本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及光伏發(fā)電調(diào)度領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

以太陽能光伏發(fā)電為代表的新能源供電方式具有較好的應(yīng)用前景。目前，光伏電站普遍采用統(tǒng)購統(tǒng)銷的并網(wǎng)模式獲取發(fā)電收益。該模式下，光伏電站需要將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，經(jīng)逆變器直/交流轉(zhuǎn)換并升壓后，接入公共電網(wǎng)高壓線路，發(fā)電收益根據(jù)并網(wǎng)發(fā)電量和上網(wǎng)電價進行結(jié)算。此模式存在兩方面的缺點：一方面，光伏電站生產(chǎn)的電能經(jīng)過多次變壓轉(zhuǎn)換和長距離線路傳輸，才能到達用戶，由此產(chǎn)生較多的能量損耗。另一方面，上網(wǎng)電價與電網(wǎng)零售電價存在一定的價差，光伏電站將所有生產(chǎn)的電能以較低的上網(wǎng)電價出售，損失了一定的發(fā)電收益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)一種可以減少光伏電站并網(wǎng)發(fā)電的損耗，同時增加光伏電站發(fā)電收益，減少本地用戶用電成本的光伏調(diào)度系統(tǒng)和方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：光伏電站供電調(diào)度系統(tǒng)，光伏電站中的光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電，直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成低壓交流電，所述逆變器輸出的低壓交流電分兩路輸出，其中一路經(jīng)第一閘刀開關(guān)、第一電量計連接升壓變壓器，經(jīng)升壓變壓器升壓后接入公共電網(wǎng)高壓母線，另一路經(jīng)第二閘刀開關(guān)、第二電量計連接本地低壓用戶線向用戶供電，所述公共電網(wǎng)高壓母線經(jīng)降壓變壓器、第三刀閘開關(guān)與本地低壓用戶線連接，所述用戶的用電負載經(jīng)電能控制器與本地低壓用戶線連接。

系統(tǒng)設(shè)有電網(wǎng)控制節(jié)點，所述電網(wǎng)控制節(jié)點經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)與第一電量計、第二電量計、各用戶的電能控制器以及光伏電站相互通信，所述第一電量計、第二電量計和電能控制器采集的信息實時發(fā)送到電網(wǎng)控制節(jié)點。

所述第一電量計用于計量光伏電站輸出到公共電網(wǎng)的電量，所述第二電量計用于計量光伏電站直供本地用戶的電量，所述用戶的電能控制器計量用戶用電負載的用電量。

基于所述光伏電站供電調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度方法，電網(wǎng)控制節(jié)點動態(tài)調(diào)整第一刀閘開關(guān)、第二刀閘開關(guān)和第三刀閘開關(guān)的開合狀態(tài)，使得光伏電站在以下三種供電運行狀態(tài)間進行切換；

1)光伏電站離網(wǎng)狀態(tài)：光伏電站發(fā)電功率小于供電標(biāo)準(zhǔn)時，第三刀閘開關(guān)合上，第一刀閘開關(guān)和第二刀閘開關(guān)斷開，本地用戶由公共電網(wǎng)高壓母線供電；

2)光伏電站與公共電網(wǎng)聯(lián)合供電狀態(tài)：光伏電站發(fā)電功率達到供電標(biāo)準(zhǔn)，但是不能完全滿足本地用戶用電需求時，第二刀閘開關(guān)和第三刀閘開關(guān)合上，第一刀閘開關(guān)斷開，本地用戶由光伏電站和公共電網(wǎng)高壓母線供電；

3)光伏電站獨立供電狀態(tài)：光伏電站發(fā)電功率能滿足本地用戶用電需求時，第三刀閘開關(guān)斷開，第一刀閘開關(guān)和第二刀閘開關(guān)合上，本地用戶由光伏電站供電，同時，光伏電站的剩余電量輸入公共電網(wǎng)高壓母線供電。

所述光伏電站離網(wǎng)狀態(tài)還包括由于檢修以及電網(wǎng)穩(wěn)定控制需要時，第三刀閘開關(guān)合上，第一刀閘開關(guān)和第二刀閘開關(guān)斷開。

