CN106410847A - 一种分布式光伏的区域调控互动终端和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分布式光伏的区域调控互动终端和方法,包括通信单元、人机交互单元、主控单元、存储单元和调度中心的主站服务器;调度中心的主站服务器接收分布式光伏电站的用电信息、分布式光伏电站的互动意愿、分布式光伏电站申报的多种互动量,还用于下发互动时间段和峰谷电价;人机交互单元用于显示互动时间段、分布式光伏电站的用电信息,采集分布式光伏电站的互动意愿;主控单元根据互动时间段、峰谷电价计算出分布式光伏电站申报的互动负荷量。本发明中存储用户互动终端能够满足分布式光伏的区域调控终端与主站服务器的双向通信需求,进而促进分布式光伏参与电网互动,以达到降低配电网峰谷差。提高配电网运行效率的目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种互动终端和方法,具体涉及一种分布式光伏的区域调控互动终端和方法。
背景技术
在经济发展的过程中,伴随着能源的消费,以化石能源为主体的资源需求结构会对地球环境的破坏,即3E问题,解决3E问题的方法就是要依靠清洁能源技术的开发,实现能源、环境、经济的良性循环。与煤、石油、天然气等化石燃料相比,由于太阳能的巨大的储能能力、普遍存在性、经济性等特点,太阳能是理想的可再生绿色能源。随着国家审批权下发和各项政策的出台,分布式发电技术迎来了新一轮的快速发展期,尤其是具有清洁环保、无污染、分布广泛、可再生等优点的光伏发电,具有更广阔的市场空间。
分布式发电的核心特征是“就地消纳”。目前,全球90%的电力负荷是由集中式单一的电力系统提供,其主要特征是大机组、高电足、大电网。但是由于其固有的弱点,迭种供电系统已不能满足负荷对供电质量与可靠性越来越高的要求。从安全角度分析,大电网中任何故降所造成的扰动将影响整个电网,甚至可能造成大面积停电甚至全网崩溃。从经济角度分析,集中式供电系统为了调节短时的供电峰值需要建设大量造价高昂的发电机组,经济上不合理。大电网与分布式系统相结合,不仅能够提高系统的灵活性及安全性,而且能够节省投资。
目前,分布式光伏发电大多以分散屋顶或建筑一体化为主,基于布线的简便性和能源就地接入就地使用减小损耗的原则,城市电网中光伏的接入将是分散而无序的,分布式光伏的大量接入改变了原有的单电源结构,单配电网变成多电源结构,而且也给电网的调度工作带来很大的困难。为提高电网对分布式光伏发电的接纳能力,降低分布式光伏发电对电网运行的负面影响,能够接收调度系统的调节指令,研究分布式光伏电站的调度调节系统是非常必要的。另外,在我国当前的电力市场中,用户处于被动地位,上网电价是国家统一规定。随着社会的不断进步和市场的不断开放,我们需要更加灵活的输配电价格机制才能激励社会的发展。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种分布式光伏的区域调控互动终端和方法,能够满足分布式光伏的区域单元与调度中心的双向通信需求,进而促进分布式光伏的区域单元参与电网互动,以达到降低配电网峰谷差,提高配电网运行效率的目标。
实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
一种分布式光伏的区域调控互动终端,包括通信单元、人机交互单元、主控单元、存储单元和调度中心的主站服务器;
所述人机交互单元和存储单元分别与主控单元相连,调度中心的主站服务器通过通信单元与主控单元相连;
所述调度中心的主站服务器用于接收用采系统中分布式光伏电站的用电信息、人机交互单元采集的分布式光伏电站的互动意愿、主控单元计算出来分布式光伏电站申报的多种互动量,还用于下发互动时间段和峰谷电价到主控单元;
