CN116488258A - 一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统 - Google Patents
一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116488258A CN116488258A CN202310479965.2A CN202310479965A CN116488258A CN 116488258 A CN116488258 A CN 116488258A CN 202310479965 A CN202310479965 A CN 202310479965A CN 116488258 A CN116488258 A CN 116488258A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- station
- electric field
- clean energy
- new energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 153
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 55
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 41
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 9
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 238000003062 neural network model Methods 0.000 claims description 6
- 238000013527 convolutional neural network Methods 0.000 claims description 3
- 238000007665 sagging Methods 0.000 claims description 3
- 238000012706 support-vector machine Methods 0.000 claims description 3
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 22
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 13
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 210000001072 colon Anatomy 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000003762 total hair loss Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
- H02J13/00002—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by monitoring
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
- H02J13/00004—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by the power network being locally controlled
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/004—Generation forecast, e.g. methods or systems for forecasting future energy generation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
- H02J3/241—The oscillation concerning frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，包括新能源机组模块、上位机和PLC。其中新能源机组模块包括通过并网点与电网电气连接的新能源电场，新能源电场包括储能电站和清洁能源站，清洁能源站为风电机组和光伏集群两者中的至少一个；上位机包括参数设置单元，参数设置单元用于设置新能源电场的能量控制参数；PLC根据上位机设置的新能源电场的能量控制参数计算风电机组中各个风机或光伏集群中各个光伏的无功指令值和/或有功指令值、以及储能电站的无功指令值。本发明对新能源电场中各个子站的有功出力和/或无功出力进行调控，能应用于风电与储能配合或者光伏与储能配合的新能源场站。
Description
技术领域
本发明涉及新能源控制领域，更具体地，涉及一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统。
背景技术
随着“构建以新能源为主体的新型电力系统”的提出，高比例新能源的电力系统快速从局部向全国发展，新能源发电在电压、频率和阻尼等方面对电网支撑的软肋也快速暴露出来，大电网的安全稳定运行面临巨大挑战，因此对新能源电场能量管理系统提出了更高的要求。
中国专利CN204741288U中公布了一种风电场能量管理系统，其结构包括：风电机组模块、通讯模块、ModBus协议模块、电力调度中心模块，该专利可以对风电场进行有功无功分配，且响应时间少，控制精度高。
然而，该专利由于不涉及储能系统，因此只能应用于风电场，无法应用于风电与储能配合或者光伏与储能配合的新能源电场。
因此，有必要提供一种改进的新能源电场能量管理系统。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，能应用于风电与储能配合或者光伏与储能配合的新能源场站。
为了实现上述目的，本发明例提供了一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，包括：
新能源机组模块，包括通过并网点与电网电气连接的新能源电场，新能源电场包括储能电站和清洁能源站，清洁能源站为风电机组和光伏集群两者中的至少一个；
上位机，包括参数设置单元，参数设置单元用于设置新能源电场的能量控制参数，能量控制参数包括清洁能源站中各个子站的额定功率、子站减载率、下垂系数、有功指令下发值和额外减载率；
PLC，用于根据新能源电场中各子站的实际功率、最大可发有功功率以及并网点的电压、电流和频率信息，基于上位机设置的新能源电场的能量控制参数，确定新能源电场中各个子站的无功指令值和/或有功指令值，从而对新能源电场中各个子站的有功出力和/或无功出力进行调控。
在本发明的一个实施例中，PLC包括AVC控制功能子模块。AVC控制功能子模块包括：
电压判断单元，用于判断并网点的实时电压是否超出并网点电压正常范围；
总无功确定单元：用于当并网点的实时电压超出并网点电压正常范围时，根据公式(1.1)确定新能源电场所需要的总无功：
其中，Q表示新能源电场所需要的总无功；Qmax表示新能源电场发出的无功之和的最大值；U1、U2、U3、U4表示并网点参考电压的4种标幺值，分别为0.95、0.985、1.015、1.05pu；；U表示并网点的实时电压；
AVC无功分配单元，用于根据新能源电场所需要的总无功来分配新能源电场中各个子站的无功给定值；
AVC无功控制单元，用于根据新能源电场中各个子站的无功给定值控制对应子站的无功出力。
较佳地，AVC无功分配单元具体根据如下策略来分配新能源电场中各个子站的无功给定值：
(1)当U2＜U≤U3时，将新能源电场中各个子站的无功给定值均设置为0；
(2)当U＜U1或U＞U4时，将储能电站的无功给定值设置为储能电站的最大无功容量；将清洁能源站中各个子站的无功给定值均设置为对应子站的最大无功容量；
(3)当U1≤U≤U2或U3＜U≤U4时，若新能源电场所需要的总无功Q不大于储能电站最大无功容量，则将储能电站的无功给定值设置为新能源电场所需的总无功，否则，将储能电站的无功给定值设置为储能电站的最大无功容量，同时根据新能源电场所需的总无功与储能电站的最大无功容量的差值以及清洁能源站中各个子站的无功出力对并网点电压的灵敏程度来设置清洁能源站中各个子站的无功给定值。
较佳地，PLC包括一次调频控制功能子模块。该一次调频控制功能子模块包括：
第一增发/减发判断单元，用于根据清洁能源站中各个子站的实际功率、额定功率和最大可发有功功率判断对应子站能否增发或减发；
