CN112583030B - 基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统和方法 - Google Patents

基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统和方法，该系统包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，其特点是：该基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与一次调频协调控制系统。该方法包括并网有功及高精度频率数据；判断当前频率是否超过极限值；通过调整功率进行一次调频；通过调整功率进行再次调频；判断频率是否回到正常范围；本发明利用边缘计算容器、虚拟技术，将不同调频算法同时计算，并加权平均；利用边缘计算终端具有轻量级算法快速计算优点，靠近设备终端，实时性好。

Description

基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统和方法
技术领域
本发明涉及新能源电站一次调频技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算风光储的一次调频协调控制系统。
背景技术
全球气候变化，巴黎协定执行，尤其是我国承诺到2030年，碳排放达到峰值，到2060年实现碳中和，节能减排任务艰巨，调整能源供给及利用结构，是大趋势。能源供给主要以可再生能源即风电光伏发电为主要行式，但风电光伏发电具有随机性、同气候条件紧密关联。因此，高比例新能源发电并入电网，在电网调度、安全稳定运行方面面临巨大技术挑战，为了保证在高比例新能源电站并入电网时，始终保持电网频率稳定，实现安全稳定运行，将新能源电站配置一定容量储能电站势在必行。但增加储能后，改变新能源电站结构，现有的新能源电站一次快速调频控制系统没有考虑到储能电站参与控制，不能完全满足要求，必须让储能电站参与一次快速调频控制，但让储能电站参与一次快速调频控制，必须依靠协调控制手段、且必须全面考虑不同发电设备特性及其配合问题，但现有技术由于存在协调控制问题，没有全面考虑不同发电设备特性及其配合问题，也就不能实现让储能电站参与一次快速调频控制、达到安全稳定运行之目标。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，目的在于新能源电站结构改变，解决现有的新能源电站由于存在协调控制问题，其能源供给主要以可再生能源即风电光伏发电为主要形式，不能让储能电站参与一次快速调频控制、不能完全满足要求的问题。
本发明为解决其技术问题，提出以下技术方案：
一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，该系统包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、主站边缘计算控制系统；该子控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、子站边缘计算控制系统；该主控制站与子控制站通过光纤形成以太网进行连接；其特征在于：
该基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与一次调频协调控制系统。
而且，所述主站边缘计算控制系统包括：总站电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块、调频有功计算模块；所述调频有功计算模块分别接收总站电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块的信息，根据接收的储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况及高精度频率测控装置送来并网有功及高精度频率数据进行调频计算，当运行频率超过规定死区时，利用边缘计算特点启动快速调频算法并计算出需要调整的有功值，按照预先设定的优先级，确定将结果如何分配给风电子站、光伏子站及储能子站；当需要二次调频时，实现AGC同调频系统协调控制。
而且，所述调频有功计算模块接收到各子站执行结果数据，并监视并网网点有功及并网网点频率，监视并网网点频率及协调控制时间是否满足调度及规范要求，若不满足，则根据新的条件重新计算并分配执行，直到满足时间、精度及频率回到规定运行区间为止。
而且，所述二次调频，是将总站电网中心调控指令模块下发给调频有功计算模块的AGC指令值和调频计算有功值相比较，如果AGC指令值与调频计算有功值方向一致，则AGC指令值参与调频计算，如果不一致，则闭锁AGC指令。
而且，所述子站边缘计算控制系统包括：接收主站命令模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块、执行结果发送主站模块；所述数据采集模块采集风电子站、光伏子站、储能子站、并发送给主站再计算再分配模块；所述子站再计算和再分配模块接收主站命令、以及数据采集模块的信息、利用边缘计算将主站命令再计算再分配、按等比例或等增量分配有功或无功，发给风电子站、光伏子站、储能子站去执行；所述执行结果发送模块将风电子站、光伏子站、储能子站的执行结果发送给主站边缘计算控制系统的接收子站信息模块。
