CN109962498B - 一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法 - Google Patents
一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种虚拟电厂在线功率自动调节装置,包括电压采集部件(PT)、控制主板和储能装置;所述电压采集部件(PT)安装在供电母线上,用于采集供电母线的供电电压;所述储能装置包括蓄电池、充电电路和逆变器,在控制主板的控制下利用充电电路实现从供电母线获取电能给蓄电池充电,利用逆变器实现对用电设备放电;所述控制主板包括通信单元、计算储存单元和采集控制单元;工作时,控制主板通过电压采集部件(PT)实时采集电网电力负荷情况,依据预先设定的自动调节方法,通过对储能装置的充放电进行控制,实现对虚拟电厂在线功率的自动调节。解决了现有的电力负荷调节装置不具备在线功率调节能力的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种虚拟电厂在线功率调节装置,尤其涉及一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法。
背景技术
随着可再生能源成为未来全球能源发展的主要方向,虚拟电厂成为一种实现可再生能源发电大规模接入电网的区域性多能源聚合模式。电力系统运行调度的核心是功率平衡,与传统的负荷控制平台不同,虚拟电厂要实现的是柔性负荷控制。但是目前,可参与需求响应的柔性负荷种类繁多,若用电负荷本身具备在线功率调节功能,则可以发挥更显著的系统调节作用。
所以需要设计一种装置,以更低的成本让传统的负荷调节装置具备在线功率调节能力,从而大幅度降低虚拟电厂的实施、控制的复杂度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法,以解决现有的电力负荷调节装置不具备在线功率调节能力的问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种虚拟电厂在线功率自动调节装置,包括电压采集部件(PT)、控制主板和储能装置;所述电压采集部件(PT)安装在供电母线上,用于采集供电母线的供电电压,电压采集部件(PT)通过双绞线与控制主板连接;所述储能装置包括蓄电池、充电电路和逆变器,在控制主板的控制下利用充电电路实现从供电母线获取电能给蓄电池充电,利用逆变器实现对用电设备放电;所述控制主板包括通信单元、计算储存单元和采集控制单元,通信单元包括4G模组和WIFI模组,计算储存单元包括控制器MCU及控制器运行的最小外围电路,采集控制单元包括与电压采集部件(PT)的通信接口,进行逆变器控制的通信接口;工作时,控制主板通过电压采集部件(PT)实时采集电网电力负荷情况,依据预先设定的自动调节方法,通过对储能装置的充放电进行控制,实现对虚拟电厂在线功率的自动调节。
优选的,上述计算储存单元的控制器MCU型号为STM32F103RG;所述4G模组的型号为科移工业版L218模组;WIFI模组为庆科工业级EMW3165模组。
优选的,上述采集控制单元通过UART串口或者Modbus通信协议与计算储存单元进行数据通信。
优选的,上述通信单元通过UART串口实现与计算储存单元的数据通信。
优选的,上述采集部件(PT)使用RS232通信协议与控制主板进行通信。
上述虚拟电厂在线功率自动调节装置的调节方法,包括如下步骤:
第一步:控制主板每天凌晨通过通信单元从云端数据库下载当日用电负荷日计划曲线数据,通过计算分析获取当日的高峰、低谷周期,结合储能单元的容量、可用容量、负载功耗和负载耗电日特征曲线指标,计算出当日最佳预充电、预放电时间段;
第二步:所述自动调节装置在运行过程中对第一步计算时所用数据进行更新并计算,得到的最佳预充电和预放电时间段,对第一步的计算结果进行动态微调,即周期性获取一次最新的日计划曲线并计算更新数据,对当日最佳充电时间、预放电时间段进行动态微调;
第三步:所述自动调节装置实时监测接入点电网的电压值,当发现电网电压超过电压合格率上限80%,则开启充电模式;当电网电压低于电压合格率下线80%,则开启放电模式。
优选的,第一步中充电区间算法如下:
b)负荷充电时间区间:Ctime=(LdayPlan<Lavg);
c)叠加低谷时间段:Ctime=(Ldayplan<Lavg)&(LlowTB,LlowTE);
d)叠加充电时间:Ctime>Q*SOE/∑Pload;
上述公式中,公式a中Lavg表示平均负荷,5min表示5分钟负荷积分(x时间,y5分钟平均负荷)除以时域数据获得平均负荷;公式b中Ctime表示充电时间范围,Ldayplan表示日计划负荷,Lavg表示平均负荷;公式c中&符号表示取最小范围运算,LlowTB为负荷低谷充电开始时间,LlowTE为负荷低估从点截止时间;公式d中Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。
第一步中放电区间算法如下:
a)放电区间:DCtime1=(LdayPlan>ΔLMavg)||(LdayPlan>ΔLNavg);
