CN107742898A - 一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统 - Google Patents
一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，其包括过程层、终端层和主站层，所述过程层包括分布式能源电站内的一次设备，完成模拟量采样、开关量输入输出和操作控制命令的执行；所述终端层包含所有的具有过程层接口的测控终端，完成对过程层运行信息的收集和控制命令的下发；所述主站层在完成对终端层运行信息的收集的基础上，完成各类高级应用和全局调度算法，向终端层下发全局优化控制命令，最终完成虚拟电厂的控制功能。本发明的能量管理技术，解决高渗透率间歇式新能源就地消纳条件下，通过采用技术型与商业型相结合的虚拟电厂综合调节技术，实现不同运行主体下的可控资源与电网协同的源网一体化控制与调度。
Description
技术领域
本发明属于电网管理技术领域，特别涉及一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统。
背景技术
分布式发电尤其是可再生能源的规模化接入与应用是未来电网发展的基础性特征。为应对出力不稳定性问题，目前新能源规模化接入多采用输电网架专线集中并网的方式。这种新能源接入方式虽然在建设初期，从安全可靠性角度对电网运行管理影响较小，但是易导致新能源开发与市场不匹配，随着新能源装机占本地电源装机比例的提升，给电网运行带来系列问题，并导致弃光弃风现象严重。同时，从欧洲已有经验来看，发电装机与区域负荷发展背离的补贴推动型新能源发展模式，是不具备持续性的。新能源并网方式从集中式接入转向分布式接入是趋势，在重负荷区域发展分布式电源才更有价值。
最新的光伏电价分类分区的补偿机制也表明在经历跨越式发展之后，新能源建设要配套电网负荷需求，从输电网集中接入向配电网分布式接入发展的政策导向趋势。
与集中式接入方式相比，在重负荷区域，根据新能源接入容量选择并网电压等级的分布式接入方案，可大幅度提升电网对新能源消纳能力，实现高渗透率的清洁能源替代。但由于电气拓扑的连通，新能源出力的间歇式特性导致的电压、电能质量以及频繁的反向潮流的管理与运行将更为复杂。新能源发电并网的比例在国家电网公司管辖的电网中在未来几年中将有大幅度的提升，如何对发散式的新能源发电进行管理和协调调度是今后的一个重要研究方向。而虚拟电厂技术是应对和解决这一问题的重要支撑。
发明内容
本发明提出面向高渗透光伏多电压等级接入的虚拟电厂源网协同能量管理技术，旨在解决高渗透率间歇式新能源就地消纳条件下，通过采用技术型与商业型相结合的虚拟电厂综合调节技术，实现不同运行主体下的可控资源与电网协同的源网一体化控制与调度。
本发明具体为一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统包括过程层、终端层和主站层，所述过程层包括分布式能源电站内的一次设备，所述一次设备包括发电机、变压器、开关、变流器、互感器，完成模拟量采样、开关量输入输出和操作控制命令的执行；所述终端层包含所有的具有过程层接口的测控终端，完成对过程层运行信息的收集和控制命令的下发；所述主站层在完成对终端层运行信息的收集的基础上，完成各类高级应用和全局调度算法，向终端层下发全局优化控制命令，最终完成虚拟电厂的控制功能；所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统既能对单个分布式电站进行协调控制，也能对新能源发电站群的厂级控制系统进行分级控制；虚拟发电厂的控制中心具有网络通信及管理功能、发电管理与优化调度功能、新能源发电功率预测功能、数据管理及分析功能、辅助服务支持功能；所述网络通信及管理功能具体为建立控制中心与区域内各对象之间的双向信息连接，从物理层、数据链路层保证数据通信的快捷与畅通；所述发电管理与优化调度功能具体为监视区域内各发电单元的运行及出力状况，并在线实施区域内发电单元的优化调度；所述新能源发电功率预测功能具体为综合短期及中长期气象数据及预报信息，对区域内的风电机组、太阳能发电机组的输出功率进行预测；所述数据管理及分析功能具体为采集并分析处理区域中各对象的运行数据，并对这些数据提供有效的检索和调用手段，所述运行数据包括发电机组的出力和运行效率、用电负荷随时间变化的规律；所述辅助服务支持功能具体为建立区域内的发电费用、用电收益及安全约束模型，进行优化计算，收集市场情报，制订发电计划。
进一步的，所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统通过确定并网间歇式能源总功率波动性指标、并网间歇式能源与负荷总功率波动性指标以及线路间歇式能源调峰量指标来构建虚拟电厂聚合模型。
进一步的，所述并网间歇式能源总功率波动性指标具体为：
定义并网间歇式能源总功率在ΔT时间间隔内的波动指标为：
其中，PInte_i(T)为第i类并网间歇式能源在T时刻总功率，ΔPInte为全部并网间歇式能源总功率在ΔT时间间隔中的功率变化量；
间歇式能源总功率波动受时间间隔ΔT、间歇式能源额定容量及间歇式能源种类及其相关性影响，ΔT越长，间歇式能源额定容量越大，则ΔPInte越大；间歇式能源种类越多，相关性越小，则ΔPInte越小；在一定时间内对ΔPInte进行连续观测，得知ΔPInte满足正态分布；
