交直流混合分布式系统的运行控制系统的制作方法
本公开涉及分布式发电和微电网领域，尤其涉及一种交直流混合分布式系统的运行控制系统。
背景技术
传统交流配网中，针对直流负荷(如空调、数据服务器等)，设置交直流变换装置。其中，交直流变换装置在进行交直流能量变换时存在损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低等问题，同时，随着电力电子技术和新能源技术的发展，直流系统优势愈加凸显，因此，基于新能源的直流分布式系统已成为配用电领域的重要研究和发展方向。由于传统电网为交流电网，为解决直流电网与交流电网的融合问题，交直流混合系统应运而生，不仅能够较好的兼容传统交流系统，也能高效的为直流负荷提供电能。
相对于交流系统，直流系统多是电力电子设备，系统惯性小，并且相对交流的电压、频率仅有直流电压，控制量减少，但由于分布式电源的存在，其控制复杂度增加。交直流混合系统由于存在交流、直流以及交直流混合区域，因此其运行控制难度更大。综上所述，亟需解决交直流混合系统的运行控制问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本公开提出了一种交直流混合分布式系统的运行控制系统。能够解决交直流混合系统的运行控制问题。
根据本公开的一方面，提供了一种交直流混合分布式系统的运行控制系统，包括：
运营管理层，所述运营管理层通过云端网络与多个能量管理层连接，用于获取所述多个能量管理层的运行数据，并将与各所述运行数据对应的调度指令分别发送至各所述能量管理层，所述运行数据包括控制指令；
所述多个能量管理层，所述多个能量管理层中，每个能量管理层分别与交直流混合分布式系统和协调控制层相互连接，所述能量管理层用于采集所述交直流混合分布式系统的电力参数，并根据所述调度指令将与所述电力参数对应的控制指令发送至所述协调控制层；
所述协调控制层，用于将接收到的所述控制指令发送至所述交直流混合分布式系统，以使所述交直流混合分布式系统执行所述控制指令。
在一种可能的实现方式中，所述协调控制层包括多能协调控制器；
所述多能协调控制器分别连接所述能量管理层和所述交直流混合分布式系统，所述多能协调控制器用于获取所述能量管理层发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述交直流混合分布式系统，以使所述交直流混合分布式系统执行所述控制指令。
在一种可能的实现方式中，所述交直流混合分布式系统包括电力电子变压器、交流区域和直流区域；
所述交流区域和所述直流区域分别连接至所述电力电子变压器的第一端口和第二端口，所电力电子变压器通过第三端口与外部交流电网连接。
在一种可能的实现方式中，所述能量管理层从所述交直流混合分布式系统获取的电力参数包括，所述电力电子变压器的有功功率、所述交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，所述直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率；
与所述电力电子变压器的有功功率、所述交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，所述直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率对应的控制指令包括，用于控制所述电力电子变压器的第一端口、第二端口和第三端口的有功功率的第一指令、第二指令和第三指令；
所述能量管理层将所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令发送所述多能协调控制器；
所述多能协调控制器分别将所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令发送至所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口。
在一种可能的实现方式中，所述能量管理层根据式1和式2所构成的第一目标函数，通过迭代优化算法分别获得所述第一目标函数取最小值时，第一端口、第二端口和第三端口需要输出的有功功率，
并分别生成携带所述第一端口、第二端口、第三端口需要输出的有功功率的第一指令、第二指令和第三指令，
其中，phac为第三端口有功功率；plac为第一端口有功功率；phdc为第二端口有功功率；各端口有功定义为从此端口输出为正，从此端口输入为负；α(plac)、β(phdc)分别为第一端口、第二端口关于损耗的函数，α1、α2分别为α(plac)函数中的一次项和二次项系数；β1、β2分别为β(phdc)的一次项和二次项系数；所述能量管理层根据电力电子变压器的有功功率、所述交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，所述直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率之间的变化关系拟合得到α1、α2、β1、β2。
在一种可能的实现方式中，所述交直流混合分布式系统包括，风能和/或光伏发电系统、系统负荷、储能系统、光热发电系统和储能系统；
所述能量管理层从所述交直流混合分布式系统获取的电力参数包括，所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第一时间段的平均有功功率；
