基于调度自动化主站系统的柔性负荷调控仿真系统及方法与流程

本发明涉及电力系统自动化领域，具体涉及一种基于调度自动化主站系统的柔性负荷调控仿真系统及方法。

背景技术：

随着新能源的大规模接入，电力系统的不确定性在增加，给系统功率调节带来巨大压力；同时，随着需求侧市场的逐渐打开，柔性负荷为系统调节提供了资源。为此，国内外提出了大量柔性负荷调度方法和控制策略，以提高系统调节能力，维持系统安全、可靠、经济运行。然而，如何基于调度自动化主站系统实现柔性负荷调控的仿真，从而对这些调度方法和控制策略进行评估验证是目前展开柔性负荷调度控制研究亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于调度自动化主站系统的柔性负荷调控仿真系统及方法，本发明的系统是基于调度自动化主站系统搭建一套包含调度自动化主站系统、电网仿真平台和负荷响应仿真平台的柔性负荷调控仿真系统，主要包括以下内容：柔性负荷调控仿真系统框架；柔性负荷调控仿真流程；仿真系统功能模块和数据接口的开发和部署和多智能体柔性负荷响应仿真系统。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于调度自动化主站系统的柔性负荷调控仿真系统，其改进之处在于，所述仿真系统包括调度自动化主站系统、电网仿真平台和Netlogo(用来对自然和社会现象进行仿真的可编程建模环境)多智能体柔性负荷响应仿真系统，所述Netlogo多智能体柔性负荷响应仿真系统包括Netlogo交互扩展包和多智能体柔性负荷响应仿真平台，所述电网仿真平台、Netlogo交互扩展包和多智能体柔性负荷响应仿真平台依次进行数据交互，所述电网仿真平台和Netlogo交互扩展包均与调度自动化主站系统进行数据交互。

进一步地，所述电网仿真平台用于模拟电力系统响应，实现电网的连续长过程仿真计算，包括用于潮流计算的潮流计算模块、用于频率计算的频率计算模块、发电负荷曲线跟踪模块、二次设备仿真模块、自动电压控制(AVC,automatic voltage control)模拟仿真模块、自动发电控制(AGC，automatic generation control)以及仿真时钟控制模块；

所述电网仿真平台能够与调度自动化主站系统形成完整的闭环模拟系统，一方面能够为调度自动化主站系统提供电网模拟数据，另一方面接收调度自动化主站系统的遥调遥控指令并进行指令的闭环模拟，并将模拟结果反馈到调度自动化主站系统。

进一步地，所述调度自动化主站系统用于为柔性负荷调度应用提供搭载环境，柔性负荷调度应用依据负荷预测数据、电网状态信息、可调节资源信息进行5分钟滚动优化，求解当前电力系统符合最优目标的机组调节和柔性负荷调节计划。

进一步地，所述Netlogo交互扩展包用于实现多智能体柔性负荷响应仿真平台与电网仿真平台的数据交互，包括柔性负荷所属节点的功率调节目标信息、系统频率信息以及价格信号，以及柔性负荷响应仿真结果数据；所述Netlogo交互扩展包还提供多智能体柔性负荷响应仿真平台与柔性负荷数据文件的数据交互接口。

进一步地，所述数据交互接口功能包括：

配置柔性负荷模型信息：柔性负荷模型的配置文件包括控制信息、节点交互信息、聚合体连接矩阵、聚合体信息、代理商信息和用电元件信息；上述信息用于描述柔性负荷的受控模式、与电网连接的关系、负荷及聚合体的通信结构和动作参数；

控制指令监听：Netlogo交互扩展包在柔性负荷仿真程序进入功率跟踪时开辟调控指令监听线程，所述线程在每一个负荷仿真步长内都会从电网仿真平台获取当前负荷代理的目标功率，并依据负荷功率调整的速率进行线性插值，求取下一个循环的负荷代理目标功率；柔性负荷仿真程序则依据下一循环目标功率值模拟柔性负荷响应过程；

柔性负荷响应结果采样：通过Netlogo交互扩展包提供的数据库访问接口，多智能体柔性负荷响应仿真平台将在每个仿真步长内将负荷响应结果实时更新到电网仿真平台；当柔性负荷仿真过程选择采样功能时，负荷仿真则通过Netlogo交互扩展包开辟采样线程，每隔的指定采样时间步长，将负荷响应数据和时标写入历史数据库或者文件。

