CN109256787B - 一种供电系统调频方法、装置、控制设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种供电系统调频方法、装置、控制设备及存储介质。包括：构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型；根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。实现通过把传统虚拟电厂的概念扩充到多能虚拟电厂，解决电热强耦合的问题，增加多能虚拟电厂电能的调节能力。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源系统的调频技术领域，尤其涉及一种供电系统调频方法、装置、控制设备及存储介质。
背景技术
虚拟电厂作为一种能源聚合形式，可以将分布式发电机组、可控负荷、分布式储能等有机结合，通过调控技术、通信技术对电力市场提供服务。现阶段也有很多研究方法通过虚拟电厂的形式将发电侧、负荷侧的资源结合在一起为市场运行提供调峰、调频服务。
电力系统运行过程中，频率是至关重要的一项参数。频率的稳定不仅关系到生产企业的用能质量和用能安全，还和电力系统的安全稳定运行密切关联。目前，电力系统调频主要分为一、二、三次调频，一次调频主要是针对小容量高频率的功率供求不平衡导致的频率偏差，主要靠电网中发电设备的调速系统保证。而二次调频则针对的是中等容量低频率的功率差额导致的频率偏差，主要通过发电厂的自动控制系统来跟随频率变化。
二次调频任务主要是依靠发电测来承担，虽然有一些研究方案考虑到负荷参与到需求响应中，但是建模方案较为粗糙，无法真实刻画负荷侧真实情况。并且目前的需求侧响应也多考虑负荷侧的电能的模型，忽略了其他形式能源参与需求响应的可能性。另一方面，目前的虚拟电厂也是只考虑发电侧、负荷侧、电能的情况，缺少对其他形式能源的建模。
发明内容
本发明实施例提供一种供电系统调频方法、装置、控制设备及存储介质，实现通过把传统虚拟电厂的概念扩充到多能虚拟电厂，解决电热强耦合的问题，增加多能虚拟电厂电能的调节能力。
第一方面，本发明实施例提供了一种供电系统调频方法，该方法包括：
构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型；
根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；
根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。
第二方面，本发明实施例还提供了一种供电系统调频装置，该装置包括：
模型构建模块，用于构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型；
系统构建模块，用于根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；
执行调频模块，用于根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的供电系统调频方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种控制设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例提供的供电系统调频方法。
本发明实施例，通过构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，然后根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，最后根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。实现通过把传统虚拟电厂的概念扩充到多能虚拟电厂，解决电热强耦合的问题，增加多能虚拟电厂电能的调节能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种供电系统调频方法的流程示意图；
图2是抽气式热电联产机组电热功率约束示意图；
图3是工业生产过程用能用料示意图；
图4是主要用能生产环节用能方案选择示意图；
图5是多能虚拟电厂参与电网调频的架构图；
图6是预测控制调频流程图；
图7是本发明实施例提供的另一种供电系统调频方法的流程示意图；
图8是本发明实施例提供的一种供电系统调频装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种供电系统调频方法的流程示意图，该方法可以由本发明实施例提供的控制设备来执行，该控制设备可采用软件和/或硬件方式实现，该方法具体包括如下步骤：
步骤110、构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型；