第一频率判断单元，用于判断并网点频率是否跳出频率正常范围；
一次调频有功分配单元，用于当并网点频率大于频率正常范围、且清洁能源站中至少一个子站能减发时，根据公式(1.5)确定清洁能源站的一次调频有功指令值和清洁能源站中各个能减发的子站的一次调频有功指令值；当并网点频率小于频率正常范围、且清洁能源站中至少一个子站能增发时，根据公式(1.6)确定清洁能源站的一次调频有功指令值和清洁能源站中各个能增发的子站的一次调频有功指令值：
其中，f为并网点的频率；δ为下垂系数；η为子站减载率；Pj为清洁能源站中所有能减发的子站的总减发功率；Pz为清洁能源站中所有能增发的子站的总增发功率；Pij为清洁能源站中第i个能减发的子站的减发功率；Piz为清洁能源站中第i个能增发的子站的增发功率；Pid-为清洁能源站中第i个能减发的子站的一次调频有功指令值；Pid+为清洁能源站中第i个能增发的子站的一次调频有功指令值；Pd为清洁能源站的一次调频有功指令值；P0-为清洁能源站中所有能减发的子站的总额定功率；P0+为清洁能源站中所有能增发的子站的总额定功率；Pi-为清洁能源站中第i个能减发的子站的额定功率；Pi+为清洁能源站中第i个能增发的子站的额定功率；Pimax-为清洁能源站中第i个能减发的子站的最大可发有功功率；Pimax+为清洁能源站中第i个能增发的子站的最大可发有功功率；Pireal+为清洁能源站中第i个能增发的子站的实际功率；1≤i≤a，a为清洁能源站中能减发的子站的数量；1≤i≤b，b为清洁能源站中能增发的子站的数量；
一次调频有功控制单元，用于根据清洁能源站中各个能增发或减发的子站的一次调频有功指令值控制对应子站的有功出力。
较佳地，该一次调频控制功能子模块还包括：
一次调频状态设置单元，用于当并网点频率跳出频率正常范围时，将清洁能源站中能减发或能增发的子站的状态设置为一次调频状态；
一次调频状态更新单元，用于当检测到清洁能源站中某子站接收到一次调频有功指令值时，将该子站的状态从一次调频状态更新为一次调频动作完成状态。
较佳地，PLC还包括AGC控制功能子模块。AGC控制功能子模块包括：
状态判断单元，用于判断清洁能源站中所有一次调频状态的子站是否都处于一次调频动作完成状态；
第二频率判断单元，用于判断并网点频率是否跳出频率正常范围；
AGC控制状态确定单元，用于当并网点频率跳出频率正常范围，且清洁能源站中所有一次调频状态的子站都处于一次调频动作完成状态时，将清洁能源站中所有一次调频动作完成状态的子站都设置为AGC控制状态；
第二增发/减发判断单元，用于根据清洁能源站中每个AGC控制状态的子站的实际功率、最大可发有功功率以及额定功率判断对应子站能否增发或减发；
AGC有功分配单元，用于当判断出至少一个AGC控制状态的清洁能源子站能增发或者减发时，根据如下公式计算能增发或减发的AGC控制状态的清洁能源子站的AGC有功指令值：
其中，PAGCi表示清洁能源站中第i个能增发或减发的AGC控制状态的子站的AGC有功指令值；Pneedi表示清洁能源站中第i个能增发或减发的AGC控制状态的子站对应需要的有功；P1表示清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的实际功率之和；P2表示清洁能源站中所有不能增发的AGC控制状态的子站的实际功率之和；P3表示清洁能源站中所有不能减发的AGC控制状态的子站的实际功率之和；P4表示清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态的子站的额定功率之和；PidAGC+表示清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的一次调频有功指令值；PidAGC-表示清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的一次调频有功指令值；PidAGC+、PidAGC-大小与一次调频中对应的一次调频有功指令值Pid+、Pid-相等；PAGCib为清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的AGC额外有功备用；PAGCb为清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的总AGC额外有功备用；PAGCi-为清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的AGC额外可减发有功，PAGC-为清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态的子站的总AGC额外可减发有功；Pset为有功指令下发值；Pireal为清洁能源站中第i个能增发或减发的AGC控制状态的子站的实际功率。
AGC有功控制单元，用于根据清洁能源站中各个能增发或减发的AGC控制状态的子站的AGC有功指令值控制对应子站的有功出力。
较佳地，AGC有功分配单元用于根据如下公式(1.9)确定清洁能源站中各个能增发的AGC控制状态的子站的AGC额外有功备用和各个能减发的AGC控制状态的子站的AGC额外可减发有功、以及清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的总AGC额外有功备用和所有能减发的AGC控制状态的子站的总AGC额外可减发有功：
其中，PAGCib为清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的AGC额外有功备用；PAGCb为清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态子站的总AGC额外有功备用；PAGCi-为清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的AGC额外可减发有功；PAGC-为清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态子站的总AGC额外可减发有功PAGC-；μ为额外减载率；PiAGC+为清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的额定功率；PiAGC-为清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的额定功率；1≤i≤c，c为清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的数量；1≤i≤d，d为清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态的子站的数量。
较佳地，第一增发/减发判断单元具体用于根据第一条件判断清洁能源站中各个子站能否增发，根据第二条件判断清洁能源站中各个子站能否减发，其中第一条件为：清洁能源子站的最大可发有功功率与自身0.3倍额定功率的大小比较结果，第二条件为清洁能源子站的实际功率与自身0.3倍额定功率的大小比较结果；
第二增发/减发判断单元具体用于根据第三条件判断清洁能源站中各个AGC控制状态的子站能否减发，根据第四条件判断清洁能源站中各个AGC控制状态的子站能否增发，其中第三条件为：AGC控制状态的清洁能源子站的最大可发有功功率与自身0.34倍额定功率的大小比较结果，第四条件为AGC控制状态的清洁能源子站的实际功率与自身0.34倍额定功率的大小比较结果。
较佳地，本发明多功能融合的新能源电场综合能量管理系统还包括功率预测模块。功率预测模块包括：
原始数据获取单元，用于获取第一历史时间段、第二历史时间段和第三历史时间段所有时间点的新能源电场历史发电功率数据和外部环境气象数据，以及用于获取第一历史时间段的下一历史时间段和第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场历史发电功率数据；
功率预测模型训练单元，用于利用获取的第一历史时间段及其下一历史时间段所对应的数据训练至少一个功率预测模型，得到至少一个训练好的功率预测模型，其中功率预测模型为BP神经网络模型或RBF神经网络模型或支持向量机模型或卷积神经网络模型；
第一功率预测单元，用于基于每个训练好的功率预测模型，利用获取的第二历史时间段所对应的数据对第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率进行预测；
