一种基于新能源消纳的源网荷协调控制方法及系统与流程

本发明涉及电网调度控制领域，特别是一种以新能源消纳为目标的源网荷协调控制方法及系统。

技术背景

传统电力系统中，电源侧主要由火电、水电等常规电源组成，负荷侧主要由不可控的常规负荷组成，电能由电源侧通过电网传送到负荷侧，电源和电网侧根据负荷变化规律，通过调度控制系统进行被动调节。随着我国新能源开发规模增加和新型可控负荷的出现，“三北”地区新能源装机容量大、分布广，新能源消纳问题尤为突出，电网调控面临新的挑战，传统调度运行控制模式已经无法满足未来电力的需求，亟待提升，以减少因电力系统调节能力不足导致的弃风弃光现象，促进可再生能源的消纳及利用。未来电力系统中电源侧、电网侧根据负荷的变化而被动调节的局面将被打破，电源、电网、负荷三者之间将会形成信息与能量双向传输的互动体系。

公布号为cn105375483a的发明专利公开了一种为能源互联网服务的源/网/储/荷协调管理系统及方法，该系统包括源/网/储/荷智能管理系统和源/网/储/荷互联通信系统，系统设计为需求层、状态层和控制层的三层结

构，通过设置源/网/储/荷的综合协调控制与优化管理，实现供需平衡、维持电能质量、需求侧管理等目标。该发明提出的源/网/储/荷协调控制方案仅适用于配电网，其内容未涉及到大电网中分布式电源的间歇性以及储能系统容量占比较小的实际情况，因此无法直接应用于大规模多能源输电网络的调控。

公布号为cn103578047a的发明专利公开了一种电力系统源-网-荷互动控制方法，通过电价、激励、调度机制对电力系统源、网、荷三侧的资源进行互动控制,形成各电力设备功率的互动量，表征出源、网、荷的互动关系，为充分发挥资源的互动潜力，保证电力系统的能量平衡，消纳不可控资源，尤其是清洁可再生能源，以及电力系统的安全稳定、优质经济运行提供依据。该发明未考虑到互动成本计算的复杂性，在当前电力市场条件下不具备可行性。

其它关于微网或配网的源网荷互动现有技术由于网架结构和电力调度机制等因素均不能直接应用于大规模多能源输电网络的调控。

现有电网调度技术中尚未见到针对大规模新能源和新型可控负荷进行统一处理的研究成果。各种新能源的间歇性和常规负荷的波动性在时间上相互影响，电源与负荷空间分布不均，网架约束较多，若不采取集中的监控措施，则难以对其变化做出及时响应，造成可再生资源的浪费，从而影响调控决策的制定和实施。

新型可控负荷(如集中式电采暖、发电厂电蓄热设备等)在电网中的比重越来越大，作为一种系统资源参与到电网的运行管理中去，其将成为一种重要的电网运行调节手段。因此，有必要将大量可控负荷与上级调度中心的调度控制系统对接，扩大协调控制范围，实现源网荷协调控制。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于新能源消纳的源网荷协调控制方法及系统，以应对电网中新能源规模不断增长和新型可控负荷出现的新局面，通过各种发电能源和可控负荷之间的特性互补，实现大规模多能源复杂输电网络的平稳连续调节。

本文将结合附图对一种基于新能源消纳的源网荷协调控制方法及系统做进一步描述。

如附图1所示一种基于新能源消纳的源网荷协调控制方法及系统，包括四个层次：全网优化调度层、区域监视与协同层、就地监视与控制层、一次设备层。

所述全网优化调度层位于上级调度控制中心，用于实现全网的优化调度。通过对全网发电、电网和负荷的实时运行数据进行采集和处理，在满足电网安全稳定运行要求的基础上，对电源、电网和负荷进行不同时间尺度(长期、中期、短期和超短期)的优化调度，实现电力生产能力与负荷需求的全局平衡，以及电网整体经济效益和社会效益的最大化，满足社会的安全、经济、优质的用电需求。

所述区域监视与协同层实现本区域内电源、负荷、变电站实时运行信息的采集与监视，并接受全网优化调度层下发的调度计划，实现本区域控制目标的优化。该层针对电源与负荷运行监视、协同控制、统计分析和可视化展示等业务应用需求，为使用人员提供一个统一的监控平台，为优化计算软件提供分析应用平台；

所述区域监视与协同层的系统与上级调度控制中心的系统进行实时交互，上传源、网、荷、储的信息，接收调度计划并根据实时控制策略下发控制指令到场站端和负荷端；系统包含风能/太阳能资源监视、风/光功率预测、电源监控、储能监控、变电站监控、负荷监控、发用电计划、协同控制策略等功能模块。其中