虚拟电厂(VPP)是将分布式发电设备、储能设备及可控负荷聚合在一起，对外体现为一个整体参与到电力市场及辅助服务市场中的一种能源聚合形式。而多能虚拟电厂(MVPP)是在虚拟电厂的基础上扩充形成的，即在传统虚拟电厂只考虑电能调控的基础上，还要考虑冷热能、天然气等能源形式的供给和消耗。多能虚拟电厂参与调频市场运行时，拥有一个MVPP控制中心，负责接收市场调频信号、监控调控范围内工业负荷的运行并向其下发控制命令。
多能虚拟电厂在执行调频任务的过程中，需要对所辖范围内的设备及工业负荷进行调控，故需要对设备及工业用能负荷进行建模，具体构建的模型包括：设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述设备模型包括：热电联产机组模型、电储能设备模型和电热锅炉模型。各个模型构建如下所述：
1、热电联产机组模型的建模
热电联产机组消耗天燃气产生电能和热能，是一种很经济的产热、产电设备。热电机组主要分为背压式和抽气式，目前我国大多数使用抽气式机组，从而本发明中主要针对抽气式机组进行建模。抽汽式机组可以纯发电，也可以通过抽气向外界供热，它的电热相互调整性比较好，为了较好的描述抽气式机组电热功率之间的耦合关系，本实施例中采用多边形区域建模，公式描述为：
其中，
为热功率，
为电功率，Hmax为热功率上限，p1、p2、p3和k1、k2、k3属于约束参数。
对应的，图2为抽气式热电联产机组电热功率约束示意图。
除了设备的出力约束外，为了保证热电联产设备不频繁启停，还要对设备的开启和关闭进行建模约束，对应的模型如下：
Si,t-Si,t-1≤Ji,t
Si,t-1-Si,t≤Ki,t
Si,t-Si,t-1≤Ji,t-Ki,t
Si,t-1-Si,t≤Ki,t-Ji,t
Si,t-Si,t-1≤Si,ττ∈[t+1,min{t+Ton-1,24}]
Si,t-1-Si,t≤1-Si,ττ∈[t+1,min{t+Toff-1,24}]
其中，Si,t为热电联产机组启停状态变量，0代表关机状态，1代表开机运行状态；Ji,t为热电联产设备开机动作变量，0代表此刻没有开机动作，1代表此刻有开机动作；Ki,t为热电联产设备关机动作变量，0代表此刻没有关机动作，1代表此刻有关机动作。
2、电储能设备模型的建模
储能系统作为能源供给和需求之间缓冲，可以在一定范围内缓解供需之间的不匹配，并且可以将工业负荷调整带来的离散型功率变化连续化。约束包括：储能设备总能量与充储功率的等式关系，限制充放不能同时发生的乘式，以及设备容量约束和充放功率上限约束，并且在充储过程中存在能量损失。对应的模型如下：
其中，EE,i,t是某时刻电储能系统的总能量，BEc,i,t和BEdisc,i,t分别是电储系统的充放能功率。
是电储系统容量，
和
分别是电储系统充放能功率上限。
3、电热锅炉模型的建模
电热锅炉是一种利用电能产生热能的高效能源转换设备，可以生产较高品质的用于工业生产的热能。对应的模型如下：
其中，PB是电锅炉消耗的电能，HB是电锅炉产生的热能，α是电锅炉的电热转化率，
是电热锅炉功率上限。
4、工业用电负荷模型的建模
工业生产过程耗能大，若以需求响应的方式参与到电能调度过程中，则效果将十分明显。除了传统的耗电量大的企业，有很多生产企业是属于电能消耗和热能消耗都非常大的，所以为了考虑这部分类型的企业参与到电能调度过程中，需要分析用电和用热耗量大的企业生产过程。
典型的生产过程如图3和图4所示，整个流水线包括三个生产过程，这三个过程同时消耗电能和热能。原材料经过过程1存入储料仓1，中间物料经过过程2和过程3完成此阶段的生产，存入储料仓2。对于固定的生产过程，其消耗的原材料的量与消耗的电能和热能通常是正比关系，从而储料仓1和2可以类比为电池，把对物料的存储类比为对能量的存储，区别是储料仓1可以同时进料和出料。
对于工业生产过程中的某些环节，往往存在备用设备，从而设定过程1和过程2均存在开断不同设备的选择，从而带来各自多种用能方案的选项，本模型中设定生产过程1和过程2均有向上向下调整用能的选项。虽然不同的生产过程都会同时用到电能和热能，但是各自的耗电耗热比例往往是不同的，可以依据实际的生产过程进行设定比例系数，这里假定过程1和过程2的耗电热比分别为10和0.1。这个生产阶段的用能调整方案建模如下：
其中，
是企业除去生产过程1和2的剩余设备用电功率，
和
分别代表生产过程1和过程2未调整用能方案时的用电功率，Eup1,t和Eup2,t分别代表生产过程1和过程2选择增大用能选项的增加电功率，同理，Edown1,t和Edown2,t分别代表过程1和过程2选择减小用能选项的减小电功率，
是生产过程1和2调整用能方案之后的总用电功率。
是企业除去生产过程1和2的剩余设备用热功率，
和
分别代表生产过程1和过程2未调整用能方案时的用热功率，Hup1,t和Hup2,t分别代表生产过程1和过程2选择增大用能选项的增加热功率，同理，Hdown1,t和Hdown2,t分别代表过程1和过程2选择减小用能选项的减小热功率，
是生产过程1和2调整用能方案之后的总用热功率。而
和
是生产过程1用能方案选择变量，
和
是生产过程2用能方案选择变量，均是0-1变量。
为了保证整个生产阶段的连续性，需要考虑不同生产过程之间的配合关系，即储料仓1需要保证一直有中间物料，而且不能超过其容量上限，从而建模情况如下：