与所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第二时间段的平均有功功率对应的控制指令包括，用于控制所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第二时间段的有功功率的第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令，所述第二时间段晚于所述第一时间段；
所述能量管理层将所述第六指令、所述第七指令、所述第八指令、所述第九指令和所述第十指令发送至所述多能协调控制器；
所述多能协调控制器将所述第六指令、所述第七指令、所述第八指令、所述第九指令和所述第十指令分别发送至所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统。
在一种可能的实现方式中，第一时间段与第二时间段的时长等长，所述能量管理层根据式3和式4构成的第二目标函数，通过迭代优化算法分别获得所述第二目标函数取最大值时，所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第二时间段的有功功率，
并分别生成携带所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第二时间段的有功功率的所述第六指令、所述第七指令、所述第八指令、所述第九指令和所述第十指令，
其中，δt是第一时间段与第二时间段的时长；t表示δt中的平均分布的各时间点，pdg(t)表示风能和/或光伏发电系统在第一时间段内输出的有功功率的平均值；pdg_pre(t)表示风能和/或光伏发电系统在第二时间段内需要输出的有功功率的平均值；μ(t)表示对应pdg_pre(t)的预测准确度函数；γ表示风电和/或光电电价；pl(t)表示系统负荷在第一时间段内输出的有功功率的平均值；pl_pre(t)系统负荷在第二时间段内需要输出的有功功率的平均值；θ(t)表示对应pl_pre(t)的预测准确度函数；
在一种可能的实现方式中，所述协调控制层还包括保护装置，所述保护装置与交直流混合分布式系统连接，所述保护装置用于针对交直流混合分布式系统的故障进行故障切除；所述保护装置包括交流保护装置和直流保护装置，所述交流保护装置与所述交直流混合分布式系统的交流区域连接，用于针对所述交流区域的故障进行故障切除，所述直流保护装置与所述交直流混合分布式系统的直流区域连接，用于针对所述直流区域的故障进行故障切除。
在一种可能的实现方式中，所述能量管理层包括：
前置采集服务器，所述前置采集服务器与所述交直流混合分布式系统连接，用于采集所述交直流混合分布式系统的电力参数；
数据服务器，所述数据服务器与所述前置采集服务器连接，用于获取所述前置采集服务器采集的所述电力参数；
应用服务器，所述应用服务器分别与所述数据服务器和协调控制层连接，用于并将与所述电力参数对应的控制指令发送至所述协调控制层。
在一种可能的实现方式中，能量管理层、交直流混合分布式系统与协调控制层相互一一对应的连接。
本公开的交直流混合分布式系统的运行控制系统采用三层两级的控制系统架构，三层包括协调控制层、能量管理层、运营管理层；两级包括：站级能量控制体系和云端运营管理体系。其中，协调控制层和能量管理层为站级能量控制体系，能量管理层采集交直流混合分布式系统的电力参数，并根据调度指令将与电力参数对应的控制指令发送至协调控制层；协调控制层将接收到的控制指令发送至交直流混合分布式系统，以使交直流混合分布式系统执行控制指令，由此实现基于单个交直流混合分布式系统的实时数据控制单个交直流混合分布式系统运行；运营管理层为云端运营管理体系，运营管理层通过获取多个能量管理层的包含控制指令的运行数据，并将与各运行数据对应的调度指令分别发送至各能量管理层，以使能量管理系统根据调度指令向协调控制层发送控制指令。由此实现对多个交直流混合分布式系统的统一运营管理和调度。这样，本公开的交直流混合分布式系统的运行控制系统不仅为单个交直流混合分布式系统提供一体化的运行控制体系，还为多个交直流混合分布式系统提供统一的云端运行管理机制，从而为大规模管理多个交直流混合分布式系统提供智能化的解决方案。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种交直流混合分布式系统的运行控制系统的系统架构示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的能量管理层的组网图。
图3是根据一应用示例示出的能量管理层的系统架构示意图。
图4是根据一应用示例示出的运营管理层的组网图。
图5是根据一应用示例示出的一种交直流混合分布式系统的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1是根据一示例性实施例示出的一种交直流混合分布式系统的运行控制系统的系统架构示意图。如图1所示，该交直流混合分布式系统的运行控制系统可以包括：
运营管理层，所述运营管理层通过云端网络与多个能量管理层连接，用于获取所述多个能量管理层的运行数据，并将与各所述运行数据对应的调度指令分别发送至各所述能量管理层，所述运行数据包括控制指令；
所述多个能量管理层，所述多个能量管理层中，每个能量管理层分别与交直流混合分布式系统和协调控制层相互连接，所述能量管理层用于采集所述交直流混合分布式系统的电力参数，并根据所述调度指令将与所述电力参数对应的控制指令发送至所述协调控制层；
所述协调控制层，用于将接收到的所述控制指令发送至所述交直流混合分布式系统，以使所述交直流混合分布式系统执行所述控制指令。