基于所述調(diào)度方法的電費計價方法，包括固定價格方法和動態(tài)定價方法；

所述固定價格方法：

光伏電站的為本地用戶供電的價格為p_s，光伏電站輸入公共電網(wǎng)的電價為p_f，本地用戶從公共電網(wǎng)購入的電價為p_r；

p_s＝θp_f+(1-θ)p_r；其中θ為自定義的調(diào)節(jié)參數(shù)，滿足0≤θ≤1的條件；

所述動態(tài)定價方法：

步驟1：光伏電站將t時間段供電價格p_s,t設(shè)置為p_f作為初始值；

步驟2：光伏電站通過網(wǎng)絡(luò)將p_s,t發(fā)送給所有用戶；

步驟3：每個用戶的電能控制器根據(jù)收到的p_s,t，根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)獲取每個本地用戶t時間段內(nèi)用戶的計劃用電量；

步驟4：將用戶的計劃用電量發(fā)送至電網(wǎng)控制節(jié)點；

步驟5：電網(wǎng)控制節(jié)點對所收到的所有用戶在t時間段內(nèi)計劃用電量信息進行求和，然后將結(jié)果發(fā)送給光伏電站；

步驟6：光伏電站根據(jù)收到的所有用戶在t時間段內(nèi)計劃用電量總和e_user,t，以及t時間段內(nèi)預(yù)期發(fā)電量e_pv,t，計算t時間段的預(yù)期收益，

步驟7：將供電價格p_s,t增加Δp，其中Δp為步長；

步驟8：判斷供電價格p_s,t是否大于電網(wǎng)零售電價p_r，如果p_s,t不大于p_r則返回并重復(fù)步驟2-8，如果p_s,t大于p_r，則進入步驟9；

步驟9：對比在所有可能的供電價格下，光伏電站可能獲得的預(yù)期收益，選擇預(yù)期收益最大時設(shè)定的電價作為t時間段的供電價格p_s,t，并發(fā)送給電網(wǎng)控制節(jié)點和用戶。

光伏電站供電結(jié)算方法：光伏電站的供電收益以及每個用戶的購電費用由電網(wǎng)控制節(jié)點統(tǒng)一結(jié)算，所述第二電量計在t時間段測量得到的電量為c_user,^t，表示在t時間段內(nèi)光伏電站直接提供給用戶的總電量，第一電量計在t時間段測量得到的電量為c_feed_^,t，表示在t時間段內(nèi)光伏電站輸入公共電網(wǎng)的總電量，用戶i的電能控制器在t時間段測量得到的電量為c_i,^t，表示在t時間段內(nèi)用戶i消耗的總電量，每天光伏電站的收益結(jié)算和每個用戶的電費計算方法如下：

如果光伏電站采用固定電價p_s，則光伏電站在一天內(nèi)的售電收益，包括直供用戶的收益和輸入公共電網(wǎng)的收益兩部分：

所述固定價格方法售電收益計算公式為：

所述動態(tài)定價方法售電收益計算公式為：

用戶電費結(jié)算方法：用戶i在一天內(nèi)的購電費用，包括從光伏電站的購電費用和從公共電網(wǎng)的購電費用兩部分；

如果光伏電站采用固定價格方法，電量單價為p_s，則戶i在一天內(nèi)的電費計算公式為

其中N為本地用戶總數(shù)量；

如果電站采用動態(tài)定價方法，則戶i在一天內(nèi)的電費計算公式為

其中，表示在t時間段內(nèi)，光伏電站提供給用戶的總電量占所有用戶總用電量的比例，表示在t時間段內(nèi)用戶i消耗的光伏電站供電量，而表示在t時間段內(nèi)用戶i消耗的公共電網(wǎng)供電量。

本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點：

1、現(xiàn)有光伏電站工作模式主要采用發(fā)電自用、余電上網(wǎng)的方案，采用本發(fā)明方法，光伏電站可以直接向本地用戶供電，就近消納光伏電站輸出的電能，減少損耗。