0<Vt<Vmax
其中，Vt是储量仓1某一个时刻的储料量，α是比例系数，将生产过程1中的用能功率映射到产出的中间物料的量；β也是比例系数，将生产过程2中的用能功率映射到消耗的中间物料的量。Vmax代表储料仓1的容量。
以上模型是考虑对于某一个工业生产企业参与需求响应过程的情况，如果有m个生产企业共同参与到需求响应过程中，还需要通过建模保证各个生产过程的用能调整情况尽量协调，即在某一时刻同时增加用能或同时减少用能。模型如下：
这个模型是属于非凸的，为了便于求解，通过引入大M法进行松弛为：
其中，ε1和ε2作为松弛变量，均是0-1变量，BigM是一个足够大的常数。
5、工业负荷调整模型的建模(厂内用热不平衡调节方案建模)
在传统的优化建模过程中，往往需要能量供给的等于需求，但是在本发明中，涉及到电热两种用能形式，电能的速率非常快，为了保证用电安全，需要保证电能的供给时刻等于需求。但是对于热能而言，如果也限定供给等于需求，将会限制了热电联产机组和电热锅炉设备的调节能力，从而本模型在此处进行创新，设定热能的供给可以大于等于需求，可以设定固定的排热出口将多余的热能排放到系统之外，这样既可以保证用热的可靠性，还保证了重要调节设备热电联产和电热锅炉的调节能力。对应的模型如下：
步骤120、根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；
本实施例中，根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，包括：
S1：根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建所述多能虚拟电厂参与电网调频的框架；
S2：构建所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型之间的通信网络、电能网络以及热能网络连接关系；
S3：根据所述框架和连接关系得到所述电网调频系统。
具体涉及的原理和应用如下所示：
1、多能虚拟电厂(MVPP)的组成架构
参见图5，图5为多能虚拟电厂参与电网调频的架构图。多能虚拟电厂范围内产销能量单位主要包括工业生产企业，其电能和热能的消耗量很大；热电联产设备，通常与耗能企业配套建设，为工业生产企业提供热能和电能，还可以将多余的电量上送到电网中；电热锅炉，将电能转化为热能，比热电联产设备规模小，通常为位置较偏或者生产规模较小的用能企业提供热能；电储能设备，用于平抑多能虚拟电厂中电能的波动，缓冲工业生产设备启停带来的较大功率变化。
多能虚拟电厂内部由通信网络、电力网络和热力网络连接。通信网络负责检测信息和控制信号的传输。电力网络和热力网络则保证“电厂”内部电能和热能的供给平衡。
2、设备状态检测及企业负荷预测
在MVPP调频任务每个执行周期前，通过通信网络，调控范围内各热电联产设备控制端、电热锅炉控制端、储能设备控制端要上传设备的运行参数及启停计划至MVPP控制中心，各生产企业上传自己的历史用能数据及可调整生产环节的参数以备MVPP做负荷预测。在MVPP执行调频任务时，各热电联产设备控制端、电热锅炉控制端、储能设备控制端要在每个控制周期末上传运行状态参数，保证整个系统的安全运行。
3、调频市场下发调频信号
在调频任务执行周期内，调频市场依照多能虚拟电厂日前竞价的结果在固定的周期内下发调频信号，每个调频信号为范围从-1到1的小数，多能虚拟电厂要保证通过调控所辖范围内设备产能及企业用能跟随调频信号。
4、多能虚拟电厂下发控制信号
MVPP控制中心在接收到调频市场下发的调频信号之后，运用调频优化程序计算各设备及企业的调整方案，并将控制命令下发到各设备及用能企业中，保证实时跟随调频信号。
步骤130、根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。
参见图6，图6为预测控制调频流程图。
因为电力系统调频任务是周期性执行的，而且每个周期内系统的功率不平衡是随机的，从而对应的调频信号也是时刻变化的，为了保证多能虚拟电厂能够时刻满足调频市场的需求，本发明使用模型预测控制技术来完成调频任务的执行过程。具体涉及如下过程：
1、AGC(自动发电量控制)信号预测
在多能虚拟电厂每个执行周期内，都需要依据调频信号去调整自己的出力，但是从市场下发调频信号到MVPP接收到信号是存在传输时延的，为了保证尽快对调频市场的指令做出反馈，需要依据过去H步真实的AGC信号来预测未来L步的信号。
2、MVPP基础运行参数收集
在MVPP进行AGC信号预测的同时，还要收集所管辖范围内设备及用户负荷的基础运行参数，以及各自的上一次优化数据，用于对未来L步的优化过程。
3、执行周期内的优化
在拥有了AGC信号的预测数据，各设备及负荷运行参数的基础上，即可以以最大可能性跟随AGC信号为优化目标调用优化程序，优化范围是未来的L步，这里的每一步指调频任务执行的周期长度。并且要注意优化过程中，各设备及负荷数据与上一次优化执行的结果进行关联，进而满足相应的爬坡约束。
4、调度指令下发
