CN113765156A - 用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，涉及源网荷储综合调度技术领域，解决了现有技术中不能够对用户端和生产端进行实时预测的技术问题，对消费端和电源端进行预测，防止消费端的输出变动浮动大或者电源端的输入效率低，导致消费端无法及时供电或者电源端无法及时电量补给，造成消费端内用户使用质量降低，同时造成电源端的供给效率降低；对消费端的电量输出进行预测，有效采集电量输出防止出现峰值，增大电网运行难度，同时电量采集也作为虚拟调度的条件，提高了虚拟调度的准确性能，导致供电不足给用户带来不便。

Description

用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统

技术领域

本发明涉及源网荷储综合调度技术领域，具体为用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统。

背景技术

虚拟电厂是通过先进通信技术和软件架构，实现地理位置分散的各种DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统；随着世界能源紧缺、环境污染等问题的日益突出，分布式电源以其可靠、经济、灵活、环保的特点而被越来越多的国家所采用；源网荷储系统的研究应用，对能源发展意义重大，一是提高大电网故障应对能力，能够使大电网故障应急处理时间从分钟级缩短至毫秒级，为预防控制大面积停电时间提供了专业手段，二是支撑分布式电源发展；

但是在现有技术中不能够对用户端和生产端进行实时预测，防止电量在实时使用时用户端超过使用阈值造成用户用电不便，降低用户的用电使用质量；同时对生产端不能准确预测，不能够最大程度避免能源消耗或者设备运行异常的问题，导致生产端不能够准确为用户供电；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的就在于提出用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，对消费端和电源端进行预测，防止消费端的输出变动浮动大或者电源端的输入效率低，导致消费端无法及时供电或者电源端无法及时电量补给，造成消费端内用户使用质量降低同时造成电源端的供给效率降低；对消费端的电量输出进行预测，有效采集电量输出防止出现峰值，增大电网运行难度，同时电量采集也作为虚拟调度的条件，提高了虚拟调度的准确性能；对电源端进行实时分析，判定电源端的储能效率是否合格，防止电源端的储能效率无法满足消费端的实时消耗效率，导致供电不足给用户带来不便；储能是增强电网柔性的主要途径，防止电网需求峰值大导致电网运转困难，储存装置为分布式储能装置，既能平滑高峰负荷，又能为区域提供临时保障用电。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，包括智慧能源平台，智慧能源平台分为能源层、网络层以及应用层；网络层包括消费端、输出预测单元、电源端、输入预测单元以及虚拟调度单元；

能源层用于能源的生产利用，并将生产的能源进行储存；

网络层用于对能源数据进行采集，根据电网设置点获取到电网控制区域，将电网控制区域内电能的使用用户存储至消费端；将电网控制区域内能源产生终端储存至电源端；设置实时输出预测时间阈值，消费端生成输出预测信号并将输出预测信号以实时输出预测时间阈值为间隔时间发送至输出预测单元；设置实时输入预测时间阈值，电源端生成输入预测信号并将输入预测信号以实时输入预测时间阈值为间隔时间发送至输入预测单元；

应用层用于对系统运转进行实时监测。

作为本发明的一种优选实施方式，输出预测单元用于对消费端的电量输出进行预测，具体输出预测过程如下：

对电网控制区域进行分析，采集电网控制区域内历史用电日的用电负荷，并将历史用电日的用电负荷标记为用电基准值；实时采集电网控制区域内，当前用电日与历史用电日工业工厂生产营业的时长差值，并将其标记为C；采集电网控制区域内当前用电日和历史用电日的气温最高温度值，并获取到当前用电日与历史用电日的温度差值，并将其标记为W；采集电网控制区域内当前用电日和历史用电日的出行人数，并获取到当前用电日和历史用电日的人数差值，将对应人数差值标记为R；

通过分析获取到消费端的实时用电负荷误差系数X，当消费端的实时用电负荷误差系数大于0时，生成输出增加信号并将输出增加信号发送至虚拟调度单元，并将实时用电负荷误差系数进行分析：若实时用电负荷误差系数大于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.5倍；若实时用电负荷误差系数位于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.3倍；若实时用电负荷误差系数小于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.1倍；当消费端的实时用电负荷误差系数小于0时，生成无变动信号并将无变动信号发送至能源层，能源层接收到无变动信号后，以用电基准值为能源生产阈值进行能源生产。

作为本发明的一种优选实施方式，输入预测单元对电源端的电量输入进行预测，具体预测过程如下：

以当前运行时间为时间节点，在电源端内历史运行过程中任意选取时间段作为预测分析时间段，并将预测分析时间段等距划分为t个子时间段，采集到当前t时刻点对应电源端的电储能容量，并将其标记为RLt；同时采集到t-1时刻点对应电源端的电储能容量，并将其标记为RLt-1；通过电储能容量在t-1时刻到t时刻的生产过程中，采集到电储能自放电效率、充电效率以及放电效率，并将其分别标记为Z、C以及F，同时采集到电源端的充电功率和放电功率，并将其分别标记为CD和FD；构建储能模型

将采集的数值代入计算，若等式成立，则判定储能模型合格；若等式不成立，则判定储能模型不合格，通过历史生产采集到相邻时刻点对应实际电储能容量差值与储能模型计算电储能容量差值，并将实际电储能容量差值与模型预测电储能容量差值进行比值计算，同时通过多次计算获取到比值平均值，并将比值平均值标记为储能模型误差系数并代入储能模型中，直至储能模型合格；

将t时刻对应的电储能容量代入储能模型右侧，通过储能模型计算获取到t+1时刻的电储能容量，并将其标记为预测电储能容量；若电储能容量＞电储能容量阈值，则判定电源端储能合格，生成储能合格信号并将储能合格信号发送至虚拟调度单元；若电储能容量≤电储能容量阈值，则判定电源端储能不合格，生成储能不合格信号并将储能不合格信号发送至虚拟调度单元。

作为本发明的一种优选实施方式，虚拟调度单元用于对消费端和电源端进行调度，具体调度过程如下：

接收到输出增加信号时，对消费端当前时间段进行采集并将其标记为调度时间段，加大电源端的电量生产峰值，同时将调度时间段标记为电网控制区域的分价时间段，采集电网控制区域内各个用户对应的历史最高用电量，并将各个用户的历史最高用电量等距划分为三个阶级范围；并对三个阶级范围设置不同价格，且三个阶级范围的价格从小到大的排序为：第一阶级范围、第二阶级范围以及第三阶级范围；

接收到储能不合格信号时，对电源端对应的分布式储能装置进行分析，采集到电源端的生产总电能，同时采集到各个储能装置接收到的电能，将各个储能装置接收电能与当前储存装置的储存电能进行比较，若储能装置接收电能与储存电能的差值≥电能差值阈值，则将对应储能装置标记为异常装置，并停止异常装置运行，减少损耗的电能；若储能装置接收电能与储存电能的差值＜电能差值阈值，则将对应储能装置标记为正常装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，将生产的能源进行储存，储能是增强电网柔性的主要途径，防止电网需求峰值大导致电网运转困难，储存装置为分布式储能装置，既能平滑高峰负荷，又能为区域提供临时保障用电；

2、本发明中，对消费端和电源端进行预测，防止消费端的输出变动浮动大或者电源端的输入效率低，导致消费端无法及时供电或者电源端无法及时电量补给，造成消费端内用户使用质量降低同时造成电源端的供给效率降低；对消费端的电量输出进行预测，有效采集电量输出防止出现峰值，增大电网运行难度，同时电量采集也作为虚拟调度的条件，提高了虚拟调度的准确性能；对电源端进行实时分析，判定电源端的储能效率是否合格，防止电源端的储能效率无法满足消费端的实时消耗效率，导致供电不足给用户带来不便；

3、本发明中，对消费端和电源端进行调度，从而满足消费端的输出和电源端的输入，提高了电源端的储能效率，同时提高了消费端的电量使用质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体原理框图；

图2为本发明中应用层的原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，包括智慧能源平台，智慧能源平台分为能源层、网络层以及应用层，网络层与能源层和应用层双向通讯连接；网络层包括消费端、输出预测单元、电源端、输入预测单元以及虚拟调度单元；其中，消费端与输出预测单元通讯连接，电源端与输入预测单元双向通讯连接，输出预测单元与输入预测单元均与虚拟调度单元双向通讯连接，虚拟调度单元与调度辅助单元双向通讯连接；

能源层用于能源的生产利用，并将生产的能源进行储存，储能是增强电网柔性的主要途径，防止电网需求峰值大导致电网运转困难，储存装置为分布式储能装置，既能平滑高峰负荷，又能为区域提供临时保障用电；

网络层用于对能源数据进行采集，根据电网设置点获取到电网控制区域，将电网控制区域内电能的使用用户存储至消费端；将电网控制区域内能源产生终端储存至电源端；

设置实时输出预测时间阈值，消费端生成输出预测信号并将输出预测信号以实时输出预测时间阈值为间隔时间发送至输出预测单元；设置实时输入预测时间阈值，电源端生成输入预测信号并将输入预测信号以实时输入预测时间阈值为间隔时间发送至输入预测单元；对消费端和电源端进行预测，防止消费端的输出变动浮动大或者电源端的输入效率低，导致消费端无法及时供电或者电源端无法及时电量补给，造成消费端内用户使用质量降低同时造成电源端的供给效率降低；

输出预测单元接收到输出预测信号后，对消费端的电量输出进行预测，有效采集电量输出防止出现峰值，增大电网运行难度，同时电量采集也作为虚拟调度的条件，提高了虚拟调度的准确性能，具体输出预测过程如下：

步骤S1：对电网控制区域进行分析，采集电网控制区域内历史用电日的用电负荷，并将历史用电日的用电负荷标记为用电基准值；实时采集电网控制区域内，当前用电日与历史用电日工业工厂生产营业的时长差值，并将其标记为C，且对应时长差值采集过程中保留数值正负性，即若当前用电日的工业工厂生产营业的时长差值大于历史用电日工业工厂生产营业的时长，且对应时长差值为5，则时长差值为5，反之，若当前用电日的工业工厂生产营业的时长差值小于历史用电日工业工厂生产营业的时长，且时长差值数值为5，则时长差值为-5；

步骤S2：采集电网控制区域内当前用电日和历史用电日的气温最高温度值，并获取到当前用电日与历史用电日的温度差值，并将其标记为W，且对应温度差值采集过程中保留数值正负性；采集电网控制区域内当前用电日和历史用电日的出行人数，并获取到当前用电日和历史用电日的人数差值，将对应人数差值标记为R，且对应人数差值采集过程中保留数值正负性；

步骤S3：通过公式

获取到消费端的实时用电负荷误差系数X，其中，a1、a2以及a3均为预设比例系数，且a1＞a2＞a3＞0，β为误差修正因子，取值为0.98；当消费端的实时用电负荷误差系数大于0时，生成输出增加信号并将输出增加信号发送至虚拟调度单元，并将实时用电负荷误差系数进行分析：若实时用电负荷误差系数大于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.5倍；若实时用电负荷误差系数位于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.3倍；若实时用电负荷误差系数小于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.1倍；当消费端的实时用电负荷误差系数小于0时，生成无变动信号并将无变动信号发送至能源层，能源层接收到无变动信号后，以用电基准值为能源生产阈值进行能源生产；通过抽象的量化指标表征与负荷之间的关系，实现对负荷变化趋势更为精确的感知，提高预测精度；

输入预测单元接收到输入预测信号后，对电源端的电量输入进行预测，对电源端进行实时分析，判定电源端的储能效率是否合格，防止电源端的储能效率无法满足消费端的实时消耗效率，导致供电不足给用户带来不便，具体预测过程如下：

步骤SS1：以当前运行时间为时间节点，在电源端内历史运行过程中任意选取时间段作为预测分析时间段，并将预测分析时间段等距划分为t个子时间段，采集到当前t时刻点对应电源端的电储能容量，并将其标记为RLt；同时采集到t-1时刻点对应电源端的电储能容量，并将其标记为RLt-1；通过电储能容量在t-1时刻到t时刻的生产过程中，采集到电储能自放电效率、充电效率以及放电效率，并将其分别标记为Z、C以及F，同时采集到电源端的充电功率和放电功率，并将其分别标记为CD和FD；

步骤SS2：构建储能模型

其中，Δt为t时刻与t-1时刻的间隔时长；将采集的数值代入计算，若等式成立，则判定储能模型合格；若等式不成立，则判定储能模型不合格，通过历史生产采集到相邻时刻点对应实际电储能容量差值与储能模型计算电储能容量差值，并将实际电储能容量差值与模型预测电储能容量差值进行比值计算，同时通过多次计算获取到比值平均值，并将比值平均值标记为储能模型误差系数并代入储能模型中，直至储能模型合格；

步骤SS3：将t时刻对应的电储能容量代入储能模型右侧，通过储能模型计算获取到t+1时刻的电储能容量，并将其标记为预测电储能容量；若电储能容量＞电储能容量阈值，则判定电源端储能合格，生成储能合格信号并将储能合格信号发送至虚拟调度单元；若电储能容量≤电储能容量阈值，则判定电源端储能不合格，生成储能不合格信号并将储能不合格信号发送至虚拟调度单元；

虚拟调度单元用于接收输出增加信号和储能不合格信号，并对消费端和电源端进行调度，从而满足消费端的输出和电源端的输入，提高了电源端的储能效率，同时提高了消费端的电量使用质量，具体调度过程如下：

接收到输出增加信号时，对消费端当前时间段进行采集并将其标记为调度时间段，加大电源端的电量生产峰值，同时将调度时间段标记为电网控制区域的分价时间段，采集电网控制区域内各个用户对应的历史最高用电量，并将各个用户的历史最高用电量等距划分为三个阶级范围；并对三个阶级范围设置不同价格，且三个阶级范围的价格从小到大的排序为：第一阶级范围、第二阶级范围以及第三阶级范围；

接收到储能不合格信号时，对电源端对应的分布式储能装置进行分析，采集到电源端的生产总电能，同时采集到各个储能装置接收到的电能，将各个储能装置接收电能与当前储存装置的储存电能进行比较，若储能装置接收电能与储存电能的差值≥电能差值阈值，则将对应储能装置标记为异常装置，并停止异常装置运行，减少损耗的电能；若储能装置接收电能与储存电能的差值＜电能差值阈值，则将对应储能装置标记为正常装置。

实施例2：

如图2所示，用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，包括应用层，应用层包括服务器、设备运行分析单元以及系统状态分析单元；

设备运行分析单元用于对电能生产设备的运行进行分析，判断生产设备的运行质量，提高了电能生产的稳定性，防止出现电能生产设备异常导致电能生产不合格，具体分析过程如下：

采集到电能生产设备生产过程中设备自身温度值和温度升高速度，并将设备自身温度值和温度升高速度分别标记为WD和SW，将设备自身温度值和温度升高速度分别与温度阈值和速度阈值进行比较：

若设备自身温度值≥温度阈值且温度升高速度≥速度阈值，则将对应生产设备标记为实时维护设备，并对维护设备进行实时维护；若设备自身温度值≥温度阈值且温度升高速度＜速度阈值或者设备自身温度值＜温度阈值且温度升高速度≥速度阈值，则将对应生产设备标记延时维护设备，并在当前运行结束后进行维护；若设备自身温度值＜温度阈值且温度升高速度＜速度阈值，则将对应生产设备标记为合格设备；

系统状态分析单元用于对电能调度进行分析，判定电能调度的效率，防止出现网络层运转异常，导致用户用电不便或者储能装置异常造成电量的浪费，具体分析过程如下：

获取到用户的投诉次数与储能设备的异常次数，并将用户的投诉次数与储能设备的异常次数分别标记为CS和YC，将用户的投诉次数与储能设备的异常次数分别与投诉次数阈值和异常次数阈值进行比较，若用户的投诉次数与储能设备的异常次数任一数值≥对应阈值，则判定对应系统运行不合格，生产系统不合格信号并将系统不合格信号发送至服务器；若用户的投诉次数与储能设备的异常次数任一数值均＜对应阈值，则判定对应系统运行合格；生产系统合格信号并将系统合格信号发送至服务器。

用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，在工作时，通过能源层进行能源的生产利用，并将生产的能源进行储存；通过网络层对能源数据进行采集，根据电网设置点获取到电网控制区域，将电网控制区域内电能的使用用户存储至消费端；将电网控制区域内能源产生终端储存至电源端；设置实时输出预测时间阈值，消费端生成输出预测信号并将输出预测信号以实时输出预测时间阈值为间隔时间发送至输出预测单元；设置实时输入预测时间阈值，电源端生成输入预测信号并将输入预测信号以实时输入预测时间阈值为间隔时间发送至输入预测单元；通过应用层对系统运转进行实时监测。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，其特征在于，包括智慧能源平台，智慧能源平台分为能源层、网络层以及应用层；网络层包括消费端、输出预测单元、电源端、输入预测单元以及虚拟调度单元；

能源层用于能源的生产利用，并将生产的能源进行储存；

网络层用于对能源数据进行采集，根据电网设置点获取到电网控制区域，将电网控制区域内电能的使用用户存储至消费端；将电网控制区域内能源产生终端储存至电源端；设置实时输出预测时间阈值，消费端生成输出预测信号并将输出预测信号以实时输出预测时间阈值为间隔时间发送至输出预测单元；设置实时输入预测时间阈值，电源端生成输入预测信号并将输入预测信号以实时输入预测时间阈值为间隔时间发送至输入预测单元；

应用层用于对系统运转进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，其特征在于，输出预测单元用于对消费端的电量输出进行预测，具体输出预测过程如下：

对电网控制区域进行分析，采集电网控制区域内历史用电日的用电负荷，并将历史用电日的用电负荷标记为用电基准值；实时采集电网控制区域内，当前用电日与历史用电日工业工厂生产营业的时长差值，并将其标记为C；采集电网控制区域内当前用电日和历史用电日的气温最高温度值，并获取到当前用电日与历史用电日的温度差值，并将其标记为W；采集电网控制区域内当前用电日和历史用电日的出行人数，并获取到当前用电日和历史用电日的人数差值，将对应人数差值标记为R；

通过分析获取到消费端的实时用电负荷误差系数X，当消费端的实时用电负荷误差系数大于0时，生成输出增加信号并将输出增加信号发送至虚拟调度单元，并将实时用电负荷误差系数进行分析：若实时用电负荷误差系数大于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.5倍；若实时用电负荷误差系数位于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.3倍；若实时用电负荷误差系数小于误差系数阈值范围，则将实时用电负荷预测量为用电基准值的1.1倍；当消费端的实时用电负荷误差系数小于0时，生成无变动信号并将无变动信号发送至能源层，能源层接收到无变动信号后，以用电基准值为能源生产阈值进行能源生产。

3.根据权利要求1所述的用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，其特征在于，输入预测单元对电源端的电量输入进行预测，具体预测过程如下：

以当前运行时间为时间节点，在电源端内历史运行过程中任意选取时间段作为预测分析时间段，并将预测分析时间段等距划分为t个子时间段，采集到当前t时刻点对应电源端的电储能容量，并将其标记为RLt；同时采集到t-1时刻点对应电源端的电储能容量，并将其标记为RLt-1；通过电储能容量在t-1时刻到t时刻的生产过程中，采集到电储能自放电效率、充电效率以及放电效率，并将其分别标记为Z、C以及F，同时采集到电源端的充电功率和放电功率，并将其分别标记为CD和FD；构建储能模型

将采集的数值代入计算，若等式成立，则判定储能模型合格；若等式不成立，则判定储能模型不合格，通过历史生产采集到相邻时刻点对应实际电储能容量差值与储能模型计算电储能容量差值，并将实际电储能容量差值与模型预测电储能容量差值进行比值计算，同时通过多次计算获取到比值平均值，并将比值平均值标记为储能模型误差系数并代入储能模型中，直至储能模型合格；

将t时刻对应的电储能容量代入储能模型右侧，通过储能模型计算获取到t+1时刻的电储能容量，并将其标记为预测电储能容量；若电储能容量＞电储能容量阈值，则判定电源端储能合格，生成储能合格信号并将储能合格信号发送至虚拟调度单元；若电储能容量≤电储能容量阈值，则判定电源端储能不合格，生成储能不合格信号并将储能不合格信号发送至虚拟调度单元。

4.根据权利要求1所述的用于碳电一体化虚拟电厂的源网荷储综合调度系统，其特征在于，虚拟调度单元用于对消费端和电源端进行调度，具体调度过程如下：

接收到输出增加信号时，对消费端当前时间段进行采集并将其标记为调度时间段，加大电源端的电量生产峰值，同时将调度时间段标记为电网控制区域的分价时间段，采集电网控制区域内各个用户对应的历史最高用电量，并将各个用户的历史最高用电量等距划分为三个阶级范围；并对三个阶级范围设置不同价格，且三个阶级范围的价格从小到大的排序为：第一阶级范围、第二阶级范围以及第三阶级范围；

接收到储能不合格信号时，对电源端对应的分布式储能装置进行分析，采集到电源端的生产总电能，同时采集到各个储能装置接收到的电能，将各个储能装置接收电能与当前储存装置的储存电能进行比较，若储能装置接收电能与储存电能的差值≥电能差值阈值，则将对应储能装置标记为异常装置，并停止异常装置运行，减少损耗的电能；若储能装置接收电能与储存电能的差值＜电能差值阈值，则将对应储能装置标记为正常装置。

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