2、現(xiàn)有光伏電站并網(wǎng)發(fā)電收益結(jié)算采用統(tǒng)購統(tǒng)銷模式，而上網(wǎng)電價低于電網(wǎng)零售電價，采用本發(fā)明方法，光伏電站可以和本地用戶直接交易，通過高于上網(wǎng)電價的合理定價獲取更多發(fā)電收益。同時，本地用戶也能以低于電網(wǎng)零售電價的價格使用光伏電站生產(chǎn)的電能。采用本發(fā)明方法，對光伏電站和本地用戶都有益處。

3、本發(fā)明設(shè)計了固定價格和動態(tài)定價兩種定價方法。固定價格方法簡單易行，適用于用戶負載不能動態(tài)調(diào)節(jié)用電功率和用電時間段的情況。而隨著智能電器技術(shù)的發(fā)展，很多柔性用戶負載可以動態(tài)調(diào)節(jié)用電功率和用電時間段。此時采用動態(tài)定價方法，可以引導(dǎo)用戶盡可能多的將用電需求調(diào)整到光伏電站發(fā)電量多的時間段，提高清潔電能的利用率。

4、本發(fā)明設(shè)計的動態(tài)定價方法基于分布式計算方法，光伏電站進行定價時，不需要知道每個用戶的用電偏好以及單獨的用電計劃等信息，只需要由可信的電網(wǎng)控制節(jié)點發(fā)送的本地用戶總用電計劃信息。該方法可擴展性強，并可以保護用戶的隱私信息。

附圖說明

下面對本發(fā)明說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容作簡要說明：

圖1為光伏電站供電調(diào)度系統(tǒng)框圖；

圖2為光伏電站供電調(diào)度方法中的計費流程圖。

具體實施方式

光伏電站供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

本發(fā)明所采用的光伏電站供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

光伏電站1中的光伏組件2將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電，直流電經(jīng)逆變器3轉(zhuǎn)換為低壓交流電。低壓交流電分為兩路，一路經(jīng)的第二刀閘開關(guān)4與第二電量計5連接本地低壓用戶線6，向本地用戶(例如7和8)供電；另一路經(jīng)第一刀閘開關(guān)9與第一電量計10連接升壓變壓器11，經(jīng)升壓后接入公共電網(wǎng)高壓母線12。公共電網(wǎng)高壓母線經(jīng)降壓變壓器13與第三刀閘開關(guān)14與本地低壓用戶線連接，用戶的用電負載(15、16、17和18)經(jīng)電能控制器(19和20)與本地低壓用戶線連接。

該系統(tǒng)中的電網(wǎng)控制節(jié)點21經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)22與各電量計、各用戶的電能控制器以及光伏電站相互通信。電網(wǎng)控制節(jié)點根據(jù)光伏電站的發(fā)電狀態(tài)以及用戶的用電情況，控制各刀閘開關(guān)的開合狀態(tài)，實現(xiàn)光伏電站的電能傳輸調(diào)度。同時，電網(wǎng)控制節(jié)點實現(xiàn)電量計量匯總與電費結(jié)算等功能。通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)實際部署情況可以采用無線通信技術(shù)、電力線通信技術(shù)，或者兩種技術(shù)方案相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)形式。第二電量計5用于計量光伏電站直供本地用戶的電量，第一電量計10用于計量光伏電站輸出到公共電網(wǎng)的電量，用戶的電能控制器可以計量用電負載的用電量，電量計和電能控制器采集的信息實時發(fā)送到電網(wǎng)控制節(jié)點。對于某些柔性用電負載，例如可以調(diào)節(jié)設(shè)定溫度的空調(diào)系統(tǒng)，以及可以調(diào)整用電時間段的洗衣機、熱水器等，電能控制器可以根據(jù)電價對其進行用電調(diào)度與控制。

光伏電站供電調(diào)度方法：

由于光伏電站的發(fā)電量隨季節(jié)、時間和光照強度等條件變化，具有很強的動態(tài)性。同時，本地用戶的用電量也是不斷變化的。為了使得光伏電站生產(chǎn)的電能盡可能多的被本地用戶使用，本發(fā)明設(shè)計了一種光伏電站供電調(diào)度方法。