预测结果组合单元，用于将所有训练好的功率预测模型预测出的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率进行不同模型组合结合不同加权系数下的加权组合，得到针对第二历史时间段的下一历史时间段的多个新能源电场发电功率加权组合预测结果；
最优组合预测模型确定单元，用于根据获取的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场历史发电功率数据，确定第二历史时间段的下一历史时间段的所有新能源电场发电功率加权组合预测结果的平均误差或均方根误差，将平均误差或均方根误差最小的新能源电场发电功率加权组合预测结果所对应的模型组合和加权系数作为最优组合预测模型；
第二功率预测单元，用于利用最优组合预测模型，根据第三历史时间段所对应的数据预测第三历史时间段的下一时间段的新能源电场发电功率。
较佳地，上位机还包括：
显示单元，用于显示新能源电场各子站的实时状态信息、各子站的无功指令值和/或有功指令值、以及新能源电场发电功率的预测值。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本系统建立了储能电站以及风电机组和/或光伏集群的新能源电场，并通过PLC根据上位机设置的新能源电场的能量控制参数计算风电机组中各个风机或光伏集群中各个光伏的无功指令值和/或有功指令值、以及储能电站的无功指令值，因此能对新能源电场中各个子站的有功出力和/或无功出力进行调控，使得本发明能应用于风电与储能配合或者光伏与储能配合的新能源场站。
2、本系统利用上位机管理，可以设置新能源电场的能量控制参数以实现PLC的一次调频和自动电压控制(AVC)，同时可以显示新能源电场各子站实时状态信息、各个子站的无功指令值和/或有功指令值以及新能源电场发电功率预测曲线等，另外上位机根据功率预测结果可以制定常规电源发电分配策略，使得PLC能控制新能源电场中各个子站的有功和无功出力，因此本发明可在一个界面中对整个风电机组或光伏集群的能量进行统一的监控和调度。
3、利用全场有功频率的特性，根据电网频率变化采用下垂控制算法，综合不同机组运行工况，给出一次调频有功指令值，并基于高速通讯网络将一次调频有功指令值快速下发到每台子站，实现新能源场站整体的快速调频，提升新能源场站的支撑能力，提高电网的安全稳定运行水平。
4、利用全场无功/电压波动的特性，实时监测新能源电场并网点电压，当电压突变或越限时,据动态调压算法，考虑机组的无功约束能力，借助快速通讯网络，通过调整发电终端的无功出力来实现对电压/无功的快速调节。
5、通过一次调频控制功能子模块、自动发电控制(AGC)功能子模块、自动电压控制(AVC)功能子模块和功率预测模块，实现了一次调频、自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、能量管理(EMS)和新能源发电功率预测五大功能的集成，实现新能源电场控制和调度运行的多功能融合；通过融合电站AGC、AVC和EMS作为独立控制模块集成在一起，能降低新能源电站的网络复杂度，实现新能源电站稳态功率控制(有功无功)及能量管理一体化；该系统不仅能实现监控作用，而且还能实现，功能多样，能满足更复杂的控制和运行要求。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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是本发明实施例多功能融合的新能源电场综合能量管理系统的结构示意图；
图2是本发明实施例多功能融合的新能源电场综合能量管理系统中PLC的AVC控制功能子模块的框架图；
图3是本发明实施例多功能融合的新能源电场综合能量管理系统中PLC的一次调频控制功能子模块的框架图；
图4是本发明实施例多功能融合的新能源电场综合能量管理系统中PLC的AGC控制功能子模块的框架图；
图5是本发明实施例多功能融合的新能源电场综合能量管理系统中功率预测模块的框架图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
参考图1，本实施例提供的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，包括新能源机组模块100、上位机200和可编程逻辑控制器PLC 300。
新能源机组模块100包括新能源电场，新能源电场包括储能电站110和清洁能源站，清洁能源站为风电机组130和光伏集群120两者中的至少一个。新能源电场通过并网点C与电网666电气连接，从而可以向电网666输送电力。
可以理解地，储能电站110、风电机组130中的各个风机和光伏集群120中的各个光伏均为新能源电场中的子站，各子站相互并联。在本发明中，风电机组130可以配合储能电站110发电、或者光伏集群120可以配合储能电站110发电、或者储能电站110、光伏集群120和风电机组130三者可以共同配合发电，不同的配合情况分别形成不同的新能源电场。
上位机200包括参数设置单元，参数设置单元用于设置新能源电场的能量控制参数，包括清洁能源站中各个子站的额定功率、子站减载率、下垂系数、有功指令下发值和额外减载率等参数。该参数设置单元设置的清洁能源站中各个子站的额定功率、子站减载率以及下垂系数可以支持PLC实现一次调频，设置的有功指令下发值和额外减载率可以支持PLC实现AGC控制。
PLC 300根据新能源电场中各子站的实际功率和最大可发有功功率以及并网点的电压、电流和频率等实时电气信息，基于上位机200设置的新能源电场的能量控制参数，确定清洁能源站中各个子站的无功指令值和/或有功指令值、以及储能电站110的无功指令值，从而对新能源电场中各个子站的有功出力和/或无功出力进行调控。
另外，本系统还可以包括电力网关400和网络交换机500。
PLC 300可以采用ModBus TCP通讯协议，上位机200可以采用IEC-104协议，电力网关400用于实现上位机200的通讯协议与PLC 300的通讯协议之间的网络互连。
网络交换机500作为网络接口扩展设备，为上位机200、电力网关400和PLC 300提供统一接口以便将上位机200和PLC 300统一到相同网络之下。PLC 300与网络交换机500一方面通过ModBus TCP协议建立常用的通讯连接，另一方面通过IEC-104协议(104规约)建立备用的通讯连接，
较佳地，在本系统中，每个新能源电场的子站内设有通信装置100’。通信装置100’用于实时获取对应子站的实际功率Pireal和最大可发有功功率Pimax，并根据PLC 300发出的有功和/或无功指令值控制对应子站的有功出力和/或无功出力。
较佳地，本系统还可以包括测量电表600。测量电表600与并网点C建立电气连接，用于采集新能源电场向电网666输送电力时并网点C的电压、电流和频率等实时电气信息。
PLC 300与每个通信装置100’以及测量电表600建立通讯连接。具体地，PLC 300与通信装置100’之间通过ModBus TCP协议通讯，PLC 300与测量电表600之间通过ModBus RTU协议通讯。PLC 300通过通信装置100’实时获取各风机的实际功率和最大可发有功功率以及通过测量电表600实时获取并网点C的电压、电流和频率等实时电气信息，根据上位机200设置的新能源电场的能量控制参数计算风电机组130中各个风机或光伏集群120中各个光伏的无功指令值和/或有功指令值、以及储能电站的无功指令值，从而对新能源电场中各个子站的有功出力和/或无功出力进行调控。
下面以清洁能源站仅包括风电机组为例描述本发明PLC 300的各种控制策略，在这种情况下，新能源电场为风电机组130与储能电站110组成。
本实施例新能源电场综合能量管理系统可以实现AVC控制。因此，PLC包括有AVC控制功能子模块。
具体地，参考图2，AVC控制功能子模块包括：电压判断单元311、总无功确定单元312、AVC无功分配单元313和AVC无功控制单元314。
电压判断单元311用于判断并网点的实时电压是否超出并网点电压正常范围。其中，并网点电压正常范围为：Umin≤U≤Umax，异常范围为：U＜Umin或U＞Umax，U是并网点的实时电压，通过与并网点连接的测量电表采集获得；Umin和Umax分别是并网点电压允许下限值和上限值，Umin和Umax可根据电网公司对风电场的电压考核目标设定。
总无功确定单元312用于当并网点的实时电压超出并网点电压正常范围时，根据公式(1.1)确定新能源电场所需要的总无功：
其中，Q表示新能源电场所需要的总无功；Qmax表示新能源电场发出的无功之和的最大值；U1、U2、U3、U4表示并网点参考电压的4种标幺值，分别为0.95、0.985、1.015、1.05pu(标幺值)；U表示并网点的实时电压。
