CN115514097A - 基于分布式光伏供需互动协调控制的村域cps调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，属于光伏供需控制领域。包括融合终端，用于获取实时光伏数据，将实时光伏数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的发电调度指令；用能终端，用于获取实时用能数据，将实时用能数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的用电调度指令；本地村域CPS管理平台，用于接收实时光伏数据和实时用能数据，预测光伏发电曲线和用电负荷曲线，将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，基于匹配结果，发送发电调度指令至融合终端，发送用电调度指令至用能终端。本发明实现融合终端的光伏发电设备和用能终端设备的合理调度，实现对电源的合理投切以及对负荷的合理消纳。

Description

基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统及 方法

技术领域

本发明属于分布式光伏供需控制技术领域，尤其涉及基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统及方法。

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。

随着光伏发电的发展，以“新能源”为主题的村域分布式光伏发电得到了极大的推广。村域分布式光伏发电不仅能够响应新能源发电的趋势，增加收益，同时有利于农业的可持续发展。

然而，发明人发现，现有技术中的村域分布式光伏发电存在以下技术问题：

(1)现有系统中，对于光伏设备和光伏逆变器的采集、控制功能存在缺失，融合终端普遍不能支持分钟级甚至秒级的采集要求(目前为15分钟级)，因此在将融合终端的数据传输至远程管理平台时，远程管理平台无法实现融合终端数据的实时显示和处理；

(2)用能终端也普遍不能支持分钟级甚至秒级的数据采集要求，在用能终端将数据传输至远程管理平台时，远程管理平台无法实现用能终端数据的实时显示和处理；

(3)在将海量的融合终端数据和用能终端数据传输至远程管理平台的过程中，存在网络过载、延迟等因素造成的不确定性；

(4)由于融合终端数据和用能终端数据在采集、传输过程中的限制，即融合终端数据和用能终端数据无法实现分钟级甚至秒级的采集和传输要求，因此，在远程管理平台对融合终端数据和用能终端数据进行接收和处理时，无法实现对数据的实时处理，更无法实现对融合终端光伏发电设备和用能终端用能设备的合理调配，不利于能源的有效合理利用和智能化控制。

综上所述，现有技术中的村域分布式光伏系统中无法实现对电源的合理投切以及对负荷的合理消纳，目前的村域电网光伏消纳能力较低。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统及方法，通过在本地设置村域CPS管理平台，实现秒级数据采集，将融合终端数据和用能终端数据在本地村域CPS管理平台进行实时处理、预测和匹配，从而实现融合终端的光伏发电设备和用能终端设备的合理调度，实现对电源的合理投切以及对负荷的合理消纳，提高村域电网光伏消纳能力。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS 调控系统。

基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，包括融合终端、用能终端和本地村域CPS管理平台，其中：

融合终端，其用于获取实时光伏数据，将实时光伏数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的发电调度指令，进行发电调度；

用能终端，其用于获取实时用能数据，将实时用能数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的用电调度指令，进行用电调度；

本地村域CPS管理平台，其用于接收实时光伏数据和实时用能数据，基于实时光伏数据和实时用能数据预测光伏发电曲线和用电负荷曲线，将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，基于匹配结果，发送发电调度指令至融合终端，并发送用电调度指令至用能终端。

本发明第二方面提供了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS 调控方法。

基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控方法，包括以下步骤：

获取实时光伏数据和实时用能数据；

基于实时光伏数据和实时用能数据预测光伏发电曲线和用电负荷曲线；

将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，得到匹配结果；

基于匹配结果，对光伏组件发电和用户内部负荷设备用电进行调度。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

(1)本发明基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统是基于目前的采集系统进行升级优化的新型电力系统，通过光伏集群调度、用能设备集群调度和电网友好调度三个功能模块，合理投切电源、消纳负荷，提高村域电网光伏消纳能力，通过基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，建设支撑“供电+能效”台区微网。

(2)本发明提供了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统及方法，通过在本地设置村域CPS管理平台，以及实现秒级数据采集，将融合终端数据和用能终端数据在本地村域CPS管理平台进行实时处理、预测和匹配，从而实现融合终端的光伏发电设备和用能终端设备的合理调度，实现对电源的合理投切以及对负荷的合理消纳，提高村域电网光伏消纳能力。

