CN107046301A - 大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其包含：电网调度端将调控任务分解到各个配网片区调度端，各配网片区调度端对所管辖的建筑物集群实施调控，各个大型建筑物作为基本节点协调其内部的需求侧资源；同时，灵活资源聚合端挖掘各建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将数量多、容量小的分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端提供能源服务的灵活资源。其优点是：降低调控的复杂度，实现大城市受端电网负荷跟踪电源能力的最大化。

Description

大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统及方法

技术领域

本发明涉及大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统及方法。

背景技术

上海是世界上高层建筑最多的城市，建筑物负荷已占夏季高峰负荷的50%。上海电网属于大受端电网，外受电力难以快速跟踪负荷变化。这些使得建筑物负荷已成为加剧上海电网调峰压力的主要因素。但另一方面，空调负荷使得建筑物能够成为具有热能转化与储存能力的低成本虚拟储能单元；建筑物可以作为电动汽车的重要接入点；建筑物还是分布式发电的理想部署场所以及实现冷/热/电多能利用的节点。以建筑物作为集成与协调上述广义需求侧资源的基本单元，开展建筑物B2G(Building-to-Grid)机理研究并开发相应的仿真验证平台，对于挖掘建筑物负荷集群的需求响应潜力、增加电网中柔性负荷的比例，从而提高大城市受端电网负荷跟踪电源能力、构造更为高效、绿色、安全的电网等具有重要意义。

建筑物单体负荷较小，通过聚合提高建筑物负荷对于电网的可观测性与可调度性是重要的技术途径，而实施多层级的调度是目前的发展趋势。

CIGRE成立了工作组对电动汽车接入电网问题做了专门研究，美国西北太平洋国家重点实验室（PNNL, Pacific Northwest National Laboratory）提出了基于状态队列模型（SQM, State-Queueing Model）的空调集群控制方法，而美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL, Los Alamos National Laboratory)则提出了空调聚合控制中的“安全协议”概念，但上述研究皆面向特定的需求侧资源类型，而不是以建筑物作为基本节点。总体来看，目前针对电网对大型建筑物负荷的集群调度方式、建筑物的需求响应弹性等研究依旧很少。上述研究的滞后使得建筑物与电网的灵活互动能力远未得到开发利用。

目前，在电网对建筑物负荷集群的调控方法中，需求侧资源单体规模往往较小，电网不具备对其直接调度能力，因此通过聚合提高其对于电网的可观测性与可调度性是重要的技术途径。由于大型建筑物虽然其单体负荷可达MW级别，但规模仍较小。其可调度容量较小、单个用户的负荷随机性很大；同时，其负荷弹性水平达不到参与需求响应的最低水平，很难找到电力交易的入口。如何通过分层多级的调控方式整合用户需求响应资源、挖掘需求响应潜力并降低调控的代价，如何准确的评估可调度潜力的大小，是问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统及方法，其能够实现对建筑物虚拟储能、建筑物负荷的电压频率调节、分布式能源（光伏、风电、储能等）的出力控制等分层多级调控。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征是，包含：

电网调度端将调控任务分解到各个配网片区调度端，各配网片区调度端对所管辖的建筑物集群实施调控，各个大型建筑物作为基本节点协调其内部的需求侧资源；

同时，灵活资源聚合端挖掘各大型建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端提供能源服务的灵活资源。

上述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其中：

所述的电网调度端为输电网或配电网，其将负荷削减要求分解到各个配网片区调度端，或者将电压设定点发送到各个配网片区调度端。

上述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其中：

所述的灵活资源使用端为配电网。

上述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其中，所述的需求侧资源具体包含：

具体用能设备、可预测资源、可控制资源、可平移资源以及可缓存资源。

上述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其中，所述电网调度端发出的调控任务具体包含：

有功调节、自动频率调节、无功调节以及自动电压调节。

上述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其中，所述能源服务具体包含：

功率预测、有功调节、自动频率调节、无功调节以及自动电压调节。

一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统，其特征是，包含：

电网调度端；

至少一个配网片区调度端；

至少一个建筑物集群，所述的电网调度端通过所述的各个配网片区调度端连接其管辖范围内的建筑物集群，每个建筑物集群分别包含多个大型建筑物；

灵活资源使用端；

至少一个灵活资源聚合端，负责挖掘其所管辖范围内的各大型建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端提供能源服务的灵活资源，所述的灵活资源使用端通过该灵活资源聚合端连接其管辖范围内的建筑物集群。

上述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其中：

所述的灵活资源指能够快速响应系统调度为系统动态供需平衡提供服务的资源。

本发明与现有技术相比具有以下优点：能够实现对建筑物虚拟储能、建筑物负荷的电压频率调节、分布式能源（光伏、风电、储能等）的出力控制等分层多级调控；建立大型建筑物的自动需求响应控制策略，以建筑物为基本单元进行调控，可以首先在微观层面（建筑物）进行协调，然后再在宏观层面进行聚合，调控效果好，并可以在提高协调效果的同时，降低调控的复杂度，实现大城市受端电网负荷跟踪电源能力的最大化。

附图说明

图1为本发明的实施例系统框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明公开了一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统，其包含：基于片区的分层、分区调控以及基于聚合商的调控。