AVC无功分配单元313用于根据新能源电场所需要的总无功来分配新能源电场中各个子站的无功给定值，具体可以根据如下策略分配储能电站和风电机组中各风机的无功给定值：
(1)U2＜U≤U3时，将储能电站和各风机的无功给定值均设置为0。也就是说，此种条件下无需进行AVC无功控制。
(2)U＜U1或U＞U4时，将储能电站的无功给定值设置为储能电站的最大无功容量；将各风机的无功给定值均设置为对应风机的最大无功容量。也就是说，储能电站根据自身最大无功容量满发，且各风机根据自身最大无功容量满发。均满发后并网点的实际电压能在并网点电压正常范围内。
(3)当U1≤U≤U2或U3＜U≤U4时，若新能源电场所需要的总无功Q不大于储能电站最大无功容量，则将储能电站的无功给定值设置为新能源电场所需的总无功，否则，将储能电站的无功给定值设置为储能电站的最大无功容量，同时根据新能源电场所需的总无功与储能电站的最大无功容量的差值以及各风机的无功出力对并网点电压的灵敏程度来设置各个风机的无功给定值。
在本实施例中，根据新能源电场所需的总无功与储能电站的最大无功容量的差值以及各风机的无功出力对并网点电压的灵敏程度来设置各个风机的无功给定值，具体为：
A.利用牛顿—拉夫逊法对新能源电场的电力系统进行潮流计算，再结合公式(1.2)来确定各风机的无功出力对并网点电压的灵敏程度：
ΔVpcc＝SVPi·ΔPi+SVQi·ΔQi (1.2)
其中，ΔVpcc为设定时间段的并网点实际电压的变化值，其中并网点实际电压由测量电表采集获得；ΔQi为第i个风机的无功变化(与各风机连接的通信装置获取得到风机在该设定时间段的无功变化)；SVQi为第i个风机无功出力对并网点电压的灵敏度，其值越小说明对并网点电压的贡献程度越小；SVPi为第i个风机有功出力对并网点电压的灵敏度；ΔPi为第i个风机的有功变化。
B.确定各风机的无功给定值加权系数，公式为：
其中，λi为第i个风机的无功给定值加权系数；SVQi为第i个风机无功出力对并网点电压的灵敏度；表示所有风机无功出力对并网点电压的灵敏度，即风电机组的总无功灵敏度；1≤i≤m，m表示风电机组中所有风机连接到新能源电场的电网中的节点总数量。
C.确定各风机的无功给定值，公式为：
其中，为第i台风机的无功给定值；QDFIG为新能源电场所需的总无功减去储能电站的最大无功容量后得到的无功值。
AVC无功控制单元314用于根据储能电站和各风机的无功给定值控制储能电站和各风机的无功出力。
由上可以看出，AVC控制功能子模块为当并网点的实时电压超出并网点电压正常范围时，控制储能电站和风电机组各个风机的无功给定值，从而使并网点电压回到并网点电压正常范围之内。
本发明新能源电场综合能量管理系统还可以实现各个风机的一次调频控制。因此，PLC包括有一次调频控制功能子模块。
具体地，参考图3，一次调频控制功能子模块包括第一增发/减发判断单元321、第一频率判断单元322、一次调频状态设置单元323、一次调频有功分配单元324、一次调频有功控制单元325和一次调频状态更新单元326。
第一增发/减发判断单元321用于根据各风机的实际功率Pireal、额定功率Pi和最大可发有功功率Pimax判断各个风机能否增发或减发。具体地，第一增发/减发判断单元用于根据第一条件判断风电机组中各个风机能否增发，根据第二条件判断风电机组中各个风机能否减发，其中第一条件为：风机的最大可发有功功率与自身0.3倍额定功率的大小比较结果，第二条件为风机的实际功率与自身0.3倍额定功率的大小比较结果。更具体地，对于第i个风机，当其最大可发有功功率Pimax大于其0.3倍额定功率Pi时，判断该风机能增发；否则判断该风机不能增发；当实际功率Pireal大于0.3倍额定功率Pi时，判断该风机能减发，否则不能减发。其中，各风机的实际功率Pireal和最大可发有功功率Pimax可以通过对应的通信装置检测得到。各风机的额定功率Pi为上位机所输入的数据，可通过电力网关获取得到。
第一频率判断单元322用于判断并网点频率f是否跳出频率正常范围。该频率正常范围为49.95～50.05Hz。并网点的频率f由测量电表采集获得。
一次调频状态设置单元323用于当并网点频率f跳出调频正常范围时，将能减发的风机或能增发的风机的状态设置为一次调频状态；
一次调频有功分配单元324用于当并网点频率f大于调频正常范围、且至少一个风机能减发时，根据公式(1.5)确定风电机组的一次调频有功指令值Pd和各个能减发的风机的一次调频有功指令值Pid；当并网点频率f小于调频正常范围、且至少一个风机能增发时，根据公式(1.6)确定风电机组的一次调频有功指令值Pd和各个能增发的风机的一次调频有功指令值Pid：
其中，f为并网点的频率；δ为下垂系数；η为风机减载率(若风电机组包括光伏集群和风电机组，则光伏减载率和风机减载率也相等)；Pj为风电机组中所有能减发的风机的总减发功率；Pz为风电机组中所有能增发的风机的总增发功率；Pij为风电机组中第i个能减发的风机的减发功率；Piz为风电机组中第i个能增发的风机的增发功率；Pid-为风电机组中第i个能减发的风机的一次调频有功指令值；Pid+为风电机组中第i个能增发的风机的一次调频有功指令值；Pd为风电机组的一次调频有功指令值；P0-为风电机组中所有能减发的风机的总额定功率；P0+为风电机组中所有能增发的风机的总额定功率；Pi-为风电机组中第i个能减发的风机的额定功率；Pi+为风电机组中第i个能增发的风机的额定功率；Pimax-为风电机组中第i个能减发的风机的最大可发有功功率；Pimax+为风电机组中第i个能增发的风机的最大可发有功功率；Pireal+为风电机组中第i个能增发的风机的实际功率；1≤i≤a，a为风电机组中能减发的风机的数量；1≤i≤b，b为风电机组中能增发的风机的数量；
其中，风电机组中所有能减发或能增发的风机的总额定功率P0、总备用容量Pb和总减发容量P-的计算公式如下：
其中，P0为风电机组中所有能减发或能增发的风机的总额定功率；Pi为第i个能减发或能增发的风机的额定功率；Pb为风电机组中所有能减发或能增发的风机的总备用容量；η为风机减载率；P-为风电机组中所有能减发或能增发的风机的总减发容量；1≤i≤n，n为风电机组中能减发或能减发的风机的数量。
一次调频有功控制单元325用于根据一次调频有功分配单元确定的各个能增发或减发的风机的一次调频有功指令值控制对应风机的有功出力。
一次调频状态更新单元326用于当检测到某风机接收到一次调频有功指令值时，将该风机的状态从一次调频状态更新为一次调频动作完成状态；
由上可知，一次调频控制功能子模块根据风机自身留有的备用容量，当系统频率下跌时，令风机发出更多有功功率；当系统的频率上升时，令风机减少有功功率的发出以减小电网频率变化。
本发明新能源电场综合能量管理系统还可以实现AGC控制。因此，PLC包括有AGC控制功能子模块。
具体地，参考图4，AGC控制功能子模块包括：状态判断单元331、第二频率判断单元332、AGC控制状态确定单元333、第二增发/减发判断单元334、AGC有功分配单元335和AGC有功控制单元336。
状态判断单元331用于判断风电机组中所有一次调频状态的风机是否都处于一次调频动作完成状态。
第二频率判断单元332用于判断并网点频率f是否跳出频率正常范围。该频率正常范围为49.95～50.05Hz。并网点的频率f由测量电表采集获得。
AGC控制状态确定单元333用于当并网点频率f跳出频率正常范围，且风电机组中所有一次调频状态的风机都处于一次调频动作完成状态时，将所有一次调频动作完成状态的风机都设置为AGC控制状态。
第二增发/减发判断单元334用于根据风电机组中每个AGC控制状态的风机的实际功率Pireal、最大可发有功功率Pimax以及额定功率Pi判断该风机能否增发或减发。具体地,第二增发/减发判断单元用于根据第三条件判断风电机组中各个AGC控制状态的风机能否减发，根据第四条件判断风电机组中各个AGC控制状态的风机能否增发，其中第三条件为：AGC控制状态的风机的最大可发有功功率与自身0.34倍额定功率的大小比较结果，第四条件为AGC控制状态的风机的实际功率与自身0.34倍额定功率的大小比较结果。对于第i个AGC控制状态的风机，当最大可发有功功率Pimax大于0.34倍的额定功率Pi时，判断出该风机能减发；当实际功率Pireal大于0.34倍的额定功率Pi时，判断出该风机能增发；否则，该风机不能增发或减发。其中，各风机的实际功率Pireal和最大可发有功功率Pimax可以通过对应的通信装置检测得到。各风机的额定功率Pi为上位机所输入的数据，可通过电力网关获取得到。
AVC有功分配单元335用于当判断出至少一个AGC控制状态的风机能增发或者减发时，根据如下公式计算该能增发或减发的风机的AGC有功指令值：