在本公开中，交直流混合分布式系统可以表示为一种由交流区域和直流区域混合组成的微电网。通常来讲，微电网(micro-grid)可以表示为由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
在一种可能的实现方式中，在一种可能的实现方式中，能量管理层、交直流混合分布式系统与协调控制层相互一一对应的连接。
作为本实施例的一个示例，如图1所示，能量管理层和协调控制层可以分别通过有线连接(例如，光纤或以太控制信息网)的方式连接交直流混合分布式系统，能量管理层可以采集交直流混合分布式系统的电力参数(例如，电力参数可以为电流值、电压值等)，生成并向协调控制层发送该电力参数对应的控制指令，协调控制层接收该控制指令，并将该控制指令转发至交直流混合分布式系统，该交直流混合分布式系统可以接收并执行该控制指令。能量管理层可预先存储带电力参数和控制指令的对应关系，以确定与电力参数对应的控制指令，也可在控制指令中携带电力参数。(例如，若该控制指令携带系统电压的电压值a，则该交直流混合分布式系统在执行该控制指令时可以将该交直流混合分布式系统的系统电压控制为该电压值a)。运营管理层可以通过云端网络连接多个能量管理层，分别获取各个能量管理层的运行数据，并可以根据各个能量管理层的运行数据生成调度指令(例如，若运行数据包括每个能量管理层生成的控制指令，运营管理层中预设的生成调控指令的规则为，当多个控制指令的生成时间相同时，分别生成多个调控指令以控制各控制指令对应的能量管理层在不同的时间点向协调控制层下发控制指令，其中，运行数据与调度指令的对应关系可预先设置，并根据运行数据得到对应的调度指令)。
能量管理层根据调度指令控制交直流混合分布式系统(例如，若调度指令包括：能量管理层将控制指令在第一时间点下发至协调控制层，则能量管理层根据该调度指令可以将控制指令在第一时间点下发至协调控制层，协调控制层将接收到的控制指令转发至交直流混合分布式系统，以使交直流混合分布式系统执行该控制指令)，这样，运营管理层实现了对多个交直流混合分布式系统的统一管理调度(例如控制多个能量管理层下发控制指令的时序等)，此外，运营管理层还可以根据各个能量管理层的运行数据生成分析结果，并展示在运营管理层的显示界面中，以供决策者参考。
本公开的交直流混合分布式系统的运行控制系统采用三层两级的控制系统架构，三层包括协调控制层、能量管理层、运营管理层；两级包括：站级能量控制体系和云端运营管理体系。其中，协调控制层和能量管理层为站级能量控制体系，能量管理层采集交直流混合分布式系统的电力参数，并根据调度指令将与电力参数对应的控制指令发送至协调控制层；协调控制层将接收到的控制指令发送至交直流混合分布式系统，以使交直流混合分布式系统执行控制指令，由此实现基于单个交直流混合分布式系统的实时数据控制单个交直流混合分布式系统运行；运营管理层为云端运营管理体系，运营管理层通过获取多个能量管理层的包含控制指令的运行数据，并将与各运行数据对应的调度指令分别发送至各能量管理层，以使能量管理系统根据调度指令向协调控制层发送控制指令。由此实现对多个交直流混合分布式系统的统一运营管理和调度。这样，本公开的交直流混合分布式系统的运行控制系统不仅为单个交直流混合分布式系统提供一体化的运行控制体系，还为多个交直流混合分布式系统提供统一的云端运行管理机制，从而为大规模管理多个交直流混合分布式系统提供智能化的解决方案。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，能量管理层可以包括交直流混合分布式能量管理系统和网络安全装置，其中，该交直流混合分布式能量管理系统依次通过网络安全装置和云端网络连接至运营管理层，以保障交直流混合分布式能量管理系统的系统安全性。能量管理系统以智能综合监控平台为基础，并由各个可独立运行的应用功能子系统组成。各应用功能子系统之间以及功能内部各模块之间的交互，主要利用平台系统中的数据库访问接口以及消息总线等机制实现。各应用功能子系统主要可以包括：用于采集气象数据进行并根据气象数据进行发电预测的气象与发电预测子系统、用于预测电力负荷变化的电力负荷预测子系统、用于预测冷热负荷的冷热负荷预测子系统、用于优化电网潮流转移的潮流优化控制子系统、用户调度不同直流交流区域能量的多能互补优化控制子系统、用于计算交直流混合分布式系统本地电能经济的本地经济调度管理子系统等。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，运营管理层可以包括互联网用户(例如，笔记本电脑、智能手机等)、网络安全装置和基于云平台的分布式可再生能源运行管理系统，其中，互联网用户可以通过云端网络直接与能量管理层连接，互联网用户可以获取并显示能量管理层的运行数据，实现对能量管理层的实时监控；基于云平台的分布式可再生能源运行管理系统可以依次通过网络安全装置和云端网络与能量管理层连接，以保障基于云平台的分布式可再生能源运行管理系统的系统安全性。此外，基于云平台的分布式可再生能源运行管理系统以智能综合监控平台为基础，并由各个可独立运行的应用功能子系统组成。各应用功能子系统之间以及功能内部各模块之间的交互，主要利用平台系统中的数据库访问接口以及消息总线等机制实现。基于云平台的分布式可再生能源运行管理系统可以包括，基于能量管理层的运行数据产生调控指令的多分散系统与电网协同调度子系统、用于维护系统正常运行的云端运行与维护管理子系统以及用于采集能量管理层的运行数据并监视能量管理层运行的云端数据采集监视子系统。
