CN117672042A - 一种分布式光伏优化调度仿真教学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式光伏优化调度仿真教学装置，分布式光伏配置模块用于配置晴朗、多云、阴雨天气下的典型出力曲线，生成光伏运行实时数据；发电功率预测模块用于预测分布式光伏发电曲线、最大理论可发数据；数据采集交互模块用于分布式光伏模拟工作站与调度模拟模块之间的通信交互；调度模拟模块用于基于电气元件模型及连接关系构建有源配电网拓扑，实时显示配电网稳态运行状态；案例定义模块用于根据配电网规模、光伏渗透率水平、光伏接入位置与容量，以及负荷特性数据，定义不同的案例进行模拟。该装置可以解决现有技术无法适应分布式光伏大规模接入的电压优化调度情景问题，有效提升分布式光伏调度控制的仿真教学效果。
Description
技术领域
本发明涉及配电网运行仿真技术领域，尤其涉及一种分布式光伏优化调度仿真教学装置。
背景技术
随着技术不断成熟，分布式光伏装机迎来快速发展。分布式光伏出力具有较强的间歇性、波动性和不确定性，其分散、高渗透接入配电网将导致严重的电压波动、越限等问题，影响电网经济安全运行。从设备成本、系统可靠性来看，对分布式光伏的逆变器加以控制，实现无功电压的可调可控的目标，是目前解决有源配电网无功电压波动、越限问题的有效手段。传统配电网仿真方法未充分考虑分布式光伏参与配电网优化调控的新形势，不能满足新型电力系统对学员专业知识和素质能力的学习需求。
为适应分布式光伏渗透率不断提高的有源配电系统运行调控教学培训需求，亟需开发分布式光伏优化调度仿真实训工具，为学员提供辅助教学工具，解决传统课件式培训受时间、设备、师资等诸多因素限制，无法达到有效培训目标的问题，使受训人员可以随时参与、深度交互，并实现丰富的案例教学。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式光伏优化调度仿真教学装置，该装置可以解决现有技术无法适应分布式光伏大规模接入的电压优化调度情景问题，有效提升分布式光伏调度控制的仿真教学效果，为新型电力系统下有源配电网优化调度技术人才的培养提供支持。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种分布式光伏优化调度仿真教学装置，所述装置包括分布式光伏配置模块、发电功率预测模块、数据采集交互模块、调度模拟模块和案例定义模块，其中：
所述分布式光伏配置模块，用于配置晴朗、多云、阴雨天气下的典型出力曲线，生成光伏运行实时数据；
所述发电功率预测模块，用于预测分布式光伏发电曲线、最大理论可发数据，包括短期预测与超短期预测；其中，短期预测要求在调度机构规定的时间上报次日0时至24时的功率曲线，时间分辨率为15分钟；超短期预测要求滚动预测未来15分钟～4小时的功率曲线，时间分辨率为15分钟；
所述数据采集交互模块，用于分布式光伏模拟工作站与调度模拟模块之间的通信交互，包括采集分布式光伏模拟工作站的数据，以及执行调度模拟模块下发的指令；
所述调度模拟模块，用于基于电气元件模型及连接关系构建有源配电网拓扑，实时显示配电网稳态运行状态，模拟分布式光伏接入对配电网电压的影响；
所述案例定义模块，用于根据配电网规模、光伏渗透率水平、光伏接入位置与容量，以及负荷特性数据，定义不同的案例进行模拟。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置可以解决现有技术无法适应分布式光伏大规模接入的电压优化调度情景问题，有效提升分布式光伏调度控制的仿真教学效果，为新型电力系统下有源配电网优化调度技术人才的培养提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的分布式光伏优化调度仿真教学装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的分布式光伏优化调度网络模型示意图；
图3为利用本发明实施例定义的电压调节案例示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示为本发明实施例提供的分布式光伏优化调度仿真教学装置结构示意图，所述装置包括分布式光伏配置模块、发电功率预测模块、数据采集交互模块、调度模拟模块和案例定义模块，其中：
所述分布式光伏配置模块，用于配置晴朗、多云、阴雨天气下的典型出力曲线，生成光伏运行实时数据；具体实现中，由于光伏出力特性与光照强度密切相关，具有间歇性、随机性和波动性，学员可以利用分布式光伏配置模块对出力曲线进行配置，将晴朗天气的光伏出力设定为正弦半波；而多云天气由于光照强度波动较大，导致光伏出力发生较大波动，秒级最大降幅达50％以上。通过分布式光伏配置模块的配置，学员能够掌握分布式光伏发电原理，掌握伏安特性曲线与最大功率点跟踪原理，掌握光照、温度对光伏出力的影响趋势，以及光伏发电量分析计算方法；
