CN112018826B - 一种用于分布式风电系统的能量调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，由调度控制系统对各风机站点进行能量调度控制，每个风机站点是包括控制器和路由器的一个可远程访问的设备，所有风机站点通过并网并入电力公司，输出电力，所述能量调度方法包括以下步骤：由电力公司对各风机站点进行编号，为每个风机站点分配唯一的ID号；所有风机站点通过调度控制系统向电力公司获取对应的输出控制计划后，按照输出控制计划的规定运行，输出控制计划为年度控制计划或实时控制计划。

Description

一种用于分布式风电系统的能量调度方法

技术领域

本发明涉及一种用于分布式风电系统的能量调度方法，属于计算机网络控制系统技术领域。

背景技术

在风电系统的发电系统中，风电的输出功率是由风速等外在物理现象影响的，在并网状态下，风电的能量的产生和停止是不可控的状态。有可能发生当地风场输出了过多的电能，对并网电网系统造成冲击。所以，需要在分布式的风电系统中添加一种能够调度各个风机的能量输出的系统，通过对即将使用的电能的预测和天气的预测，制作电能的输出控制计划，通过控制系统控制风电系统的运转和停止。

发明内容

本发明的目的是：应用于多台风机站点所在的电网的用电负载量实际已经小于多台风机站点的总发电量，动态得控制多台风电设备的发电，实现负载均衡、发电均衡、随用随发。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，由调度控制系统对各风机站点进行能量调度控制，每个风机站点是包括控制器和路由器的一个可远程访问的设备，所有风机站点通过并网并入电力公司，输出电力，所述能量调度方法包括以下步骤：

由电力公司对各风机站点进行编号，为每个风机站点分配唯一的ID号；所有风机站点通过调度控制系统向电力公司获取对应的输出控制计划后，按照输出控制计划的规定运行，输出控制计划为年度控制计划或实时控制计划，其中，年度控制计划为一年内所有实时控制计划的集合；

若风机站点按照实时控制计划的规定运行，则包括以下步骤：

步骤101、调度控制系统将需要获取实时控制计划的当前风机站点的ID号、当前风机站点的MAC地址组成HTTP的用于请求实时控制计划的POST命令；

步骤102、调度控制系统将请求实时控制计划的POST命令发送到电力公司服务器；

步骤103、电力公司服务器接收到POST命令后，将与当前风机站点的ID号相对应的实时控制计划以文件的形式回复POST命令；

步骤104、若调度控制系统在一定时间段内未接收到电力公司服务器反馈的文件，则进入步骤106；若调度控制系统在一定时间段内接收到电力公司服务器反馈的文件后，则进入步骤105；

步骤105、调度控制系统判断接收到的文件是否正确，若正确，则进入步骤107，若不正确，则进入步骤106；

步骤106、调度控制系统等待一定时间后，返回步骤102重新向电力公司服务器发送请求实时控制计划的POST命令；

步骤107、调度控制系统将接收到的文件转发给当前风机站点，当前风机站点依据文件中的实时控制计划的规定运行；

若风机站点按照年度控制计划的规定运行，则包括以下步骤：

步骤201、在调度控制系统与电力公司服务器通讯过程中，调度控制系统主动向电力公司服务器询问是否需要获取年度控制计划，若有至少一个风机站点需要获取年度控制计划，则调度控制系统响应电力公司服务器发出的询问，根据需要获取年度控制计划的所有风机站点的ID号，确定不同风机站点获取年度控制计划的不同时间段，不同风机站点分别在所确定的不同时间段与电力公司服务器进行交互获取年度控制计划；

步骤202、假设当前时间窗口为调度控制系统确定的当前风机站点获取年度控制计划的时间段，则进入步骤203；

步骤203、调度控制系统将当前风机站点的ID号、当前风机站点的MAC地址组成HTTP的用于请求年度控制计划的POST命令；

步骤204、调度控制系统将用于请求年度控制计划的POST命令通过网络发送给电力公司服务器；

步骤205、电力公司服务器接收到步骤204所述的POST命令后，将年度控制计划以文件回复该POST命令；

步骤206、若调度控制系统在一定时间段内未接收到电力公司服务器反馈的文件，则进入步骤208；若调度控制系统在一定时间段内接收到电力公司服务器反馈的文件后，则进入步骤207；