作为本实施例的一个示例，如图1所示，所述多能协调控制层可以包括多能协调控制器；所述多能协调控制器分别连接所述能量管理层和所述交直流混合分布式系统，所述多能协调控制器用于获取所述能量管理层发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述交直流混合分布式系统，以使所述交直流混合分布式系统执行所述控制指令。
其中，不同的交直流混合分布式系统可以通过不同的多能协调控制器与能量管理层连接。多能协调控制器可以接收能量管理层生成的控制指令，并将控制指令转发至与其连接的交直流混合分布式系统，以使该交直流混合分布式系统执行该指令。
在一种可能的实现方式中，多个交直流混合分布式系统也可以通过一个多能协调控制器与能量管理层连接，在此不做限定。
在一种可能的实现方式中，所述交直流混合分布式系统可以包括电力电子变压器、交流区域和直流区域；所述交流区域和所述直流区域分别连接至所述电力电子变压器的第一端口和第二端口，所述电力电子变压器通过第三端口与外部交流电网连接。与所述电力电子变压器的有功功率、所述交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，所述直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率对应的控制指令可以包括，用于控制所述电力电子变压器的第一端口、第二端口和第三端口的有功功率的第一指令、第二指令和第三指令。所述能量管理层将所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令发送所述多能协调控制器。所述多能协调控制器分别将所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令发送至所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口。
举例来讲，多能协调控制器可以包括第四端口、第五端口和第六端口，第四端口、第五端口和第六端口可以分别通过光纤或以太信息网与电力电子变压器的第一端口、第二端口和第三端口连接。多能协调控制器可以保存第四端口、第五端口和第六端口以及第一端口、第二端口和第三端口之间连接关系(例如可以为第四端口、第五端口和第六端口以及第一端口、第二端口和第三端口的标识的映射关系列表)。
能量管理层可以生成与采集到的电力电子变压器的有功功率、交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率对应的第一指令、第二指令和第三指令，其中，第一指令、第二指令和第三指令可以分别携带第一端口、第二端口和第三端口需要输出的第一有功功率、第二有功功率和第三有功功率，以及第一端口、第二端口和第三端口的标识。
例如，能量管理层可以根据式1和式2所构成的第一目标函数，通过迭代优化算法分别获得所述第一目标函数取最小值时，第一端口、第二端口和第三端口需要输出的第一有功功率、第二有功功率和第三有功功率，并分别生成携带第一有功功率、第二有功功率和第三有功功率的第一指令、第二指令和第三指令。
其中，phac为第三端口有功功率即第三有功功率；plac为第一端口有功功率即第一有功功率；phdc为第二端口有功功率即第二有功功率；各端口有功定义为从此端口输出为正，从此端口输入为负；α(plac)、β(phdc)分别为第一端口、第二端口关于损耗的函数，α1、α2分别为α(plac)函数中的一次项和二次项系数；β1、β2分别为β(phdc)的一次项和二次项系数；所述能量管理层根据电力电子变压器的有功功率、所述交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，所述直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率之间的变化关系拟合得到α1、α2、β1、β2。
接着，能量管理层可以将所述第一指令、所述第二指令和所述第三指令发送所述多能协调控制器。多能协调控制器可以根据第一指令、第二指令和第三指令中携带的第一端口、第二端口和第三端口的标识以及上述映射关系列表，分别确定将第一指令通过第四端口发送至电力电子变压器的第一端口、将第二指令通过第五端口发送至电力电子变压器的第二端口、将第三指令通过第六端口发送至电力电子变压器的第三端口。
电力电子变压器的第一端口、第二端口和第三端口可以分别根据第一指令、第二指令和第三指令将输出的有功功率控制为第一有功功率、第二有功功率和第三有功功率。
由于电力电子变压器的第一端口、第二端口和第三端口分别输出第一有功功率、第二有功功率和第三有功功率时，电力电子变压器的损耗最小，本公开可以由此实现基于实时电力参数实现对交直流混合分布式系统的优化控制。本公开可广泛应用于含有电力电子变压器的交直流混合分布式系统运行控制中，提高系统的运行效率。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据需要选择合适的频率(例如10分钟每次)控制能量管理层采集电力电子变压器的有功功率、交流区域中的交流发电系统和交流负荷的有功功率，直流区域中的直流发电系统和直流负荷的有功功率，并用合适的算法模型(例如支持向量法)系拟合得到α1、α2、β1、β2，以保证目标函数能够更加准确的模拟系统的特征。还可以选择合适的迭代优化算法(例如梯度下降法)计算得到第一有功功率、第二有功功率、第三有功功率，本公开在此不做限定。
