ID的值的上下限或配置遥信ID的状态的数学关系组合。

2)若满足启动条件，则按该顺序控制项的操作遥控ID和控制类型，通过SCADA系统下发控制并判断控制结果。如不满足启动项条件，则直接执行失败后的控制步骤；

3)不满足控制条件或控制返回结果失败，则根据配置执行失败后的控制步骤；

4)若顺控项执行成功，按照控制结束后等待时间进行等待，等待时间结束后，执行下一个顺序控制的流程；

如图4所示，本实施例给出了整个顺序控制的控制流程：

1)系统调用顺序控制，判断是否满足启动条件，当满足启动条件，执行步骤2)；

2)判断是否有未执行的控制项，是的话，执行步骤3)，否则，执行步骤10)；

3)判断遥控是否需要人确认，是的话，执行步骤4)，否则，执行步骤5)；

4)等待确认，判断是否进行了确认，进行了确认进入步骤5)，否则，执行步骤6)；

5)判断控制项是否满足控制条件，是的话，进入步骤7)，否则，进入步骤8)；

6)判断是否取消或超时，没有取消也没有超时，进入步骤4)，否则，进入步骤10)；

7)进行遥控，并判断控制是否成功，成功的话，返回步骤2)，否则，进入步骤9)；

8)判断是否超时，超时的话，进入步骤9)，否则，进入步骤5)；

9)判断失败后是否继续进行顺序控制操作，是的话，进入步骤2)，否则进入步骤10)；

10)遥控结束。

上述步骤中体现了对顺序控制的改进，具体改进内容包括：

1)顺序控制每个控制项的启动条件判断扩展为多个遥测、计算量数学关系及遥信状态的组合。该组合能够实现复杂的系统状态描述，包括系统频率状态、电压状态，发电机工作状态、系统备用状态等。通过引入计算量数学关系，可以实现算法的自定义配置，更加提高了系统的灵活性。

2)将下一顺控项的启动条件配置成上个顺控项控制结果对微电网系统状态的判断，实现了系统控制的闭环实现。

3)控制成功后，下一顺控项ID设置成当前顺控项，则可以实现循环控制；

4)失败后是否继续执行配置，可以保证顺控的执行效果，非关键步骤在不影响系统安全稳定的情况下可以配置失败后继续进行；

5)关键步骤可以增加人工确认配置，即在人机交互界面弹出确认框，人工确认后该顺序控制项才可以执行，以保证微电网系统运行安全稳定。

微电网系统发生异常导致整个电网停电后，需要快速制定策略并恢复系统的供电，即微电网黑启动控制。以下为微电网黑启动的一般控制流程：

1)系统故障失电(失压、失频)；

2)切除负荷、分布式电源，以减少黑启动瞬间对微电网的冲击；

3)启动系统中具有自启动能力的机组，恢复微电网频率、电压支撑；

4)逐步恢复供电网架；

5)根据微电网系统状态逐步启动分布式电源和投入负荷，负荷全部投入或者无发电机可投入，则黑启动控制结束；

黑启动过程中，根据不同的项目要根据不同分布式电源的发电特性、设备操作流程、响应时间及网架涉及，配置顺序控制，已实现不同的工程需求，下面结合附图5，将上述改进的顺序控制应用于微电网的黑启动控制：

1)系统母线频率、电压遥测为0作为黑启动顺控的启动条件；

2)设微电网系统中可控的负荷和分布式电源的总个数为N，顺序控制的前N个步骤配置切除负荷和分布式电源的操作；

3)第N+1步，根据项目实际情况配置主电源的启动操作，此步骤为关键步骤，配置失败后不继续执行；

4)第N+2步起配置网架恢复，单项启动条件都为系统母线的电压、频率正常、前一步开关状态正常，根据项目实际设计顺序配置系统中M个网架开关的恢复操作顺序，此部分可以设计多个组合方式，已达到恢复网架的目的；

5)第N+M+1步起配置投入负荷与发电。顺控项条件包括微电网频率电压正常、网架开关状态正常及投入负荷和发电的限制条件，根据项目不同的情况，采用不同的配置方案。

并网型微电网系统，有大系统的支持，不用考虑系统容量问题，直接按照微电网规划设计时的最稳定方案配置分布式发电和负荷的投入顺序；离网型系统，没有大系统频率电压支撑，要保证系统稳定需要引入能量管理中的黑启动算法。

离网型微电网能量管理系统的黑启动算法的原则是保证系统的备用及分布式电源渗透率满足要求，通过引入计算量来实现此算法的判断条件。

计算量设置如下：

微电网系统中已投入电源额定容量：P_额＝∑(P_额i*I_i)，I_i为分布式电源投入/退出状态遥信，状态1为投入，0为退出；

微电网系统中电源备用容量：P_备＝P_额-∑P_源i；其中，P_源i为分布式电源的发电功率实时遥测值，P_额i为分布式电源额定容量；

微电网系统中分布式电源渗透率：和其中，P_待为该单项配置的待投入的发电机的额定功率，P_风额为风力发电系统的额定功率，P_光额为光伏发电系统的额定功率；

投入发电机的组合条件为：P_备＞0.2P_额且δ_风＜δ_风渗且δ_光＜δ_光渗且该发电机遥信状态为未启动，根据该顺控控制对象选择对应类型的渗透率整定值；其中δ_风渗和δ_光渗为实际项目的风、光最大渗透率。

投入负荷的组合条件为：P_备＜0.2P_额且该负荷遥信为退出状态；

6)当最后一个负荷投入成功或者最后一台发电机投入失败则结束循环，顺序控制完成，黑启动控制结束。

本发明的顺序控制在微电网能量管理系统中的应用装置实施例。

本实施例的顺序控制在微电网能量管理系统中的应用装置与SCADA系统通信连接进行数据交互，该装置包括顺序控制计划制定模块及顺序控制计划配置模块，顺序控制计划制定模块用于根据不同项目的需求及微电网系统设备信息，制定顺序控制计划，顺序控制计划包括顺序控制计划ID、启动条件及顺序控制项，所述启动条件为顺序控制启动所要满足的条件，所述顺序控制项用于配置顺序控制每一步的流程操作；

顺序控制计划配置模块用于通过配置工具预先将顺序控制计划配置到微电网能量管理系统相应的自动控制流程中。

该应用装置可位于微电网能量管理系统外部，与微电网能量管理系统通信连接进行数据交互。该装置也可配置在微电网能量管理系统内部，与微电网能量管理系统为一体。

如图2所示，微电网能量管理系统(简称MEMS)为一种控制管理装置，其内部包括多种控制管理模块，如黑启动控制模块、模式切换模块、优化调度模块、运行控制模块等。其能够接收SCADA系统上传的遥测、遥信信息，并通过上述应用装置实现各种项目的顺序控制。

本实施例中的应用装置可以实现微电网的黑启动控制，具体控制流程参见上述方法实施例，这里不再详细阐述。