b)叠加放电时间:DCtime<Q*SOE/∑Pload;
c)最终放电时间:DCtime<DCtime1;
上述公式中,DCtime1表示放电时间,Ldayplan表示日计划负荷,LMavg表示午高峰平均负荷,LNavg表示晚高峰平均负荷,Pload表示负荷功率,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量。
优选的,第二步中充电区间算法如下:
b)负荷充电时间区间:Ctime=(L15minDP<Lavg)
c)叠加低谷时间段:Ctime=(L15minDP<Lavg)&(LlowTB,LlowTE)
d)叠加充电时间:Ctime>Q*SOE/∑Pload
上述公式中,Lasttime表示最新负荷数据,L15mindp表示15分钟日计划,LNavg表示晚高峰平均负荷,LlowTB为负荷低谷充电开始时间,LlowTE为负荷低估从点截止时间,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。
第二步中放电区间算法如下:
a)放电区间:DCtime1=(L15minDP>ΔLMavg)||(L15minDP>ΔLNavg);
b)叠加放电时间:DCtime<Q*SOE/∑Pload;
c)最终放电时间:DCtime<DCtime1;
上述公式中,L15mindp表示15分钟日计划,LNavg表示晚高峰平均负荷,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。
优选的,第三步中充电区间算法如下:
Ctime=(Vrealtime>Vupper*80%|Vrealtime<Vupper*80%);
上述公式中,V realtime表示实时电压,Vupper表示最高电压。
第三步中放电区间算法如下:
DCtime=(Vrealtime<Vlow*80%|Vrealtime>Vlow*80%);
上述公式中,V realtime表示实时电压,Vlow表示最低电压。
优选的,在进行第三步时计算单元实时监测并控制储能单元的可用容量在90%。
优选的,上述方法第一步中云端数据库中当日用电负荷日计划曲线数据的颗粒度为5分钟。
优选的,上述方法第二步中对第一步计算时所用数据的更新周期为15分钟一次。
本发明的有益效果包括:
本发明提供的一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法,解决了现有的电力负荷调节装置不具备在线功率调节能力的问题,实现了柔性负荷控制,使得可再生能源得到了更好的应用。
附图说明
图1为本发明一种虚拟电厂在线功率自动调节装置具体实施例的系统结构示意图;
图2为本发明一种虚拟电厂在线功率自动调节装置具体实施例控制主板的组成结构示意图;
图3为本发明一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法具体实施例调节方法第一步的充放电时间示意图;
图4为本发明一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法具体实施例调节方法第二步的充放电时间示意图;
图5为本发明一种虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法具体实施例调节方法第三步的充放电时间示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图对本发明实施例的虚拟电厂在线功率自动调节装置及其调节方法进行说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参见图1-图2,本发明实施例的虚拟电厂在线功率自动调节装置,包括电压采集部件(PT)、控制主板和储能装置;所述电压采集部件(PT)安装在供电母线上,用于采集供电母线的供电电压,电压采集部件(PT)通过双绞线与控制主板连接;所述储能装置包括蓄电池、充电电路和逆变器,在控制主板的控制下利用充电电路实现从供电母线获取电能给蓄电池充电,利用逆变器实现对用电设备放电;所述控制主板包括通信单元、计算储存单元和采集控制单元,通信单元包括4G模组和WIFI模组,计算储存单元包括控制器MCU及控制器运行的最小外围电路,采集控制单元包括与电压采集部件(PT)的通信接口,进行逆变器控制的通信接口;工作时,控制主板通过电压采集部件(PT)实时采集电网电力负荷情况,依据预先设定的自动调节方法,通过对储能装置的充放电进行控制,实现对虚拟电厂在线功率的自动调节。
优选的,上述计算储存单元的控制器MCU型号为STM32F103RG;所述4G模组的型号为科移工业版L218模组;WIFI模组为庆科工业级EMW3165模组。
优选的,上述采集控制单元通过UART串口或者Modbus通信协议与计算储存单元进行数据通信。
优选的,上述通信单元通过UART串口实现与计算储存单元的数据通信。
优选的,上述采集部件(PT)使用RS232通信协议与控制主板进行通信。
上述虚拟电厂在线功率自动调节装置的调节方法,包括如下步骤:
第一步:参见图3,控制主板每天凌晨通过通信单元从云端数据库下载当日用电负荷日计划曲线数据,通过计算分析获取当日的高峰、低谷周期,结合储能单元的容量、可用容量、负载功耗和负载耗电日特征曲线指标,计算出当日最佳预充电、预放电时间段;
第二步:参见图4,所述自动调节装置在运行过程中对第一步计算时所用数据进行更新并计算,得到的最佳预充电和预放电时间段,对第一步的计算结果进行动态微调,即周期性获取一次最新的日计划曲线并计算更新数据,对当日最佳充电时间、预放电时间段进行动态微调;
第三步:参见图5,所述自动调节装置实时监测接入点电网的电压值,当发现电网电压超过电压合格率上限80%,则开启充电模式;当电网电压低于电压合格率下线80%,则开启放电模式。
优选的,第一步中充电区间算法如下:
b)负荷充电时间区间:Ctime=(LdayPlan<Lavg);
c)叠加低谷时间段:Ctime=(LdayPlan<Lavg)&(LlowTB,LlowTE);
d)叠加充电时间:Ctime>Q*SOE/∑Pload;
上述公式中,公式a中Lavg表示平均负荷,5min表示5分钟负荷积分(x时间,y5分钟平均负荷)除以时域数据及获得平均负荷;公式b中Ctime表示充电时间范围,Ldayplan表示日计划负荷,Lavg表示平均负荷;公式c中&符号表示取最小范围运算,LlowTB为负荷低谷充电开始时间,LlowTE为负荷低
估从点截止时间;公式d中Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。5分钟负荷预测数据,是当天24小时的,每5分钟一个负荷数据,通过面积积分计算出曲线下方的面积,再用面积除以24小时5分钟单位的和获得分钟级平均负荷。
第一步中放电区间算法如下:
a)放电区间:DCtime1=(Ldayplan>ΔLMavg)||(Ldayplan>ΔLNavg);
b)叠加放电时间:DCtime<Q*SOE/∑Pload;
c)最终放电时间:DCtime<DCtime1;
上述公式中,DCtime1表示放电时间,Ldayplan表示日计划负荷,LMavg表示午高峰平均负荷,LNavg表示晚高峰平均负荷,Pload表示负荷功率,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量。ΔLMavg表示午高峰峰谷负荷区间。ΔLNavg表示晚高峰负荷区间,这两个值或有动态调整。
优选的,第二步中充电区间算法如下:
b)负荷充电时间区间:Ctime=(L15minDP<Lavg)
c)叠加低谷时间段:Ctime=(L15minDP<Lavg)&(LlowTB,LlowTE)
d)叠加充电时间:Ctime>Q*SOE/∑Pload
上述公式中,Lasttime表示最新负荷数据,L15mindp表示15分钟日计划,LNavg表示晚高峰平均负荷,LlowTB为负荷低谷充电开始时间,LlowTE为负荷低估从点截止时间,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。15分钟负荷预测数据,是当天24小时的,每15分钟一个负荷数据,通过面积积分计算出曲线下方的面积,再用面积除以24小时15分钟单位的和获得分钟级平均负荷。
第二步中放电区间算法如下:
a)放电区间:DCtime1=(L15minDP>ΔLMavg)||(L15mimDP>ΔLNavg);
b)叠加放电时间:DCtime<Q*SOE/∑Pload;
c)最终放电时间:DCtime<DCtime1;
上述公式中,L15mindp表示15分钟日计划,LNavg表示晚高峰平均负荷,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。ΔLMavg表示午高峰峰谷负荷区间。ΔLNavg表示晚高峰负荷区间,这两个值或有动态调整。
优选的,第三步中充电区间算法如下:
Ctime=(Vrealtime>Vupper*80%|Vrealtime<Vupper*80%);
上述公式中,V realtime表示实时电压,Vupper表示最高电压。
第三步中放电区间算法如下:
DCtime=(Vrealtime<Vlow*80%|Vrealtime>Vlow*80%);
上述公式中,V realtime表示实时电压,Vlow表示最低电压。
优选的,在进行第三步时计算单元实时监测并控制储能单元的可用容量在90%。
优选的,上述方法第一步中云端数据库中当日用电负荷日计划曲线数据的颗粒度为5分钟。
优选的,上述方法第二步中对第一步计算时所用数据的更新周期为15分钟一次。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种虚拟电厂在线功率自动调节装置,其特征在于,包括电压采集部件(PT)、控制主板和储能装置;所述电压采集部件(PT)安装在供电母线上,用于采集供电母线的供电电压,电压采集部件(PT)通过双绞线与控制主板连接;所述储能装置包括蓄电池、充电电路和逆变器,在控制主板的控制下利用充电电路实现从供电母线获取电能给蓄电池充电,利用逆变器实现对用电设备放电;所述控制主板包括通信单元、计算储存单元和采集控制单元,通信单元包括4G模组和WIFI模组,计算储存单元包括控制器MCU及控制器运行的最小外围电路,采集控制单元包括与电压采集部件(PT)的通信接口,进行逆变器控制的通信接口;工作时,控制主板通过电压采集部件(PT)实时采集电网电力负荷情况,依据预先设定的自动调节方法,通过对储能装置的充放电进行控制,实现对虚拟电厂在线功率的自动调节;