在一种可能的实现方式中，电力电子变压器、交流区域和主流区域可以分别为一个或多个，在此不做限定。例如，交直流混合分布式系统中可以包括两个电力电子变压器，这样，其中一个电力电子变压器故障时，另一个电力电子变压器仍可以保障交直流混合分布式系统稳定运行。
作为本实施例的一个示例，如图1所示，所述交直流混合分布式系统可以包括，风能和/或光伏发电系统、系统负荷、储能系统、光热发电系统和储热系统；所述能量管理层从所述交直流混合分布式系统获取的电力参数可以包括，所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第一时间段的平均有功功率；与所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第二时间段的平均有功功率对应的控制指令可以包括，用于控制所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统在第二时间段的有功功率的第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令，所述第二时间段晚于所述第一时间段；所述能量管理层将所述第六指令、所述第七指令、所述第八指令、所述第九指令和所述第十指令发送至所述多能协调控制器；所述多能协调控制器将所述第六指令、所述第七指令、所述第八指令、所述第九指令和所述第十指令分别发送至所述风能和/或光伏发电系统、所述储能系统、所述系统负荷、所述光热发电系统和所述储热系统。
举例来讲，第一时间段可以与第二时间段的时长等长，能量管理层可以根据式3和式4构成的第二目标函数，通过迭代优化算法(例如遗传算法、粒子优化算法，或基于多种算法的组合优化算法)分别获得第二目标函数取最大值时，风能和/或光伏发电系统、储能系统、系统负荷、光热发电系统和储热系统在第二时间段的第四有功功率、第五有功功率、第六有功功率、第七有功功率和第八有功功率，并分别生成携带第四有功功率、第五有功功率、第六有功功率、第七有功功率和第八有功功率的第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令。
其中，δt是第一时间段与第二时间段的时长；t表示δt中的平均分布的各时间点，pdg(t)表示风能和/或光伏发电系统在第一时间段内输出的有功功率的平均值；pdg_pre(t)表示风能和/或光伏发电系统在第二时间段内需要输出的有功功率的平均值，即第四有功功率；μ(t)表示对应pdg_pre(t)的预测准确度函数；γ表示风电和/或光电电价；pl(t)表示系统负荷在第一时间段内输出的有功功率的平均值；pl_pre(t)系统负荷在第二时间段内需要输出的有功功率的平均值，即第六有功功率；θ(t)表示对应pl_pre(t)的预测准确度函数；
在本示例中，通常来讲，风能发电系统可以表示为把风的动能转为电能的系统；光伏发电系统可以表示为利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的系统；光热发电系统可以表示为将太阳的热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机进行发电的系统；储能系统可以用于存储风能和/或光伏发电系统、光热发电系统产生的过多的电能，并可以在交直流混合分布式系统内的各发电系统产生的电力不够充足时，向交直流混合分布式系统提供电能。储热系统可以用于存储光热发电系统以及交直流混合分布式系统在运行过程当中产生的多余的热能，在光热发电系统需要热能时，储热系统可以向光热发电系统提供热能。
能量管理层可以将第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令发送至多能协调控制器。多能协调控制器可以将第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令转发至风能和/或光伏发电系统、储能系统、系统负荷、光热发电系统和储热系统。风能和/或光伏发电系统、储能系统、系统负荷、光热发电系统和储热系统可以将各自的有功功率分别调整为第四有功功率、第五有功功率、第六有功功率、第七有功功率和第八有功功率。
由于风能和/或光伏发电系统、储能系统、系统负荷、光热发电系统和储热系统可以将各自的有功功率分别调整为第四有功功率、第五有功功率、第六有功功率、第七有功功率和第八有功功率时，交直流混合分布式系统能够最大化的使用系统中诸如光能、风能以及光热发电等产生清洁能源，因此可以实现基于实时数据提升系统中分布式可再生能源的利用率，为新能源就地消纳提供一体化的智能解决方案。
如图1所示，多能协调控制器可以包括交流区域就地控制器和直流区域就地控制器。风能和/或光伏发电系统可以包括直流风能和/或光伏发电系统以及交流风能和/或光伏发电系统；系统负荷可以包括直流负荷和交流负荷；储能系统可以包括直流储能系统和交流储能系统；光热发电系统可以包括直流光热发电系统和交流光热发电系统；储热系统可以包括直流储热系统和交流储热系统。多能协调控制器可以通过交流区域就地控制器连接交流风能和/或光伏发电系统、交流负荷、交流储能系统、交流光热发电系统和交流储热系统；多能协调控制器还可以通过直流区域就地控制器连接直流风能和/或光伏发电系统、直流负荷、直流储能系统、直流光热发电系统和直流储热系统。