(3)本发明基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统通过实现台区子站自治调度功能，接受远程管理平台的管理指令，与新型融合终端、智慧用能终端互动，数据实现秒级采集和秒级上报，实时开展源网荷储联合低碳、安全、经济、高效调度，实现发电、配网、用电、储能之间的功率约束平衡。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为第一个实施例的系统结构图。

图2为第二个实施例的方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。

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。

信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C(Computation、Communication、 Control)技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。本发明是CPS 在就地能源管理上的应用，是村域级能源信息-物理模型和调度控制系统。

本发明提出的总体思路：

本发明的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统实现了台区子站自治调度的功能，同时数据实现秒级采集和秒级上报，通过接收远程管理平台的需求侧管理指令，以及与新型融合终端、智慧用能终端互动，对光伏发电曲线和用电负荷曲线进行预测和匹配，实时开展源网荷储联合低碳、安全、经济、高效调度，实现发电、配网、用电、储能之间的功率约束平衡。

实施例一

本实施例公开了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统。

如图1所示，基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，包括融合终端、用能终端和本地村域CPS管理平台，其中：

融合终端，其用于获取实时光伏数据，将实时光伏数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的发电调度指令，进行发电调度；

用能终端，其用于获取实时用能数据，将实时用能数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的用电调度指令，进行用电调度；

本地村域CPS管理平台，其用于接收实时光伏数据和实时用能数据，基于实时光伏数据和实时用能数据预测光伏发电曲线和用电负荷曲线，将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，基于匹配结果，发送发电调度指令至融合终端，并发送用电调度指令至用能终端。

具体的，将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，若光伏发电曲线显示的发电量大于用电负荷曲线显示的用电量，本地村域CPS管理平台则进行调整逆变器参数、减小逆变器发功功率，降低发电量，同时由智能断路器实现光伏组件是否供电。

将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，若光伏发电曲线显示的发电量小于用电负荷曲线显示的用电量，则降低用电负荷，采用柔性调节方式求解可调节电气设备的运行参数，决策用户内部负荷设备的运行组合和运行方式。

进一步的，还包括远程管理平台，其用于与本地村域CPS管理平台之间进行远程通信，向本地村域CPS管理平台发送管理指令，并接收本地村域CPS管理平台发送的数据。

进一步的，还包括光伏组件、逆变器、数据采集器和智能断路器，所述逆变器与光伏组件连接，智能断路器分别与逆变器和电网母线连接，数据采集器与逆变器连接，所述数据采集器用于采集秒级逆变器数据，将数据发送至融合终端。

进一步的，所述融合终端还用于将发电调度指令发送给智能断路器和数据采集器，由数据采集器调整逆变器参数、改变逆变器发功功率，由智能断路器实现光伏组件是否供电。

具体的，本发明的光伏逆变器可以实现可监可控，能够接收融合终端转发的指令，改变光伏逆变器的发功功率等信息；数据采集器需要能够支持秒级采集数据；智能断路器能够接收融合终端转发的指令；本发明的融合终端为对现有融合终端进行升级形成，能够在设备数量一定的情况下支持秒级数据上报；本地村域CPS管理平台是为本系统服务的新型设备，在设备中内置微型物联管理平台，能够在边端对数据进行解析处理，处理后的数据可以按照15分钟级归并上报到现有的远程管理平台，同时，本地村域CPS管理平台实时将数据推送到融合终端和用能终端。

本发明典型的采集场景为：位于光伏逆变器处的数据采集器每秒将光伏数据采集到新型融合终端处，新型融合终端实时将数据上报到本地村域 CPS管理平台，在本地村域CPS管理平台中进行实时数据解析和存储，存储部分按照现有设备情况每15分钟(或者根据要求每小时)将数据上报远程管理平台。实时解析的数据发送到本地村域CPS管理平台进行本地展示，此时相关管理人员可以在当地的CPS中实时查看信息。