所述发电功率预测模块，用于预测分布式光伏发电曲线、最大理论可发数据，包括短期预测与超短期预测；其中，短期预测要求在调度机构规定的时间上报次日0时至24时的功率曲线，时间分辨率为15分钟；超短期预测要求滚动预测未来15分钟～4小时的功率曲线，时间分辨率为15分钟；
具体实现中，在利用发电功率预测模块进行预测过程中：
在分布式光伏模拟主机建立光伏预测的曲线显示画面，从excel导入光照强度、温度和历史发电量数据，以此模拟气象信息的预测值；对每一个分布式光伏单独设计画面，每15分钟更新预测曲线；将得到的每日数据保存在历史数据库，与实际功率曲线进行对比，实时展示绝对误差和相对误差。
通过该发电功率预测模块，可以使学员理解分布式光伏功率预测对配电网调度控制的重要意义，理解光照、温度对光伏出力影响的定量分析方法，理解常用的光伏功率预测方法，理解光伏预测绝对误差、相对误差、准确率的计算方法。
所述数据采集交互模块，用于分布式光伏模拟工作站与调度模拟模块之间的通信交互，包括采集分布式光伏模拟工作站的数据，以及执行调度模拟模块下发的指令；
具体实现中，在所述数据采集交互模块中，采用IEC104通信规约来实现配电主站与分布式光伏模拟工作站的数据交互，具体来说：配电主站是IEC服务端，光伏模拟工作站是IEC客户端，IEC服务端向IEC客户端发送建立链接请求，IEC客户端确认链接，然后IEC服务端发送全数据召唤，IEC客户端响应召唤，并向IEC服务端发送光伏运行数据，IEC服务端进行数据确认后完成数据交互过程；
通过该数据采集交互模块，使学员理解IEC104通信规约的机理与数据交互过程，理解分布式光伏可观可测可调可控，对数据采集范围及控制等功能的需求，以及对通信实时性、可靠性等的需求。
所述调度模拟模块，用于基于电气元件模型及连接关系构建有源配电网拓扑，实时显示配电网稳态运行状态，模拟分布式光伏接入对配电网电压的影响；
具体实现中，在利用所述调度模拟模块模拟过程中：如图2所示为本发明实施例提供的分布式光伏优化调度网络模型示意图，图中配电网络电压等级为10kV，在节点4、7、16分别接入3个容量为1.5MW的光伏电站，由于分布式光伏出力的影响，配电网末端节点的电压高于变电站出线电压，当光伏出力增大时会造成电压越限，光伏出力波动会带来电压波动，故通过自动电压控制AVC(Automatic Voltage Control)、自动发电控制AGC(AutomaticGeneration Control)和一次调频PFR(Primary Frequency Regulation)对应的指令下发模块下发对应操作，观察电压变化情况，电压恢复正常则案例结束，具体来说：
利用AVC指令下发模块为各个分布式光伏站点下达AVC指令，当并网点的电网电压幅值越限时，按照可调整的Q-V下垂曲线去自动控制无功输出；其中，所述AVC指令下发模块设置的参数包括无功功率值、死区范围；AGC指令下发模块与所述AVC指令下发模块兼容设计，共用底层控制器，增加上层有功功率控制功能即可；所述AGC指令下发模块下达的指令包括有功功率设定值、调整范围。
在调度模拟模块中，随着分布式光伏渗透率逐渐增大，一次调频PFR是提高电网频率稳定性不可或缺的技术要求，根据并网点频率信息，通过PFR指令下发模块快速调节分布式光伏有功出力，实现有功-频率下垂响应的控制功能；
当电网频率高于额定频率时，分布式光伏有功功率最低向下调节额定出力的10％；当电网频率低于额定频率时，由于一般运行于最大功率跟踪点，不具备增加有功功率的能力；若存在有功功率备用或者额外的储能装置时，则具备双向有功-频率调节能力；
以电气距离接近、集中管控为原则，分层分区实现分布式光伏的集群化调节(多个分布式光伏集中响应控制及调度指令)，参与配电网调压；其中，选择的群控群调方式包括恒无功功率控制、恒功率因数控制、分群控制；在分群控制的模拟页面中，可选择三种调压手段以及选择加入的节点群对配电网节点电压大小进行改变。
利用该调度模拟模块，可以使学生掌握有源配电网图形模型及拓扑结构；掌握分布式光伏接入对配电网电压的影响分析与仿真方法；掌握有源配电网运行状态分析与判断能力。
所述案例定义模块，用于根据配电网规模、光伏渗透率水平、光伏接入位置与容量，以及负荷特性数据，定义不同的案例进行模拟。利用该案例定义模块可以使学员掌握有源配电网常见拓扑结构和接线方式、掌握分布式光伏并网方式、接入位置和容量配置策略。