多能协调控制器可以将第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令中包含的用于控制直流区域的指令经由直流区域就地控制器分发至直流风能和/或光伏发电系统、直流负荷、直流储能系统、直流光热发电系统和直流储热系统；将第六指令、第七指令、第八指令、第九指令和第十指令中包含的用于控制交流区域的指令经由交流区域就地控制器分发至流风能和/或光伏发电系统、交流负荷、交流储能系统、交流光热发电系统和交流储热系统。由此实现对直流区域和交流区域的分别控制。
作为本实施例的一个示例，如图1所示，所述协调控制层还可以包括保护装置，所述保护装置与交直流混合分布式系统连接，所述保护装置用于针对交直流混合分布式系统的故障进行故障切除。
在一种可能的实现方式中，所述保护装置包括交流保护装置，所述交流保护装置与所述交直流混合分布式系统的交流区域连接，用于针对所述交流区域的故障进行故障切除。所述保护装置还包括直流保护装置，所述直流保护装置与所述交直流混合分布式系统的直流区域连接，用于针对所述直流区域的故障进行故障切除。
举例来讲，其中，交流保护装置可以对交流区域的母线及其所接出线进行保护；直流保护装置可以对直流区域的母线及其所接出线进行保护。考虑配网中交流故障要求多在30-50ms范围，因此交流保护装置保护动作出口采用硬节点开出方式控制(即使用交流区域的母线及其所接出线与继电保护装置连接的保护方式)。考虑直流系统中故障过程发生快，需进行快速控制，但仅常规硬节点开出继电器动作时间约10ms，因此不宜采用硬节点开出，直流保护装置与直流混合分布式系统内的电力电子设备、故障电流控制器等设备采用更为快速的iec60044-8通信协议，同时有效防止干扰信号通过光纤干扰交直流混合分布式系统内的各个电力电子设备，从而实现10ms以内的快速动作，保证直流区域的故障及时被切除。
其中，协调控制层可以即包括多能协调控制器，也包括保护装置，从而实现保护与控制的融合。
图2是根据一示例性实施例示出的能量管理层的组网图。如图2所示，所述能量管理层可以包括：
前置采集服务器，所述前置采集服务器与所述交直流混合分布式系统连接，用于采集所述交直流混合分布式系统的电力参数；
数据服务器，所述数据服务器与所述前置采集服务器连接，用于获取所述前置采集服务器采集的所述电力参数；
应用服务器，所述应用服务器分别与所述数据服务器和协调控制层连接，用于并将与所述电力参数对应的控制指令发送至所述协调控制层。
在一种可能的实现方式中，数据采集服务器可以采用scada(supervisorycontrolanddataacquisition，数据采集与监视系统)，scada系统是以计算机为基础的dcs((distributedcontrolsystem，分布式控制系统)与电力自动化监控系统；scada系统可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，能量管理层还可以包括多个用于显示能量管理层工作界面的工作站，由此可以供管理人员实施监控能量管理层的工作状态。
在一个应用示例中，如图1所示，本公开的交直流混合分布式系统的运行控制系统采用分层分布式控制架构，设计有协调控制层、能量管理层、运营管理层共计三层。其中，协调控制层和能量管理层可以为站级控制体系，主要实现对单个交直流混合分布式系统进行优化运行；运营管理层可以为云端运营级，主要实现对多个交直流混合分布式系统进行统一运营管理和调度。在站级能量优化中，为实现站级控制的智能化，将控制系统与保护系统进行有效融合，实现控保一体化，提升系统的智能化程度。
为实现站级的能量优化管理，在能量管理层设计有能量优化算法。一方面，通过相关预测功能实现对多种类型分布式可再生能源和负荷的预测；另一方面，通过潮流优化和多能互补优化算法实现对系统的优化调度和管理，从而最大化实现分布式可再生能源的就地消纳，提高系统的整体运行效率。
其中，协调控制层的控制部分可以包括多能协调控制器、区域就地控制器，且区域就地控制器根据交直流混合系统分为交流区域就地控制器和直流区域就地控制器。协调控制层的保护部分主要由交流保护装置和直流保护装置两种。
作为所述协调控制层中的区域就地控制器，区域就地控制器可以通过光纤或以太网通讯采用iec61850goose快速通讯规约对分布式可再生能源(例如，风能和/或光伏发电系统、储能系统、系统负荷、光热发电系统和储热系统)进行控制，从而实现对分布式可再生能源的快速控制。
多能协调控制器可以对交流和直流区域就地控制器进行控制，同时还可以通过控制电力电子变压器，实现对交直流混合分布式系统的控制与调节。如图1所示，多能协调控制器可以通过光纤与电力电子变压器交互，实现对交直流混合分布式系统的快速调节，进而保证交流、直流区域的稳定。同样地，多能协调控制器与区域就地控制器可以通过光纤或以太网通讯，通讯规约可以采用iec61850goose快速通讯规约。
保护装置为协调控制层的保护部分，如图1所示，保护装置可以包括交流保护装置和直流保护装置两种，交流保护装置可以对交流区域的母线及其所接出线进行保护；直流保护装置可以对直流区域的母线及其所接出线进行保护。考虑配网中交流故障要求多在30-50ms范围，因此交流保护装置保护动作出口采用硬节点开出方式控制(即使用交流区域的母线及其所接出线与继电保护装置连接的保护方式)。考虑直流系统中故障过程发生快，需进行快速控制，但仅常规硬节点开出继电器动作时间约10ms，因此不宜采用硬节点开出，直流保护装置与直流混合分布式系统内的电力电子设备、故障电流控制器等设备采用更为快速的iec60044-8通信协议，同时有效防止干扰信号通过光纤干扰交直流混合分布式系统内的各个电力电子设备，从而实现10ms以内的快速动作，保证直流区域的故障及时被切除。
