基于数字孪生驱动的光储柴协调控制方法及系统与流程

本发明属于能源协同调度，具体涉及基于数字孪生驱动的光储柴协调控制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源发电技术、储能技术以及微电网控制技术的快速发展，光伏发电、储能系统与柴油发电机组成的光储柴混合供能系统逐渐应用于海岛、矿区、边远地区、通信基站、应急供电站以及弱电网区域等场景。该类系统通过利用光伏等可再生能源降低传统柴油发电机的燃油消耗，同时利用储能系统对新能源波动和负荷变化进行调节，以提高供电系统的经济性和供电可靠性。然而，在离网或弱电网环境下，由于缺少大电网的功率支撑，光伏出力受天气条件影响存在较强波动，负荷侧又存在随机变化特征，柴油发电机需要承担稳定供电和备用支撑作用，储能系统则需要承担功率平滑、峰谷调节以及瞬态响应任务，因此光伏、储能和柴油发电机之间需要进行实时协调控制。

2、现有光储柴控制技术多依赖固定阈值或规则控制，主要根据当前运行状态进行能源分配，难以适应负荷波动、光伏出力变化以及设备状态变化等动态工况，对储能健康状态、柴油发电机经济运行特性考虑不足，容易造成储能寿命衰减加快、柴油机低效运行以及频繁启停等问题，缺少多源状态融合、未来供能需求预测以及基于实际运行偏差的闭环修正机制，导致调度策略适应性和控制精度不足，难以满足复杂场景下光储柴微电网稳定、高效运行需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于数字孪生驱动的光储柴协调控制方法及系统，能够通过数字孪生状态感知、供能预测与闭环调度修正，实现光伏、储能和柴油发电机的智能协调运行，提高微电网供电稳定性、能源利用效率及设备运行寿命。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、基于数字孪生驱动的光储柴协调控制方法，包括：

4、获取光储柴微电网运行过程中的多源运行状态数据，并根据多源运行状态数据构建数字孪生状态信息；

5、基于数字孪生状态信息，获取光储柴微电网在未来运行周期内的负荷变化趋势信息、光伏出力变化趋势信息、储能状态变化趋势信息及柴油发电机备用需求信息，对未来运行周期内的供能需求进行预测，得到对应的能源供给需求信息；

6、根据能源供给需求信息及数字孪生状态信息，确定柴油发电机启停控制信息、柴油发电机目标输出功率范围及储能充放电功率约束信息；

7、基于柴油发电机启停控制信息、柴油发电机目标输出功率范围及储能充放电功率约束信息，在满足光储柴微电网的预设约束条件下，生成光伏、储能系统和柴油发电机之间的协调调度序列；

8、根据协调调度序列控制光伏、储能系统和柴油发电机执行对应的功率调节操作，并实时采集执行过程中的实际运行数据；

9、将实际运行数据与数字孪生状态信息进行比对，获取状态偏差，并根据状态偏差对协调调度序列进行修正。

10、在一种优选方案中，获取光储柴微电网运行过程中的多源运行状态数据，并根据多源运行状态数据构建数字孪生状态信息，包括：

11、获取光储柴微电网运行过程中不同设备及不同监测节点采集的多源运行状态数据，其中，多源运行状态数据包括负荷运行数据、光伏运行数据、储能运行数据、柴油发电机运行数据及母线运行数据；

12、对多源运行状态数据进行预处理，其中，预处理包括时间同步、数据清洗及状态量转换处理，得到统一时间尺度下的运行状态数据集；

13、基于运行状态数据集，提取表征光储柴微电网运行状态的设备状态特征和电气状态特征，并根据设备状态特征和电气状态特征构建数字孪生状态信息。

14、在一种优选方案中，数字孪生状态信息包括储能荷电状态、储能健康状态、储能温度、储能可用容量、柴油发电机输出功率、启停状态、累计运行时间、负荷功率、母线电压及母线频率。

15、在一种优选方案中，基于数字孪生状态信息，获取光储柴微电网在未来运行周期内的负荷变化趋势信息、光伏出力变化趋势信息、储能状态变化趋势信息及柴油发电机备用需求信息，对未来运行周期内的供能需求进行预测，得到对应的能源供给需求信息，包括：