按照如下步骤进行调节:
第一步:控制主板每天凌晨通过通信单元从云端数据库下载当日用电负荷日计划曲线数据,通过计算分析获取当日的高峰、低谷周期,结合储能单元的容量、可用容量、负载功耗和负载耗电日特征曲线指标,计算出当日最佳预充电、预放电时间段;
第二步:所述自动调节装置在运行过程中对第一步计算时所用数据进行更新并计算,得到的最佳预充电和预放电时间段,对第一步的计算结果进行动态微调,即周期性获取一次最新的日计划曲线并计算更新数据,对当日最佳充电时间、预放电时间段进行动态微调;
第三步:所述自动调节装置实时监测接入点电网的电压值,当发现电网电压超过电压合格率上限80%,则开启充电模式;当电网电压低于电压合格率下线80%,则开启放电模式;
上述三步中的计算结果,按照得到计算结果的先后顺序实时修改系统充电时间和放电时间;
第一步中充电区间算法如下:
b)负荷充电时间区间:Ctime=(Ldayplan<Lavg);
c)叠加低谷时间段:Ctime=(Ldayplan<Lavg)&(LlowTB,LlowTE);
d)叠加充电时间:Ctime>Q*SOE/∑Pload;
上述公式中,公式a中Lavg表示平均负荷,5min表示5分钟负荷积分(x时间,y5分钟平均负荷)除以时域数据及获得平均负荷;公式b中Ctime表示充电时间范围,Ldayplan表示日计划负荷,Lavg表示平均负荷;公式c中&符号表示取最小范围运算,LlowTB为负荷低谷充电开始时间,LlowTE为负荷低估从点截止时间;公式d中Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率;
第一步中放电区间算法如下:
a)放电区间:DCcime1=(Ldayplan>ΔLMavg)||(Ldayplan>ΔLNavg);
b)叠加放电时间:DCtime<Q*SOE/∑Pload;
c)最终放电时间:DCtime<DCtime1;
上述公式中,DCtime1表示放电时间,Ldayplan表示日计划负荷,LMavg表示午高峰平均负荷,LNavg表示晚高峰平均负荷,Pload表示负荷功率,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂在线功率自动调节装置,其特征在于,所述计算储存单元的控制器MCU型号为STM32F103RG;所述4G模组的型号为科移工业版L218模组;WIFI模组为庆科工业级EMW3165模组;所述采集控制单元通过UART串口或者Modbus通信协议与计算储存单元进行数据通信;所述通信单元通过UART串口实现与计算储存单元的数据通信;所述采集部件(PT)使用RS232通信协议与控制主板进行通信。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂在线功率自动调节装置,其特征在于,
第二步中充电区间算法如下:
b)负荷充电时间区间:Ctime=(L1aminDB<Lavg);
c)叠加低谷时间段:Ctime=(L1BminDF<Lavg)&(LlowTB,LlowTE);
d)叠加充电时间:Ctime>Q*SOE/∑Pload;
上述公式中,Lasttime表示最新负荷数据,L15mindp表示15分钟日计划,LNavg表示晚高峰平均负荷,LlowTB为负荷低谷充电开始时间,LlowTE为负荷低估从点截止时间,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率;
第二步中放电区间算法如下:
a)放电区间:DCtime1=(L1BminDP>ΔLMavg)||(L1BminDB>ΔLNavg);
b)叠加放电时间:DCtime<Q*SOE/∑Pload;
c)最终放电时间:DCtime<DCtime1;
上述公式中,L15mindp表示15分钟日计划,LNavg表示晚高峰平均负荷,Q表示储能设备容量,SOE表示可用容量,Pload表示负荷功率。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂在线功率自动调节装置的调节方法,其特征在于,所述方法第一步中云端数据库中当日用电负荷日计划曲线数据的颗粒度为5分钟。
5.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂在线功率自动调节装置,其特征在于,所述方法第二步中对第一步计算时所用数据的更新周期为15分钟一次。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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