CN111864748A - 适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统及方法，包括：电网侧平台，被配置为获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，对分布式光伏和储能的工作状态进行监测，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧平台；用户侧平台，被配置为向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。本发明基于所建立的电网侧监控调度平台和用户侧监控调度平台，使得电网和用户可以对用户的光伏、储能、柔性负荷等设备实现精准调控和协同优化运行，为分布式光伏的并网和柔性负荷调度起到辅助作用。

Description

适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统及方法
技术领域
本发明涉及分布式能源并网技术领域，尤其涉及一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
光伏作为发展最快的可再生能源之一，正逐渐成为主流能源。对光伏的需求促进了分布式光伏项目的发展。随着分布式光伏并网容量的增加，某些区域配电网的光伏渗透率大幅上升，导致一系列的电能质量问题和弃光等问题，暴露出目前电网的调度管理系统对分布式光伏调控能力不足的问题。
解决电网对分布式光伏的调度问题，其中关键的一环是设计适用于分布式光伏并网的监控调度平台。
根据发明人了解，现阶段电网只是运用配网自动化系统对这些分布式光伏用户的用电信息进行采集，无法形成有效的调度，不能实现光伏、储能设备、柔性负荷、电动汽车负荷等的协同控制运行。
可见，现有的系统已经不能适应分布式光伏的发展，而目前对于分布式光伏并网的研究，均未涉及到中低压分布式光伏的监控调度系统设计。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统及方法，能够实现对光伏出力的预测、监测、以及光伏同用户其他多元源荷、柔性负荷的协调优化运行，为调控部门实现对区域内的分布式光伏能源和需求侧资源的管理利用和安全并网提供了重要的技术支撑，有助于改善用户的用电经济性和电网的光伏消纳能力。
本发明实施方式的第一个方面，公开了一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，包括：
电网侧平台，被配置为获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，对分布式光伏和储能的工作状态进行监测，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧平台；
用户侧平台，被配置为向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。
本发明实施方式的第二个方面，公开了一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化方法，包括：
电网侧获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，对分布式光伏和储能的工作状态进行监测，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧；
用户侧向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。
基于获取到的用户负荷数据，以用户光伏消纳最大为优化目标，构建用电行为模型；采用设定优化算法对用电行为模型进行求解，得到最优解并以所述最优解为依据制定优化调度计划。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明基于所建立的电网侧监控调度平台和用户侧监控调度平台，使得电网和用户可以对用户的光伏、储能、柔性负荷等设备实现精准调控和协同优化运行，为分布式光伏的并网和柔性负荷调度起到辅助作用。
本发明适用于中低压(10kV-220V)并网的分布式光伏用户，本发明有助于电网和用户实现自身多元源荷的协调优化运行，而多元源荷的协调优化运行可以显著提高电网对分布式能源的消纳能力，因此可提高分布式能源的并网容量，有助于低压分布式光伏的并网和调度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1示出了本发明实施例所提供的适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统电网侧平台结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统用户侧平台示结构意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
根据本发明实施例，提出了一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统的实施例，具体包括：
电网侧平台，被配置为获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧平台；
用户侧平台，被配置为向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。
本发明中监控分为两个部分，即电网对用户设备的监测和用户对自身设备的监测：
1)电网对用户设备的监测主要体现在对用户分布式光伏和储能的工作状态(如光伏出力的功率、储能和电动汽车的充放电状态等)的监测，用户侧平台的量测层具有计量设备和用电信息采集设备，可采集这部分监测数据并通过通信层传递至电网侧平台；
2)用户对用户侧设备的监测主要体现在用户可以通过移动终端应用(如手机APP)连接UEMS，可以实现对自身光伏、电动汽车、储能和其他负荷用电状态的实时监控。
电网侧可以通过用户侧平台获取更全面的用户用电信息，主要是用户的分布式光伏、储能设备、电动汽车等的数据，并通过电网侧平台主站层的协调优化系统计算出优化的运行计划，可以对用户多元源荷设备的运行调度起指导作用；同时对用户的数据采集进入电网数据中心，经大数据分析后可以得到更加准确的光伏出力预测、用户负荷预测等数据，对于电网自身调度规划也起到支持作用。
具体地，参照图1，电网侧平台是以数据中心为核心、协调优化系统为主要功能模块的双层结构，包括主站层和通信层。
其中，主站层包括电力与辅助服务交易平台、防火墙、气象数据接入端口、智能运维平台、数据中心、用电信息采集系统、需求响应系统、多元源荷协调优化系统、多能源协调控制系统；
其中，电力与辅助服务交易平台：在电力市场进一步放开的趋势下，用户可以作为发电主体或者由用户的储能、电动汽车设备向电网提供辅助服务。在电网对电力辅助和交易平台提供数据支撑的条件下，可以通过本平台完成费用出清。
气象数据接入端口：接受气象数据，实现更准确和快速的光伏、风电的出力预测，有助于安排电网的调度计划。
智能运维平台：通过对用户数据和传统配电网运行数据的采集，可以对电网运行薄弱环节进行分析，实现故障预警等功能。
数据中心：服务于电网全部数据，实现存储、转发、高效计算等功能。
用电信息采集系统：具备采集用户用电行为数据、电能质量监测、分布式能源监控等功能。
需求响应系统：采集和计算需求响应信息，为协调优化系统提供数据支撑。
多元源荷协调优化系统：由使用者制定某优化目标(单目标或多目标)，通过优化算法进行优化规划得到优化调度指令。实现多元源荷(如储能系统、电动汽车、分布式光伏、分布式风电、小型燃气轮机)等的协同优化运行。
多能源协调控制系统：由使用者制定某优化目标(单目标或多目标)，通过优化算法进行优化规划得到优化调度指令。实现多种能源(电、热、气)等的互补和协同优化运行。
举例来说：在光伏渗透率较高的区域，电网不希望用户光伏所发电量全额上网，而是希望用户通过调整自身负荷实现光伏的就地消纳。通过收集用户的负荷数据，可构建用户的用电行为模型；选取用户光伏消纳最大为优化目标或多优化目标之一，结合用户用电行为模型和光伏出力模型、柔性负荷响应模型可构建优化调度模型；采用适当的优化算法，可以得到Pareto最优解并以此为依据制定优化调度计划。此计划即可指导用户调整自己的用电行为，实现优化调度。
需要说明的是，优化调度模型的构建和算法的选取具有相当程度的多样性，本领域技术人员可以根据需要自行选取。
通信层包括电网数据安全接入平台、电力光缆、电力通信专用5G基站。
其中，电网数据安全接入平台：电网数据专用的安全传输接口，具备加密功能，保护数据的安全性。
电力光缆：电网信息传输的媒介。
电力通信专用5G基站：电网数据专用的5G基站，可为电网提供专用的信道，保证通信的畅通。
主站层负责处理区域内所有的数据并生成调度指令，并为互联网上的电力市场提供数据支撑，在内外网之间的接口均设有防火墙，以保证电力信息传输的安全性；
通信层则是通过电力光缆或者电力通信专用的5G基站完成生成的调度指令的电力信息传送，同时接受来自于用户侧平台的用户负荷数据、用电信息等传递给主站层进行处理。在通信层也包括电力数据安全接入平台，保证信息的安全性。
参照图2，用户侧平台以UEMS，即用户能量管理系统为核心的三层结构，包括用户层、量测层和通信层。
其中，用户层包括用户的光伏、储能、电动汽车、空调等多元源荷和柔性负荷，具体完成调度动作。
用户层包含中低压分布式光伏用户和用户的储能设备、电动汽车、柔性负荷等设备以及用户的移动式监测控制终端，可以直观监测自身各种设备工作状态和工作策略，并具体实施由电网侧平台和UEMS所传达的调度策略，完成多元源荷间的协同优化，实现用户用电经济性和清洁能源消纳量的最大化。
同时，用户侧包含移动式用户侧监测终端(例如手机APP)，向用户直观展示设备工作状态和工作策略。
通信层包括用户侧的电力通信光缆接口和电力通信5G终端，负责通过电力光缆或者是用户的5G终端接收来自电网调度中心的信息；
通信层包括用户侧的电力通信光缆接口和电力通信5G终端，负责通过电力光缆或者是用户的5G终端接收来自电网调度中心的信息；量测层包括以UEMS为核心的智能用电系统、智能计量设备、用电信息采集终端、电压监测模块、保护监测模块，负责通过UEMS向用户负荷和电源传递调度指令、收集用户用电数据、监测用户电压和保护装置状态；用户层包括用户的光伏、储能、电动汽车、空调等多元源荷和柔性负荷，具体完成调度动作。
量测层包括以UEMS为核心的智能用电系统、智能计量设备、用电信息采集终端、电压监测模块、保护监测模块，负责通过UEMS向用户负荷和电源传递调度指令、收集用户用电数据、监测用户电压和保护装置状态；