而且，所述的光伏子站为光伏子站边缘计算智能终端，该光伏子站边缘计算智能终端与光伏逆变器相连接；所述的风电子站为风电子站边缘计算智能终端，该风电子站边缘计算智能终端与风机能量管理控制系统相连接；所述储能子站为储能子站边缘计算智能终端，该储能子站边缘计算智能终端与储能电站EMS系统相连接。
一种风光储一次调频控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、并网有功及高精度频率数据；
步骤二、判断当前频率是否超过规定运行区间；
如果没有超过规定运行区间则结束，如果超过规定运行区间，则继续步骤三；所述规定运行区间包括上限值和下限值和内值；
步骤三、通过调整有功实现一次调频；
具体过程如下：
⑴主站利用采集到的新能源电站并网有功及高精度频率数据，判定频率是否超过规定运行区间，如果超过，则启动快速调频算法计算出需要调整的有功值；
⑵按照优先级分配给风电子站、光伏子站、储能子站。
步骤四、判断当前频率是否需要二次调频；
具体过程如下：
⑴子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站；
⑵子站执行结果反馈给主站，主站判断执行结果是否满足电网运行频率要求，如果不满足，则继续步骤五；如果满足，则结束；
步骤五、通过AGC指令值进行二次调频；
具体过程如下：
⑴如果频率超过规定运行区间，则采用快速调频算法计算有功值；
⑵电网调控中心下发AGC指令值；
⑶将总站电网中心调控指令模块下发的AGC指令值和快速调频算法计算的有功值进行比较，方向相同则该AGC指令值参与快速调频算法计算，如果方向不同，则闭锁AGC指令值，执行主站自己的快速调频算法计算值，返回步骤三。
步骤六、判断频率是否回到(50±fd)HZ正常范围；如果是，则快速调频系统停止，开放AGC系统，如果否，则转向步骤三。
本发明的优点效果
本发明首次将边缘计算软件平台应用于新能源实现一次快速调频协调控制；利用边缘计算容器、虚拟技术，将不同快速调频算法同时计算，并加权平均；利用边缘计算终端具有轻量级算法快速计算优点，靠近设备终端，实时性好优点，建立新能源电站一次快速调频分层控制系统；根据发电设备特性、运行特性等，设置优先级执行顺序。
附图说明
图1为本发明主站、子站边缘计算终端双层架构示意图；
图2为本发明主站控制系统结构图；
图3为本发明子站控制系统结构图；
图4为本发明新能源电站一次快速调频协调控制系统图；
图5为本发明新能源电站一次快速调频协调控制流程图。
具体实施方式
本发明设计原理
1、利用边缘计算特点解决风光储一次调频协调控制问题。所述“风光储”就是在现有的以风电光伏发电为主要形式的基础上，增加储能电站，让储能电站参与一次调频协调控制；所述协调控制就是主站和子站之间的协调控制、主站的各个模块之间的协调控制、主站与电力调控中心AGC控制协调控制，子站的各个模块之间的协调控制。
利用边缘计算特点解决一次调频协调控制问题。本发明尤其得益于边缘计算的容器、虚拟技术，所述容器、虚拟技术指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台计算机，在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可以运行不同的操作系统，并且应用程序可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
本发明将主站边缘计算控制系统/子站边缘计算控制系统融入同一台边缘计算智能终端：具体为在同一台边缘计算智能终端内虚拟为两台计算机，分别运行主站边缘计算控制系统、子站边缘计算控制系统控制程序；
本发明利用边缘计算的虚拟技术，将不同快速调频算法同时计算，并加权平均；本发明还利用边缘计算的容器技术，使得主站和子站之间、主站的各个模块之间、子站的各个模块之间(包括主站的电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块、频率计算分配模块，子站的接收主站命令模块、执行结果发送模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块)的这些应用程序能够通过容器技术分别运行在相互独立的容器内或空间内而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。综上，本发明利用边缘计算的虚拟技术、容器技术解决了风光储一次调频协调控制系统。
2、本发明还得益于边缘计算终端具有轻量级算法、快速计算优点，靠近设备终端，实时性好。
基于以上发明原理，发明设计了一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统。
一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统如图1，该系统包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、主站边缘计算控制系统；该子控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、子站边缘计算控制系统；该主控制站与子控制站通过光纤形成以太网进行连接；其特征在于：
该基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与一次调频协调控制系统。