16、基于数字孪生状态信息中的负荷状态信息、光伏运行状态信息、储能状态信息及柴油发电机运行状态信息，获取光储柴微电网在未来运行周期内对应的状态变化特征；

17、根据状态变化特征，预测未来运行周期内的负荷变化趋势信息、光伏出力变化趋势信息、储能状态变化趋势信息以及柴油发电机备用需求信息；

18、根据负荷变化趋势信息、光伏出力变化趋势信息、储能状态变化趋势信息及柴油发电机备用需求信息，确定未来运行周期内的供能需求信息。

19、在一种优选方案中，根据能源供给需求信息及数字孪生状态信息，确定柴油发电机启停控制信息、柴油发电机目标输出功率范围及储能充放电功率约束信息，包括：

20、获取供能需求信息中的负荷需求变化信息、光伏出力变化信息、储能状态变化信息及备用容量需求信息，并提取数字孪生状态信息中的储能状态信息和柴油发电机运行状态信息；

21、根据负荷需求变化信息、光伏出力变化信息、储能状态变化信息及备用容量需求信息，判断当前运行周期内光伏出力和储能调节能力是否满足微电网供能需求；

22、当光伏出力和储能调节能力无法满足供能需求时，根据柴油发电机运行状态信息确定柴油发电机启停条件，并生成对应的柴油发电机启停控制信息；

23、根据供能需求信息、柴油发电机运行状态信息及预设柴油发电机经济运行区间，确定柴油发电机对应的柴油发电机目标输出功率范围，使柴油发电机输出功率保持在单位发电油耗较低的运行区间；

24、根据储能状态信息中的储能荷电状态、储能健康状态、储能温度及储能可用容量，确定储能系统当前可允许的充放电能力；

25、根据储能系统当前可允许的充放电能力及供能需求信息，生成储能充放电功率约束信息。

26、在一种优选方案中，基于柴油发电机启停控制信息、柴油发电机目标输出功率范围及储能充放电功率约束信息，在满足光储柴微电网的预设约束条件下，生成光伏、储能系统和柴油发电机之间的协调调度序列，包括：

27、根据柴油发电机启停控制信息，确定未来调度周期内柴油发电机对应的运行状态，并根据柴油发电机目标输出功率范围确定柴油发电机在每个调度时段内的柴油发电机功率输出范围；

28、根据储能充放电功率约束信息，确定未来调度周期内储能系统在每个调度时段内对应的充电功率范围和放电功率范围，并结合供能需求信息确定储能系统功率调节范围；

29、根据供能需求信息、光伏出力变化趋势信息、柴油发电机功率输出范围及储能系统功率调节范围，确定未来调度周期内每个调度时段对应的光伏输出功率、储能充放电功率及柴油发电机输出功率；

30、根据每个调度时段对应的光伏输出功率、储能充放电功率及柴油发电机输出功率，构建未来调度周期内的设备运行调度方案；

31、当设备运行调度方案满足光储柴微电网的预设约束条件时，将设备运行调度方案作为协调调度序列，其中，预设约束条件包括功率平衡约束、储能荷电状态约束、储能健康状态约束、柴油发电机运行约束及供电可靠性约束。

32、在一种优选方案中，根据协调调度序列控制光伏、储能系统和柴油发电机执行对应的功率调节操作，并实时采集执行过程中的实际运行数据，包括：

33、根据光伏输出功率生成光伏功率调节指令，并根据储能充放电功率生成储能变流器控制指令，同时根据柴油发电机输出功率生成柴油发电机控制指令；

34、将光伏功率调节指令、储能变流器控制指令及柴油发电机控制指令分别发送至对应执行设备，控制光伏系统、储能系统和柴油发电机按照协调调度序列进行功率调节；

35、在执行功率调节操作过程中，采集光伏系统、储能系统、柴油发电机及母线侧的实际运行数据，其中，实际运行数据包括实际储能荷电状态、实际储能健康状态、实际储能温度、实际储能可用容量、实际柴油发电机输出功率、实际启停状态、实际累计运行时间、实际负荷功率、实际母线电压及实际母线频率。