其中，智能计量设备负责具体完成用户各种用电信息，包括具备电能的双向计量功能的仪表、具备电能质量检测功能的仪表等，优点是可以对用户传入电网和从电网获得的电量进行独立计量，可以全面的采集用户用电信息供用户直观监测和供电网调用。
量测层配置有智能计量设备，可以对用户传入电网和从电网获得的电量进行独立计量；还配置双向保护监测设备以保证保护设备工作状态正常，可以和准确及时隔离故障；在光伏接入比较密集的区域，还可以考虑增设电压监测设备以预防电压越限问题。此外，量测层的信息也直接传递到用户的移动终端(例如手机或者个人电脑)上，用户可以通过APP直观的了解自身的光伏发电情况和负荷情况，还可结合IoT技术实现对用户多元源荷的精准、实时控制。
实施例二
根据本发明实施例，提供了一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化方法的实施例，具体包括如下过程：
电网侧获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧；
用户侧向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，包括：
电网侧平台，被配置为获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，对分布式光伏和储能的工作状态进行监测，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧平台；
用户侧平台，被配置为向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。
2.如权利要求1所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述电网侧平台包括：
主站层，被配置为处理接收到的区域内来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，并生成优化调度指令；
第一通信层，被配置为实现将主站层生成的优化调度指令传送至用户侧平台；同时，接收用户侧平台上传的数据并发送至主站层。
3.如权利要求2所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述主站层至少包括：
智能运维平台，用于基于获取到的用户数据和传统配电网运行数据，对电网运行薄弱环节进行分析，实现故障预警；
多元源荷协调优化系统，用于基于指定的优化目标，通过优化算法进行规划得到优化调度指令，以实现多元源荷的协同优化运行；
多能源协调控制系统，用于基于指定的优化目标，通过优化算法进行规划得到优化调度指令，以实现多种能源的互补和协同优化运行。
4.如权利要求2所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述主站层还包括：
电力与辅助服务交易平台，用于根据用户侧的储能、电动汽车设备向电网提供交易服务，并完成交易结算；
气象数据接入端口，用于接收气象数据，以实现对光伏、风电的出力预测；
数据中心，用于实现电网数据的存储、转发与计算。
5.如权利要求2所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述第一通信层包括：
电网数据安全接入平台，用于实现电网数据的安全传输；
电力光缆，用于实现电网信息的传输；
电力通信基站：用于提供电网通信的信道。
6.如权利要求1所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述用户侧平台包括：
用户层，被配置为根据接收到的优化调度指令，执行优化调度策略；
量测层，被配置为向用户柔性负荷和多元源荷传递调度指令；采集用户用电数据；监测用户电压和保护装置状态；
第二通信层，被配置为接收电网侧平台的优化调度指令，并将量测层采集到的数据传送至电网侧平台。
7.如权利要求6所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述量测层包括：
智能计量设备，能够对用户传入电网和从电网获得的电量进行独立计量；
双向保护监测设备，用于保护保护设备的工作状态正常，并隔离故障；
电压监测设备，用于防止电压越限。
8.如权利要求6所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化系统，其特征在于，所述量测层与移动监测终端通信，将采集到的信息实时传递至移动监测终端。
9.一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化方法，其特征在于，包括：
电网侧获取来自用户柔性负荷和多元源荷的运行数据，对分布式光伏和储能的工作状态进行监测，结合电网自身需求计算得到优化调度指令，并将所述指令传递给用户侧；
用户侧向电网侧平台发送监测数据并接受优化调度指令，基于所述优化调度指令控制用户柔性负荷和多元源荷，执行优化调度策略。
10.如权利要求9所述的一种适用于分布式光伏并网的监控调度一体化方法，其特征在于，基于获取到的用户负荷数据，以用户光伏消纳最大为优化目标，构建用电行为模型；采用设定优化算法对用电行为模型进行求解，得到最优解并以所述最优解为依据制定优化调度计划。
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