CN109617099B - 一种虚拟储能协调控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种虚拟储能协调控制系统及其方法，该系统由虚拟储能系统终端设备层、通信网络层、协调控制层组成，为用户侧分散式资源的聚集和智能管理提供一种实现方法，可接受上级调度系统指令进行区域内分配管理，可根据区域优化目标进行区域自治，进行区域内各种分布式终端的信息采集、传输、汇总和优化协调控制，实现区域内分散式电力资源的智能管理。
Description
技术领域
本发明属于电力资源调度领域，具体涉及一种虚拟储能协调控制系统及其方法。
背景技术
随着特高压大容量输电线路、大规模清洁能源以及配电系统分布式电源的广泛接入，大电网电源和分布式电源的随机性和波动性分别从供电侧和用户侧两方面给电网的供需平衡与安全运行带来了严峻挑战，配网的电能质量和安全经济运行问题更突出，依靠传统的调节手段和方法能力有限，投入新的调节手段成本又较高。
虚拟储能(Virtual energy storage system VESS)与传统的储能系统不同，VESS并非特指一种实体物理储能系统，而是依托高级量测、IP通信、广域测控等先进技术体系，将不同位置、不同类型、不同特性的分布式能源进行整合，借助高级配电运行及需求侧响应等技术手段，能够提供与传统储能功能相似但成本更低的调节手段，并作为一个整体参与到系统的调度控制、运行优化、市场交易等活动，为配电网安全经济运行提供有效的调节手段。其中，分布式能源的含义极为丰富，既包括光伏、风机等分布式可再生能源发电系统，又包括分布式储能、可控负荷、电动汽车、微电网、综合能源系统等广义可控能源。虚拟储能通过对能源需求的管理和引导干预来抵消能量存储的不足，起到降低储能容量和减少储能成本的作用，为储能技术的研究提供一种全新的方法。
国内外目前在负荷需求管理和需求响应的基础上对虚拟储能技术开展了一些研究，大多都针对单一类型的可控负荷进行特性、模型和控制方法的研究，都还处于理论研究阶段，还没有开发面向实际应用的、适应于多种用户侧分散式资源的虚拟储能协调控制系统。
发明内容
为了提高电力资源调度的管理和使用水平，将电力行业分散的能量资源进行整合优化，降低各电力部门管理成本和资源损耗程度，提高电力系统的可靠性和性能，需要搭建电力资源调度协调平台。基于此，本发明提供了一种虚拟储能协调控制系统，该系统由虚拟储能终端设备层、通信网络层和协调控制层三层架构组成；
所述虚拟储能终端设备层由10kV/0.4kV配电台区下常规的非可控负荷、可控负荷、分布式虚拟储能装置、带有计量、控制或采集功能的配电网终端设备组成；所述虚拟储能装置包括分布式可再生或不可再生能源发电系统及其储能装置、可控负荷、电动汽车、微电网、综合能源系统等可控能源；所述虚拟储能终端设备层用于将不同位置、不同类型、不同特性的分布式能源进行整合；
所述通信网络层由通讯管理机、串口服务器、带光纤口和网线口的交换机、光纤、网线等设备构成；所述串口服务器用于实现终端设备串口信息的转换，并通过交换机传输给所述协调控制层；所述通讯管理机用于实现终端设备的遥信、遥测、遥控信息的采集，通过所述交换机传输给所述协调控制层；所述交换机用于协调控制系统与上级能量管理系统之间或并行的协调控制系统之间的信息交互；
所述协调控制层由工作站、显示屏和协调控制平台构成，用于实现虚拟储能协调控制功能以及和用户交互，根据接入的虚拟储能终端设备信息及需处理的数据量对工作站计算机数量进行扩展，并通过显示屏对虚拟储能的协调控制进行可视化展示。
还提供了一种虚拟储能协调控制方法，应用于上述虚拟储能协调控制系统，所述虚拟储能协调控制方法包括：
步骤1，接收分布式储能终端设备接入系统的请求，并接收所述分布式储能终端设备预设的停止条件，将虚拟储能终端设备接入系统；
步骤2，对系统接入的分布式储能终端设备进行实时监测，确定各个分布式储能终端设备可提供的电量数据和所在位置，为所述分布式储能终端设备记录对应的设备信息、位置信息、及其电能数据、预设停止条件；
步骤3，将分布式储能终端设备对应的所述设备信息、位置信息及其电量数据、预设的停止条件实时更新在数据库中：