如图3所示为利用本发明实施例定义的电压调节案例示意图，此案例设置有源配电网初始状态为局部电压越限状态，通过AVC指令下发模块、AGC指令下发模块下发操作，观察电压变化情况，电压恢复正常则案例结束；
分布式光伏优先采用就地控制策略，若节点电压仍越限，则采用AVC指令下发模块执行无功功率调节；当无功用尽电压仍未恢复正常，则采用AGC指令下发模块执行有功优化缩减。
通过AVC与AGC的综合控制指令对光伏电站的无功出力与有功出力进行调节，可使配电网电压恢复正常。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
综上所述，本发明实施例所述教学装置能够满足学生针对分布式光伏调控技术的仿真模拟与教学培训需求，通过多样化的教学手段，解决传统培训方式受时间、设备条件、师资力量等因素的限制，可有效提升实践教学的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种分布式光伏优化调度仿真教学装置，其特征在于，所述装置包括分布式光伏配置模块、发电功率预测模块、数据采集交互模块、调度模拟模块和案例定义模块，其中：
所述分布式光伏配置模块，用于配置晴朗、多云、阴雨天气下的典型出力曲线，生成光伏运行实时数据；
所述发电功率预测模块，用于预测分布式光伏发电曲线、最大理论可发数据，包括短期预测与超短期预测；其中，短期预测要求在调度机构规定的时间上报次日0时至24时的功率曲线，时间分辨率为15分钟；超短期预测要求滚动预测未来15分钟～4小时的功率曲线，时间分辨率为15分钟；
所述数据采集交互模块，用于分布式光伏模拟工作站与调度模拟模块之间的通信交互，包括采集分布式光伏模拟工作站的数据，以及执行调度模拟模块下发的指令；
所述调度模拟模块，用于基于电气元件模型及连接关系构建有源配电网拓扑，实时显示配电网稳态运行状态，模拟分布式光伏接入对配电网电压的影响；
所述案例定义模块，用于根据配电网规模、光伏渗透率水平、光伏接入位置与容量，以及负荷特性数据，定义不同的案例进行模拟。
2.根据权利要求1所述分布式光伏优化调度仿真教学装置，其特征在于，在利用分布式光伏配置模块配置出力曲线过程中，将晴朗天气的光伏出力设定为正弦半波；
而多云天气由于光照强度波动较大，导致光伏出力发生较大波动，秒级最大降幅达50％以上。
3.根据权利要求1所述分布式光伏优化调度仿真教学装置，其特征在于，在利用发电功率预测模块进行预测过程中：
在分布式光伏模拟主机建立光伏预测的曲线显示画面，从excel导入光照强度、温度和历史发电量数据，以此模拟气象信息的预测值；
对每一个分布式光伏单独设计画面，每15分钟更新预测曲线；将得到的每日数据保存在历史数据库，与实际功率曲线进行对比，实时展示绝对误差和相对误差。
4.根据权利要求1所述分布式光伏优化调度仿真教学装置，其特征在于，在所述数据采集交互模块中，采用IEC104通信规约来实现配电主站与分布式光伏模拟工作站的数据交互，具体来说：
配电主站是IEC服务端，光伏模拟工作站是IEC客户端，IEC服务端向IEC客户端发送建立链接请求，IEC客户端确认链接，然后IEC服务端发送全数据召唤，IEC客户端响应召唤，并向IEC服务端发送光伏运行数据，IEC服务端进行数据确认后完成数据交互过程。
5.根据权利要求1所述分布式光伏优化调度仿真教学装置，其特征在于，在利用所述调度模拟模块模拟过程中：
设置有源配电网的初始状态，通过自动电压控制AVC、自动发电控制AGC和一次调频PFR对应的指令下发模块下发对应操作，观察电压变化情况，电压恢复正常则案例结束，具体来说：
利用AVC指令下发模块为各个分布式光伏站点下达AVC指令，当并网点的电网电压幅值越限时，按照可调整的Q-V下垂曲线去自动控制无功输出；其中，所述AVC指令下发模块设置的参数包括无功功率值、死区范围；
AGC指令下发模块与所述AVC指令下发模块兼容设计，共用底层控制器，增加上层有功功率控制功能即可；所述AGC指令下发模块下达的指令包括有功功率设定值、调整范围；
根据并网点频率信息，通过PFR指令下发模块快速调节分布式光伏有功出力，实现有功-频率下垂响应的控制功能。
6.根据权利要求5所述分布式光伏优化调度仿真教学装置，其特征在于，在调度模拟模块中，当电网频率高于额定频率时，分布式光伏有功功率最低向下调节额定出力的10％；
当电网频率低于额定频率时，若存在有功功率备用或者额外的储能装置时，则具备双向有功-频率调节能力；
以电气距离接近、集中管控为原则，分层分区实现分布式光伏的集群化调节，参与配电网调压；其中，选择的群控群调方式包括恒无功功率控制、恒功率因数控制和分群控制。
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