因为在(执行周期内的优化)这一优化过程中，AGC信号距离此时的时间距离越远，预测信息会越不准确，进而相应的优化结果也是不准确的，所以在对未来L步范围内调用优化程序之后，只选择第一步的优化结果作为调度指令，并依次下发给各设备及企业负荷。
综上所述，本发明在传统虚拟电厂的概念基础上，扩充至多能虚拟电厂概念，并参与到电网调频过程中。对工业企业生产过程进行分析，通过分解不同生产过程的用能可选方案，以及不同生产过程中的物料关系，对生产流程的用能建模；对工业企业生产中的用电用热过程进行分解，考虑企业生产的除电能以外的多种用能形式并建立模型，考虑不同能源形式的使用对电能调控的影响。将传统优化模型中能源供求相等的关系创新为供给大于等于需求，解决了电热强耦合的问题，增加了多能虚拟电厂电能的调节能力。
本实施例的技术方案，通过构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，然后根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，最后根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。实现通过把传统虚拟电厂的概念扩充到多能虚拟电厂，解决电热强耦合的问题，增加多能虚拟电厂电能的调节能力。
图7是本发明实施例提供的另一种供电系统调频方法的流程示意图，参见图7，该方法进一步包括如下步骤：
步骤210、根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建调频模型；
步骤220、获取预设罚函数以及对应的预设权重值；
步骤230、根据所述预设罚函数以及对应的预设权重值对所述调频模型进行优化，以得到所述调频优化模型；
步骤240、根据所述调频优化模型构建所述电网调频系统。
本实施例中，所述预设罚函数包括：功率违背罚函数、企业用能调整次数限制罚函数和储能偏差罚函数。为了保证多能虚拟电厂能够时刻跟随调频市场下发的调频信号，并且保证其具有充足的调节能力，通过罚函数的形式对调频模型对应的目标函数进行建模，以得到调频优化模型。
具体实施过程如下：
1、功率违背罚函数
多能虚拟电厂在经过日前的投标竞价环节之后，会中标得到未来一天每个小时的用能基线B和调整能力R，而在日内执行调频任务时，由调频市场下发AGC信号，从而多能虚拟电厂需要保证自己的用能情况和B+R*AGC保持一致，从而通过设定功率违背罚函数来保证多能虚拟电厂时刻跟随AGC信号。
2、企业用能调整次数限制罚函数
虽然本发明中主要通过企业调整用能方案来完成调频过程，企业如果调整过于频繁，则会给设备带来损耗，从而在目标函数中要通过罚函数的形式尽量限制总的调整次数，模型如下：
3、储能偏差罚函数
电储能系统作为作为电能供给和需求之间缓冲，并且可以将工业负荷调整带来的离散型功率变化连续化，在调频过程中时刻保持其最大的可调整能力很重要，所以通过设定偏差罚函数约束其在每次优化过程中都能维持在固定的能量水平上。模型如下：
其中，E是电储能设备能量标准值，可以设定为其容量的一半。
4、优化
在实际优化过程中，需要将以上三部分罚函数相加。但是在实际优化过程中，由于对于这三种目标函数的需求不同，我们可以通过设定各自的系数来调整权重，对应的函数如下：
Minimize c1·vt+c2·si,t+c3·di,t
其中，c1c2c3分别是三个罚函数的权重系数，均为大于等于0的实数。
本实施例的技术方案，通过预设罚函数得到调频优化模型，如此，可保证多能虚拟电厂能够时刻跟随调频市场下发的调频信号，并且保证其具有充足的调节能力。
图8是本发明实施例提供的一种供电系统调频装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明任意实施例提供的供电系统调频方法，如图8所示，该装置包括：模型构建模块810、系统构建模块820和执行调频模块830。
模型构建模块810，用于构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型；
系统构建模块820，用于根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；
执行调频模块830，用于根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。
本实施例提供的供电系统调频装置，通过构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，然后根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，最后根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。实现通过把传统虚拟电厂的概念扩充到多能虚拟电厂，解决电热强耦合的问题，增加多能虚拟电厂电能的调节能力。
在上述实施例的基础上，所述设备模型包括：热电联产机组模型、电储能设备模型和电热锅炉模型。
在上述实施例的基础上，系统构建模块820包括：
根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建所述多能虚拟电厂参与电网调频的框架；