能量管理层主要实现对单个交直流混合分布式系统进行优化管理。能量管理层主要部署的是站级能量管理系统软件。图2是根据一示例性实施例示出的能量管理层的组网图。如图2所示，能量管理层可以包括前置采集服务器、web(worldwideweb，全球广域网)服务器、scada数据服务器、应用功能服务器、工作站、网络安全装置等。前置采集服务器主要与站内设备进行信息交互；scada数据服务器主要对数据进行统一管理，并与前置采集服务器、web服务器、应用功能服务器连接，提供数据交互服务；web服务器主要实现与远程网络展示和与云平台进行数据交互；应用功能服务器是能量管理系统的核心服务器，主要实现应用功能的计算，并且可以通过web服务器与云平台进行应用功能方面的交互，从而为交直流混合分布式系统提供优化运行服务；工作站主要用于站内运维人员进行监视与控制。
图3是根据一应用示例示出的能量管理层的系统架构示意图。如图3所示，能量管理层针对交直流混合分布式系统的优化管理方法，主要通过站级能量管理系统软件实现。能量管理系统以智能综合监控平台为基础，并由各个可独立运行的应用功能子系统组成。各应用功能子系统之间以及功能内部各模块之间的交互，主要利用平台系统中的数据库访问接口以及消息总线等机制实现。各应用功能子系统主要有：气象与发电预测、电力负荷预测、冷热负荷预测、潮流优化控制、多能互补优化控制、本地经济调度管理功能。
图4是根据一应用示例示出的运营管理层的组网图。如图4所示，运营管理层主要基于云技术实现。基于云平台的分布式可再生能源运行管理系统主要由私有云和公有云两部分组成，并且其核心功能基于私有云部分实现。
如图4所示，运营管理层的公有云主要负责公共业务部分，主要提供计算分析结果数据、报表数据供用户访问浏览。运营管理层的私有云可以包括：web服务器、数据库服务器、应用服务器，用于数据交互、存储、应用功能的运算等。私有云与公有云之间通过运营商专用通道进行连接，并且为实现网络安全，该专用通道采用vpn(virtualprivatenetwork，虚拟专用网络)加密，并且在私有云区域设置网络安全装置。
运营管理层中的私有云部分通过专用vpn加密通道接入的各个交直流混合分布式系统，然后经过应用功能服务器计算生成相关分析数据、运营调度指令。其中，可供普通用户访问的分析结果经web服务器送至公共云部分，经公共云服务器进行管理，从而借助公共网络可查看浏览此类数据。专用于运营人员的分析数据和调度指令则通过私有云内部的工作站、综合显示屏进行展示，同时运营人员可根据分析数据和调度指令进行综合调度，如确认某些调度指令可以下发，或者根据分析结果进行综合调度，从而为多个交直流混合分布式系统的统一协同管控提供实施手段。
图5是根据一应用示例示出的一种交直流混合分布式系统的示意图。如图5所示，该交直流混合分布式系统可以包括两台电力电子变压器、10kv直流区域(直流区域的示例)、±375v直流区域(直流区域的示例)、380v交流区域(交流区域的示例)，以及与电网交互的10kv交流区域(交流区域的示例)。每台电力电子变压器都有4个电压等级的端口(第一端口、第二端口和第三端口的示例)，并且两台电力电子变压器采用背靠背方式连接(即，背靠背连接就是直连。即两台设备不通过通信网络，而直接通过电缆来连接。发送设备需要把输出直接连接到接收设备的输入上)。
如图5所示，10kv直流区域中，500kwp的直流光伏发电系统和500kw可调负荷分别连接在10kv直流母线上，10kv母线分别连接至电力电子变压器sst1和sst2的10kv直流端口(第二端口的示例)，sst1的10kv端口的有功功率最大限值为1mw，sst2的10kv端口的有功功率最大限值为0.5mw；±375v直流区域中，100kwp的直流光伏发电系统、200kw/0.5mwh的直流储能系统和160kw的本地直流负荷分别连接在±375v直流母线上，±375v直流母线两端分别连接至电力电子变压器sst1和sst2的±375v直流端口(第二端口的示例)，sst1的±375v端口的有功功率最大限值为1mw，sst2的±375v端口的有功功率最大限值为1mw；380v交流区域中，200kwp的交流光伏发电系统、400kw的交流负荷以及250kw/1.24mwh的交流储能系统分别连接至380v交流母线，380v交流母线两端分别连接至电力电子变压器sst1和sst2的380v交流端口(第一端口的示例)，sst1的380v端口的有功功率最大限值为1mw，sst2的10kv端口的有功功率最大限值为0.75mw；外部10kv交流电网分别连接至电力电子变压器sst1和sst2的10kv交流端口(第三端口的示例)，sst1的10kv端口的有功功率最大限值为1mw，sst2的10kv端口的有功功率最大限值为0.75mw。
作为站级能量管理系统的潮流优化控制功能，基于多功能电力电子变压器，构建一种关于电力电子变压器损耗的数学模型，并提出一种工程化参数整定方法，进而提出一种电力电子变压器集群效率最优求解与控制方法。
作为交直流混合分布式系统中所含的电力电子变压器，存在4个端口，并且每个端口都具备双向流动性，因此仅考虑±375v直流区域(直流区域的示例)、380v交流区域(交流区域的示例)，10kv直流区域以及与电网交互的10kv交流区域与电力电子变压器连接的±375vdc端口(第二端口的示例)、380vac端口(第一端口的示例)、10kvdc端口(第二端口的示例)和10kvac端口(第三端口的示例)的有功功率功率及电力电子变压器自身损耗的实时曲面函数，如式5所示：