步骤207、调度控制系统判断接收到的文件是否正确，若正确，则进入步骤209，若不正确，则进入步骤208；

步骤208、若调度控制系统向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令的次数已经达到事先设定的阈值，则等到次日属于当前风机站点的获取年度控制计划的时间段到来后，再返回步骤204重新向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令；

若调度控制系统向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令的次数未达到事先设定的阈值，则返回步骤204重新向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令；

步骤209、调度控制系统将接收到电力公司服务器反馈的文件反馈给数据库，并将文件中的年度控制计划存储在数据库中；

步骤210、调度控制系统依据数据库中的年度控制计划调度控制当前风机站点；或者当前风机站点通过调度控制系统从数据库中获取年度控制计划后，将年度控制计划存于本地，并按照存储在本地的年度控制计划的规定运行。

优选地，步骤209中，数据库采用如下步骤存储获取到的年度控制计划：

年度控制计划在存入数据库永久保存之前，以Excel文件的方式保存在调度控制系统本地，然后再通过读取这个Excel文件，一条一条地写入数据库；并且基于电力公司分配的风机站点的26位唯一ID号，在数据库中建立以ID号-时间-年度控制计划的键值对来保存年度控制计划；

年度控制计划保存后，定期校对Excel文件中的年度控制计划和数据库中相对应的年度控制计划确保数据库中数据的完整性。

优选地，所述风机站点采用以下步骤进行校时；

1)调度控制系统使用UTC时间，每5分钟与美国网络铯钟进行同步；

2)风机站点的设备通过与调度控制系统之间的通信，获取调度控制系统中受同步过的时间，进行校时。

优选地，步骤210中，风机站点将年度控制计划存于本地后，根据当前设备时间在本地查询年度控制计划中与当前设备时间相对应的实时控制计划，如果未找到，则停机；若找到与当前设备时间相对应的实时控制计划，则风机站点依据该实时控制计划的规定运行；

调度控制系统最少一年两次对存储于风机站点本地的年度控制计划进行更新；对于与调度控制系统断开连接超过半年以上的风机站点，则安排人员到达风电设备的现场对设备的网络功能进行检查和修复。

优选地，步骤210中，当前风机站点通过调度控制系统从数据库中获取年度控制计划时，利用断点续传的机制保证年度控制计划完整地传输到风电站点，包括以下步骤：

a)参考TCP/IP协议的通讯方式，将整个年度控制计划以3次握手的方式进行通信传输；

b)将整个年度控制计划拆分成以天为单位的控制计划数据段，每次传输一天的控制计划；

c)在经过3次握手之后确认了一天的控制计划数据段后，调度控制系统下发指令让风机站点控制器执行写入本地操作，调度控制系统对该天的控制计划数据段进行标记，示意已传输完成，重复本步骤，直至完全整个年度控制计划的传输。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

服务器多次与下位机通信传输同一天的控制计划数据，可以保证数据传输的正确性和缜密性，同时由于传输中的每一个步骤都同步到数据库中，所以在任意一步传输中出现服务器宕机或者网络中断，也可以做到再次开启服务器服务的时候继续在当前传输进度继续进行传输，不会缺少控制计划和重复多发控制计划，减少风机中的SD卡的写入次数。

附图说明

图1为年度计划获取示意图；

图2为年度计划下发示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种用于分布式风电系统的能量调度方法涉及到风机站点，风机站点是由控制器和路由器组成的一个可远程访问的设备。风机站点通过并网并入电力公司，输出电力。电力公司要求需要根据电力公司的要求动态地修改风机站点的输出功率以达到发电量的输出控制。

基于上述对风机站点的定义，本发明公开的一种用于分布式风电系统的能量调度方法包括以下内容：

1.对不同的风电站点进行编号：

电力公司对各风机站点进行编号，为每个风机站点分配唯一的ID号。本实施例中，这个ID号的长度为26位，从而可以保证不会重复。

2.电力输出计划的获取

每一个风机站点的输出控制计划由电力公司给出，所有风机站点通过调度控制系统来向电力公司获取各风机站点的输出控制计划，使得风机站点能够按照输出控制计划的规定运行。电力公司给出的控制计划分两种：年度控制计划、实时控制计划。年度控制计划每年至少更新两次，实时控制计划每30分钟更新一次。