进一步地，在多智能体柔性负荷响应仿真平台上，对底层用电元件、负荷集群聚合体和柔性负荷代理商进行多智能体建模，用于实现代理商决策、聚合体通信交互和用电元件响应的模拟。

本发明提供一种基于调度自动化主站系统的柔性负荷调控仿真系统的调控仿真方法，其改进之处在于，所述调控仿真方法包括下述步骤：

步骤1-1：数据准备；

步骤1-2：5分钟滚动计划；

步骤1-3：自动发电控制；

步骤1-4：柔性负荷响应仿真；

步骤1-5：电网仿真。

进一步地，所述步骤1-1中，数据信息包括5分钟滚动优化应用获取的未来1小时的负荷预测数据、电网模型数据、机组运行信息、机组调节成本、柔性负荷调节成本和柔性负荷的用电特性；

上述数据信息每5分钟完成一次更新，并生成5分钟发用电联合优化程序的数据源。

进一步地，所述步骤1-2中，调度自动化主站系统每5分钟启动滚动优化优化程序，通过优化计算，求解当前电力系统运行状态下，未来一小时的机组发电计划和负荷响应期望。

进一步地，所述步骤1-3中，调度自动化主站系统向AGC模拟仿真模块下发机组的5分钟调度计划目标值，AGC模拟仿真模块则依据电力系统实际运行状态，特别是区域控制偏差(ACE,area control error)计算得到机组的功率跟踪目标，并向机组下发功率控制指令；同时，具有快速调节能力的柔性负荷，参与电力系统AGC调节，具有快速调节能力的柔性负荷的功率调节目标通过AGC模拟仿真模块计算得到，并下发到具有快速能力的柔性负荷的控制器中；其中，具有快速调节能力的柔性负荷是指能在5分钟内实现功率在最小值到最大值范围内调节的负荷；柔性负荷的控制器包括两类：一类是包含智能插座、智能电表的用电元件外部控制器，另一类是包含空调温控单片机、充电桩充放电控制芯片的用电元件内置控制器。

进一步地，所述步骤1-4中，具有快速响应能力的柔性负荷，接受AGC控制指令，通过控制器模拟，将功率信号转换成底层用电元件的控制信号，基于底层用电元件模型，实现具有快速响应能力的柔性负荷的响应过程模拟；

对于以代理商模式参与5分钟滚动计划的柔性负荷，依据调度自动化主站系统下发的负荷响应期望，进行决策，生成底层负荷控制指令，并由响应的底层负荷控制器控制用电元件的用电行为，包括生成空调设定温度的调节指令和电动汽车充放电信号，最后基于底层用电元件模型，对实际负荷响应进行仿真；底层用电元件响应结果通过Netlogo交互扩展包更新柔性负荷所属节点的负荷功率。

进一步地，所述步骤1-4包括下述步骤：

步骤4-1：启动多智能体柔性负荷响应仿真平台的仿真工程，其中仿真工程是指：在多智能体柔性负荷响应仿真平台上开发，包括智能体初始化、多智能体通信、智能体动作、智能体输入信号监听与状态采样、以及数据监控与展示模块在内一套用于模拟柔性负荷控制、负荷自主响应以及负荷物理过程演化的仿真系统；

步骤4-2：读取柔性负荷模型的配置文件，完成柔性负荷物理参数设置、用户参数初始化和通信结构初始化；

步骤4-3：定时读取节点参考功率；

步骤4-4：柔性负荷响应过程模拟：由代理商计算代理下辖负荷总目标功率，再由聚合体计算负荷集群调控目参量，用电元件动作；参与AGC调节的具有快速调节能力的柔性负荷则依据节点参考功率(适应多种负荷响应策略，不同策略动作逻辑具有灵活性和多样性，此框架不受具体负荷功率调节逻辑影响，故不具体规定负荷调节参考功率的计算公式)，通过控制器，进行负荷响应模拟；