进一步的，还包括用户内部负荷设备，所述用户内部负荷包括充电桩、电采暖器、电排灌，所述用能终端用于获取用户内部负荷设备数据，并将用电调度指令发送给用户内部负荷设备，实现用电调度。

进一步的，所述融合终端、用能终端还用于与远程管理平台进行通信，融合终端将获取的实时光伏数据、用能终端将获取的实时用电数据经分析后，将正常数据周期发送给远程管理平台，异常数据进行实时发送。

进一步的，本地村域CPS管理平台还用于通过聚类算法将下一阶段光伏预测出力结果进行分类，按照时序天气影响特征划分不同分类组别，根据区域内发电-用电功率平衡情况、电网运行需要约束条件，进行光伏出力参数调节。

具体内容包括混合使用基于牛顿法小波神经网络预测模型、基于遗传算法神经网络预测模型、基于BP神经网络—马尔科夫链预测模型和基于粒子群BP神经网络预测模型分别对单户光伏发力曲线开展预测。根据历史预测准确率，给每种模型预测值分配一个指数，再用层次平均法拟合计算出最终光伏出力预测结果。将下一小时功率曲线(每分钟一个数值，60个数组成的数组)采用k-mean算法分类，划分不同的集群，按照专家规则排序，作为调控的优先级，也可以按功率大小群调控。

进一步的，本地村域CPS管理平台还用于分析村域各种用户内部负荷设备的用电规律，根据用户内部负荷设备的用电特性进行聚类，预测下一阶段整村用电负荷曲线，采用柔性调节方式求解可调节电气设备运行参数，决策用户内部负荷设备的运行组合和运行方式。

用电负荷预测方法类似出力预测：混合使用基于牛顿法小波神经网络预测模型、基于遗传算法神经网络预测模型、基于BP神经网络—马尔科夫链预测模型和基于粒子群BP神经网络预测模型分别对单户用电负荷曲线开展预测。根据历史预测准确率，给每种模型预测值分配一个指数，再用层次平均法拟合计算最终用电负荷预测结果。

聚类时，按对生产、生活影响，以及是否具备柔性调节措施进行分类。调控时，先从对生产生活影响小的类中选用电量大的设备组成一组进行调控，再调柔性负荷，不调会对生产生活造成重大损失的负荷。

进一步的，所述本地村域CPS管理平台还用于对实时光伏数据和实时用能数据进行展示。

在本实施例中，本地村域CPS管理平台的重点方向为光伏发电控制和用电控制，其中光伏发电控制包括光伏的发电率、是否断闸等信息的精细化管控，配合秒级数据采集功能，实时控制光伏发电系统。在控制电源的同时，本地村域CPS管理平台也对负荷进行多方位精细化的实时管控，通过在充电桩、电采暖器、电排灌设备等设备上加装数据采集设备或者与这类设备进行接口打通，实时采集设备信息，以保证实时调整设备运行情况。

由于本发明基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统的一收双发功能，即除了本地村域CPS管理平台与远程管理平台之间进行远程通信之外，融合终端和远程管理平台之间也可以进行通信，因此本发明在新型的村域CPS运行的基础上，还可以保证原有采集系统的正常运作，可以由村域CPS设备将秒级的信息汇总，以分钟级或者15分钟级的上报频率进行统一上传，也可以在新型融合终端处进行一收双发，使用原有技术架构上传数据。

实施例二

本实施例公开了基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控方法。

如图2所示，基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控方法，包括以下步骤：

获取实时光伏数据和实时用能数据；

基于实时光伏数据和实时用能数据预测光伏发电曲线和用电负荷曲线；

将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，得到匹配结果；

基于匹配结果，对光伏组件发电和用户内部负荷设备用电进行调度。

本实施例的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控方法能够实现以下电网友好调度、光伏集群调度和智慧用能终端与用电设备集群调度，具体的：

1、电网友好调度：本地村域CPS管理平台一方面接受远程管理平台需求侧管理指令，与融合终端、智慧用能终端互动，实时开展源网荷储联合低碳、安全、经济、高效调度，实现发电、配网、用电、储能之间的功率约束平衡；另一方面预测区域内光伏和用电的平衡结果，向融合终端和用能终端发送源-荷平衡运行指令，实现区域内用电负荷曲线与光伏发电出力曲线无限接近，从而实现发电功率与用电功率的平衡。