步骤4，对数据库中所有的分布式储能终端设备的信息进行统计和管理；
步骤5，接收来自一运行终端设备的充电请求，确定所述运行终端设备的设备信息和位置信息；
步骤6，根据数据库中的所述分布式储能终端设备的信息，以及所述运行终端设备的信息，针对所述运行终端设备的充电请求进行分布式储能终端设备优选排序；排序的依据考虑以下因素：所述充电请求中包括的所述运行终端设备种类、充电参数或特性、接口类型、存储容量、电量需求、位置信息、充电时间、充电场合、所述分布式储能终端设备的设备种类、放电特性、放电速率，存储容量、接口类型、位置信息、可供电量、预设停止条件；
步骤7，对虚拟储能进行调配，选择排序最前的第一分布式储能终端设备作为供电装置对所述运行终端设备进行充电；
步骤8，跟踪充电的过程，对所述运行终端设备已充电量、所述第一分布式储能终端设备可供电量、数据库中其余分布式储能终端设备的储备电量进行实时监视；
步骤9，当达到所述第一分布式储能终端设备预设的停止条件时，中断对所述运行终端设备进行充电；
步骤10，更新所述运行终端设备的充电需求，针对更新后的充电请求进行数据库中其余分布式储能终端设备优选排序，选择排序最前的第二分布式储能终端设备作为供电装置对所述运行终端设备继续充电；
步骤11，执行步骤8-10，直至所述运行终端设备充电完成。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
首先，本发明提高了电能调度的管理和使用水平，将电力行业分散的电能资源进行整合优化，降低各电力部门管理成本和资源损耗程度，提高了电力系统运行的可靠性和性能。其次，本发明包含三层架构和软件功能配合使用的协调控制系统，系统通过交换机可采用串联模式和上级主站系统通信，也可采用并联模式和并行的其他协调控制系统连接，硬件上可扩展；功能上能够实现用户侧多种分散式资源的聚集和特性分析，根据实际供电设备状况优化协调分配，能够根据实际应用需求选择不同的接入设备，适应性和可扩展性强。再次，为避免临时电力缺失，电力系统需要创建电力储备资源，本发明可以让用户或个体公司以双向的方式参与其中，既可以充当富余电量的供给者，又可以成为电量需求的消费者，如此灵活的电力双向调度协调，既极大地避免了社会总资源的浪费，又为电力系统运营公司节约了存储大量多余电力储备资源的成本。最后，本发明能够实现分布式能源数据协议转换、采集、数据管理和数据上传，实现不同分布式能源的数据汇总，配置应用接口，利用相关应用。收集分散于各处的分布式储能终端设备运行状态信息，加强分布式能源的安全性和可靠性，提升设备运维工作效率，提高分布式能源的综合效率和经济效益。
附图说明
图1本发明虚拟储能协调控制系统的基本框架图；
图2本发明协调控制平台的基本框架图；
图3本发明应用功能模块的基本框架图；
图4本发明虚拟储能协调控制方法的基本流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的系统进行进一步的说明。
为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。
参见图1所示，本发明提供了一种虚拟储能协调控制系统，该系统由虚拟储能终端设备层、通信网络层和协调控制层三层架构组成；
所述虚拟储能终端设备层由10kV/0.4kV配电台区下常规的非可控负荷、可控负荷、分布式虚拟储能装置、带有计量、控制或采集功能的配电网终端设备组成；所述虚拟储能装置包括分布式可再生或不可再生能源发电系统及其储能装置、可控负荷、电动汽车、微电网、综合能源系统等可控能源；所述虚拟储能终端设备层用于将不同位置、不同类型、不同特性的分布式能源进行整合；
所述通信网络层由通讯管理机、串口服务器、带光纤口和网线口的交换机、光纤、网线等设备构成；所述串口服务器用于实现终端设备串口信息的转换，并通过交换机传输给所述协调控制层；所述通讯管理机用于实现终端设备的遥信、遥测、遥控信息的采集，通过所述交换机传输给所述协调控制层；所述交换机用于协调控制系统与上级能量管理系统之间或并行的协调控制系统之间的信息交互；