其中，基于片区的分层、分区调控包含以下部分：电网调度端1；至少一个配网片区调度端2；至少一个建筑物集群3，所述的电网调度端1通过所述的各个配网片区调度端2连接其管辖范围内的建筑物集群3，每个建筑物集群3分别包含多个大型建筑物；灵活资源使用端5。在这种方式下，电网调度具有对建筑物负荷的直接调控能力。

然而上述的基于片区的分层、分区调控方式的存在电网调度部门对于各建筑物所拥有的需求侧资源的类型（如空调负荷、分布式发电、储能等）以及特性（如可预测性、可控制性、可平移性、可缓存性）并不清楚，难以充分挖掘建筑物负荷的需求响应潜力的缺点，因此本发明还同时提出了基于聚合商的调控方式，其包含以下部分：至少一个灵活资源聚合端4，负责挖掘其所管辖范围内的各大型建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将数量多容量小的分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端提供能源服务的灵活资源，所述的灵活资源使用端5通过该灵活资源聚合端4连接其管辖范围内的建筑物集群3；所述的灵活资源指能够快速响应系统调度为系统动态供需平衡提供服务的资源。

本实施例中，所述的灵活资源聚合端4为负荷聚合商，可以采用商业虚拟电厂（CVPP, commercial virtual power plant，建筑物负荷在地理上是分散的）或技术虚拟电厂（TVPP，technical virtual power plant，建筑物负荷属于同一供电片区，需考虑网络阻塞等问题）的方式进行聚合，因此，通过上述聚合调控方式通过由专门的负荷聚合商（LoadAggregator）对建筑物负荷进行聚合，电网调度无需直接对建筑物负荷进行调控，解决了电网调度存在的难以充分挖掘建筑物负荷的需求响应潜力的问题。

基于上述调控系统，本发明还公开了一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其包含：电网调度端1将调控任务分解到各个配网片区调度端2，各配网片区调度端2对所管辖的建筑物集群3实施调控，各个大型建筑物作为基本节点协调其内部的需求侧资源；同时，灵活资源聚合端4挖掘各大型建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将数量多、容量小的分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端5提供能源服务的灵活资源。

本实施例中，所述的电网调度端1为输电网或配电网，其将负荷削减要求分解到各个配网片区调度端2，或者将电压设定点发送到各个配网片区调度端2；所述的灵活资源使用端5为配电网。

所述的需求侧资源具体包含：具体用能设备、可预测资源、可控制资源、可平移资源以及可缓存资源。可预测资源包含可被测量、并能够对发电/用电需求进行预测的光伏、风力发电、照明等；可控制资源包含具有被控制的条件、受控后对用户的用电满意度没有过大的影响的本地热力设备CHP、储能等；可平移资源包含用电时间可进行推移，一般有最大可推移时间约束的例如洗衣机、空调、电动汽车等；可缓存资源包含电能可以某种形式缓存，一般有最大缓存的限制的冰箱、热泵、电池、电动汽车、空调等。具体用能设备可包含空调、储能、分布式发电（DG）等，且每类设备都有其特定的测量值、状态值和控制点。

所述电网调度端1发出的调控任务具体包含：有功调节、自动频率调节、无功调节以及自动电压调节。

所述能源服务具体包含：功率预测、有功调节、自动频率调节、无功调节以及自动电压调节。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于，包含：

电网调度端（1）将调控任务分解到各个配网片区调度端（2），各配网片区调度端（2）对所管辖的建筑物集群（3）实施调控，各个大型建筑物作为基本节点协调其内部的需求侧资源；

同时，灵活资源聚合端（4）挖掘各大型建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端（5）提供能源服务的灵活资源。

2.如权利要求1所述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于：

所述的电网调度端（1）为输电网或配电网，其将负荷削减要求分解到各个配网片区调度端（2），或者将电压设定点发送到各个配网片区调度端（2）。

3.如权利要求1所述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于：

所述的灵活资源使用端（5）为配电网。

4.如权利要求1所述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于，所述的需求侧资源具体包含：

具体用能设备、可预测资源、可控制资源、可平移资源以及可缓存资源。

5.如权利要求1所述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于，所述电网调度端（1）发出的调控任务具体包含：

有功调节、自动频率调节、无功调节以及自动电压调节。

6.如权利要求1所述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于，所述能源服务具体包含：

功率预测、有功调节、自动频率调节、无功调节以及自动电压调节。

7.一种大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控系统，其特征在于，包含：

电网调度端（1）；

至少一个配网片区调度端（2）；

至少一个建筑物集群（3），所述的电网调度端（1）通过所述的各个配网片区调度端（2）连接其管辖范围内的建筑物集群（3），每个建筑物集群（3）分别包含多个大型建筑物；

灵活资源使用端（5）；

至少一个灵活资源聚合端（4），负责挖掘其所管辖范围内的各大型建筑物负荷的需求响应潜力，并通过聚合算法，将分散需求侧资源转化为能够向灵活资源使用端提供能源服务的灵活资源，所述的灵活资源使用端（5）通过该灵活资源聚合端（4）连接其管辖范围内的建筑物集群（3）。

8.如权利要求7所述的大型建筑物负荷集群的分层多级电网调控方法，其特征在于：

所述的灵活资源指能够快速响应系统调度为系统动态供需平衡提供服务的资源。