其中，PAGCi表示风电机组中第i个能增发或减发的AGC控制状态的风机的AGC有功指令值；Pneedi表示风电机组中第i个能增发或减发的AGC控制状态的风机对应需要的有功；P1表示风电机组中所有能增发的AGC控制状态的风机的实际功率之和；P2表示风电机组中所有不能增发的AGC控制状态的风机的实际功率之和；P3表示风电机组中所有不能减发的AGC控制状态的风机的实际功率之和；P4表示风电机组中所有能减发的AGC控制状态的风机的额定功率之和；PidAGC+表示风电机组中第i个能增发的AGC控制状态的风机的一次调频有功指令值；PidAGC-表示风电机组中第i个能减发的AGC控制状态的风机的一次调频有功指令值；PidAGC+、PidAGC-大小与一次调频中对应的一次调频有功指令值Pid+、Pid-相等；PAGCib为风电机组中第i个能增发的AGC控制状态的风机的AGC额外有功备用；PAGCb为风电机组中所有能增发的AGC控制状态的风机的总AGC额外有功备用；PAGCi-为风电机组中第i个能减发的AGC控制状态的风机的AGC额外可减发有功，PAGC-为风电机组中所有能减发的AGC控制状态的风机的总AGC额外可减发有功；Pset为有功指令下发值；Pireal为风电机组中第i个能增发或减发的AGC控制状态的风机的实际功率。
其中，第i个能增发的AGC控制状态的风机的AGC额外有功备用PAGCib、第i个能减发的AGC控制状态风机的AGC额外可减发有功PAGCi-、风电机组中所有能增发的AGC控制状态的风机的总AGC额外有功备用PAGCb和风电机组中所有能减发的AGC控制状态的风机的总AGC额外可减发有功PAGC-的计算公式如下：
其中，μ为额外减载率，为上位机所输入的数据，可通过电力网关获取得到；PiAGC+为风电机组中第i个能增发的AGC控制状态的风机的额定功率；PiAGC-为风电机组中第i个能减发的AGC控制状态的风机的额定功率，为上位机所输入的数据，可通过电力网关获取得到；1≤i≤c，c为风电机组中所有能增发的AGC控制状态的风机的数量；1≤i≤d，d为风电机组中所有能减发的AGC控制状态的风机的数量。
AVC有功控制单元336用于根据AVC有功分配单元确定的各个能增发或减发的AGC控制状态的风机的AGC有功指令值控制对应风机的有功出力。
由上可以看出，AGC控制功能子模块为当一次调频完成时，并网点频率仍然没有回到频率正常范围之内，此时采用AGC控制对新能源电站进行二次调频，给定AGC有功指令值分配给各能增发或减发的AGC控制状态的风机使并网点的频率回到频率正常范围之内。
本发明新能源电场综合能量管理系统还可以实现功率预测，因此该系统还包括功率预测模块700。
功率预测模块700用于基于新能源电场历史发电功率数据和外部环境气象数据，对新能源电场的未来发电功率进行预测。其中新能源电场历史发电功率数据可以通过并网点C的电压和电流历史数据确定；外部环境气象数据可以是风向、风速、光照强度等气象信息，可以通过外网天气预报等手段获取得到。
上位机200还包括常规电源发电分配单元，常规电源发电分配单元与功率预测模块700连接，用于根据功率预测模块700的预测结果制定常规电源发电分配策略。当并网点电压和频率处于正常范围内时，根据功率预测模块700的预测结果对阶段发电量作出合理安排以满足电网公司对场站发电计划的要求；当并网点电压或频率不处于正常范围内时，对应进行AVC控制、一次调频控制、AGC控制使得并网点电压或频率回到正常范围内。
此时，PLC 300按照上位机200的常规电源发电分配策略通过通信装置100’控制新能源电场中各个子站的有功和无功出力。
可以理解地，本系统可以包括数据库中心800。数据库中心800与测量电表600、气象信息获取模块以及功率预测模块700通讯连接，用于存储测量电表600采集的并网点C的实时电气信息，例如电压、电流和频率等，以及存储气象信息获取模块获取的外界环境的实时气象信息，如风向、风速、光照强度等。数据中心800根据并网点的电压和电流实时数据确定新能源场站的实时发电功率信息，并对实时发电功率信息进行存储，获得新能源场站的历史发电功率。功率预测模块700基于数据库中心800存储的新能源场站的历史发电功率和外界环境的历史气象信息，对新能源电场的未来发电功率进行预测。
下面对本发明功率预测模块700进行详细说明。
参考图5，功率预测模块包括原始数据获取单元710、缺失数据填补单元720、数据归一化单元730、功率预测模型训练单元740、第一功率预测单元750、预测结果组合单元760、最优组合预测模型确定单元770、第二功率预测单元780和数据反归一化单元790。
原始数据获取单元710用于从数据库中心800获取第一历史时间段、第二历史时间段和第三历史时间段所有时间点的新能源电场历史发电功率数据和外部环境气象数据，以及用于获取第一历史时间段的下一历史时间段和第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场历史发电功率数据，将获取的数据作为原始数据。需要说明的是，数据库中心存储有由测量电表得到的新能源电站的历史发电功率数据和从外网得到的对应时间的风速、风向、光照强度等气象数据。其中，第一历史时间段所对应的新能源电场历史发电功率数据和外部环境气象数据结合第一历史时间段的下一历史时间段所对应的新能源电场历史发电功率数据可实现功率预测模型的训练。第二历史时间段所对应的新能源电场历史发电功率数据和外部环境气象数据和第二历史时间段的下一历史时间段所对应的新能源电场历史发电功率数据可实现最优组合预测模型的确定。
缺失数据填补单元720用于分别针对第一历史时间段、第二历史时间段和第三历史时间段、第一历史时间段的下一历史时间段和第二历史时间段的下一历史时间段中原始数据时间点缺失的数据，采用不同时间段相同时间点的同类型数据的加权平均数代替缺失的数据，第一历史时间段及第一历史时间段的下一历史时间段所对应的原始数据进行缺失填补后形成训练样本集，第二历史时间段所对应的原始数据进行缺失填补后形成预测样本集，第二历史时间段的下一历史时间段所对应的原始数据进行缺失填补后形成误差验证集，第三历史时间段所对应的原始数据进行缺失填补后形成目标样本集。在本实施例中，考虑到设备故障或切机等意外情况导致的原始数据不完善的情况，首先应对原始数据库进行完善，采用经验修正法填补缺失的原始数据，即采用同类型的对应相同时刻的正常数据值的加权平均数代替缺失数据，一般来说，离此时刻最近的数据赋予的加权系数更大，具体加权系数根据设备实际运行情况自行确定。这里，数据类型是指新能源发电功率、风速、风向、光照强度等类型。
数据归一化单元730用于对训练样本集、预测样本集、误差验证集和目标样本集中的每个数据进行归一化处理，公式如下：
其中，L代表归一化处理后的数据，Lo代表各样本集中的任一数据，Lmin代表各样本集中与Lo同类型的其它数据中的最小值，Lmax代表各样本集中与Lo同类型的其它数据中的最大值。
应当注意，由于数据之间差异值过大可能导致功率预测模型出现发散的情况，故原始数据进行缺失填补后所形成的样本集需要进行归一化处理，以将样本集中的每个数据通过一定计算压缩变换到一定范围内，取区间[0，1]，采用缩放法。此处的归一化处理对样本集中所有类型的数据进行归一化，也就是说，不仅是对新能源发电功率，还应对风速、风向、光照强度等气象数据归一化。
功率预测模型训练单元740用于利用归一化处理后的第一历史时间段及第一历史时间段的下一历史时间段所对应的数据训练至少一个功率预测模型，得到至少一个训练好的功率预测模型，其中功率预测模型选自BP神经网络模型、RBF神经网络模型、支持向量机模型和卷积神经网络模型中的一种。
第一功率预测单元750用于基于每个训练好的功率预测模型，利用归一化处理后的第二历史时间段所对应的数据对第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率进行预测。
预测结果组合单元760用于将所有训练好的功率预测模型预测出的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率进行不同模型组合结合不同加权系数下的加权组合，得到针对第二历史时间段的下一历史时间段的多个新能源电场发电功率加权组合预测结果，加权组合的公式如下：
其中，LΣ代表所有训练好的功率预测模型在一种模型组合及一种加权系数情况下的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率加权组合预测结果；Li代表第i种训练好的功率预测模型对第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率预测结果，ki代表第i种训练好的功率预测模型的加权系数，且满足所有训练好的功率预测模型的加权系数之和为1；1≤i≤n，n为所有训练好的功率预测模型的总数量。加权系数可以为等比例加权、方差倒数加权、拟定权重加权等。