步骤4-5：响应结果采样：依据底层用电元件响应结果，计算柔性负荷实际响应功率；更新电网仿真平台的电网模型数据。

进一步地，所述决策包括可中断负荷代理决策、可转移负荷代理决策和双向负荷代理决策；所述可转移负荷代理决策包括空调温度设定调节、电动汽车充放电控制和大用户中断控制。

进一步地，所述步骤1-5中，电网仿真平台依据调度自动化主站系统下发的AGC控制指令，依据机组模型，对机组功率调节进行仿真，并依据当前电网运行数据，计算电力系统潮流和频率，并更新电网模型。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

柔性负荷为系统功率平衡提供了一类重要资源，但柔性负荷自身的多变性和不确定性将使其调度和控制变得尤为困难，而电力系统中柔性负荷数量巨大、类型复杂多样，所以建立一套合理的柔性负荷响应仿真方法，并实现与现有调度平台的互联，能够为柔性负荷调度控制的研究提供基础。本发明所提的柔性负荷仿真环境搭建方法，有效的将调度自动化主站系统、电网仿真平台、多智能体仿真平台结合在一起，形成了一套柔性负荷调控的闭环连续运行系统；为柔性负荷调度控制策略的研究提供了供评估验证环境；同时提供了负荷模型和通信结构配置的方法，在多类型负荷仿真和“源-网-荷”互动场景构建上具有极强的适应性。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明提供的柔性负荷调控仿真系统框架图；

图2是本发明提供的柔性负荷调控方法流程图；

图3是本发明提供的多智能体柔性负荷响应仿真平台数据交互接口框架图；

图4是本发明提供的多智能体柔性负荷响应仿真流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

实施例一

如图1所示，为本发明所提出的柔性负荷调控仿真环境框架图，包括调度自动化主站系统、电网仿真平台和Netlogo多智能体柔性负荷响应仿真系统，其中调度自动化主站系统主要为柔性负荷调度应用提供搭载环境，电网仿真平台主要模拟电力系统响应，Netlogo多智能体柔性负荷响应仿真系统主要模拟柔性负荷响应过程。其中Netogo是一款通用的多智能体仿真建模软件。所述Netlogo多智能体柔性负荷响应仿真系统包括Netlogo交互扩展包和多智能体柔性负荷响应仿真平台，所述电网仿真平台、Netlogo交互扩展包和多智能体柔性负荷响应仿真平台依次进行数据交互，所述电网仿真平台和Netlogo交互扩展包均与调度自动化主站系统进行数据交互。

其中：电网仿真平台用于实现电网的连续长过程仿真计算，主要功能包括有潮流计算、频率计算、发电负荷曲线跟踪、二次设备仿真、AVC和AGC模拟仿真、仿真时钟控制等。电网仿真平台能够与主站系统形成完整的闭环模拟系统，一方面能够为调度自动化主站系统提供电网模拟数据，另一方面可接收调度主站的遥调遥控指令并进行指令的闭环模拟，并将模拟结果反馈到调度自动化主站系统。

基于调度自动化主站系统柔性负荷调度应用。柔性负荷调度依据负荷预测数据、电网状态信息、可调节资源信息等进行5分钟滚动优化，求解当前系统符合最优目标的机组调节和柔性负荷调节计划。

Netlogo与电网仿真平台的Netlogo交互扩展包：主要实现多智能体柔性负荷响应仿真平台Netlogo与电网仿真平台的数据交互，包括柔性负荷所属节点的功率调节目标信息、系统频率信息以及价格信号，以及柔性负荷响应仿真结果数据等。同时，该扩展包还提供Netlogo平台与柔性负荷数据文件的数据交互接口。

基于Netlogo的多智能体柔性负荷响应仿真平台。在多智能体柔性负荷响应仿真平台上，对底层用电元件、负荷集群聚合体、柔性负荷代理商进行多智能体建模，实现代理商决策、聚合体通信交互、用电元件响应的模拟。

其中：本发明所提出的多智能体柔性负荷响应仿真平台数据交互接口的开发和部署结合图3所示，其功能可表述为，用于：

配置柔性负荷模型信息。柔性负荷模型配置信息包含总控信息、节点交互信息、聚合体连接矩阵、聚合体信息、代理商信息、用电元件信息。这些信息用于描述柔性负荷的受控模式、与电网连接的关系、负荷及聚合体的通信结构和动作参数。

控制指令监听。Netlogo交互扩展包会在柔性负荷仿真程序进入功率跟踪时开辟一个调控指令监听线程，该线程在每一个负荷仿真步长内都会从电网仿真平台获取当前负荷代理的目标功率，并依据负荷功率调整的速率进行线性插值，求取下一个循环的负荷代理目标功率。柔性负荷仿真程序则会依据下一循环目标功率值模拟负荷响应过程。

柔性负荷响应结果采样：通过Netlogo交互扩展包提供的数据库访问接口，多智能体仿真平台将在每个仿真步长内将负荷响应结果实时更新到电网仿真平台。当柔性负荷仿真过程中选择采样功能时，负荷仿真程序则通过扩展包开辟一个采样线程，每隔的指定采样时间步长，将负荷响应数据和时标写入历史数据库或者文件。

实施例二

基于同样的发明构思，本发明还提供一种基于调度自动化主站系统的柔性负荷调控仿真系统的仿真方法，其流程图如图2所示，包括下述步骤：

步骤1-1：数据准备。5分钟滚动优化应用获取未来1小时的负荷预测数据、机组运行信息、机组调节成本、柔性负荷调节成本、柔性负荷的用电特性。上述信息每5分钟完成一次更新，并生成5分钟发用电联合优化程序的数据源。

步骤1-2：5分钟滚动计划。调度自动化主站系统每5分钟启动滚动优化优化程序，通过优化计算，求解当前系统运行状态下，未来一小时的发电计划和负荷响应期望。

步骤1-3：自动发电控制。调度自动化主站系统向AGC下发机组的5分钟调度计划目标值，AGC程序则依据系统实际运行状态，特别是区域控制偏差(ACE)计算得到机组的功率跟踪目标，并向机组下发功率控制指令。同时，一部分具有快速调节能力的柔性负荷，同样可以参与系统AGC调节，这部分柔性负荷的功率调节目标也通过AGC程序计算得到，并下发到快速响应负荷的控制器。

步骤1-4：柔性负荷响应仿真。一部分具有快速响应能力的负荷，接受AGC的控制指令，通过控制器模拟，将功率信号转换成底层用电元件的控制信号，基于底层用电元件模型，实现该类负荷的响应过程模拟。对于以代理商模式参与5分钟滚动计划的柔性负荷，依据调度主站下发的负荷响应期望，进行决策，生成底层负荷控制指令，并由响应的底层负荷控制器控制用电元件的用电行为，包括生成空调设定温度的调节指令、电动汽车充放电信号等，最后基于底层用电元件模型，对实际负荷响应进行仿真。底层用电元件响应结果最后通过Netlogo交互扩展包更新柔性负荷所属节点的负荷功率。

步骤1-5：电网仿真。电网仿真平台依据主站系统下发的AGC控制指令，依据机组模型，对机组功率调节进行仿真，并依据当前电网运行数据，计算系统潮流和频率，并更新电网模型。

优选的，所述步骤1-4的柔性负荷响应仿真的流程图如图4所示，包括下述步骤：

步骤4-1：启动Netlogo柔性负荷仿真工程；

步骤4-2：读取配置文件，完成柔性负荷物理参数设置、用户参数初始化和通信结构初始化；

步骤4-3：定时读取节点参考功率；

步骤4-4：柔性负荷响应过程模拟。该步骤首先由代理商计算代理下辖负荷总目标功率，再由聚合体计算负荷集群调控目参量，用电元件动作。参与AGC调节的快速响应负荷则直接依据节点参考功率，通过控制器，进行负荷响应模拟。

步骤4-5：响应结果采样。依据底层用电元件响应结果，计算柔性负荷实际响应功率；更新电网仿真平台电网模型数据。

本发明所提供的柔性负荷仿真系统及方法，有效的将调度自动化主站系统、电网仿真平台、多智能体仿真平台结合在一起，形成了一套柔性负荷调控的闭环连续运行系统；为柔性负荷调度控制策略的研究提供了供评估验证环境；同时提供了负荷模型和通信结构配置的方法，在多类型负荷仿真和“源-网-荷”互动场景构建上具有极强的适应性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。