定义并网间歇式能源总功率波动率为：
其中，为线路第i类间歇式能源额定功率，RInte为间歇式能源总功率波动率。
进一步的，所述并网间歇式能源与负荷总功率波动性指标具体为：
定义并网间歇式能源与负荷总功率在ΔT时间间隔内的波动指标为：
ΔPI_L＝PL(T+ΔT)-PL(T)-ΔPInte
其中，PL(T)为T时刻负荷功率，ΔPInte为间歇式能源总功率在ΔT时间间隔中的波动，ΔPI_L为间歇式能源与负荷总功率波动，考虑到负荷功率以流出电网为正，间歇式能源功率以注入电网为正，因此上式中负荷功率波动与间歇式能源功率波动相减；
定义间歇式能源与负荷总功率波动率为：
进一步的，所述线路间歇式能源调峰量指标具体为：
定义间歇式能源调峰量指标：
其中，ΔDInte为间歇式能源调峰量，DInte_L为间歇式能源与负荷总功率的峰谷差，DL为负荷峰谷差；调峰量为负数，说明间歇式能源具有反调峰特性，调峰量为正数，说明间歇能源具有正调峰特性；
定义考虑电网主动控制的全部电源调峰量指标为：
ΔDA＝DL-DA_L
其中，DA_L为净负荷的24小时峰谷差，其取值受电网协调控制模式、储能系统及功率可调分布式电源电气参数的影响。
附图说明
图1为本发明虚拟电厂源网协同能量管理系统的监视和控制信息流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统的具体实施方式做详细阐述。
本发明用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统包括过程层、终端层和主站层，所述过程层包括分布式能源电站内的一次设备，所述一次设备包括发电机、变压器、开关、变流器、互感器，完成模拟量采样、开关量输入输出和操作控制命令的执行；所述终端层包含所有的具有过程层接口的测控终端，完成对过程层运行信息的收集和控制命令的下发；所述主站层在完成对终端层运行信息的收集的基础上，完成各类高级应用和全局调度算法，向终端层下发全局优化控制命令，最终完成虚拟电厂的控制功能；虚拟电厂源网协同能量管理系统的监视和控制信息流程图如图1所示，所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统既能对单个分布式电站进行协调控制，也能对新能源发电站群的厂级控制系统进行分级控制；虚拟发电厂的控制中心具有网络通信及管理功能、发电管理与优化调度功能、新能源发电功率预测功能、数据管理及分析功能、辅助服务支持功能；所述网络通信及管理功能具体为建立控制中心与区域内各对象之间的双向信息连接，从物理层、数据链路层保证数据通信的快捷与畅通；所述发电管理与优化调度功能具体为监视区域内各发电单元的运行及出力状况，并在线实施区域内发电单元的优化调度；所述新能源发电功率预测功能具体为综合短期及中长期气象数据及预报信息，对区域内的风电机组、太阳能发电机组的输出功率进行预测；所述数据管理及分析功能具体为采集并分析处理区域中各对象的运行数据，并对这些数据提供有效的检索和调用手段，所述运行数据包括发电机组的出力和运行效率、用电负荷随时间变化的规律；所述辅助服务支持功能具体为建立区域内的发电费用、用电收益及安全约束模型，进行优化计算，收集市场情报，制订发电计划。
所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统通过确定并网间歇式能源总功率波动性指标、并网间歇式能源与负荷总功率波动性指标以及线路间歇式能源调峰量指标来构建虚拟电厂聚合模型。
所述并网间歇式能源总功率波动性指标具体为：
定义并网间歇式能源总功率在ΔT时间间隔内的波动指标为：
其中，PInte_i(T)为第i类并网间歇式能源在T时刻总功率，ΔPInte为全部并网间歇式能源总功率在ΔT时间间隔中的功率变化量；
间歇式能源总功率波动受时间间隔ΔT、间歇式能源额定容量及间歇式能源种类及其相关性影响，ΔT越长，间歇式能源额定容量越大，则ΔPInte越大；间歇式能源种类越多，相关性越小，则ΔPInte越小；在一定时间内对ΔPInte进行连续观测，得知ΔPInte满足正态分布；
定义并网间歇式能源总功率波动率为：
其中，为线路第i类间歇式能源额定功率，RInte为间歇式能源总功率波动率。
所述并网间歇式能源与负荷总功率波动性指标具体为：
定义并网间歇式能源与负荷总功率在ΔT时间间隔内的波动指标为：
ΔPI_L＝PL(T+ΔT)-PL(T)-ΔPInte
其中，PL(T)为T时刻负荷功率，ΔPInte为间歇式能源总功率在ΔT时间间隔中的波动，ΔPI_L为间歇式能源与负荷总功率波动，考虑到负荷功率以流出电网为正，间歇式能源功率以注入电网为正，因此上式中负荷功率波动与间歇式能源功率波动相减；
定义间歇式能源与负荷总功率波动率为：
所述线路间歇式能源调峰量指标具体为：
定义间歇式能源调峰量指标：
其中，ΔDInte为间歇式能源调峰量，DInte_L为间歇式能源与负荷总功率的峰谷差，DL为负荷峰谷差；调峰量为负数，说明间歇式能源具有反调峰特性，调峰量为正数，说明间歇能源具有正调峰特性；
定义考虑电网主动控制的全部电源调峰量指标为：
ΔDA＝DL-DA_L