所述人机交互单元,用于显示互动时间段、分布式光伏电站的用电信息,采集分布式光伏电站的互动意愿,并发送到主控单元;
所述主控单元,用于根据互动时间段、峰谷电价,计算出分布式光伏电站申报的多种互动负荷量,然后将分布式光伏电站申报互动负荷量发送给调度中心的主站服务器;
所述存储单元用于存储分布式光伏电站的用电信息,调度中心的主站服务器下发的互动时间段、峰谷电价,分布式光伏电站的互动意愿,分布式光伏电站申报的互动负荷量。
所述主控单元包括MCU控制模块,分别与MCU控制模块相连的电源管理模块、时钟芯片、峰谷电价调度模块,MCU控制模块还分别与通信单元、人机交互单元和存储单元相连;
电源管理模块,用于给分布式光伏的区域调控互动终端中的各个模块供电管理;
时钟芯片,用于给分布式光伏的区域调控互动终端提供时钟信号;
峰谷电价调度模块,用于将互动时间段和峰谷电价代入到峰谷电价的响应模型和各时段的拟合负荷计算出用户可以申报的互动负荷量;
所述通信单元包括:第一通信模块和第二通信模块;所述第一通信模块用于与用采系统进行数据交互;所述第二通信模块用于与调度中心的主站服务器进行无线通信。
所述第二通信模块接收的数据必须要接受到设定的使能信号才能进行数据的读取,使用Hamming Code对使能信号编码。
一种分布式光伏的区域调控互动方法,包括如下步骤:
步骤一、将分布式光伏电站的用电信息上传给调度中心的主站服务器;
步骤二、调度中心的主站服务器根据分布式光伏电站的用电信息计算峰谷电价、互动时间段,然后将峰谷电价和互动时间段下发给分布式光伏电站;
步骤三、人机交互单元采集用户的互动意愿,并显示分布式光伏电站的用电信息、互动时间段和峰谷电价;
步骤四、分布式光伏电站将互动时间段、峰谷电价代入到峰谷电价的响应模型和各时段的拟合负荷计算出用户可以申报的多种互动负荷量,并传送到调度中心的主站服务器;
步骤五、调度中心的主站服务器将结合互动负荷量和峰谷电价优化的数学模型的目标函数,利用设定的优化调度算法计算出最优的下发互动量;
步骤六、将最优的下发互动量发送到分布式光伏电站。
所述峰谷电价的响应模型为:
其中,j表示第j类用户;λpvj为峰时段到谷时段的转移率;Δpvj为峰时段电价pp与谷时段电价pv之差;点(apvj,0)为分段线性峰谷时段转移率曲线的死区拐点,apvj为死区阈值;点为分段线性峰谷时段转移率曲线的饱和区拐点,bpvj为饱和区阈值;为在峰谷电价差变化下峰时段到谷时段的最大负荷转移率;Kpvj为分段线性峰谷时段转移率曲线线性区的斜率;
基于上述3段峰谷电价响应曲线,各时段的拟合负荷可表示为:
式中:λpv、λpf、λfv分别为峰时段到谷时段的负荷转移率、峰时段到平时段的负荷转移率、平时段到谷时段的负荷转移率;Tp、Tf、Tv分别为峰时段、平时段、谷时段,t为其中的任一时段;Lt0为峰谷电价实施前t时段的实测负荷,、Lt为峰谷电价实施后t时段的拟合负荷,即分布式光伏电站可申报的互动负荷量;分别为峰谷电价实施后峰、平、谷时段总负荷在相应时段内的平均值。
所述峰谷电价优化的数学模型的目标函数为:
电力公司电费收入最大:
max(LpTOUPPTOU+LfTOUPfTOU+LvTOUPvTOU)
负荷峰谷差最小:
min(max(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU))-min(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)))
式中:LpTOU,LfTOU,LvTOU分别为峰谷电价实施后的峰谷平负荷;PPTOU,PfTOU,PvTOU分别为峰谷电价实施后的峰谷电价;L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)为实施峰谷电价后分布式光伏电站按照峰谷电价响应模型削峰填谷后的负荷。