最优组合预测模型确定单元770用于根据获取的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场历史发电功率数据，确定第二历史时间段的下一历史时间段的所有新能源电场发电功率加权组合预测结果的平均误差或均方根误差，将平均误差或均方根误差最小的新能源电场发电功率加权组合预测结果所对应的模型组合和加权系数作为最优组合预测模型。可以理解地，对所有训练好的功率预测模型进行组合预测，建立多输入单输出的组合预测模型，可以提高新能源发电功率预测的精度和稳定性。
第二功率预测单元780用于利用最优组合预测模型，根据归一化处理后的第三历史时间段所对应的数据来预测第三历史时间段的下一时间段的新能源电场发电功率。可以理解地，第三历史时间段可以为当前历史时间段，也就是以当前时刻为终止时刻的时间段，将第三历史时间段所对应的数据输入最优组合预测模型，可获得当前时间段的新能源电场发电功率预测结果，其中，当前时间段为第三历史时间段之后紧接着的下一时间段，是以当前时刻为起始时刻的时间段。
数据反归一化单元790用于对最优组合预测模型输出的第三历史时间段的下一时间段的新能源电场发电功率预测结果进行反归一化处理，公式如下：
Lreal＝(Lmax-Lmin)LΣ+Lmin (2.1)
其中，Lreal代表反归一化后的组合预测结果，LΣ代表最优组合预测模型输出的第三历史时间段的下一时间段的新能源电场发电功率预测结果，Lmin代表归一化处理后的第三历史时间段所对应的所有数据中的最小值，Lmax代表归一化处理后的第三历史时间段所对应的所有数据的最大值。
所述Lreal即为新能源发电功率预测的最终结果，将此结果传输至上位机，绘制成发电功率预测曲线与新能源电场同步投运显示。同时，上位机根据新能源发电功率的预测结果合理制定常规电源发电策略，并将常规电源发电策略发送至PLC，PLC按照常规电源发电策略来控制储能电站和各风机/光伏的有功和无功出力。
由上可以看出，本发明新能源发电功率的预测结果与PLC中的控制程序配合，可以实现新能源发电可预测、新能源并网可调控的目标，能同时提前预测风电/光伏发电功率的波动，也可以调整应对措施。另外，本方案组合预测方法提高了预测模型的泛化性和稳定性，能对新能源电场的功率变化做出准确预判。
较佳地，本系统中上位机还包括显示单元。该显示单元用于显示新能源电场各子站的实时状态信息和功率预测模块预测出的新能源电场发电功率预测曲线。另外，该显示单元还显示AVC控制功能子模块输出的储能电站和各风机的无功给定值，还显示一次调频控制功能子模块输出的风电机组的一次调频有功指令值和各能增发或减发的风机的一次调频有功指令值、风电机组中所有能增发或能减发的风机的总额定功率、总备用容量和总减发容量，以及显示AGC控制功能子模块输出的风机机组AGC有功指令值和各能增发或减发的AGC控制状态的风机的AGC有功指令值等。因此本实施例可在一个界面中对整个风电机组的能量进行统一的监控。
需要说明的是，为了能够处理大量风机的数据并且缩短编程时间，PLC中的AVC控制、AGC控制和一次调频控制程序均采用数组的方式来处理所有传输数据，这样也可以更为方便的查看单个风机数据。
另外，由于PLC只支持WORD型数据的通信，为了保证PLC读取的数据没有失真并且保证PLC计算的精确性，规定读取的数据均在原有基础上进行了放大(其中并网点频率为实际值放大100倍，风电场与功率相关的数据为实际值放大100倍，单位为MW)。在计算过程中为了保证精确，在程序中均将WORD型数据转换为REAL或LREAL型数据进行运算，即将读取的频率实际值再缩小0.01倍，相关功率再缩小0.01倍。在对风机输出时才进行REAL型到WORD型数据的转换，同样为了保证精度，对功率放大100倍再进行输出。PLC只能处理整数数据，原数据乘100变整数
可以理解地，上位机模块中上位机的设计步骤分为三步：数据的传递与处理、画面的建立与交互和总体监控与配置，其中：
数据的传递与处理，用于搭建PLC与上位机之间的通讯连接，使上位机地址和PLC的地址保持一致。(1)首先保证上位机与PLC之间的通讯连接，新建TCP通道，地址要和PLC的地址一致，本专利为192.168.0.159，冒号后面为端口号和单元ID，分别为502和1，即192.168.0.159:502 1，至此通讯部分完成。(2)然后在数据词典中建立I/O整数变量，选择项目为建立的设备项目，选择寄存器和AT程序中的程序寄存器通道号一致，选择数据类型为short，选择读写属性为读写。特别说明的是，需要在AT中的ModBus主站协议下建立ModBus Slave_TCP从站，才可正常通讯，在AT中只能使用整型变量，因此为了看到一些数据如频率等的小数部分变化，将原值乘了100，对应的在上位机中需要对此部分的数据进行处理，使用该数据变量/100，并把输出格式改为小数部分保留2位即可。
画面的建立与交互，用于构建上位机的显示界面。利用组态王软件设计，进入画面模块，新建画面，使用自带的矩形模块，按钮模块，点位图模块，指示灯模块等搭建画面，在按钮中使用showpicture函数，实现了多个页面之间的转换。按钮使用动画，原始色为白色，按下时可变为黄色，对应页面的按钮永远保持黄色，提示用户为此页面；
总体监控与配置，用于显示上位机获取到的信息包括通过PLC获取到的新能源机组模块模块的各场站运行数据，能量控制模块PLC输出的指令信息和新能源功率预测模块输出的功率预测曲线，其中PLC中的指令信息在上位机中可以配置。例如可以在监控主页显示场站监测数据以及告警信息，例如选择性地显示实际频率、实际有功、实际电压、全场平均风速、AGC有功指令值、一次调频有功指令值、无功指令值等，也可以显示各个风机的详细监控数据，例如选择性地显示风机运行参数、运行状态、告警信息、有功功率监控曲线和无功功率监控曲线等，也可以建立一次调频、AVC控制，AGC控制独立的页面，选择性地显示场站参数、告警信息、频率监控曲线、有功功率监控曲线、电压监控曲线、无功功率监控曲线等，图文并茂展示数据变化。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，包括：
新能源机组模块，包括通过并网点与电网电气连接的新能源电场，新能源电场包括储能电站和清洁能源站，清洁能源站为风电机组和光伏集群两者中的至少一个；
上位机，包括参数设置单元，参数设置单元用于设置新能源电场的能量控制参数，所述能量控制参数包括清洁能源站中各个子站的额定功率、子站减载率、下垂系数、有功指令下发值和额外减载率；
PLC，用于根据新能源电场中各子站的实际功率、最大可发有功功率以及并网点的电压、电流和频率信息，基于上位机设置的新能源电场的能量控制参数，确定新能源电场中各个子站的无功指令值和/或有功指令值，从而对新能源电场中各个子站的有功出力和/或无功出力进行调控。
2.如权利要求1所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述PLC包括AVC控制功能子模块，所述AVC控制功能子模块包括：
电压判断单元，用于判断并网点的实时电压是否超出并网点电压正常范围；
总无功确定单元：用于当并网点的实时电压超出并网点电压正常范围时，根据公式(1.1)确定新能源电场所需要的总无功：
其中，Q表示新能源电场所需要的总无功；Qmax表示新能源电场发出的无功之和的最大值；U1、U2、U3、U4表示并网点参考电压的4种标幺值，分别为0.95、0.985、1.015、1.05pu；；U表示并网点的实时电压；
AVC无功分配单元，用于根据新能源电场所需要的总无功来分配新能源电场中各个子站的无功给定值；
AVC无功控制单元，用于根据新能源电场中各个子站的无功给定值控制对应子站的无功出力。
3.如权利要求2所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述AVC无功分配单元具体根据如下策略来分配新能源电场中各个子站的无功给定值：
(1)当U2＜U≤U3时，将新能源电场中各个子站的无功给定值均设置为0；
(2)当U＜U1或U＞U4时，将储能电站的无功给定值设置为储能电站的最大无功容量；将清洁能源站中各个子站的无功给定值均设置为对应子站的最大无功容量；
(3)当U1≤U≤U2或U3＜U≤U4时，若新能源电场所需要的总无功Q不大于储能电站最大无功容量，则将储能电站的无功给定值设置为新能源电场所需的总无功，否则，将储能电站的无功给定值设置为储能电站的最大无功容量，同时根据新能源电场所需的总无功与储能电站的最大无功容量的差值以及清洁能源站中各个子站的无功出力对并网点电压的灵敏程度来设置清洁能源站中各个子站的无功给定值。