构建所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型之间的通信网络、电能网络以及热能网络连接关系；
根据所述框架和连接关系得到所述电网调频系统。
在上述实施例的基础上，所述调频任务包括：自动发电量控制信号预测、多能虚拟电厂基础运行参数收集、执行周期内的优化和调度指令下发中的一种或多种。
在上述实施例的基础上，系统构建模块820还包括：
调频模型构建模块，用于根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建调频模型；
调频模型优化模块，用于根据所述调频模型构建调频优化模型；
优化系统构建模块，用于根据所述调频优化模型构建所述电网调频系统。
在上述实施例的基础上，调频模型优化模块包括：
获取预设罚函数以及对应的预设权重值；
根据所述预设罚函数以及对应的预设权重值对所述调频模型进行优化，以得到所述调频优化模型。
在上述实施例的基础上，所述预设罚函数包括：功率违背罚函数、企业用能调整次数限制罚函数和储能偏差罚函数。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明所有实施例提供的供电系统调频方法：也即，该程序被处理器执行时实现：通过构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，然后根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，最后根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或控制设备上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
图9是本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图，该控制设备可集成本发明实施例提供的供电系统调频装置。参见图9，控制设备900可以包括：存储器910，处理器920及存储在存储器910上并可在处理器920运行的计算机程序，所述处理器920执行所述计算机程序时实现如本发明实施例所述的供电系统调频方法。
本发明实施例提供的控制设备，通过构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，然后根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，最后根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务。实现通过把传统虚拟电厂的概念扩充到多能虚拟电厂，解决电热强耦合的问题，增加多能虚拟电厂电能的调节能力。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种供电系统调频方法，其特征在于，包括：
构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，所述工业负荷调整模型中热能的供给可以大于等于需求；
根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；
根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务；
其中，所述设备模型包括：热电联产机组模型、电储能设备模型和电热锅炉模型，所述工业用电负荷模型用于分析用电和用热耗量大的企业生产过程，所述工业负荷调整模型用于保证电能的供给时刻等于需求以及热能的供给大于等于需求；
所述工业用电负荷模型包括：
剩余设备用电功率、未调整用能方案时的用电功率、增大用能选项的增加电功率、减小用能选项的减小电功率与调整用能方案之后的总用电功率之间的电功率关系，剩余设备用热功率、未调整用能方案时的用热功率、增大用能选项的增加热功率、减小用能选项的减小热功率与调整用能方案之后的总用热功率之间的热功率关系：
其中，
是企业除去生产过程1和2的剩余设备用电功率，
和
分别代表生产过程1和过程2未调整用能方案时的用电功率，Eup1,t和Eup2,t分别代表生产过程1和过程2选择增大用能选项的增加电功率，同理，Edown1,t和Edown2,t分别代表过程1和过程2选择减小用能选项的减小电功率，
是生产过程1和2调整用能方案之后的总用电功率，
是企业除去生产过程1和2的剩余设备用热功率，
和
分别代表生产过程1和过程2未调整用能方案时的用热功率，Hup1,t和Hup2,t分别代表生产过程1和过程2选择增大用能选项的增加热功率，同理，Hdown1,t和Hdown2,t分别代表过程1和过程2选择减小用能选项的减小热功率，
是生产过程1和2调整用能方案之后的总用热功率，而
和
是生产过程1用能方案选择变量，
和
是生产过程2用能方案选择变量，均是0-1变量；
以及剩余设备用电功率、未调整用能方案时的用电功率、增大用能选项的增加电功率、减小用能选项的减小电功率与储料量之间的功率-容量关系：