具體供電調(diào)度方法如下：光伏電站控制系統(tǒng)實時監(jiān)測光照強度等環(huán)境條件和自身發(fā)電狀態(tài)，并向電網(wǎng)控制節(jié)點上報相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)；本地用戶的電能控制器實時監(jiān)測負載的用電信息，并向電網(wǎng)控制節(jié)點上報相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)。電網(wǎng)控制節(jié)點根據(jù)所采集的光伏電站運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及本地用戶的用電信息數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整第二刀閘開關(guān)4、第一刀閘開關(guān)9和第三刀閘開關(guān)14的開合狀態(tài)，使得光伏電站在以下三種供電運行狀態(tài)間進行切換。

1、光伏電站離網(wǎng)狀態(tài)。光伏電站發(fā)電功率小于供電標(biāo)準(zhǔn)時(如夜間)，或者由于檢修以及電網(wǎng)穩(wěn)定控制需要，光伏電站離網(wǎng)，第二刀閘開關(guān)4和第一刀閘開關(guān)9斷開，第三刀閘開關(guān)14合上，本地用戶由公共電網(wǎng)供電。

2、光伏電站與公共電網(wǎng)聯(lián)合供電狀態(tài)。光伏電站發(fā)電功率達到供電標(biāo)準(zhǔn)，但是不能完全滿足本地用戶用電需求時，第一刀閘開關(guān)9斷開，第二刀閘開關(guān)4和第三刀閘開關(guān)14合上，本地用戶由光伏電站和公共電網(wǎng)同時供電。

3、光伏電站獨立供電狀態(tài)。光伏電站發(fā)電功率較大，能夠完全滿足本地用戶用電需求并有剩余容量時，第三刀閘開關(guān)14斷開，第二刀閘開關(guān)4和第一刀閘開關(guān)9合上，本地用戶由光伏電站供電，同時，光伏電站的剩余電量輸入公共電網(wǎng)。

光伏電站供電定價方法：

根據(jù)目前的電網(wǎng)實際情況，光伏電站輸入公共電網(wǎng)的電量按上網(wǎng)電價p_f定價，本地用戶從公共電網(wǎng)購入的電量按電網(wǎng)零售電價p_r定價，這兩個價格滿足p_r>p_f的關(guān)系。采用了本發(fā)明設(shè)計的光伏電站供電調(diào)度方法之后，光伏電站可以直接和本地用戶進行電能交易。當(dāng)光伏電站的電價設(shè)定在p_f和p_r之間時，光伏電站能夠以高于p_f的價格出售部分電量，而本地用戶能夠以低于p_r的價格買入部分電量，提高光伏電站售電收益，降低用戶購電成本。

本發(fā)明設(shè)計了兩種光伏電站定價方法，一種為固定價格方法，一種為動態(tài)定價方法。在系統(tǒng)部署時，可根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的定價方法。

固定價格方法：

當(dāng)用戶的用電負載都為傳統(tǒng)負載時，不能動態(tài)調(diào)節(jié)用電功率或用電時間段，在這種情況下，光伏電站的供電價格p_s設(shè)為一個固定值，其計算公式如下：

p_s＝θp_f+(1-θ)p_r

其中θ為調(diào)節(jié)參數(shù)，滿足0≤θ≤1的條件，θ的數(shù)值由光伏電站和本地用戶協(xié)商達成。

動態(tài)定價方法：

由于光伏電站的發(fā)電狀態(tài)隨光照強度等外部環(huán)境條件變化，具有較強的動態(tài)性，為了使得光伏電站的發(fā)電量能夠盡可能多的被本地用戶使用，光伏電站可以采用動態(tài)定價的方法。其基本原則是，將光伏電站供電價格p_s設(shè)定在上網(wǎng)電價p_f和電網(wǎng)零售電價p_r之間，發(fā)電量多時p_s較低，發(fā)電量少時p_s較高，引導(dǎo)用戶將負載用電量調(diào)整到發(fā)電量較多時間段。采用動態(tài)定價方法，需要用戶的部分(或全部)用電負載為柔性負載，能夠動態(tài)調(diào)節(jié)用電功率或用電時間段。此時，用戶的電能控制器可以動態(tài)調(diào)整負載的用電計劃，在滿足負載用電需求的條件下，盡量將負載的用電量調(diào)整到電價較低的時間段，減少用戶的電費支出。