其中，DA_L为净负荷的24小时峰谷差，其取值受电网协调控制模式、储能系统及功率可调分布式电源电气参数的影响。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (5)
1.一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，其特征在于，所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统包括过程层、终端层和主站层，所述过程层包括分布式能源电站内的一次设备，所述一次设备包括发电机、变压器、开关、变流器、互感器，完成模拟量采样、开关量输入输出和操作控制命令的执行；所述终端层包含所有的具有过程层接口的测控终端，完成对过程层运行信息的收集和控制命令的下发；所述主站层在完成对终端层运行信息的收集的基础上，完成各类高级应用和全局调度算法，向终端层下发全局优化控制命令，最终完成虚拟电厂的控制功能；所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统既能对单个分布式电站进行协调控制，也能对新能源发电站群的厂级控制系统进行分级控制；虚拟发电厂的控制中心具有网络通信及管理功能、发电管理与优化调度功能、新能源发电功率预测功能、数据管理及分析功能、辅助服务支持功能；所述网络通信及管理功能具体为建立控制中心与区域内各对象之间的双向信息连接，从物理层、数据链路层保证数据通信的快捷与畅通；所述发电管理与优化调度功能具体为监视区域内各发电单元的运行及出力状况，并在线实施区域内发电单元的优化调度；所述新能源发电功率预测功能具体为综合短期及中长期气象数据及预报信息，对区域内的风电机组、太阳能发电机组的输出功率进行预测；所述数据管理及分析功能具体为采集并分析处理区域中各对象的运行数据，并对这些数据提供有效的检索和调用手段，所述运行数据包括发电机组的出力和运行效率、用电负荷随时间变化的规律；所述辅助服务支持功能具体为建立区域内的发电费用、用电收益及安全约束模型，进行优化计算，收集市场情报，制订发电计划。
2.根据权利要求1所述的一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，其特征在于，所述用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统通过确定并网间歇式能源总功率波动性指标、并网间歇式能源与负荷总功率波动性指标以及线路间歇式能源调峰量指标来构建虚拟电厂聚合模型。
3.根据权利要求2所述的一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，其特征在于，所述并网间歇式能源总功率波动性指标具体为：
定义并网间歇式能源总功率在ΔT时间间隔内的波动指标为：
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其中，PInte_i(T)为第i类并网间歇式能源在T时刻总功率，ΔPInte为全部并网间歇式能源总功率在ΔT时间间隔中的功率变化量；
间歇式能源总功率波动受时间间隔ΔT、间歇式能源额定容量及间歇式能源种类及其相关性影响，ΔT越长，间歇式能源额定容量越大，则ΔPInte越大；间歇式能源种类越多，相关性越小，则ΔPInte越小；在一定时间内对ΔPInte进行连续观测，得知ΔPInte满足正态分布；
定义并网间歇式能源总功率波动率为：
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其中，为线路第i类间歇式能源额定功率，RInte为间歇式能源总功率波动率。
4.根据权利要求2所述的一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，其特征在于，所述并网间歇式能源与负荷总功率波动性指标具体为：
定义并网间歇式能源与负荷总功率在ΔT时间间隔内的波动指标为：
ΔPI_L＝PL(T+ΔT)-PL(T)-ΔPInte
其中，PL(T)为T时刻负荷功率，ΔPInte为间歇式能源总功率在ΔT时间间隔中的波动，ΔPI_L为间歇式能源与负荷总功率波动，考虑到负荷功率以流出电网为正，间歇式能源功率以注入电网为正，因此上式中负荷功率波动与间歇式能源功率波动相减；
定义间歇式能源与负荷总功率波动率为：
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5.根据权利要求2所述的一种用于光伏多级接入的虚拟电厂源网协同能量管理系统，其特征在于，所述线路间歇式能源调峰量指标具体为：
定义间歇式能源调峰量指标：
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其中，ΔDInte为间歇式能源调峰量，DInte_L为间歇式能源与负荷总功率的峰谷差，DL为负荷峰谷差；调峰量为负数，说明间歇式能源具有反调峰特性，调峰量为正数，说明间歇能源具有正调峰特性；
定义考虑电网主动控制的全部电源调峰量指标为：
ΔDA＝DL-DA_L
其中，DA_L为净负荷的24小时峰谷差，其取值受电网协调控制模式、储能系统及功率可调分布式电源电气参数的影响。
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