实时控制计划的获取：

调度控制系统根据电力公司分配到的ID号，将当前风机站点的ID号、当前风机站点的MAC地址组成HTTP的用于请求实时控制计划的POST命令，通过网络发送到电力公司服务器。电力公司服务器接收到上述POST命令后，将与当前风机站点的ID号相对应的实时计划以文件的形式(后缀名为.data)回复这个POST命令。调度控制系统接收到电力公司服务器反馈的回复文件后，将回复文件反馈给当前风机站点。如果因为通信故障使得调度控制系统没有收到电力公司服务器反馈的回复，或者调度控制系统接收到电力公司服务器反馈的回复后经校验发现不正确，则调度控制系统在本次POST命令的30分钟后再次向电力公司发送POST命令，以请求实时计划。如果再次失败，那么再在30分钟后向电力公司发送POST命令，直至成功。

年度控制计划的获取：

当调度控制系统与电力公司服务器通讯时，电力公司服务器向控制系统询问是否需要获取年度控制计划，年度控制计划为一年内各风机站点的所有实时控制计划，即年度控制计划由48×365条实时控制计划组成。若有至少一个风机站点需要获取年度控制计划，则调度控制系统根据需要获取年度控制计划的风机站点的ID号，确定不同风机站点获取年度控制计划的不同时间段。不同风机站点分别在所确定的不同时间段与电力公司服务器进行交互，减少调度控制系统的网络负载压力和电力公司服务器的网络负载压力。

若当前时间窗口为当前风机站点获取年度控制计划的时间段，则调度控制系统将当前风机站点的ID号、当前风机站点的MAC地址组成HTTP的用于请求年度控制计划的POST命令，将该POST命令通过网络发送给电力公司服务器。电力公司服务器接收到上述POST命令后，将年度控制计划以文件(后缀名为.data)回复该POST命令。调度控制系统接收到电力公司服务器反馈的回复文件后，将回复文件反馈给数据库，并将回复文件中的年度控制计划保持在数据库中。如果因为通信故障使得调度控制系统没有收到电力公司服务器反馈的回复，或者调度控制系统接收到电力公司服务器反馈的回复后经校验发现不正确，则控制系统在5分钟后再次向电力公司服务器发送用于请求年度控制计划的POST命令。若重试5次仍然失败，则不再重试，等到次日属于当前风机站点的获取年度控制计划的时间段到来后，再向电力公司服务器发送用于请求年度控制计划的POST命令。

3.存储获取年度控制计划

数据库采用如下方式存储获取到的年度控制计划：

基于电力公司分配的风机站点的26位唯一ID号，在数据库中建立以ID-时间-年度控制计划的键值对来保存年度控制计划。年度控制计划由于数据量比较多，所以在存入数据库永久保存之前，先以Excel的方式保存在调度控制系统本地，然后再通过读取这个Excel文件，一条一条的写入数据库(为保证数据安全，没有使用批量写入技术)。并且定期校对Excel文件中的年度控制计划和数据库中相对应的年度控制计划确保数据库中数据的完整性。

4.风电站点的校时

上述风电系统能量调度方法的一个关键因素是时间，所以如果风机站点的设备时间不准，会导致整个控制系统的失效，所以需要添加校时系统。

1)调度控制系统使用UTC时间，每5分钟与美国网络铯钟进行同步。

2)风电站点的设备通过与调度控制系统之间的通信，获取调度控制系统中受同步过的时间，进行校时。本实施例中，每4小时风电站点与调度控制系统进行一次时间同步。

5.风电站点与调度控制系统之间的通讯异常处理机制

由于一个风场的风电系统中的不同风机站点之间间隔很远，尽管有安装网络设备将风机站点接入调度控制系统，但是还是有可能出现网络中断的情况(SIM卡流量超限停机、运行时的信号塔较远不稳定、风电设备因为掉电而失去网络通信等)。所以本发明设计了一个可以在不与调度控制系统实时通信的情况下也可以智能调度风机站点依照控制计划进行发电的机制，包括如下内容：