所述协调控制层由工作站、显示屏和协调控制平台构成，用于实现虚拟储能协调控制功能以及和用户交互，根据接入的虚拟储能终端设备信息及需处理的数据量对工作站计算机数量进行扩展，并通过显示屏对虚拟储能的协调控制进行可视化展示。
如图2所示，优选地，其中，所述协调控制平台具体包括：
所述通信协议转换模块，用于与上级主站系统及虚拟储能终端设备进行通信和数据交互，将通信的数据进行协议转换，支持多种通信协议；
所述数据接口模块，用于与上级主站进行数据交互，接收主站的指令，并将本地状态信息上传给主站，以供主站进行全局范围和时间尺度上的能量优化管理；
所述数据前置模块，用于与所述虚拟储能终端设备进行数据交互；
所述数据库，用于存取平台运行的实时或历史数据、各项信息数据；
所述支撑功能模块，用于进行操作系统、网络通信、数据库、权限的底层管理；
所述应用功能模块，用于为协调控制平台的提供虚拟储能协调控制功能；
所述用户交互模块，包括用户工作界面，可通过所述用户工作界面与协调控制平台进行交互，检测系统的工作状态。
如图3所示，优选地，其中，所述应用功能模块具体包括：
数据监测统计模块，用于对系统所接入的虚拟储能终端设备信息进行状态监测和数据统计；
虚拟储能特性分析模块，用于对虚拟储能终端设备个体特性和聚合特性进行分析，所述特性具体包括可控符合调节特性和储能调节特性；
区域优化管理模块，用于将随机性电源波动平抑、区域供需平衡和电压调节作为优化目标，根据不同的优化目标进行区域优化管理；
虚拟储能协调控制模块，用于根据区域优化管理量或调度指令进行虚拟储能的功率分配和协调控制，包括传统储能和可控负荷协调。
优选地，其中，模块之间的数据交互通过以太网、光纤或者无线通信进行。
优选地，其中，所述多种通信协议包括标准通信协议或定制协议。
优选地，其中，所述可再生能源发电系统包括太阳能发电源，风力发电源、水力发电源或生物质能发电源。
优选地，其中，分布式储能终端设备包括分布式电源或分布式电源储能装置。
如图4所示，本发明还提供了一种虚拟储能协调控制方法，应用于上述虚拟储能协调控制系统，所述虚拟储能协调控制方法包括：
步骤1，接收分布式储能终端设备接入系统的请求，并接收所述分布式储能终端设备预设的停止条件，将虚拟储能终端设备接入系统；
步骤2，对系统接入的分布式储能终端设备进行实时监测，确定各个分布式储能终端设备可提供的电量数据和所在位置，为所述分布式储能终端设备记录对应的设备信息、位置信息、及其电能数据、预设停止条件；
步骤3，将分布式储能终端设备对应的所述设备信息、位置信息及其电量数据、预设的停止条件实时更新在数据库中：
步骤4，对数据库中所有的分布式储能终端设备的信息进行统计和管理；
步骤5，接收来自一运行终端设备的充电请求，确定所述运行终端设备的设备信息和位置信息；
步骤6，根据数据库中的所述分布式储能终端设备的信息，以及所述运行终端设备的信息，针对所述运行终端设备的充电请求进行分布式储能终端设备优选排序；排序的依据考虑以下因素：所述充电请求中包括的所述运行终端设备种类、充电参数或特性、接口类型、存储容量、电量需求、位置信息、充电时间、充电场合、所述分布式储能终端设备的设备种类、放电特性、放电速率，存储容量、接口类型、位置信息、可供电量、预设停止条件；
步骤7，对虚拟储能进行调配，选择排序最前的第一分布式储能终端设备作为供电装置对所述运行终端设备进行充电；
步骤8，跟踪充电的过程，对所述运行终端设备已充电量、所述第一分布式储能终端设备可供电量、数据库中其余分布式储能终端设备的储备电量进行实时监视；
步骤9，当达到所述第一分布式储能终端设备预设的停止条件时，中断对所述运行终端设备进行充电；
步骤10，更新所述运行终端设备的充电需求，针对更新后的充电请求进行数据库中其余分布式储能终端设备优选排序，选择排序最前的第二分布式储能终端设备作为供电装置对所述运行终端设备继续充电；
步骤11，执行步骤8-10，直至所述运行终端设备充电完成。
优选地，其中，所述数据库中还存储有分布式储能终端设备的标识符，以便将每个设备标识符与相应的分布式储能终端设备相关联；
将存储库中的每个设备标识符与供电服务位置点相关联；所述相关联可以是固定的，也可以是变动的。