2、光伏集群调度：由本地村域CPS管理平台建立光伏发电调度控制机制，在融合终端建设在线调度APP，实时控制智能断路器、调节逆变器参数。通过聚类算法将下一阶段预测出力结果分类，划分为时序天气影响特征影响不同组别，根据区域内发电-用电功率平衡情况、电网运行需要等约束条件，开展一家一户光伏出力参数调节。

3、智慧用能终端与用电设备集群调度：本地村域CPS管理平台上报给远程管理平台用电预测负荷、储能运作状态，响应“荷随源动”调度指令，控制电气设备和储能设备运行，分析村内各种用电设备用电规律，根据其用电特性进行聚类，预测下一阶段整村用电负荷曲线，根据对生产、生活影响指数，电气设备可调节特点，采用柔性调节方式求解可调节电气设备运行参数，按光伏发电、电网运行需要，决定设备的运行组合和运行方式。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

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.基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，包括融合终端、用能终端和本地村域CPS管理平台，其中：

融合终端，其用于获取实时光伏数据，将实时光伏数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的发电调度指令，进行发电调度；

用能终端，其用于获取实时用能数据，将实时用能数据发送给本地村域CPS管理平台，接收本地村域CPS管理平台发送的用电调度指令，进行用电调度；

本地村域CPS管理平台，其用于接收实时光伏数据和实时用能数据，基于实时光伏数据和实时用能数据预测光伏发电曲线和用电负荷曲线，将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，基于匹配结果，发送发电调度指令至融合终端，并发送用电调度指令至用能终端。

2.如权利要求1所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，还包括远程管理平台，其用于与本地村域CPS管理平台之间进行远程通信，向本地村域CPS管理平台发送管理指令，并接收本地村域CPS管理平台发送的数据。

3.如权利要求1所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，还包括光伏组件、逆变器、数据采集器和智能断路器，所述逆变器与光伏组件连接，智能断路器分别与逆变器和电网母线连接，数据采集器与逆变器连接，所述数据采集器用于采集秒级逆变器数据，将数据发送至融合终端。

4.如权利要求3所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，所述融合终端还用于将发电调度指令发送给智能断路器和数据采集器，由数据采集器调整逆变器参数、改变逆变器发功功率，由智能断路器实现光伏组件是否供电。

5.如权利要求1所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，还包括用户内部负荷设备，所述用户内部负荷包括充电桩、电采暖器、电排灌，所述用能终端用于获取用户内部负荷设备数据，并将用电调度指令发送给用户内部负荷设备，实现用电调度。

6.如权利要求2所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，所述融合终端、用能终端还用于与远程管理平台进行通信，融合终端将获取的实时光伏数据、用能终端将获取的实时用电数据经分析后，将正常数据周期发送给远程管理平台，异常数据进行实时发送。

7.如权利要求1所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，本地村域CPS管理平台还用于通过聚类算法将下一阶段光伏预测出力结果进行分类，按照时序天气影响特征划分不同分类组别，根据区域内发电-用电功率平衡情况、电网运行需要约束条件，进行光伏出力参数调节。

8.如权利要求5所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，本地村域CPS管理平台还用于分析村域各种用户内部负荷设备的用电规律，根据用户内部负荷设备的用电特性进行聚类，预测下一阶段整村用电负荷曲线，采用柔性调节方式求解可调节电气设备运行参数，决策用户内部负荷设备的运行组合和运行方式。

9.如权利要求1所述的基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控系统，其特征在于，所述本地村域CPS管理平台还用于对实时光伏数据和实时用能数据进行展示。

10.基于分布式光伏供需互动协调控制的村域CPS调控方法，其特征在于：包括以下步骤：

获取实时光伏数据和实时用能数据；

基于实时光伏数据和实时用能数据预测光伏发电曲线和用电负荷曲线；

将光伏发电曲线和用电负荷曲线进行匹配，得到匹配结果；

基于匹配结果，对光伏组件发电和用户内部负荷设备用电进行调度。

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