风机站点需要添加SD卡，用于保存年度控制计划。风机站点根据当前设备时间，在SD卡中查询年度控制计划中与当前时刻相对应的实时控制计划。如果没有找到，则视为0％(即停机)。若找到了，则依据该实时控制计划对风机站点进行控制。调度控制系统最少一年两次对风机站点的SD卡中的年度控制计划进行更新。对于与调度控制系统断开连接超过半年以上的风机站点，需要安排人员到达风电设备的现场对设备的网络功能进行检查和修复。

6.风电站点和控制系统之间的数据通信方式

第5点中提及的年度控制计划时间跨度为1年，而对于网络通信来说无法在一次通信握手中将年度控制计划全部传输完毕，因此本发明设计了一个能够断点续传的机制，保证年度控制计划能完整地传输到风电站点的SD卡中：

1)参考TCP/IP协议的通讯方式，将整个年度控制计划以3次“握手”的方式(发送到风机站点、读取风机站点上的计划、确认写入到SD卡)，进行通信传输。

2)限制于通讯数据安全和正确性，将整个年度控制计划拆分成以天为单位的控制计划数据段，每次传输一天的控制计划。

3)在经过3次“握手”之后确认了一天的控制计划后，下发指令让风机站点控制器执行写入SD卡操作，调度控制系统对该天的风电控制计划进行标记，示意已传输完成。

7.风机站点快速查找风电能量调度计划

风机站点的控制器中设计以“年-月-日-时-分”到年度控制计划的链表，以与“年-月-日-时-分”相对应的5次查询代替对所有的数据集合的循环迭代查询，减少查询时间上的消耗。

8.调度控制系统实施与风机站点传输实时调度计划

调度控制系统可以支持接受人工干预，根据当地的天气情况动态修改风机站点的发电产出：通过WEB端发送“时间-发电输出计划”到风机站点中，风机站点的输出功率以实时接收到的“时间-发电输出计划”为优先，在没有“时间-发电输出计划”的情况下，才从SD卡中查询预订的风电能量输出计划。

Claims (5)

1.一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，由调度控制系统对各风机站点进行能量调度控制，每个风机站点是包括控制器和路由器的一个可远程访问的设备，所有风机站点通过并网并入电力公司，输出电力，所述能量调度方法包括以下步骤：

由电力公司对各风机站点进行编号，为每个风机站点分配唯一的ID号；所有风机站点通过调度控制系统向电力公司获取对应的输出控制计划后，按照输出控制计划的规定运行，输出控制计划为年度控制计划或实时控制计划，其中，年度控制计划为一年内所有实时控制计划的集合；

若风机站点按照实时控制计划的规定运行，则包括以下步骤：

步骤101、调度控制系统将需要获取实时控制计划的当前风机站点的ID号、当前风机站点的MAC地址组成HTTP的用于请求实时控制计划的POST命令；

步骤102、调度控制系统将请求实时控制计划的POST命令发送到电力公司服务器；

步骤103、电力公司服务器接收到POST命令后，将与当前风机站点的ID号相对应的实时控制计划以文件的形式回复POST命令；

步骤104、若调度控制系统在一定时间段内未接收到电力公司服务器反馈的文件，则进入步骤106；若调度控制系统在一定时间段内接收到电力公司服务器反馈的文件后，则进入步骤105；

步骤105、调度控制系统判断接收到的文件是否正确，若正确，则进入步骤107，若不正确，则进入步骤106；

步骤106、调度控制系统等待一定时间后，返回步骤102重新向电力公司服务器发送请求实时控制计划的POST命令；

步骤107、调度控制系统将接收到的文件转发给当前风机站点，当前风机站点依据文件中的实时控制计划的规定运行；

若风机站点按照年度控制计划的规定运行，则包括以下步骤：

步骤201、在调度控制系统与电力公司服务器通讯过程中，调度控制系统主动向电力公司服务器询问是否需要获取年度控制计划，若有至少一个风机站点需要获取年度控制计划，则调度控制系统响应电力公司服务器发出的询问，根据需要获取年度控制计划的所有风机站点的ID号，确定不同风机站点获取年度控制计划的不同时间段，不同风机站点分别在所确定的不同时间段与电力公司服务器进行交互获取年度控制计划；

步骤202、假设当前时间窗口为调度控制系统确定的当前风机站点获取年度控制计划的时间段，则进入步骤203；

步骤203、调度控制系统将当前风机站点的ID号、当前风机站点的MAC地址组成HTTP的用于请求年度控制计划的POST命令；

步骤204、调度控制系统将用于请求年度控制计划的POST命令通过网络发送给电力公司服务器；

步骤205、电力公司服务器接收到步骤204所述的POST命令后，将年度控制计划以文件回复该POST命令；

步骤206、若调度控制系统在一定时间段内未接收到电力公司服务器反馈的文件，则进入步骤208；若调度控制系统在一定时间段内接收到电力公司服务器反馈的文件后，则进入步骤207；

步骤207、调度控制系统判断接收到的文件是否正确，若正确，则进入步骤209，若不正确，则进入步骤208；

步骤208、若调度控制系统向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令的次数已经达到事先设定的阈值，则等到次日属于当前风机站点的获取年度控制计划的时间段到来后，再返回步骤204重新向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令；

若调度控制系统向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令的次数未达到事先设定的阈值，则返回步骤204重新向电力公司服务器发送请求年度控制计划的POST命令；

步骤209、调度控制系统将接收到电力公司服务器反馈的文件反馈给可由当前风机站点读取的数据库，并将文件中的年度控制计划存储在数据库中；

步骤210、调度控制系统依据数据库中的年度控制计划调度控制当前风机站点；或者当前风机站点通过调度控制系统从数据库中获取年度控制计划后，将年度控制计划存于本地，并按照存储在本地的年度控制计划的规定运行。

2.如权利要求1所述的一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，步骤209中，数据库采用如下步骤存储获取到的年度控制计划：

年度控制计划在存入数据库永久保存之前，以Excel文件的方式保存在调度控制系统本地，然后再通过读取这个Excel文件，一条一条地写入数据库；并且基于电力公司分配的风机站点的26位唯一ID号，在数据库中建立以ID号-时间-年度控制计划的键值对来保存年度控制计划；

年度控制计划保存后，定期校对Excel文件中的年度控制计划和数据库中相对应的年度控制计划确保数据库中数据的完整性。

3.如权利要求1所述的一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，所述风机站点采用以下步骤进行校时；

1)调度控制系统使用UTC时间，每5分钟与美国网络铯钟进行同步；

2)风机站点的设备通过与调度控制系统之间的通信，获取调度控制系统中受同步过的时间，进行校时。

4.如权利要求1所述的一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，步骤210中，风机站点将年度控制计划存于本地后，根据当前设备时间在本地查询年度控制计划中与当前设备时间相对应的实时控制计划，如果未找到，则停机；若找到与当前设备时间相对应的实时控制计划，则风机站点依据该实时控制计划的规定运行；

调度控制系统最少一年两次对存储于风机站点本地的年度控制计划进行更新；对于与调度控制系统断开连接超过半年以上的风机站点，则安排人员到达风电设备的现场对设备的网络功能进行检查和修复。

5.如权利要求1所述的一种用于分布式风电系统的能量调度方法，其特征在于，步骤210中，当前风机站点通过调度控制系统从数据库中获取年度控制计划时，利用断点续传的机制保证年度控制计划完整地传输到风电站点，包括以下步骤：

a)参考TCP/IP协议的通讯方式，将整个年度控制计划以3次握手的方式进行通信传输；

b)将整个年度控制计划拆分成以天为单位的控制计划数据段，每次传输一天的控制计划；

c)在经过3次握手之后确认了一天的控制计划数据段后，调度控制系统下发指令让风机站点控制器执行写入本地操作，调度控制系统对该天的控制计划数据段进行标记，示意已传输完成，重复本步骤，直至完全整个年度控制计划的传输。

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