0＜Vt＜Vmax
其中，Vt是储量仓1某一个时刻的储料量，α是比例系数，将生产过程1中的用能功率映射到产出的中间物料的量；β也是比例系数，将生产过程2中的用能功率映射到消耗的中间物料的量，Vmax代表储料仓1的容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备模型包括：热电联产机组模型、电储能设备模型和电热锅炉模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，包括：
根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建所述多能虚拟电厂参与电网调频的框架；
构建所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型之间的通信网络、电能网络以及热能网络连接关系；
根据所述框架和连接关系得到所述电网调频系统。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调频任务包括：自动发电量控制信号预测、多能虚拟电厂基础运行参数收集、执行周期内的优化和调度指令下发中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统，包括：
根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建调频模型；
根据所述调频模型构建调频优化模型；
根据所述调频优化模型构建所述电网调频系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述调频模型构建调频优化模型，包括：
获取预设罚函数以及对应的预设权重值；
根据所述预设罚函数以及对应的预设权重值对所述调频模型进行优化，以得到所述调频优化模型。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设罚函数包括：功率违背罚函数、企业用能调整次数限制罚函数和储能偏差罚函数。
8.一种供电系统调频装置，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于构建多能虚拟电厂的设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型，其中，所述工业负荷调整模型包括市场参数模型，所述工业负荷调整模型中热能的供给可以大于等于需求；
系统构建模块，用于根据所述设备模型、工业用电负荷模型和工业负荷调整模型构建电网调频系统；
执行调频模块，用于根据所述电网调频系统预测需要执行的调频任务；
其中，所述设备模型包括：热电联产机组模型、电储能设备模型和电热锅炉模型，所述工业用电负荷模型用于分析用电和用热耗量大的企业生产过程，所述工业负荷调整模型用于保证电能的供给时刻等于需求以及热能的供给大于等于需求，所述工业用电负荷模型包括：剩余设备用电功率、未调整用能方案时的用电功率、增大用能选项的增加电功率、减小用能选项的减小电功率与调整用能方案之后的总用电功率之间的电功率关系，剩余设备用热功率、未调整用能方案时的用热功率、增大用能选项的增加热功率、减小用能选项的减小热功率与调整用能方案之后的总用热功率之间的热功率关系：
其中，
是企业除去生产过程1和2的剩余设备用电功率，
和
分别代表生产过程1和过程2未调整用能方案时的用电功率，Eup1,t和Eup2,t分别代表生产过程1和过程2选择增大用能选项的增加电功率，同理，Edown1,t和Edown2,t分别代表过程1和过程2选择减小用能选项的减小电功率，
是生产过程1和2调整用能方案之后的总用电功率，
是企业除去生产过程1和2的剩余设备用热功率，
和
分别代表生产过程1和过程2未调整用能方案时的用热功率，Hup1,t和Hup2,t分别代表生产过程1和过程2选择增大用能选项的增加热功率，同理，Hdown1,t和Hdown2,t分别代表过程1和过程2选择减小用能选项的减小热功率，
是生产过程1和2调整用能方案之后的总用热功率，而
和
是生产过程1用能方案选择变量，
和
是生产过程2用能方案选择变量，均是0-1变量；
以及剩余设备用电功率、未调整用能方案时的用电功率、增大用能选项的增加电功率、减小用能选项的减小电功率与储料量之间的功率-容量关系：
0＜Vt＜Vmax
其中，Vt是储量仓1某一个时刻的储料量，α是比例系数，将生产过程1中的用能功率映射到产出的中间物料的量；β也是比例系数，将生产过程2中的用能功率映射到消耗的中间物料的量，Vmax代表储料仓1的容量。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的供电系统调频方法。
10.一种控制设备，其特征在于，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一所述的供电系统调频方法。
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