优选地，其中，所述分布式储能终端设备为电动汽车，此时所述分布式储能终端设备的设备标识符与供电服务位置点的关联为动态变化的，所述分布式储能终端设备与所述虚拟储能协调控制系统的接入关系也是动态变化的；当所述分布式储能终端设备存在多余电力可供调度协调时，向所述虚拟储能协调控制系统发出接入请求和预设的停止条件，所述预设的停止条件包括最大可供电量，或者最小剩余电量百分比。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：首先，本发明提高了电能调度的管理和使用水平，将电力行业分散的电能资源进行整合优化，降低各电力部门管理成本和资源损耗程度，提高了电力系统运行的可靠性和性能。其次，本发明包含三层架构和软件功能配合使用的协调控制系统，系统通过交换机可采用串联模式和上级主站系统通信，也可采用并联模式和并行的其他协调控制系统连接，硬件上可扩展；功能上能够实现用户侧多种分散式资源的聚集和特性分析，根据实际供电设备状况优化协调分配，能够根据实际应用需求选择不同的接入设备，适应性和可扩展性强。再次，为避免临时电力缺失，电力系统需要创建电力储备资源，本发明可以让用户或个体公司以双向的方式参与其中，既可以充当富余电量的供给者，又可以成为电量需求的消费者，如此灵活的电力双向调度协调，既极大地避免了社会总资源的浪费，又为电力系统运营公司节约了存储大量多余电力储备资源的成本。最后，本发明能够实现分布式能源数据协议转换、采集、数据管理和数据上传，实现不同分布式能源的数据汇总，配置应用接口，利用相关应用。收集分散于各处的分布式储能终端设备运行状态信息，加强分布式能源的安全性和可靠性，提升设备运维工作效率，提高分布式能源的综合效率和经济效益。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种虚拟储能协调控制方法，应用于虚拟储能协调控制系统，所述系统由虚拟储能终端设备层、通信网络层和协调控制层三层架构组成；
所述虚拟储能终端设备层由10kV/0.4kV配电台区下常规的非可控负荷、可控负荷、分布式虚拟储能装置、带有计量、控制或采集功能的配电网终端设备组成；所述虚拟储能装置包括分布式可再生或不可再生能源发电系统及其储能装置、可控负荷、电动汽车、微电网、综合能源系统可控能源；所述虚拟储能终端设备层用于将不同位置、不同类型、不同特性的分布式能源进行整合；
所述通信网络层由通讯管理机、串口服务器、带光纤口和网线口的交换机、光纤、网线设备构成；所述串口服务器用于实现终端设备串口信息的转换，并通过交换机传输给所述协调控制层；所述通讯管理机用于实现终端设备的遥信、遥测、遥控信息的采集，通过所述交换机传输给所述协调控制层；所述交换机用于协调控制系统与上级能量管理系统之间或并行的协调控制系统之间的信息交互；
所述协调控制层由工作站、显示屏和协调控制平台构成，用于实现虚拟储能协调控制功能以及和用户交互，根据接入的虚拟储能终端设备信息及需处理的数据量对工作站计算机数量进行扩展，并通过显示屏对虚拟储能的协调控制进行可视化展示；
其特征在于：所述虚拟储能协调控制方法包括：
步骤1，接收分布式储能终端设备接入系统的请求，并接收所述分布式储能终端设备预设的停止条件，将虚拟储能终端设备接入系统；
步骤2，对系统接入的分布式储能终端设备进行实时监测，确定各个分布式储能终端设备可提供的电量数据和所在位置，为所述分布式储能终端设备记录对应的设备信息、位置信息、及其电能数据、预设停止条件；
步骤3，将分布式储能终端设备对应的所述设备信息、位置信息及其电量数据、预设的停止条件实时更新在数据库中：
步骤4，对数据库中所有的分布式储能终端设备的信息进行统计和管理；
步骤5，接收来自一运行终端设备的充电请求，确定所述运行终端设备的设备信息和位置信息；
步骤6，根据数据库中的所述分布式储能终端设备的信息，以及所述运行终端设备的信息，针对所述运行终端设备的充电请求进行分布式储能终端设备优选排序；排序的依据考虑以下因素：所述充电请求中包括的所述运行终端设备种类、充电参数或特性、接口类型、存储容量、电量需求、位置信息、充电时间、充电场合、所述分布式储能终端设备的设备种类、放电特性、放电速率，存储容量、接口类型、位置信息、可供电量、预设停止条件；