所述主站边缘计算控制系统如图2所示，包括：总站电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块、频率计算分配模块；所述频率计算分配模块分别接收总站电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块的信息，根据接收的储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况及高精度频率测控装置送来并网有功及高精度频率数据进行调频计算，当运行频率超过规定死区时(死区为超过上限值、低于下限值)，利用边缘计算特点启动快速调频算法并计算出需要调整的有功值，按照预先设定的优先级，确定将结果如何分配给风电子站、光伏子站及储能子站；当需要再次调频时，实现AGC系统同调频系统协调控制。
所述调频有功计算分配模块接收到各子站执行结果数据，并监视并网网点有功及并网网点频率，监视并网网点频率及协调控制时间是否满足调度及规范要求，若不满足，则根据新的条件重新计算并分配执行，直到满足时间、精度及频率回到规定运行范围为止。
所述二次调频，是将总站电网中心调控指令模块下发给调频有功计算模块的AGC指令值和调频计算有功值相比较，如果AGC指令值与调频计算有功值方向一致，则AGC指令值参与调频计算，如果不一致，则闭锁AGC指令。
补充说明：所述调频计算有功值即为使频率回到规定范围有功值，电力系统通过调有功调频率。
所述子站边缘计算控制系统包括：接收主站命令模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块、执行结果发送主站模块；所述数据采集模块采集风电子站、光伏子站、储能子站、并发送给主站再计算再分配模块；所述子站再计算和再分配模块接收主站命令、以及数据采集模块的信息、利用边缘计算将主站命令再计算再分配、按等比例或等增量分配有功，发给风电子站、光伏子站、储能子站去执行；所述执行结果发送模块将风电子站、光伏子站、储能子站的执行结果发送给主站边缘计算控制系统的接收子站信息模块。
如图4所示，所述的光伏子站为光伏子站边缘计算智能终端，该光伏子站边缘计算智能终端与光伏逆变器相连接；所述的风电子站为风电子站边缘计算智能终端，该风电子站边缘计算智能终端与风机能量管理控制系统相连接；所述储能子站为储能子站边缘计算智能终端，该储能子站边缘计算智能终端与储能电站EMS系统相连接。
一种风光储一次调频控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、并网有功及高精度频率数据；
补充说明：
电网稳定运行频率通常在49.80HZ-50.2HZ这个范围，超过这个范围电力系统就可能崩溃了。为保证电网频率稳定运行，不同区域电网根据自身电网特点规定电网稳定运行频率区间(50±fd)HZ，如fd＝0.06HZ,则运行区间在(49.94-50.06)HZ，超过频率运行区间，且在49.80HZ-50.20HZ范围内，一次调频系统必须动作调整有功，通过调整有功调整频率，使频率回到规定运行范围内。
步骤二、判断当前频率是否超过规定运行区间；
如果没有超过规定运行区间则结束，如果超过规定运行区间，则继续步骤三；所述规定运行区间包括上限值和下限值和内值；
步骤三、通过调整有功实现一次调频；
具体过程如下：
⑴主站利用采集到的新能源电站并网有功及高精度频率数据，判定频率是否超过规定运行区间，如果超过，则启动快速频率算法计算出需要调整的有功值；
⑵按照优先级分配给风电子站、光伏子站、储能子站。
补充说明：
频率和有功有相应的换算公式，通过调整有功调整电力系统频率，本发明所述快速调频算法就是计算频率调整时需要调整的有功值。
步骤四、判断当前频率是否需要二次调频；
具体过程如下：
⑴子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站；
⑵子站执行结果反馈给主站，主站判断执行结果是否满足电网运行频率要求，如果不满足，则继续步骤五；如果满足，则结束；
步骤五、通过AGC指令值进行二次调频；
具体过程如下：
⑴如果频率超过规定运行区间，则采用快速调频算法计算有功值；
⑵总站电网中心调控指令模块下发AGC指令值；
⑶将总站电网中心调控指令模块下发的AGC指令值和快速调频算法计算的有功值进行比较，方向相同则该AGC指令值参与快速调频算法计算，如果方向不同，则闭锁AGC指令值，执行主站自己的快速调频算法计算值，返回步骤三。
补充说明：
所述方向相同，就是指令值和快速调频算法计算值，这两个值同为增加或者同减小，此为方向相同。如果一个值为增加，一个值为减小则为方向不同。
步骤六、判断频率是否回到(50±fd)HZ正常范围；如果是，则快速调频系统停止，开放AGC系统，如果否，则转向步骤三。
补充说明：
所述回到正常运行范围就是新能源电站并网点频率回到(50±fd)HZ范围，如果仍然超过(50±fd)HZ，且在49.80HZ-50.20HZ范围内就需要转入步骤三继续调频。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，该系统包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、主站边缘计算控制系统;该子控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、子站边缘计算控制系统；该主控制站与子控制站通过光纤形成以太网进行连接；其特征在于：
该基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与一次调频协调控制系统；
所述主站边缘计算控制系统包括：总站电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块、调频有功计算模块；所述调频有功计算模块分别接收总站电网中心调控指令模块、高精度频率测控模块、接收子站信息模块的信息，根据接收的储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况及高精度频率测控装置送来并网有功及高精度频率数据进行调频计算，当运行频率超过规定死区时，利用边缘计算特点启动快速调频算法并计算出需要调整的有功值，按照预先设定的优先级，确定将结果如何分配给风电子站、光伏子站及储能子站；当需要二次调频时，实现AGC同调频系统协调控制。
2.根据权利要求1所述一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，其特征在于：所述调频有功计算模块接收到各子站执行结果数据，并监视并网网点有功及并网网点频率，监视并网网点频率及协调控制时间是否满足调度及规范要求，若不满足，则根据新的条件重新计算并分配执行，直到满足时间、精度及频率回到规定运行区间为止。
3.根据权利要求1所述一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，其特征在于：所述二次调频，是将总站电网中心调控指令模块下发给调频有功计算模块的AGC指令值和调频计算有功值相比较，如果AGC指令值与调频计算有功值方向一致，则AGC指令值参与调频计算，如果不一致，则闭锁AGC指令。
4.根据权利要求1所述一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，其特征在于：所述子站边缘计算控制系统包括：接收主站命令模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块、执行结果发送模块；所述子站数据采集模块采集风电子站、光伏子站、储能子站、并发送给子站再计算再分配模块；所述子站再计算和再分配模块接收主站命令、以及子站数据采集模块的信息、利用边缘计算将主站命令再计算再分配、按等比例或等增量分配有功或无功，发给风电子站、光伏子站、储能子站去执行；所述执行结果发送模块将风电子站、光伏子站、储能子站的执行结果发送给主站边缘计算控制系统的接收子站信息模块。
5.根据权利要求4所述一种基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统，其特征在于：所述的光伏子站为光伏子站边缘计算智能终端，该光伏子站边缘计算智能终端与光伏逆变器相连接；所述的风电子站为风电子站边缘计算智能终端，该风电子站边缘计算智能终端与风机能量管理控制系统相连接；所述储能子站为储能子站边缘计算智能终端，该储能子站边缘计算智能终端与储能电站EMS系统相连接。
6.一种基于权利要求1-5任意一项基于边缘计算风光储一次调频协调控制系统的风光储一次调频控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、获取并网点有功及高精度电网频率数据；
步骤二、判断当前频率是否超过规定运行区间；如果没有超过规定运行区间则结束，如果超过规定运行区间，则继续步骤三；所述规定运行区间包括上限值和下限值和内值；
步骤三、通过调整有功实现一次调频；
步骤四、判断当前频率是否需要二次调频；
步骤五、通过AGC指令值进行二次调频；
步骤六、判断频率是否回到(50±fd)HZ正常范围；如果是，则快速调频系统停止，开放AGC系统，如果否，则转向步骤三。
7.根据权利要求6所述的风光储一次调频控制方法，其特征在于：所述步骤三具体过程如下：
1）主站利用采集到的新能源电站并网有功及高精度频率数据，判定频率是否超过规定运行区间，如果超过，则启动快速调频算法计算出需要调整的有功值；
2）按照优先级分配给风电子站、光伏子站、储能子站。
8.根据权利要求6所述的风光储一次调频控制方法，其特征在于：所述步骤四具体过程如下：
1）子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站；
2）子站执行结果反馈给主站，主站判断执行结果是否满足电网运行频率要求，如果不满足，则继续权利要求7的步骤五；如果满足，则结束。
9.根据权利要求6所述的风光储一次调频控制方法，其特征在于：所述步骤五具体过程如下：
1）如果频率超过规定运行区间，则采用快速调频算法计算有功值；
如果频率没有超过规定运行区间，则返回权利要求7的步骤六；
2）总站电网中心调控指令模块下发AGC指令值；
3）将总站电网中心调控指令模块下发的AGC指令值和快速调频算法计算的有功值进行比较，方向相同则该AGC指令值参与快速调频算法计算，如果方向不同，则闭锁AGC指令值，执行主站自己的快速调频算法计算值，返回权利要求7的步骤三。
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