一种电网新能源机组与储能协调切换控制方法与流程

本发明涉及一种电网新能源机组与储能协调切换控制方法，属于电力系统运行与控制。

背景技术：

1、近年来，绿色低碳能源建设在全球范围内受到广泛重视。与此同时，传统电源模式的弊端也暴露无遗。因此，采用可再生能源发电技术的电网有很大的利用空间。电网一般由一组负载、储能设备和一些多电源组成。由于电网包含多种类型的发电组件和储能设备，系统的终端比传统电网复杂得多，它们之间的相互作用通常反映出更复杂的混合动态行为。由于包括光伏和风电在内的电源输出功率高度依赖于随机的自然环境，因此它们经常提供间歇性和随机性的电力输送。因此，电网非常有必要提供灵活可靠的控制策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电网新能源机组与储能协调切换控制方法，最大限度地利用可再生能源来提供高质量的电力以满足系统安全运行的需求，有效利用储能系统来填补电力不足缺陷，并有效保证其运行的经济效益。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种电网新能源机组与储能协调切换控制方法，包括：

4、通过预先在电网中搭建的基于多智能体系统的两级分层控制结构，对电网中每个母线的动态电压进行检测；

5、基于检测的动态电压，计算各母线电压的移动平均值；

6、通过所述移动平均值和预先测量的实际电压，计算实际电压与移动平均值之间的差异百分比；

7、基于实际电压与移动平均值之间的差异百分比，计算电压稳定风险指标；

8、根据所述电压稳定风险指标判断电压是否稳定，若不稳定则触发协调切换控制指令。

9、进一步的，所述电网包括不同类型的电源和各种储能设备，所述储能设备包括用于长期能源的电池、用于快速动态功率调节的超级电容器和飞轮，所述电源和储能设备能够根据其制约的气候条件或系统所需的功率变化以不同模式运行。

10、进一步的，所述两级分层控制结构包括电网上层协调控制层与下层单元控制层，所述上层协调控制层包括电网中央控制器，用于根据电网电压的不稳定区域生成离散指令，并发送至下层单元控制层，所述下层单元控制层包括电源智能体、储能智能体、公用电网智能体和负荷智能体，用于根据上层协调控制层的离散指令切换模式。

11、进一步的，所述基于检测的动态电压，计算各母线电压的移动平均值，包括：

12、对电网中第i个母线的动态电压进行检测，公式如下：

13、（1）；

14、其中，为第i个节点在第n个时刻的电压，t表示矩阵转置运算；

15、计算第i个节点在第j个时刻从n个可用测量中得到的移动平均值公式如下：

16、（2）；

17、其中，为第i个节点在第k个时刻的电压，n，m为可用测量数。

18、进一步的，所述基于实际电压与移动平均值之间的差异百分比，计算电压稳定风险指标，包括：

19、计算节点i测量的实际电压与第j个时刻的移动平均值之间的差异百分比公式如下：

20、（3）；

21、其中，为第i个节点在第j个时刻的实际电压；

22、通过差异百分比，计算j时刻的第i个母线电压稳定风险指标，公式如下：

23、（4）；

24、其中，/为节点i测量电压与第k/k+1个时刻的移动平均值之间的差异百分比。

25、进一步的，所述根据所述电压稳定风险指标判断电压是否稳定，包括：设定安全电压阈值为，若，则电压不稳定；如果，电压稳定。

26、进一步的，所述下层单元控制层包括新能源风电单元、光伏机组单元、储能单元，所述新能源风电单元、光伏机组单元、储能单元通过模糊petri网模型建立。

27、进一步的，所述协调切换控制指令包括：

28、指令1：将储能单元切换到充电模式，并停止之前的放电模式；

29、指令2：将储能单元切换至放电模式；

30、指令3：将超级电容器和飞轮切换至充电模式；

31、指令4：将超级电容器和飞轮切换到放电模式；

32、指令5：要求燃料电池切换到启动模式；

33、指令6：要求燃料电池切换到待机模式；

34、指令7：强制非关键负载单元转为甩负荷模式；

35、指令8：要求电网代理以孤岛模式运行；

36、指令9：要求电网代理接入主电网。

37、进一步的，所述方法还包括：

38、当上层协调控制层检测到接近报警值的上级电网故障时，电网中央控制器启动解列模式令牌，按顺序向电网注入功率的下级机组逆变器控制，上层协调控制层控制指令是基于所有节点的电压稳定域，能量管理通过系统功率平衡来判断，公式如下：

39、（9）；

40、其中，和分别为风电、光伏功率，为本地负载的所需功率，表示负载的数量，为储能的放电功率，为燃料电池功率，为储能单元工作模式的信号，如果等于0，则放电模式被激活，否则，充电模式被激活；

41、当公用电网出现波动时，系统稳定运行，电网控制中心监测电网的频率和电压是否等于市电电网，然后向其发送指令9；

42、当上层协调控制层检测到电网接近阈值时，它会向下层单元控制层发送指令8，各阶段的控制输入如下所示：

43、（10）；

44、（11）；

45、（12）；

46、（13）；

47、其中，为当电源系统提供的功率大于本地负荷所需功率时的控制输入，为当电源系统提供的功率小于本地负荷所需功率时的控制输入，为当电源系统与电池提供的功率小于本地负荷所需功率时的控制输入，为当电源系统与储能设备提供的功率小于本地负荷所需功率时的控制输入，为电源系统控制输入，和分别为电源系统提供的功率与本地负荷所需的功率，为电池控制输入，为电池功率，为储能设备控制输入，为燃料电池控制输入；

48、在模糊petri网模型中，新能源风电单元、光伏机组单元以最大功率点跟踪模式运行，此时的状态是风电和光伏逆变器的控制输入端与电网母线相连，电源智能体将能量传递给储能智能体；

49、上层协调控制层确定电网输出功率满足公式(11)，然后向储能智能体发送指令1，令其等于1，储能的优先级取决于如下式所示：

50、（14）；

51、其中，、为时刻m、i储能的荷电状态，n2为时刻数，为当前储能的状态占所有状态的比例，该比例越大，值越高；

52、如果风电和光伏的额外功率超过电池容量，上层协调控制层根据风电和光伏的输出功率达到公式（12）的条件，向超级电容器和飞轮发送指令3，向储能智能体发送指令2，多智能体系统将置为0，激活模糊petri网模型，出现以下两种情况：

53、(a)，为时刻k储能的放电功率，上层协调控制层向处于最小值的储能智能体发送指令1；

54、(b)，这是公式(13)的临界状态，上层协调控制层根据优先级向相关智能体发送指令4和6，通过公式(14)，如果电力短缺持续存在，或者达到警戒值，下一个令牌将被激活，最后，多智能体系统将燃料电池的待机模式切换为启动模式；

55、当所有发电机的输出功率满足负荷消耗时，按照指令6、3和1的优先级依次切换为暂停输出模式；

56、当超过，电网输出功率无法满足负荷需求，系统超过安全阈值，电网无法承载所有负荷，上层协调控制层将向非关键负荷智能体发送指令7，以适应在正常运行模式下运行的关键负荷；

57、当电网趋于稳定，多智能体系统检测到信息并接收下层单元控制层的报价，电网重新接受之前被切断的非关键负荷，然后向本地智能体发送指令9，使其作为负荷重新接入电网。

58、第二方面，本发明提供一种电网新能源机组与储能协调切换控制装置，包括：

59、检测模块，用于通过预先在电网中搭建的基于多智能体系统的两级分层控制结构，对电网中每个母线的动态电压进行检测；

60、第一计算模块，用于基于检测的动态电压，计算各母线电压的移动平均值；

61、第二计算模块，用于通过所述移动平均值和预先测量的实际电压，计算实际电压与移动平均值之间的差异百分比；

62、第三计算模块，用于基于实际电压与移动平均值之间的差异百分比，计算电压稳定风险指标；

63、切换控制模块，用于根据所述电压稳定风险指标判断电压是否稳定，若不稳定则触发协调切换控制指令。

64、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述中任一项所述方法的步骤。

65、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括：

66、存储器，用于存储计算机程序/指令；

67、处理器，用于执行所述计算机程序/指令以实现前述中任一项所述方法的步骤。

68、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现前述中任一项所述方法的步骤。

69、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

70、（1）本发明提出的基于多智能体系统的两级分层控制架构，能够有效解决电源和储能系统多种运行模式的复杂切换控制问题。

71、（2）本发明制定了电压安全评估指标，能够很好地表征不同的电源单元接入电网时对电能质量中电压的影响，以支撑协调控制指令的实施。

72、（3）本发明提出了一种切换各机组运行模式的能源管理策略以应对电网运行环境的不确定性和紧急情况，有效保证了系统运行的安全性，为本地负荷提供高效、安全的能力来源。