步骤7，对虚拟储能进行调配，选择排序最前的第一分布式储能终端设备作为供电装置对所述运行终端设备进行充电；
步骤8，跟踪充电的过程，对所述运行终端设备已充电量、所述第一分布式储能终端设备可供电量、数据库中其余分布式储能终端设备的储备电量进行实时监视；
步骤9，当达到所述第一分布式储能终端设备预设的停止条件时，中断对所述运行终端设备进行充电；
步骤10，更新所述运行终端设备的充电需求，针对更新后的充电请求进行数据库中其余分布式储能终端设备优选排序，选择排序最前的第二分布式储能终端设备作为供电装置对所述运行终端设备继续充电；
步骤11，执行步骤8-10，直至所述运行终端设备充电完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库中还存储有分布式储能终端设备的标识符，以便将每个设备标识符与相应的分布式储能终端设备相关联；
将存储库中的每个设备标识符与供电服务位置点相关联；所述相关联是固定的或是变动的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分布式储能终端设备为电动汽车，此时所述分布式储能终端设备的设备标识符与供电服务位置点的关联为动态变化的，所述分布式储能终端设备与所述虚拟储能协调控制系统的接入关系也是动态变化的；当所述分布式储能终端设备存在多余电力可供调度协调时，向所述虚拟储能协调控制系统发出接入请求和预设的停止条件，所述预设的停止条件包括最大可供电量，或者最小剩余电量百分比。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协调控制平台具体包括：
通信协议转换模块，用于与上级主站系统及虚拟储能终端设备进行通信和数据交互，将通信的数据进行协议转换，支持多种通信协议；
数据接口模块，用于与上级主站进行数据交互，接收主站的指令，并将本地状态信息上传给主站，以供主站进行全局范围和时间尺度上的能量优化管理；
数据前置模块，用于与所述虚拟储能终端设备进行数据交互；
数据库，用于存取平台运行的实时或历史数据、各项信息数据；
支撑功能模块，用于进行操作系统、网络通信、数据库、权限的底层管理；
应用功能模块，用于为协调控制平台的提供虚拟储能协调控制功能；
用户交互模块，包括用户工作界面，可通过所述用户工作界面与协调控制平台进行交互，检测系统的工作状态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述应用功能模块具体包括：
数据监测统计模块，用于对系统所接入的虚拟储能终端设备信息进行状态监测和数据统计；
虚拟储能特性分析模块，用于对虚拟储能终端设备个体特性和聚合特性进行分析，所述特性具体包括可控符合调节特性和储能调节特性；
区域优化管理模块，用于将随机性电源波动平抑、区域供需平衡和电压调节作为优化目标，根据不同的优化目标进行区域优化管理；
虚拟储能协调控制模块，用于根据区域优化管理量或调度指令进行虚拟储能的功率分配和协调控制，包括传统储能和可控负荷协调。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，模块之间的数据交互通过以太网、光纤或者无线通信进行。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多种通信协议包括标准通信协议或定制协议。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可再生能源发电系统包括太阳能发电源，风力发电源、水力发电源或生物质能发电源。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分布式储能终端设备包括分布式电源或分布式电源储能装置。
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