一种基于负荷虚拟储能的多区域协调控制方法与流程

1.本发明涉及一种负荷调控领域，尤其涉及一种基于负荷虚拟储能的多区域协调控制方法。


背景技术：

2.传统能源的短缺和生态环境的恶化成为制约可持续发展的障碍，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。
3.新型电力系统需要更多调节资源，需求侧负荷蕴含巨大调节潜力，基于海量可调节负荷资源的需求响应潜力，通过组态调控和负荷聚合的调度策略，将负荷资源等效为虚拟储能，把响应容量转换为充放电能量，实现负荷资源的灵活调控。但是，不同的区域之间的负荷虚拟储能资源和用电需求量都是不同的，例如，一个居民区多的供电区域与工业区多的供电区域相比，两者的负荷虚储能资源和用电需求量是不同的，不同区域之间的供需平衡度不同，缺少区域间的负荷虚拟储能资源调配方法。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“基于光伏-蓄电池-温控负荷的虚拟储能调峰系统与方法”，其公告号cn110165692a，系统包括：光伏单元、蓄电池单元和集群温控负荷单元、系统控制单元、逆变单元和调度控制中心。将光伏单元的发电过程等效为虚拟储能电池的放电过程，温控负荷单元增加负荷电力过程等效为虚拟储能电池的充电过程，反之为放电过程。光伏单元、蓄电池单元和集群温控负荷单元构成虚拟储能单元。以天气预测数据作为输入，控制夜间蓄电池梯度充电，根据调度信号和光伏出力情况在日间谷期梯度充电，实现虚拟储能单元与电网母线进行稳定的信息和能量交互，进而参与需求响应调峰服务。
5.但是该方案没有考虑到各区域范围的资源配置差，不同区域之间的资源与需求的调控不平衡，缺少不同区域间的负荷虚拟储能资源调度方法。


技术实现要素：

6.本发明主要解决现有技术没有考虑到各区域范围的资源配置差，不同区域之间的资源与需求的调控不平衡的问题；提供一种基于负荷虚拟储能的多区域协调控制方法，考虑到不同区域之间的供需差异，在满足自身供给的基础上区域互济，保证各供电区域的供需平衡。
7.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于负荷虚拟储能的多区域协调控制方法，包括以下步骤：s1：以各基站为节点，构建若干互济微网，形成互济微网区域；s2：分别采集各互济微网的供需关系，计算所需的调节量，并根据调节量选择不同调节方式；s3：分别执行个互济微网的内部调节，反馈调节结果，对互济微网区域进行平衡调节。
8.本方案考虑到不同区域之间的供需差异，在满足自身供给的基础上区域互济，保证各供电区域的供需平衡。根据调节量选择负荷虚拟储能的调节方式，更加灵活。
9.作为优选，所述的步骤s1具体包括以下过程：s10l：选取正常作业中的基站，形成供电基站集；s102：以供电基站集中的一基站为圆心，额定距离为半径，划分通信区域；若通信区域中存在其他供电基站集中的基站，则建立通信连接；否则，结束该基站通信连接；s103：遍历供电基站集中所有基站，将各通信连接的基站之间的区域定义为一个互济微网，所有互济微网的集合为互济微网区域。
10.划分微网区域，各微网之间相互通信，便于资源整合。
11.作为优选，所述的互济微网区域包括：电网层，包括电网设备和电网负荷；控制层，包括微网控制器和互济控制器；微网控制器用于采集微网供需信息，并控制微网内部负荷调节；互济控制器用于采集各微网的剩余负荷信息，控制各微网间的能量互济。
12.分层次控制，控制更加全面，达到区域平衡。
13.作为优选，所述的微网内的负荷虚拟储能包括分布式能源、空调和新能源汽车；负荷虚拟储能分别与对应的微网控制器通信连接。
14.采用负荷虚拟储能进行能源的调节，调节灵活。
15.作为优选，所述的步骤s2具体包括以下步骤：s201：采集互济微网的电网供电能力，根据该互济微网同比的历史需求数据判断是否需要进行负荷调节；若是，则进入步骤s202；否则，结束；s202：根据对应时段的安全阈值计算调节量；s203：根据计算获得的调节量选择相应的调节方式。
16.根据调节量选择负荷虚拟储能的调节方式，更加灵活。
17.作为优选，是否需要进行调节的判断过程为：以日为单位，将同一季度中每日的历史需求数据做平均，获得历史需求日平均数据；以时间为横轴，负荷量为纵轴，建立功率-时间坐标系；将历史需求日平均数据曲线与实时采集的台区供电数据曲线绘制在同一功率-时间坐标系中；以一小时为最小单位时间段，判断各最小单位时间内是否存在历史需求日平均数据曲线位于台区供电数据曲线上方；若是，则判断该时间段为需要进行负荷调节，进入步骤s202；否则，进入下一步判断；第i个最小单位时间段内台区供电数据曲线和时间轴构成的面积为s
gi
；第i个最小单位时间段内历史需求日均数据曲线和时间轴构成的面积为s
ni
；判断s
ni
与s
gi
之比ps是否大于比例阈值，若是，则判断该时间段为需要进行负荷调节，进入步骤s202；否则，结束。
18.计算选择需要进行调节的时间段。
19.作为优选，所述的调节量计算过程为：当s
ni-1
≥s
gi-1
时
当s
ni-1
＜s
gi-1
时时其中，p
di
为第i个最小时间段内微网的负荷调节量；β为放大倍数，为常数；mk为微网内，第k种类型的用电设备比例系数；ωk为微网内，第k种类型的用电设备重要性权重系数；s
gi-1
为第i-1个最小单位时间段内台区供电数据曲线和时间轴构成的面积；s
ni-1
第i-1个最小单位时间段内历史需求日均数据曲线和时间轴构成的面积。
20.根据供需关系计算需要的调节量。
21.作为优选，所述的调节方式包括：点控制方式，针对精确对象，控制空调的输出或利用新能源汽车反馈电网；分布式控制方式，采用互济微网内的分布式新能源就地消纳供电；集中控制方式，使用互济微网周围的基站为互济微网供电。
22.根据不同的调节量，选择适当的调节方式，调节灵活，保证微网内的供需平衡。
23.作为优选，当负荷调节量小于等于第一调节阈值时，采用点控制方式调控；当负荷调节量大于第一阈值且小于等于第二调节阈值时，采用点控制方式与分布式控制方式结合调控；当负荷调节量大于第二调节阈值或微网处于故障状态时，采用集中控制方式调控。
24.根据不同的调节量，选择适当的调节方式，调节灵活，保证微网内的供需平衡。
25.作为优选，所述的步骤s3具体包括以下步骤：s301：各微网根据计算的负荷调节量和选择的调节方式分时间段执行调节；s302：当日调节完成后，分别统计各微网的用电供需关系；s303：若当日最后一时间段的负荷调节量大于第二调节阈值或微网故障，则向相邻微网发送互济请求，相邻微网通过基站执行为微网间的功率互济。
26.通过微网间的功率互济，进行调配，使得整个区域用电供需平衡。
27.本发明的有益效果是：1.本方案考虑到不同区域之间的供需差异，在满足自身供给的基础上区域互济，保证各供电区域的供需平衡。
28.2.根据调节量选择负荷虚拟储能的调节方式，更加灵活。
29.3.分层次控制，控制更加全面，达到区域平衡。
附图说明
30.图1是本发明的基于负荷虚拟储能的调控方法流程图。
具体实施方式
31.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
32.实施例：本实施例的一种基于负荷虚拟储能的多区域协调控制方法，如图1所示，包括以下步骤：s1：以各基站为节点，构建若干互济微网，形成互济微网区域。
33.s101：选取正常作业中的基站，形成供电基站集。
34.s102：以供电基站集中的一基站为圆心，额定距离为半径，划分通信区域；若通信区域中存在其他供电基站集中的基站，则建立通信连接；否则，结束该基站通信连接。
35.s103：遍历供电基站集中所有基站，将各通信连接的基站之间的区域定义为一个互济微网，所有互济微网的集合为互济微网区域。
36.划分微网区域，各微网之间相互通信，便于资源整合。
37.互济微网区域包包括电网层和控制层。分层次控制，控制更加全面，达到区域平衡。
38.电网层包括电网设备和电网负荷，为实际的电网设备与连接。
39.控制层包括微网控制器和互济控制器。
40.微网控制器用于采集微网供需信息，并控制微网内部负荷调节。
41.互济控制器用于采集各微网的剩余负荷信息，控制各微网间的能量互济。
42.微网内的负荷虚拟储能包括分布式能源、空调和新能源汽车；负荷虚拟储能分别与对应的微网控制器通信连接。采用负荷虚拟储能进行能源的调节，调节灵活。
43.s2：分别采集各互济微网的供需关系，计算所需的调节量，并根据调节量选择不同调节方式。
44.s201：采集互济微网的电网供电能力，根据该互济微网同比的历史需求数据判断是否需要进行负荷调节；若是，则进入步骤s202；否则，结束。
45.是否需要进行调节的判断过程为：以日为单位，将同一季度中每日的历史需求数据做平均，获得历史需求日平均数据。
46.以时间为横轴，负荷量为纵轴，建立功率-时间坐标系。
47.将历史需求日平均数据曲线与实时采集的台区供电数据曲线绘制在同一功率-时间坐标系中。
48.以一小时为最小单位时间段，判断各最小单位时间内是否存在历史需求日平均数据曲线位于台区供电数据曲线上方；若是，则判断该时间段为需要进行负荷调节，进入步骤s202；否则，进入下一步判断。
49.第i个最小单位时间段内台区供电数据曲线和时间轴构成的面积为s
gi
；第i个最小单位时间段内历史需求日均数据曲线和时间轴构成的面积为s
ni
；判断s
ni
与s
gi
之比ps是否大于比例阈值，若是，则判断该时间段为需要进行负荷调节，进入步骤s202；否则，结束。
50.s202：根据对应时段的安全阈值计算调节量。
51.调节量计算过程为：当s
ni-1
≥s
gi-1
时当s
ni_1
＜s
gi-1
时时其中，p
di
为第i个最小时间段内微网的负荷调节量；β为放大倍数，为常数；在本实施例中为1.2。
52.mk为微网内，第k种类型的用电设备比例系数；ωk为微网内，第k种类型的用电设备重要性权重系数；s
gi-1
为第i-1个最小单位时间段内台区供电数据曲线和时间轴构成的面积；s
ni-1
第i-1个最小单位时间段内历史需求日均数据曲线和时间轴构成的面积。
53.调节量的计算与微网内的用电设别的类型相关。处于保电区域如学校、医院等区域的用电设备，重要性权重系数更高；处于重要区域，如商场、居民区、工业区等生产生活相关的区域内的用电设备次之；再次之是其他的对生活影响较小的用电设备。
54.通过上一时间段的供需电量来计算下一时刻的调节量，提前控制。
55.s203：根据计算获得的调节量选择相应的调节方式。
56.调节方式包括点控制方式、分布式控制方式和集中控制方式。
57.点控制方式，针对精确对象，控制空调的输出或利用新能源汽车反馈电网。一般采用变频空调的控制。
58.分布式控制方式，采用互济微网内的分布式新能源就地消纳供电。
59.集中控制方式，使用互济微网周围的基站为互济微网供电。
60.根据不同的调节量，选择适当的调节方式，调节灵活，保证微网内的供需平衡。
61.当负荷调节量小于等于第一调节阈值时，采用点控制方式调控。
62.当负荷调节量大于第一阈值且小于等于第二调节阈值时，采用点控制方式与分布式控制方式结合调控。
63.当负荷调节量大于第二调节阈值或微网处于故障状态时，采用集中控制方式调控。
64.根据不同的调节量，选择适当的调节方式，调节灵活，保证微网内的供需平衡。
65.由于变频空调的设定温度是离散值，制冷模式下其功率随设定温度降低而阶梯上升，空调无法稳定运行在两相邻温度之间的功率，空调响应功率和功率需求之间总存在偏差，难以准确跟踪光伏出力波动。且空调温度被重新设置后，其运行状态改变会有时间上的
延迟，因此功率变化也会延迟。延迟时间和调节温度有关。温度的改变值越小，其时延越长，功率的变化速率也越小。在本实施中实施的空调-分布式能源联合调控方法包括：a1：分别建立房间温度变化模型、变频空调模型和电池储能模型。本实施例中的电池储能模型为分布式能源的储能电池。
66.通常利用等效热参数模型描述房间温度的动态变化，房间温度的变化情况如下式所示：q
gain
＝q
ac
q
solar
q
l
其中，t
air
为室内空气的温度；r为房间的等效热阻；c为房间的等效热容；t
out
为室外气温；q
gain
为房间和外界交换的热功率；q
ac
为空调的热功率，大于0表示制热，反之表示制冷；q
solar
为太阳辐射的热功率；q
l
为房间内其他电器的产热功率。
67.房间的储热能力和变频空调的响应能力密切相关，室内外温度也影响着变频空调的运行功率。因此，需要准确计算房间的实时温度，以便能根据实时的响应功率需求，对空调进行对应的功率(设定温度)调整。
68.此外，当室内温度超过用户预设的舒适温度区间时，需要立即改变设定温度以保证用户的舒适性。
69.实时电量是电池充放电能力的重要指标，通常使用荷电状态(state of charge，soc) 来描述：式中，s
soc
(t)为当前时刻电池的荷电状态；s
soc
(t-1)为上一时刻电池的荷电状态；p
bat
(t-1)为上一时刻电池的功率，功率为正表示放电，为负表示充电；η表示电池的充放电效率；c
bat
表示电池的容量。
70.除了荷电状态，储能电池任意时刻的功率p
bat
(t)受到最大放电功率和最大充电功率的约束：为延长储能电池的寿命，避免电池的过充和过放，其荷电状态s
soc
(t)需要维持在最小荷电状态和最大荷电状态之间：
变频空调可通过调整空调压缩机变频器的频率，使单位时间内空调的制冷/制热量和房间的热量获得/流失匹配，从而维持室温稳定。相较于定频空调，室内温度偏差更小，且压缩机不需要频繁启停。
71.变频空调的运行频率与功率具有较强的线性关系，其关系可以表示为：p
ac
＝s
ac
(mf
ac
n)式中，p
ac
为变频空调的运行功率；s
ac
为变频空调的运行状态，1表示空调正常运行，0表示空调关机；f
ac
表示变频空调的运行频率；m和n是表征变频空调频率与功率关系的两个系数。
72.变频空调压缩机的工作频率取决于设定温度与室内温度，以制冷模式为例，当室内温度和设定温度之差超过最大温差阈值δt
max
时，空调以最大功率运行；当室内温度和设定温度之差低于最小温差阈值δt
min
时，空调进入待机状态；当室内温度和设定温度之差在最下温差阈值δt
min
和最大温差阈值δt
max
之间时，温差越大，频率越高，具体关系如下式所示：式中：f
ac
表示变频空调的运行频率；f
max
和f
min
分别为空调变频器的最高工作频率和最低工作频率；a为变频器的比例控制系数；b为变频器基础频率；ti为i时刻的室内温度；t
set
为设定温度。
73.a2：根据光伏实际出力和光伏预测出力，计算空调温度调整量。
74.初始化空调相应参数，根据房间参数、室内外温度和设定温度，利用房间温度变化模型，计算空调功率变化和房间温度变化的对应关系。
75.q
gain
＝q
ac
q
solar
q
l
输入实际的光伏出力p
pv
(t)和光伏预测出力计算光伏平滑出力
76.为减少光伏出力的频繁波动导致空调的反复温度调节，将原始光伏数据p
pv
(t)通过一滑动滤波器，以去除其中小功率波动得到平滑后的光伏功率式中k为滑动平均的取样点数。
77.随后根据采集的实时数据、平滑光伏出力和控制的目标功率确定空调的温度调整量。
78.在电池未参与调控时，用作空调温度调整量计算的δps(t)可以表示为：
根据空调的响应功率δps(t)，利用变频空调的分段滞回控制策略计算得到空调的设定温度调整量，以平抑主要的光伏波动。
79.a3：降低/升高空调设定温度，计算功率偏差。
80.判断空调的响应功率δps(t)是否大于0，若是，则降低空调设定温度；否则，升高空调设定温度。
81.计算功率偏差δp(t)。
82.p
line
(t)＝p
pv
(t) p
bat
(t)-p
ac
(t)-p
l
(t)其中，p
line
(t)和分别表示联络线的实际功率和目标功率，大于0表示向电网送电，小于0表示从电网购电；p
pv
(t)表示光伏的实际出力；p
bat
(t)表示电池的实时功率，大于0表示放电，小于0表示充电；p
ac
(t)表示变频空调的实时功率；p
l
(t)表示其他电器的实时总功率；为光伏预测出力；为未参与调控的变频空调功率；为未参与调控的其他电器实时总功率。
83.为实现建筑光伏的友好并网，通过控制电池-变频空调构成的复合储能，补偿光伏实际出力和预测出力之间的偏差。控制目标为楼宇与电网间联络线的实际功率和目标功率之差δp(t)最小。
84.a4：计算并调整电池充放电功率。
85.在空调温度调整完成后，由于空调响应的功率不连续性和响应延时的不确定性，需要依靠电池的充放电来补偿偏差；此外，还需要依靠电池吸收光伏快速的功率波动，因此实时的电池充放电功率可以表示为：p
bat
(t)＝δp(t)-δp
ac
(t)通过电池的功率调整，能够平抑频繁的光伏出力波动，对空调的响应延时和响应偏差进行功率补偿；而空调的响应容量也可以减少电池的充放电电量和功率，实现电池和变频空调的功率能量互补。
86.t1时刻，由于光伏出力骤降，需要将功率从起始功率p
start
削减到目标功率p
target
，具体的响应流程可以分为电池功率补偿和空调能量支撑两部分。
[0087][0088]
(1)电池功率补偿在t
1-t4和t
6-t9阶段，由于空调的响应延时，无法快速跟踪光伏出力波动导致的联络线功率波动，通过调整电池的充放电功率，对空调延时导致的功率偏差进行补偿：在t
4-t6时段，温度调整后的空调功率重新达到稳定，由于设定温度的离散特性导致空调的削减功率无法准确匹配调节需求，从而出现响应偏差，所需的电池功率补偿为：p
bat
(t)＝p
target-p
ac
(t)
(2)空调能量支撑对于t
1-t9整个响应过程，通过空调的功率削减为电池提供能量支撑，显著减少单一电池为维持联络线功率稳定所需要释放的电量，由空调提供的能量支撑可以由下式得到：电池-变频空调功率能量互补控制实现了两者的优势互补，相较于单独的空调响应或者电池调控，不仅能快速精确跟踪光伏变化，而且还能减少电池的充放电能量。
[0089]
s3：分别执行个互济微网的内部调节，反馈调节结果，对互济微网区域进行平衡调节。
[0090]
步骤s3具体包括以下步骤：s301：各微网根据计算的负荷调节量和选择的调节方式分时间段执行调节。
[0091]
s302：当日调节完成后，分别统计各微网的用电供需关系。
[0092]
s303：若当日最后一时间段的负荷调节量大于第二调节阈值或微网故障，则向相邻微网发送互济请求，相邻微网通过基站执行为微网间的功率互济。
[0093]
微网正常状态下的微网间互济过程为：1＞选取需要调节的微网；遍历相邻微网，判断各相邻微网的用电状态；当微网用电需求量小于最大供电量的90％时，判断该微网的用电状态为可互济状态；当微网用电需求量大于最大供电量的时，判断该微网的用电状态为需互济状态；当微网用电需求量大于等于最大供电量的90％且等于最大供电量时，判断该微网的用电状态为待定状态。
[0094]
2＞向相邻的可互济状态的微网发送互济请求，相邻可互济状态的微网的互济标志位加 1。
[0095]
3＞遍历所有微网后，判断各微网的互济标志位；微网根据互济标志位，由小到大进行电力资源的互济。
[0096]
互济标志为代表该微网周围的电力资源需求量，优先调配需求量小的，提高微网互济的效率。
[0097]
微网故障状态下的微网间互济过程为：
①
计算故障微网内保障性用电需求量。保障性用电包括学校、医院等用电等级较高的场所用电的需求。
[0098]
②
相邻微网以其最大供电量减去用电需求量计算可调配用电量。
[0099]
③
获取剩余微网正常状态下的各微网的互济标志位。
[0100]
④
判断故障微网的保障性用电需求量是否小于等于相邻微网的可调配供用电量总和；若是，则按照相邻微网互济标志为由小到大的顺序为故障微网提供电力资源；若否，则将相邻微网所有可调配用电量调配至故障微网。
[0101]
⑤
执行微网正常状态下的微网间互济，直至所有微网互济结束。
[0102]
对运行状态精准感知，对立体断面趋势精准分析、系统可调能力精准量化，充分调
动源网荷储调节能力，实现海量分布式资源与负荷虚拟储能接入的配电网全域统筹优化管理和对局部实时精细调控。
[0103]
通过微网间的功率互济，进行调配，使得整个区域用电供需平衡。
[0104]
本实施例的方案考虑到不同区域之间的供需差异，在满足自身供给的基础上区域互济，保证各供电区域的供需平衡。根据调节量选择负荷虚拟储能的调节方式，更加灵活。
[0105]
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。