36、在一种优选方案中，将实际运行数据与数字孪生状态信息进行比对，获取状态偏差，并根据状态偏差对协调调度序列进行修正，包括：

37、根据执行协调调度序列过程中采集的实际运行数据提取对应时刻的实际运行状态信息；

38、将实际运行状态信息与数字孪生状态信息进行比对，获取实际运行状态与数字孪生状态之间的状态偏差；

39、获取状态偏差对应的偏差类型和偏差程度，并判断协调调度序列中光伏输出功率、储能充放电功率及柴油发电机输出功率是否需要调整；

40、当状态偏差超过预设偏差阈值时，根据状态偏差对协调调度序列中的光伏输出功率指令、储能充放电功率指令及柴油发电机输出功率指令进行修正，得到更新后的协调调度序列；

41、根据更新后的协调调度序列控制光伏、储能系统和柴油发电机执行功率调节操作，并利用执行后的实际运行数据继续更新数字孪生状态信息。

42、本发明还提供了，基于数字孪生驱动的光储柴协调控制系统，用于上述基于数字孪生驱动的光储柴协调控制方法，包括：

43、孪生状态模块，用于获取光储柴微电网运行过程中的多源运行状态数据，并根据多源运行状态数据构建数字孪生状态信息；

44、供给需求模块，基于数字孪生状态信息，获取光储柴微电网在未来运行周期内的负荷变化趋势信息、光伏出力变化趋势信息、储能状态变化趋势信息及柴油发电机备用需求信息，对未来运行周期内的供能需求进行预测，得到对应的能源供给需求信息；

45、控制分类模块，用于根据能源供给需求信息及数字孪生状态信息，确定柴油发电机启停控制信息、柴油发电机目标输出功率范围及储能充放电功率约束信息；

46、协调调度模块，基于柴油发电机启停控制信息、柴油发电机目标输出功率范围及储能充放电功率约束信息，在满足光储柴微电网的预设约束条件下，生成光伏、储能系统和柴油发电机之间的协调调度序列；

47、实际运行模块，用于根据协调调度序列控制光伏、储能系统和柴油发电机执行对应的功率调节操作，并实时采集执行过程中的实际运行数据；

48、调度修正模块，用于将实际运行数据与数字孪生状态信息进行比对，获取状态偏差，并根据状态偏差对协调调度序列进行修正。

49、以及，基于数字孪生驱动的光储柴协调控制终端，包括：

50、一个或多个处理器；

51、存储装置，其上存储有一个或多个程序；

52、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现基于数字孪生驱动的光储柴协调控制方法。

53、本发明取得的技术效果为：

54、本发明，能够同时考虑储能健康状态、柴油发电机运行状态以及母线运行状态，使控制过程具有更加全面的状态输入，提高了复杂运行环境下的状态感知能力，基于数字孪生状态信息，对未来运行周期内的负荷变化趋势、光伏出力变化趋势、储能状态变化趋势以及柴油发电机备用需求进行预测，并根据预测结果确定未来能源供给需求信息，使控制策略能够提前响应未来供需变化，避免传统控制方式仅根据当前运行状态进行调节而导致的滞后问题，提高了微电网运行过程中的主动调节能力；

55、本发明，根据能源供给需求信息和柴油发电机运行状态确定柴油发电机启停控制信息，并结合预设经济运行区间确定柴油发电机目标输出功率范围，使柴油发电机尽可能运行于单位发电油耗较低的工作区间，当负荷波动较小时，可利用储能系统承担短时功率变化，减少柴油发电机频繁启动和低负载运行，从而降低燃油消耗以及设备机械损耗，不仅考虑储能荷电状态，还综合考虑储能健康状态、温度以及可用容量，使储能系统能够根据自身健康程度动态调整充放电能力，当储能健康状态下降时，可限制其充放电功率以及运行范围，减少深度充放电、高倍率运行以及高温运行造成的寿命衰减，提高储能系统长期运行可靠性；

56、本发明，通过结合柴油发电机启停状态、柴油发电机输出功率范围以及储能充放电约束，在满足功率平衡、设备运行以及供电可靠性约束的情况下生成协调调度序列，实现光伏、储能系统和柴油发电机之间的合理功率分配，使新能源优先消纳、储能灵活调节以及柴油机稳定供能形成协同运行，提高微电网整体能源利用效率，实现了从状态感知、趋势预测、协调控制到反馈优化的完整闭环控制流程，避免了传统控制方法中预测与执行相互独立的问题，提高了光储柴微电网整体运行稳定性和智能化水平。