4.如权利要求1或2或3所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述PLC包括一次调频控制功能子模块，所述一次调频控制功能子模块包括：
第一增发/减发判断单元，用于根据清洁能源站中各个子站的实际功率、额定功率和最大可发有功功率判断对应子站能否增发或减发；
第一频率判断单元，用于判断并网点频率是否跳出频率正常范围；
一次调频有功分配单元，用于当并网点频率大于频率正常范围、且清洁能源站中至少一个子站能减发时，根据公式(1.5)确定清洁能源站的一次调频有功指令值和清洁能源站中各个能减发的子站的一次调频有功指令值；当并网点频率小于频率正常范围、且清洁能源站中至少一个子站能增发时，根据公式(1.6)确定清洁能源站的一次调频有功指令值和清洁能源站中各个能增发的子站的一次调频有功指令值：
其中，f为并网点的频率；δ为下垂系数；η为子站减载率；Pj为清洁能源站中所有能减发的子站的总减发功率；Pz为清洁能源站中所有能增发的子站的总增发功率；Pij为清洁能源站中第i个能减发的子站的减发功率；Piz为清洁能源站中第i个能增发的子站的增发功率；Pid-为清洁能源站中第i个能减发的子站的一次调频有功指令值；Pid+为清洁能源站中第i个能增发的子站的一次调频有功指令值；Pd为清洁能源站的一次调频有功指令值；P0-为清洁能源站中所有能减发的子站的总额定功率；P0+为清洁能源站中所有能增发的子站的总额定功率；Pi-为清洁能源站中第i个能减发的子站的额定功率；Pi+为清洁能源站中第i个能增发的子站的额定功率；Pimax-为清洁能源站中第i个能减发的子站的最大可发有功功率；Pimax+为清洁能源站中第i个能增发的子站的最大可发有功功率；Pireal+为清洁能源站中第i个能增发的子站的实际功率；1≤i≤a，a为清洁能源站中能减发的子站的数量；1≤i≤b，b为清洁能源站中能增发的子站的数量；
一次调频有功控制单元，用于根据清洁能源站中各个能增发或减发的子站的一次调频有功指令值控制对应子站的有功出力。
5.如权利要求4所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述一次调频控制功能子模块还包括：
一次调频状态设置单元，用于当并网点频率跳出频率正常范围时，将清洁能源站中能减发或能增发的子站的状态设置为一次调频状态；
一次调频状态更新单元，用于当检测到清洁能源站中某子站接收到一次调频有功指令值时，将该子站的状态从一次调频状态更新为一次调频动作完成状态。
6.如权利要求5所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述PLC还包括AGC控制功能子模块，所述AGC控制功能子模块包括：
状态判断单元，用于判断清洁能源站中所有一次调频状态的子站是否都处于一次调频动作完成状态；
第二频率判断单元，用于判断并网点频率是否跳出频率正常范围；
AGC控制状态确定单元，用于当并网点频率跳出频率正常范围，且清洁能源站中所有一次调频状态的子站都处于一次调频动作完成状态时，将清洁能源站中所有一次调频动作完成状态的子站都设置为AGC控制状态；
第二增发/减发判断单元，用于根据清洁能源站中每个AGC控制状态的子站的实际功率、最大可发有功功率以及额定功率判断对应子站能否增发或减发；
AGC有功分配单元，用于当判断出至少一个AGC控制状态的清洁能源子站能增发或者减发时，根据如下公式计算能增发或减发的AGC控制状态的清洁能源子站的AGC有功指令值：
其中，PAGCi表示清洁能源站中第i个能增发或减发的AGC控制状态的子站的AGC有功指令值；Pneedi表示清洁能源站中第i个能增发或减发的AGC控制状态的子站对应需要的有功；P1表示清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的实际功率之和；P2表示清洁能源站中所有不能增发的AGC控制状态的子站的实际功率之和；P3表示清洁能源站中所有不能减发的AGC控制状态的子站的实际功率之和；P4表示清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态的子站的额定功率之和；PidAGC+表示清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的一次调频有功指令值；PidAGC-表示清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的一次调频有功指令值；PidAGC+、PidAGC-大小与一次调频中对应的一次调频有功指令值Pid+、Pid-相等；PAGCib为清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的AGC额外有功备用；PAGCb为清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的总AGC额外有功备用；PAGCi-为清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的AGC额外可减发有功，PAGC-为清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态的子站的总AGC额外可减发有功；Pset为有功指令下发值；Pireal为清洁能源站中第i个能增发或减发的AGC控制状态的子站的实际功率；
AGC有功控制单元，用于根据清洁能源站中各个能增发或减发的AGC控制状态的子站的AGC有功指令值控制对应子站的有功出力。
7.如权利要求6所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述AGC有功分配单元用于根据如下公式(1.9)确定清洁能源站中各个能增发的AGC控制状态的子站的AGC额外有功备用和各个能减发的AGC控制状态的子站的AGC额外可减发有功、以及清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的总AGC额外有功备用和所有能减发的AGC控制状态的子站的总AGC额外可减发有功：
其中，PAGCib为清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的AGC额外有功备用；PAGCb为清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态子站的总AGC额外有功备用；PAGCi-为清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的AGC额外可减发有功；PAGC-为清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态子站的总AGC额外可减发有功PAGC-；μ为额外减载率；PiAGC+为清洁能源站中第i个能增发的AGC控制状态的子站的额定功率；PiAGC-为清洁能源站中第i个能减发的AGC控制状态的子站的额定功率；1≤i≤c，c为清洁能源站中所有能增发的AGC控制状态的子站的数量；1≤i≤d，d为清洁能源站中所有能减发的AGC控制状态的子站的数量。
8.如权利要求7所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述第一增发/减发判断单元具体用于根据第一条件判断清洁能源站中各个子站能否增发，根据第二条件判断清洁能源站中各个子站能否减发，其中第一条件为：清洁能源子站的最大可发有功功率与自身0.3倍额定功率的大小比较结果，第二条件为清洁能源子站的实际功率与自身0.3倍额定功率的大小比较结果；
所述第二增发/减发判断单元具体用于根据第三条件判断清洁能源站中各个AGC控制状态的子站能否减发，根据第四条件判断清洁能源站中各个AGC控制状态的子站能否增发，其中第三条件为：AGC控制状态的清洁能源子站的最大可发有功功率与自身0.34倍额定功率的大小比较结果，第四条件为AGC控制状态的清洁能源子站的实际功率与自身0.34倍额定功率的大小比较结果。
9.如权利要求1或2或4或6所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，还包括功率预测模块，所述功率预测模块包括：
原始数据获取单元，用于获取第一历史时间段、第二历史时间段和第三历史时间段所有时间点的新能源电场历史发电功率数据和外部环境气象数据，以及用于获取第一历史时间段的下一历史时间段和第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场历史发电功率数据；