所述优化调度算法为NSGA-II算法,分布式光伏电站可以申报的多种互动负荷量作为NSGA-II算法的初始值,然后利用NSGA-II算法对峰谷电价优化的数学模型进行多目标分时电价的优化求解,获得最优的下发互动量。
本发明的有益效果:
本发明满足分布式光伏的区域调控终端与调度中心的双向通信需求,进而促进分布式光伏的区域调控终端参与电网互动,降低配电网峰谷差,提高配电网运行效率的目标。
本发明的分布式光伏的区域调控终端具有开放式的人机界面,用户不仅可以通过该界面完成互动指令接受与互动意愿申报,还可以进行历史互动信息查询,对以往的互动结果进行对比分析,有助于用户调整执行方案,更好地参与互动。
附图说明
图1是本发明一种实施例的分布式光伏的区域调控终端的原理图。
图2是本发明一种实施例的分布式光伏的区域调控互动方法的原理图。
图3是本发明的一种分布式光伏的区域调控互动方法的峰时段到谷时段的负荷转移率曲线。
图4是本发明提供的一种分布式光伏的区域调控互动方法的峰谷电价实施前后配电网负荷曲线。
图5是本发明提供的一种分布式光伏的区域调控终端的软件架构图。
图6是本发明提供的一种分布式光伏的区域调控终端的功能结构图。
图7是本发明一种实施例的第二通信模块的时序示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示,一种分布式光伏的区域调控互动终端200,包括通信单元、人机交互单元201、主控单元、存储单元203和调度中心的主站服务器300;
所述人机交互单元201和存储单元203分别与主控单元相连,调度中心的主站服务器300通过通信单元与主控单元相连;
所述调度中心的主站服务器300用于接收用采系统中分布式光伏电站的用电信息、人机交互单元采集的分布式光伏电站的互动意愿、主控单元计算出来分布式光伏电站申报的多种互动量,还用于下发互动时间段和峰谷电价到主控单元;
所述人机交互单元201,用于显示互动时间段、分布式光伏电站的用电信息,采集分布式光伏电站的互动意愿,并发送到主控单元;
所述主控单元,用于根据互动时间段、峰谷电价,计算出分布式光伏电站申报的多种互动负荷量,然后将分布式光伏电站申报互动负荷量发送给调度中心的主站服务器;
所述存储单元203用于存储分布式光伏电站的用电信息,调度中心的主站服务器下发的互动时间段、峰谷电价,分布式光伏电站的互动意愿,分布式光伏电站申报的互动负荷量。
所述主控单元包括MCU控制模块202,分别与MCU控制模块相连的电源管理模块208、时钟芯片207、峰谷电价调度模块206,MCU控制模块还分别与通信单元、人机交互单元201和存储单元203相连;
电源管理模块208,用于给分布式光伏的区域调控互动终端中的各个模块供电管理;
时钟芯片207,用于给分布式光伏的区域调控互动终端提供时钟信号;
峰谷电价调度模块206,用于将互动时间段和峰谷电价代入到峰谷电价的响应模型和各时段的拟合负荷计算出用户可以申报的多种互动负荷量;
所述通信单元包括:第一通信模块205和第二通信模块204;所述第一通信模块205用于与用采系统进行数据交互;所述第二通信模块204用于与调度中心的主站服务器300进行无线通信。
如图7所示,分布式光伏的区域调控终端的第二通信模块的时序示意图,由于分布式光伏的区域调控终端的数据传输速率要求不高,但其安全性要求较高。目前网络安全问题日益突出,信息泄露、丢失或完整性被破坏,具体指敏感数据在有意或无意中被泄露出去或丢失,或者数据被删除、修改、插入其他干扰数据等。为了避免数据传输错误,故使用第一通信模块(也可以成为专用通信模块)来进行数据的交互,提高数据识别的精度,不是盲目的读取主站下发的数据,而是必须要接受到设定的使能信号才能进行数据的读取,使用Hamming Code对使能信号编码;比如:如果使能信号是1100,源信号为10100010,使用Hamming Code编码(哈夫曼编码)将1100加密成1100001,最终输出的信号为110000110100010,具体如图4示意图所示。所述第一通信模块为GPRS模块。
如图2所示,一种分布式光伏的区域调控互动方法,包括如下步骤:
步骤一、将分布式光伏电站的用电信息上传给调度中心的主站服务器;
步骤二、调度中心的主站服务器根据分布式光伏电站的用电信息计算峰谷电价、互动时间段,然后将峰谷电价和互动时间段下发给分布式光伏电站;此部分为现有技术,不赘述。
步骤三、人机交互单元采集用户的互动意愿,并显示分布式光伏电站的用电信息、互动时间段和峰谷电价;
步骤四、分布式光伏电站将互动时间段、峰谷电价代入到峰谷电价的响应模型和各时段的拟合负荷计算出分布式光伏电站可以申报的多种互动负荷量,并传送到调度中心的主站服务器;
步骤五、调度中心的主站服务器结合互动负荷量和峰谷电价优化的数学模型的目标函数,利用设定的优化调度算法计算出最优的下发互动量;
步骤六、将最优的下发互动量发送到分布式光伏电站。
将在实施峰谷电价后用户负荷从高电价时段向低电价时段转移量与高电价时段负荷之比定义为负荷转移率。假设负荷转移率与峰平、峰谷、平谷之间的电价差是成比例的。根据大量的社会调查数据,基于负荷转移率的用户响应模型可以近似拟合成分段线性函数,其中横坐标表示各时段之间的电价差,纵坐标表示用户的响应度,即负荷转移率,所述峰谷电价的响应模型为:
其中,j表示第j类用户;λpvj为峰时段到谷时段的转移率;Δpvj为峰时段电价pp与谷时段电价pv之差;点(apvj,0)为分段线性峰谷时段转移率曲线的死区拐点,apvj为死区阈值;点为分段线性峰谷时段转移率曲线的饱和区拐点,bpvj为饱和区阈值;为在峰谷电价差变化下峰时段到谷时段的最大负荷转移率;Kpvj为分段线性峰谷时段转移率曲线线性区的斜率;图3中,M、N分别为死区拐点和饱和区拐点。
基于上述3类响应度曲线,各时段的拟合负荷可表示为:
式中:λpv、λpf、λfv分别为峰时段到谷时段的负荷转移率、峰时段到平时段的负荷转移率、平时段到谷时段的负荷转移率;Tp、Tf、Tv分别为峰时段、平时段、谷时段,t为其中的任一时段;Lt0为峰谷电价实施前t时段的实测负荷,、Lt为峰谷电价实施后t时段的拟合负荷,即分布式光伏电站可申报的互动负荷量;分别为峰谷电价实施后峰、平、谷时段总负荷在相应时段内的平均值。
为了简化分析,使峰谷电价的优化制定过程直观和高效,需对峰谷电价优化算法进行一些假设:
i假设实行峰谷电价前后用户的用电量基本保持不变;
ii转移到某一时段的电量按时间轴平均分配。
已知用户的电价响应曲线和实施峰谷电价前的平均电价,则数学模型可描述如下
所述峰谷电价优化的数学模型的目标函数为:
电力公司电费收入最大:
max(LpTOUPPTOU+LfTOUPfTOU+LvTOUPvTOU)
负荷峰谷差最小:
min(max(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU))-min(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)))
式中:LpTOU,LfTOU,LvTOU分别为峰谷电价实施后的峰谷平负荷,PPTOU,PfTOU,PvTOU分别为峰谷电价实施后的电价,L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)为实施峰谷电价后电力用户按照用户响应模型削峰填谷后的负荷。
所述优化调度算法为NSGA-II算法,分布式光伏电站可以申报的多种互动负荷量作为NSGA-II算法的初始值,然后利用NSGA-II算法对峰谷电价优化的数学模型进行多目标分时电价的优化求解,获得最优的下发互动量。
可见峰谷电价的优化问题是一个含约束的多目标优化问题,加权法、约束法、目标规划法等处理多目标优化问题的传统方法,都存在以下几个明显的不足:一般只得到一个解、找不到相同的度量标准、受决策者主观性因素影响过大、变量间相互影响的关系往往使寻优过程异常复杂等。利用“带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA‐II)”进行多目标分时电价优化,能够求得多个Pareto最优解。决策者可以根据实际需要从Pareto最优解中进行客观选择,从根本上克服了传统多目标优化算法的缺陷,真正意义上实现了多目标优化。另外,得到Pareto最优解的同时还可以根据实际需要求出最优折衷解。
如图4所示,以某地区某用户实际历史负荷数据为场景进行分析,可见实施峰谷电价后配电网高峰时期的部分负荷转移到了负荷低谷时段,实施效果可用实施峰谷电价期间的最大峰谷差和负荷率衡量(负荷率指的是总用电量和最大负荷耗电量的比值),对于如图所示的峰谷电价实施效果,最大峰谷差由900MW降低为600MW,负荷率由0.575提高到0.695。
如图5所示,用户互动终端的总体软件架构,软件系统底层由引导程序、配置文件、设备驱动及上层接口组成,实现操作系统与硬件系统的联系;采用Linux作为本项目软件的下层操作系统,需要在互动终端中移植Linux系统内核、构建文件系统、实现设备管理、服务管理、图形窗口管理及事件系统,同时,为上层应用程序提供接口APIS,用户互动终端上层应用程序根据各用户具体需求,实现各功能模块,包括通信模块、数据管理及数据处理模块、模式库模块、界面管理模块等。
如图6所示,分布式光伏的区域调控终端功能包括:
1)用户注册信息维护
显示用户基本信息。包括:用户名称、用户编号、用户类型等。
2)用户互动时间段和互动容量指令接收及显示
终端可以接收调度中心下发的互动时间段和互动容量指令,接收到以后具备语音提醒功能,并显著地显示出来。
3)用户电价信息查询
终端可以显示不同时间段的电价以及用电量。
4)用户用电计划历史信息查询
具备按照日期查询的条件
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种分布式光伏的区域调控互动终端,其特征在于:包括通信单元、人机交互单元、主控单元、存储单元和调度中心的主站服务器;
所述人机交互单元和存储单元分别与主控单元相连,调度中心的主站服务器通过通信单元与主控单元相连;
所述调度中心的主站服务器用于接收用采系统中分布式光伏电站的用电信息、人机交互单元采集的分布式光伏电站的互动意愿、主控单元计算出来分布式光伏电站申报的多种互动量,还用于下发互动时间段和峰谷电价到主控单元;
所述人机交互单元,用于显示互动时间段、分布式光伏电站的用电信息,采集分布式光伏电站的互动意愿,并发送到主控单元;
所述主控单元,用于根据互动时间段、峰谷电价,计算出分布式光伏电站申报的多种互动负荷量,然后将分布式光伏电站申报互动负荷量发送给调度中心的主站服务器;
所述存储单元用于存储分布式光伏电站的用电信息,调度中心的主站服务器下发的互动时间段、峰谷电价,分布式光伏电站的互动意愿,分布式光伏电站申报的互动负荷量。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏的区域调控互动终端,其特征在于:所述主控单元包括MCU控制模块,分别与MCU控制模块相连的电源管理模块、时钟芯片、峰谷电价调度模块,MCU控制模块还分别与通信单元、人机交互单元和存储单元相连;
电源管理模块,用于给分布式光伏的区域调控互动终端中的各个模块供电管理;
时钟芯片,用于给分布式光伏的区域调控互动终端提供时钟信号;
峰谷电价调度模块,用于将互动时间段和峰谷电价代入到峰谷电价的响应模型和各时段的拟合负荷计算出用户可以申报的多种互动负荷量;
3.根据权利要求1所述的一种分布式光伏的区域调控互动终端,其特征在于:所述通信单元包括:第一通信模块和第二通信模块;所述第一通信模块用于与用采系统进行数据交互;所述第二通信模块用于与调度中心的主站服务器进行无线通信。
4.根据权利要求3所述的一种分布式光伏的区域调控互动终端,其特征在于:所述第二通信模块接收的数据必须要接受到设定的使能信号才能进行数据的读取,使用HammingCode对使能信号编码。
5.一种分布式光伏的区域调控互动方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、将分布式光伏电站的用电信息上传给调度中心的主站服务器;
步骤二、调度中心的主站服务器根据分布式光伏电站的用电信息计算峰谷电价、互动时间段,然后将峰谷电价和互动时间段下发给分布式光伏电站;
步骤三、人机交互单元采集用户的互动意愿,并显示分布式光伏电站的用电信息、互动时间段和峰谷电价;
步骤四、分布式光伏电站将互动时间段、峰谷电价代入到峰谷电价的响应模型和各时段的拟合负荷计算出分布式光伏电站可以申报的多种互动负荷量,并传送到调度中心的主站服务器;
步骤五、调度中心的主站服务器将结合互动负荷量和峰谷电价优化的数学模型的目标函数,利用设定的优化调度算法计算出最优的下发互动量;
步骤六、将最优的下发互动量发送到分布式光伏电站。
6.根据权利要求5所述的一种分布式光伏的区域调控互动方法,其特征在于:所述峰谷电价的响应模型为:
其中,j表示第j类用户;λpvj为峰时段到谷时段的转移率;Δpvj为峰时段电价pp与谷时段电价pv之差;点(apvj,0)为分段线性峰谷时段转移率曲线的死区拐点,apvj为死区阈值;点为分段线性峰谷时段转移率曲线的饱和区拐点,bpvj为饱和区阈值;为在峰谷电价差变化下峰时段到谷时段的最大负荷转移率;Kpvj为分段线性峰谷时段转移率曲线线性区的斜率;
基于上述3段峰谷电价响应曲线,各时段的拟合负荷可表示为:
式中:λpv、λpf、λfv分别为峰时段到谷时段的负荷转移率、峰时段到平时段的负荷转移率、平时段到谷时段的负荷转移率;Tp、Tf、Tv分别为峰时段、平时段、谷时段,t为其中的任一时段;Lt0为峰谷电价实施前t时段的实测负荷,、Lt为峰谷电价实施后t时段的拟合负荷,即分布式光伏电站可申报的互动负荷量;分别为峰谷电价实施后峰、平、谷时段总负荷在相应时段内的平均值。
7.根据权利要求6所述的一种分布式光伏的区域调控互动方法,其特征在于:所述峰谷电价优化的数学模型的目标函数为:
电力公司电费收入最大:
max(LpTOUPPTOU+LfTOUPfTOU+LvTOUPvTOU)
负荷峰谷差最小:
min(max(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU))-min(L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)))
式中:LpTOU,LfTOU,LvTOU分别为峰谷电价实施后的峰谷平负荷;PPTOU,PfTOU,PvTOU分别为峰谷电价实施后的峰谷电价;L(PpTOU,PfTOU,PvTOU)为实施峰谷电价后分布式光伏电站按照峰谷电价响应模型削峰填谷后的负荷。
8.根据权利要求7所述的一种分布式光伏的区域调控互动方法,其特征在于:所述优化调度算法为NSGA-II算法,分布式光伏电站可以申报的多种互动负荷量作为NSGA-II算法的初始值,然后利用NSGA-II算法对峰谷电价优化的数学模型进行多目标分时电价的优化求解,获得最优的下发互动量。
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