將時間分為多個時間段，每個時間段的長度為固定值，例如可以設(shè)為一個小時。某個時間段t的光伏電站供電價格記為p_s,t，由光伏電站在時間段t-1內(nèi)決策。光伏電站在進行定價決策時，需要根據(jù)當(dāng)前的發(fā)電狀態(tài)和對下一時間段發(fā)電量的預(yù)測，結(jié)合用戶對自身在下一時間段的用電計劃進行計算，其詳細步驟如圖2所示。

步驟1：光伏電站將t時間段供電價格p_s,t設(shè)置為上網(wǎng)電價p_f作為初始值。

步驟2：光伏電站通過網(wǎng)絡(luò)將p_s,t發(fā)送給所有用戶。

步驟3：每個用戶的電能控制器根據(jù)收到的p_s,t，依照用戶設(shè)定的用電偏好和用電負載的可調(diào)度時間段，計算t時間段內(nèi)用戶的計劃用電量。

步驟4：為了保護用戶的用電隱私，用戶的計劃用電量不直接發(fā)送給光伏電站，而是在規(guī)定時間內(nèi)采用加密的方式發(fā)送給可信的電網(wǎng)控制節(jié)點。

步驟5：電網(wǎng)控制節(jié)點對所收到的所有用戶在t時間段內(nèi)計劃用電量信息進行解密并求和，然后將結(jié)果發(fā)送給光伏電站。

步驟6：光伏電站根據(jù)收到的所有用戶在t時間段內(nèi)計劃用電量總和e_user,t，以及t時間段內(nèi)預(yù)期發(fā)電量e_pv,t，計算t時間段的預(yù)期收益，計算公式如下：

r_exp,t＝p_s,tmin(e_pv,t,e_user,t)。

步驟7：將供電價格p_s,t增加Δp，其中Δp為步長。(Δp為預(yù)設(shè)的修正定值，用于循環(huán)累加到合適電價)

步驟8：判斷供電價格p_s,t是否大于電網(wǎng)零售電價p_r，如果p_s,t不大于p_r則返回并重復(fù)步驟2-8。如果p_s,t大于p_r，則進入步驟9。

步驟9：對比在所有可能的供電價格下，光伏電站可能獲得的預(yù)期收益，選擇預(yù)期收益最大時設(shè)定的電價作為t時間段的供電價格p_s,t，并發(fā)送給電網(wǎng)控制節(jié)點和用戶。

光伏電站供電結(jié)算方法：

光伏電站的供電收益以及每個用戶的購電費用由電網(wǎng)控制節(jié)點統(tǒng)一結(jié)算。第二電量計在t時間段測量得到的電量為c_user,t，表示在t時間段內(nèi)光伏電站直接提供給用戶的總電量，第一電量計在t時間段測量得到的電量為c_feed,t，表示在t時間段內(nèi)光伏電站輸入公共電網(wǎng)的總電量。用戶i的電能控制器在t時間段測量得到的電量為c_i,t，表示在t時間段內(nèi)用戶i消耗的總電量。以一天時間為例，每個時間段為1個小時，光伏電站的收益結(jié)算和每個用戶的電費計算方法如下。

光伏電站收益結(jié)算：

如果光伏電站采用固定電價p_s，則光伏電站在一天內(nèi)的售電收益，包括直供用戶的收益和輸入公共電網(wǎng)的收益兩部分。如果光伏電站采用固定價格p_s，其售電收益計算公式為：

如果電站采用動態(tài)定價，在t時間段內(nèi)價格為p_s,t，其售電收益計算公式為：

用戶電費結(jié)算：

用戶i在一天內(nèi)的購電費用，包括從光伏電站的購電費用和從公共電網(wǎng)的購電費用兩部分。如果光伏電站采用固定價格p_s，則戶i在一天內(nèi)的電費計算公式為

其中N為本地用戶總數(shù)量。

如果電站采用動態(tài)定價，則戶i在一天內(nèi)的電費計算公式為

其中，表示在t時間段內(nèi)，光伏電站提供給用戶的總電量占所有用戶總用電量的比例，表示在t時間段內(nèi)用戶i消耗的光伏電站供電量，而表示在t時間段內(nèi)用戶i消耗的公共電網(wǎng)供電量。