功率预测模型训练单元，用于利用获取的第一历史时间段及其下一历史时间段所对应的数据训练至少一个功率预测模型，得到至少一个训练好的功率预测模型，其中功率预测模型为BP神经网络模型或RBF神经网络模型或支持向量机模型或卷积神经网络模型；
第一功率预测单元，用于基于每个训练好的功率预测模型，利用获取的第二历史时间段所对应的数据对第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率进行预测；
预测结果组合单元，用于将所有训练好的功率预测模型预测出的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场发电功率进行不同模型组合结合不同加权系数下的加权组合，得到针对第二历史时间段的下一历史时间段的多个新能源电场发电功率加权组合预测结果；
最优组合预测模型确定单元，用于根据获取的第二历史时间段的下一历史时间段的新能源电场历史发电功率数据，确定第二历史时间段的下一历史时间段的所有新能源电场发电功率加权组合预测结果的平均误差或均方根误差，将平均误差或均方根误差最小的新能源电场发电功率加权组合预测结果所对应的模型组合和加权系数作为最优组合预测模型；
第二功率预测单元，用于利用最优组合预测模型，根据第三历史时间段所对应的数据预测第三历史时间段的下一时间段的新能源电场发电功率。
10.如权利要求9所述的多功能融合的新能源电场综合能量管理系统，其特征在于，所述上位机还包括：
显示单元，用于显示新能源电场各子站的实时状态信息、各子站的无功指令值和/或有功指令值、以及新能源电场发电功率的预测值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310479965.2A CN116488258A (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310479965.2A CN116488258A (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116488258A true CN116488258A (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=87215500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310479965.2A Pending CN116488258A (zh) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | 一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116488258A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118017524A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 湖南大学 | 面向贯通型牵引供电系统的实时高效能量管控方法 |
-
2023
- 2023-04-28 CN CN202310479965.2A patent/CN116488258A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118017524A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 湖南大学 | 面向贯通型牵引供电系统的实时高效能量管控方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ma et al. | Optimal allocation of hybrid energy storage systems for smoothing photovoltaic power fluctuations considering the active power curtailment of photovoltaic | |
| Xu et al. | Distributed subgradient-based coordination of multiple renewable generators in a microgrid | |
| KR101297082B1 (ko) | 풍력 발전단지의 출력제어 시스템을 위한 단지 통합 출력제어 장치 및 그 제어 방법 | |
| US10263427B2 (en) | Method and system for operating an autonomous energy supply network | |
| CN103390116B (zh) | 采用分步方式的光伏电站发电功率预测方法 | |
| CN102761133B (zh) | 基于模糊控制的微网电池储能系统调频控制方法 | |
| CA2933360C (en) | Utility grid, intermittent energy management system | |
| AU2018101070A4 (en) | Automatic voltage control method, device and system for wind farm | |
| US20200389029A1 (en) | Power management system for customer connected to power network and having load apparatus and power storage apparatus | |
| CN113098022B (zh) | 风电场并网点无功调节方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN116488258A (zh) | 一种多功能融合的新能源电场综合能量管理系统 | |
| US20190393723A1 (en) | Utility grid, intermittent energy management system | |
| CN117077974A (zh) | 虚拟电厂资源优化调度方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN117318251B (zh) | 一种储能系统 | |
| Elgammal et al. | Optimal frequency control management of grid integration PV/wind/FC/storage battery based smart grid using multi objective particle swarm optimization MOPSO and model predictive control (MPC) | |
| CN116961008A (zh) | 计及电力弹簧与负荷需求响应的微电网容量双层优化方法 | |
| CN116633022A (zh) | 一种基于氢储能的微电网协调控制系统 | |
| CN116722561A (zh) | 一种无功功率补偿系统 | |
| CN112634076B (zh) | 一种计及灵活性储备的含风电多微网系统分布式调控方法 | |
| EP4009264A1 (en) | Power prediction device and power prediction method | |
| US11251615B2 (en) | Controller for self-organizing microgrid | |
| CN111064234B (zh) | 一种新能源电站的一次调频控制方法及系统 | |
| Yang et al. | Simplified Prediction Model of Frequency Nadir for Power Systems Penetrated With Renewable Energy | |
| Lukianenko et al. | Development and Utilization of a Quasi-dynamic Model for Power System Analysis | |
| CN117748622B (zh) | 一种微电网多态协调控制方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |