CN108876091A - 一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂。本发明包括基于软件定义电网实现的完全分布控制的虚拟电厂，以及软件定义电网支持的分布式能源动态消纳模型；其中，虚拟电厂包含电能和信息两个网络；电能网络包括电力传输网络,连接着火电机组、风电场、光伏发电系统不同形式的发电单元,以及不同类型的用电单元；信息网络将发电单元、用电单元与虚拟电厂控制中心连接,实现控制中心与各单元之间的双向通信。本发明软件定义电网作为一种技术平台具备柔性和互联互通的能力,为虚拟电厂提供技术支撑；软件定义电网使用分层的模型，并且严格定义各层之间的接口，在软件定义网络中，实现各种基于电网的应用可以即插即用、互联互通。

Description

一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂

技术领域

本发明属于虚拟电厂技术领域，具体涉及一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂。

背景技术

虚拟发电厂是将一些小型分布式发电单元聚集起来形成的一个相当于单个电厂的机构，其在电网中运行的特性参数是通过将各分布式发电单元的特性参数整合得到，且电网对各分布式发电单元的影响之叠加可以等效为电网对该机构的影响。

软件定义电网把电网分为三个层次，从下而上分别是：①物理设备层，包括电网设备以及通信设备，处于软件定义电网的最下层，通过协议与运行控制层进行信息交互以及命令控制；②运行控制层，包括电网的运行状态数据以及；③应用定义层，包括各种电网的应用，通过接口与运行控制层进行交互，并能够进行柔性的应用定制功能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案具体如下：

虚拟电厂扮演着介于发电单元和电网之间承上启下的角色,采用虚拟电厂的方式将一组发电单元聚合为一个整体参与电网的运行和调度,是一种既安全又高效的方案。

一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂，其特征在于包括基于软件定义电网实现的完全分布控制的虚拟电厂，以及软件定义电网支持的分布式能源动态消纳模型；其中：

虚拟电厂包含电能和信息两个网络，电能网络包括电力传输网络, 用于连接不同形式的发电单元及不同类型的用电单元；发电单元包括火电机组、风电场、光伏发电系统等；信息网络将发电单元、用电单元与虚拟电厂控制模块连接,实现虚拟电厂控制模块与各单元之间的双向通信；

所述软件定义电网，具备柔性和互联互通的能力,包括两个方面： (1)软件定义电网能够支持虚拟电厂的各种控制结构，包括完全分散控制结构；(2)软件定义电网能够支持分布式能源的动态消纳；

所述软件定义电网使用分层的模型，严格定义各层之间的接口，实现各种基于电网的应用具有即插即用、互联互通的特点；其中：

在物理设备层上：软件定义电网通过定义接口，把电网设备以及通信设备统一接入电网，把对设备的控制与通信提高到平台上统一进行，这样大大地方便了对发电单元、用电单元的控制；

在运行控制层上：软件定义电网通过收集电网设备的外部信息，包括电网设备的实时状态信息、静态逻辑结构信息以及天气信息，通过控制器提供电网设备的全景信息，便于上层应用的开发；

在应用定义层上：包括虚拟电厂应用、分布式能源动态消纳应用，能够在运行控制层提供的全景信息基础上，根据应用逻辑进行定义；具体而言，对于基于软件定义电网的虚拟电厂应用：把各个发电单元的发电量、用电单元的用电量进行平衡，最后把平衡的决策结果下发到各个发电单元和用电单元；对于分布式能源的动态消纳：则把各个分布式能源即发电单元、用户负荷即用电单元，以及储能系统进行实时的平衡，最后把平衡的决策结果下发到各个分布式能源、用户负荷以及储能系统。

所述用软件定义电网实现的完全分布控制结构的虚拟电厂中，多个虚拟电厂应用在软件定义电网的应用定义层并行运行,并且通过运行控制层进行数据交换；各虚拟电厂应用根据从运行控制层获取的其他虚拟电厂应用的运行数据、发电单元，以及用电单元的实时数据, 独立进行调度；由于各虚拟电厂的调度会影响其他虚拟电厂的实时调度,因此各虚拟电厂应用通过多次获取信息并实施调度后,最终实现所有发电单元、用电单元之间的电能动态平衡关系；使用软件定义电网实现虚拟电厂的操作如下：

(1)物理设备层：各发电单元、用电单元，通过接口与运行控制层进行信息交互与命令控制；

(2)运行控制层：控制器把采集的发电、用电数据，以及电网自身的状态数据，通过编程接口提供给应用定义层；

(3)应用定义层：各虚拟电厂应用根据运行控制层提供的数据，进行发电与用电的平衡，并把最终调度结果返回运行控制层；

(4)运行控制层：控制器把调度的结果通过接口传送到发电单元、用电单元，实现发电单元和用电单元的控制；

由于各虚拟电厂应用调度彼此影响，因此上述操作(1)到(4) 过程会多次运行。

所述利用软件定义电网实现虚拟电厂中分布式能源的动态消纳中,包含发电单元、用电单元以及储能单元，其中的发电单元包括传统的煤电、水电和可再生能源的发电；在软件定义电网平台上实现分布式能源接入,通过智能电力设备、软件定义电网上的分布式能源接入应用,动态地调整设备的输出功率和配电网的拓扑结构,实现发电单元与用电单元之间的平衡关系,提高电网可靠性和电能质量；

使用软件定义电网进行分布式能源的动态消纳,在各个层次上的操作如下：

(1)在物理设备层：把发电单元、用电单元、储能单元统一起来,通过统一规范的接口与这些设备进行信息的交换与命令的控制；

(2)在运行控制层：利用本地天气数据和用户历史负荷数据,准确地预测用户日负荷数据；同时,结合煤电、水电的发电曲线,以及风电、太阳能的预测曲线,形成实际的发电储能调度策略；控制器把调度策略通知到发电单元和储能单元,发电单元和储能单元按照指令进行相应的操作；在该动态消纳模型中,首先分析用户负荷的统计特性,并运用大数据方法进行精细预测；其次,对以风能、太阳能为代表的新能源的出力进行预测,同时对以电动汽车为代表的时空可移动的新型负荷在一定置信度水平下进行估计,综合考虑配电网设备的健康状况；在此基础上,构造以降低网损、均衡负荷、提高供电质量为多重目标的最优潮流模型及求解算法,并对一定置信区间下满足负荷用电需求进行重构寻优；

(3)在应用定义层：设置分布式能源动态消纳模型的参数,并动态评估分布式能源消纳的效果，实现分布式能源的动态消纳。

本发明有益效果如下：

本发明无论在虚拟电厂还是分布式能源动态消纳中，发电单元、用电单元、储能系统都具有分布广泛、系统复杂、难于控制的特点，使用一种新形式的控制技术来支持虚拟电厂还是分布式能源动态消纳势在必行。

附图说明

图1虚拟电厂典型结构图。

图2虚拟电厂的完全分布控制结构示意图。

图3使用软件定义电网的方式实现的完全分布控制结构虚拟电厂。

图4能够动态进行分布式可再生能源消纳的软件定义电网示意图。

具体实施方式

本发明利用软件定义电网技术实现完全分布控制结构的虚拟电厂。完全分布控制结构的虚拟电厂如图2所示。在该结构中,一个虚拟电厂被划分为彼此相互通信的、自治且智能的子部分,各子部分通过智能代理实现虚拟电厂的控制任务,同时通过数据交换与处理中心进行子部分之间的信息交换。

使用软件定义电网实现的完全分布控制结构的虚拟电厂结构如图3所示。在该实现中,多个虚拟电厂应用在软件定义电网的应用定义层并行运行,并且通过运行控制层进行数据交换。各虚拟电厂应用根据从运行控制层获取的其他虚拟电厂应用的运行数据、发电单元，以及用电单元的实时数据,独立进行调度。由于各虚拟电厂的调度会影响其他虚拟电厂的实时调度,因此各虚拟电厂应用将通过多次获取信息并实施调度后,最终实现所有发电单元、用电单元之间的电能动态平衡关系。使用软件定义电网实现虚拟电厂的操作如下：

(1)在物理设备层，各发电单元、用电单元，通过接口与运行控制层进行信息交互与命令控制；

(2)在运行控制层，控制器把采集的发电、用电数据，以及电网自身的状态数据，通过编程接口提供给应用定义层；

(3)在应用定义层，各虚拟电厂应用根据运行控制层提供的数据，进行发电与用电的平衡，并把最终调度结果返回运行控制层；

(4)在运行控制层，控制器把调度的结果通过接口传送到发电单元、用电单元，实现发电单元和用电单元的控制。由于各虚拟电厂应用调度会彼此影响，应此上述(1)到(4)过程会多次运行。

本发明利用软件定义电网实现虚拟电厂中分布式能源的动态消纳。一个典型的进行分布式可能源消纳的软件定义电网系统如图4所示。在该系统中,包含发电单元、用电单元，以及储能单元，其中的发电单元包括单不限于包括传统的煤电、水电和风电、太阳能等可再生能源的发电。在软件定义电网平台上实现分布式能源接入,通过智能电力设备、软件定义电网上的分布式能源接入应用,动态地调整设备的输出功率和配电网的拓扑结构,实现发电单元与用电单元之间的平衡关系,提高电网可靠性和电能质量。

使用软件定义电网进行分布式能源的动态消纳,在各个层次上的操作如下：

(1)在物理设备层,把发电单元、用电单元、储能单元统一起来, 通过统一规范的接口与这些设备进行信息的交换与命令的控制。

(2)在运行控制层,利用本地天气数据和用户历史负荷数据,准确地预测用户日负荷数据；同时,结合煤电、水电的发电曲线,以及风电、太阳能等的预测曲线,形成实际的发电储能调度策略。控制器把调度策略通知到发电单元和储能单元,发电单元和储能单元按照指令进行相应的操作。在该模型中,首先分析用户负荷的统计特性,并运用大数据方法进行精细预测；其次,对以风能、太阳能等为代表的新能源的出力进行预测,同时对以电动汽车为代表的时空可移动的新型负荷在一定置信度水平下进行估计,综合考虑配电网设备的健康状况；在此之上,构造以降低网损、均衡负荷、提高供电质量为多重目标的最优潮流模型及求解算法,并对一定置信区间下满足负荷用电需求进行重构寻优。

(3)在应用定义层,设置分布式能源动态消纳模型的参数,并动态评估分布式能源消纳的效果。通过这种方式，实现分布式能源的动态消纳。

Claims (3)

1.一种基于软件定义电网实现的虚拟电厂，其特征在于包括基于软件定义电网实现的完全分布控制的虚拟电厂，以及软件定义电网支持的分布式能源动态消纳模型；其中：

虚拟电厂包含电能和信息两个网络，电能网络包括电力传输网络,用于连接不同形式的发电单元及不同类型的用电单元；发电单元包括火电机组、风电场、光伏发电系统等；信息网络将发电单元、用电单元与虚拟电厂控制模块连接,实现虚拟电厂控制模块与各单元之间的双向通信；

所述软件定义电网，具备柔性和互联互通的能力,包括两个方面：(1)软件定义电网能够支持虚拟电厂的各种控制结构，包括完全分散控制结构；(2)软件定义电网能够支持分布式能源的动态消纳；

所述软件定义电网使用分层的模型，严格定义各层之间的接口，实现各种基于电网的应用具有即插即用、互联互通的特点；其中：

在物理设备层上：软件定义电网通过定义接口，把电网设备以及通信设备统一接入电网，把对设备的控制与通信提高到平台上统一进行，这样大大地方便了对发电单元、用电单元的控制；

在运行控制层上：软件定义电网通过收集电网设备的外部信息，包括电网设备的实时状态信息、静态逻辑结构信息以及天气信息，通过控制器提供电网设备的全景信息，便于上层应用的开发；

在应用定义层上：包括虚拟电厂应用、分布式能源动态消纳应用，能够在运行控制层提供的全景信息基础上，根据应用逻辑进行定义；具体而言，对于基于软件定义电网的虚拟电厂应用：把各个发电单元的发电量、用电单元的用电量进行平衡，最后把平衡的决策结果下发到各个发电单元和用电单元；对于分布式能源的动态消纳：则把各个分布式能源即发电单元、用户负荷即用电单元，以及储能系统进行实时的平衡，最后把平衡的决策结果下发到各个分布式能源、用户负荷以及储能系统。

2.根据权利要求1所述的基于软件定义电网实现的虚拟电厂，其特征在于所述用软件定义电网实现的完全分布控制结构的虚拟电厂中，多个虚拟电厂应用在软件定义电网的应用定义层并行运行,并且通过运行控制层进行数据交换；各虚拟电厂应用根据从运行控制层获取的其他虚拟电厂应用的运行数据、发电单元，以及用电单元的实时数据,独立进行调度；由于各虚拟电厂的调度会影响其他虚拟电厂的实时调度,因此各虚拟电厂应用通过多次获取信息并实施调度后,最终实现所有发电单元、用电单元之间的电能动态平衡关系；使用软件定义电网实现虚拟电厂的操作如下：

(1)物理设备层：各发电单元、用电单元，通过接口与运行控制层进行信息交互与命令控制；

(2)运行控制层：控制器把采集的发电、用电数据，以及电网自身的状态数据，通过编程接口提供给应用定义层；

(3)应用定义层：各虚拟电厂应用根据运行控制层提供的数据，进行发电与用电的平衡，并把最终调度结果返回运行控制层；

(4)运行控制层：控制器把调度的结果通过接口传送到发电单元、用电单元，实现发电单元和用电单元的控制；

由于各虚拟电厂应用调度彼此影响，因此上述操作(1)到(4)过程会多次运行。

3.根据权利要求1所述的基于软件定义电网实现的虚拟电厂，其特征在于，所述利用软件定义电网实现虚拟电厂中分布式能源的动态消纳中,包含发电单元、用电单元以及储能单元，其中的发电单元包括传统的煤电、水电和可再生能源的发电；在软件定义电网平台上实现分布式能源接入,通过智能电力设备、软件定义电网上的分布式能源接入应用,动态地调整设备的输出功率和配电网的拓扑结构,实现发电单元与用电单元之间的平衡关系,提高电网可靠性和电能质量；

使用软件定义电网进行分布式能源的动态消纳,在各个层次上的操作如下：

(1)在物理设备层：把发电单元、用电单元、储能单元统一起来,通过统一规范的接口与这些设备进行信息的交换与命令的控制；

(2)在运行控制层：利用本地天气数据和用户历史负荷数据,准确地预测用户日负荷数据；同时,结合煤电、水电的发电曲线,以及风电、太阳能的预测曲线,形成实际的发电储能调度策略；控制器把调度策略通知到发电单元和储能单元,发电单元和储能单元按照指令进行相应的操作；在该动态消纳模型中,首先分析用户负荷的统计特性,并运用大数据方法进行精细预测；其次,对以风能、太阳能为代表的新能源的出力进行预测,同时对以电动汽车为代表的时空可移动的新型负荷在一定置信度水平下进行估计,综合考虑配电网设备的健康状况；在此基础上,构造以降低网损、均衡负荷、提高供电质量为多重目标的最优潮流模型及求解算法,并对一定置信区间下满足负荷用电需求进行重构寻优；

(3)在应用定义层：设置分布式能源动态消纳模型的参数,并动态评估分布式能源消纳的效果，实现分布式能源的动态消纳。