其中，phac为10kvac端口有功功率；plac为380vac端口有功功率；phdc为10kvdc端口有功功率；pldc为±375vdc端口有功功率；各端口有功定义为从此端口输出为正，从此端口输入为负；α(plac)、β(phdc)、λ(pldc)分别为380vac端口、10kvdc端口、±375vdc端口关于损耗的函数。
考虑α(plac)、β(phdc)、λ(pldc)三个函数理论上很难确定，因此提出一种工程化方法。设定α(plac)、β(phdc)、λ(pldc)如式6所示函数：
其中，α1、α2分别为α(plac)函数中的一次项和二次项系数；β1、β2分别为β(phdc)的一次项和二次项系数；λ1、λ2分别为λ(phdc)的一次项和二次项系数。上述系数α1、α2、β1、β2、λ1、λ2可以根据实测多组电力电子变压器数据拟合得到，从而根据式5和式6确定出单台电力电子变压器损耗模型。
进一步的，如图2所示，针对电力电子变压器sst1和电力电子变压器sst2背靠背式连接的交直流混合分布式系统，电力电子变压器sst1和sst2分别通过各自的10kvac端口与配网连接，并分别通过二者各自的380vac端口、10kvdc端口、±375vdc端口则分别连接380v交流区域、10kv直流区域、±375v直流区域。若实现电力电子变压器集群的效率最优，则需将电力电子变压器集群损耗降至最小即可，因此电力电子变压器集群效率最优目标函数为：
其中，δ(pet1,pet2)为关于两台电力电子变压器的集群损耗函数；δpet1、δpet2分别为两台电力电子变压器各自的损耗。考虑两台采用背靠背方式运行，因此除了单台自身各端口功率守恒约束外，还需满足如下约束条件：
其中，∑plac、∑phdc、∑pldc分别为380vac、10kvdc、±375vdc母线上电源和负荷的代数总和。plac,1为电子变压器sst1的380vac端口的有功功率，plac,2为电子变压器sst2的380vac端口的有功功率，phdc,1为电子变压器sst1的10kvdc端口的有功功率，phdc,2为电子变压器sst2的10kvdc端口的有功功率，为电子变压器sst1的±375vdc端口的有功功率，pldc,2为电子变压器sst2的±375vdc端口的有功功率，根据式5、式6、式7和式8得到包括两台电力电子变压器的交直流混合分布式系统效率最优目标函数，借助相关的优化算法进行迭代优化，从而获取plac,1、plac,2、phdc,1、phdc,2、pldc,1、pldc,2作为各端口最优有功功率的调整值，并根据plac,1、plac,2、phdc,1、phdc,2、pldc,1、pldc,2最后生成两台电力电子变压器各端口控制指令。
作为站级能量管理系统的多能互补优化控制功能，基于风能和/或光伏发电系统、系统负荷、储能系统、光热发电系统和储能系统，考虑风能和/或光伏发电系统、系统负荷、储能系统、光热发电系统和储能系统与交直流混合分布式系统外部公共电网的耦合关系，提出一种计及光热和储能的多能滚动优化方法。交直流混合分布式系统上网电价为定值，而交直流混合分布式系统内负荷用电价格则为阶梯电价，同时交直流混合分布式系统中含有光热发电系统，并且光热发电系统中的蓄热系统也可实现类似储能的能量时空转移，基于上述各构建交直流混合系统多能互补优化函数，具体如下式所示。
其中，δt是时间间隔，即过去时段的时间长度(第一时间段的示例)，也是预测时段的时间长度(第二时间段的示例)；t表示δt中的平均分布的各时间点；pdg(t)表示过去时段内分布式电源(风能和/或光伏发电系统、光热发电系统)平均输出有功功率；pdg_pre(t)表示预测时段的分布式电源平均输出有功功率；μ(t)表示对应pdg_pre(t)的预测准确度函数，实际计算求解时可进行简化，令其为1；γ表示风电电价；pl(t)表示过去时段内负荷平均有功功率；pl_pre(t)表示预测时段内预测的负荷平均有功功率；θ(t)表示对应pl_pre(t)的预测准确度函数，实际计算求解时可进行简化，令其为1；
根据式9，若实现经济收益最大化，则对应的目标应为max(f)。同时，在一天为周期的运行控制中，储能系统和光热系统存在充放电功率约束条件，如式10所示。
其中，q(t)为储热装置存储的实时热量；qmin、qmax分别表示储热装置的允许最小和最大储热量；pq_allpre表示预测的光热系统集热装置输出总热量的等效功率；pq_pre表示光热系统预测输出的电功率。根据式9和式10，采用优化算法(如遗传算法、粒子优化算法，或基于多种算法的组合优化算法)进行迭代优化求解，得出pdg_pre(t)、pl_pre(t)、pb_pre(t)、pq_pre(t)序列，进而根据时序进行控制。同时，在一次计算和优化控制后，还应进行下一次优化计算，从而实现为了实现基于阶梯电价的滚动经济优化运行。
本公开针对交直流混合分布式系统的运行控制问题，计及系统中的分布式可再生能源(光伏、光热、风机等)，并且针对配置有多功能电力电子变压器的交直流混合分布式系统，提供了一种适用于交直混合分布式系统的运行控制系统。本公开采用三层两级的控制系统架构，不仅为单个交直流混合分布式系统提供一体化的运行控制体系，还为多个交直流混合分布式系统提供统一的云端运行管理机制，从而为大规模管理此类系统提供智能化的解决方案。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
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