风能/太阳能资源监视功能通过采集气象观测站信息和数字天气预报信息为风电、光伏等电源发电功率的预测提供基础数据；

风/光功率预测功能基于气象信息、历史数据和实时数据，采用一定的预测算法对风电、光伏、光热等场站不同周期(长期、中期、短期、超短期)的功率进行预测；

电源监控功能用于对风电、光伏等场站实时运行状态的监控、异常告警和预警；

储能监控功能用于对各类储能系统的实时运行状态的监控，不仅可以进行削峰填谷，也可以用于实时调节平抑间歇式能源的随机功率波动。

变电站监控功能用于可再生能源升压站实时运行状态信息的监视和设备调节控制；

负荷监控功能不仅用于对集中式电采暖、电动汽车充电站等新型可控负荷进行实时预测和监视，而且可以根据电网运行需要对可控负荷进行实时调节。

发用电计划功能从电源监控模块和负荷监控模块获取实时的电源发电和负荷用电信息以及发电功率预测和负荷预测信息，以此制定发用电计划，将日前计划上报给上级调度控制中心，将日内计划发送给多元协同控制策略模块。

协同控制策略功能用于电网实时运行功率偏差的控制。由于负荷的随机波动和可再生能源的间歇性，电网实时运行功率总是与计划值存在偏差，当此偏差较大且超过一定门槛时，就有必要对各类可调资源进行协同控制，根据不同的控制目标应用不同的协同控制策略。区域监控与协同层的系统作为应用平台，可以通过给定的数据接口嵌入不同厂家开发的协同控制策略与算法。

所述就地监视与控制层通过对一次设备运行状态和量测进行采集，基于网络通讯实现信息上送和控制指令的下发，同时承担着厂站侧运行人员对一次设备的监控功能。

所述一次设备层主要包括发电机组、储能设备、变电站设备和负荷用户等设施，具有调节功能的一次设备在可控状态下可以通过接收主站的控制指令实现源、网、荷、储的闭环控制。

本发明的有益效果是：采用网络通信、数据处理和协调控制技术，以提升电网新能源的消纳能力为目标，构建了区域性多能源发电生产、负荷用电与电网运行的集成运行模式。

与现有技术相比，本发明采用分层协调控制技术，通过源/网/荷的互动实现了多种能源和可控负荷之间的特性互补，对区域内分散的可控负荷实现了整体协同调度，不仅可以抑制间歇式电源引起的功率波动，而且可以提高全网新能源的接纳能力，同时也为削峰填谷提供了技术手段。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

附图说明

图1是基于新能源消纳的源网荷协调控制系统示意图。

图2是基于新能源消纳的源网荷协调控制方法流程图。

具体实施方式

基于新能源消纳的源网荷协调控制系统在空间上可以分为全网优化调度层、区域监视与协同层，就地监视与控制层、一次设备层。各层分别执行不同的任务，其中

全网优化调度层由上级调度控制中心的计算机系统构成，实现全网的优化调度。通过电力调度数据网对全网发电、电网和负荷的实时运行数据进行采集和处理，在满足电网安全稳定运行要求的基础上，对电源、电网和负荷进行不同时间尺度(长期、中期、短期和超短期)的优化调度，实现电力生产能力与负荷需求的全局平衡，以及电网整体经济效益和社会效益的最大化，满足社会的安全、经济、优质的用电需求。

全网优化调度层的主要功能包括：

●基于电力调度数据网，实现全网发电、输电和用电集中监视与控制系统的网络通信、实时信息采集和运行监控；

●对相关的电源、变电站、及可控负荷进行物理、经济、环保等特性建模，支撑全局电网监控、安全分析和优化调度；

●接受相关电源的不同时间尺度(中长期、周、日前、日内、实时)的发电计划和负荷需求，基于全网安全约束条件，实现全网整体优化调度，并下达集中监视与控制系统所辖的区域发电和负荷用电计划，并通过政策制定和信息发布引导区域发电计划和负荷响应；

●基于对历史运行信息的采集和统计分析，实现对集中监视与控制系统的计划协同和执行能力的评估。

区域监视与协同层由区域电网调度控制中心的计算机系统构成，实现本区域内电源、负荷、变电站实时运行信息的采集与监视，本层的系统与上级调度控制中心的系统进行实时交互，上传源、网、荷的信息，接收全网优化调度层下发的调度计划，并根据实时控制策略下发控制指令到场站端和负荷端；实现本区域控制目标的优化，该层针对电源与负荷运行监视、协同控制、统计分析和可视化展示等业务应用需求，为使用人员提供一个统一的监控平台，为优化计算软件提供分析应用平台。本层的系统包含风能/太阳能资源监视、风/光功率预测、电源监控、储能监控、变电站监控、负荷监控、发用电计划、协同控制策略等功能模块。

区域监视与协同层的主要功能如下：

●风能/太阳能资源监视功能通过采集气象观测站信息和数字天气预报信息为风电、光伏等电源发电功率的预测提供基础数据；

●风/光功率预测功能基于气象信息、历史数据和实时数据，采用一定的预测算法对风电、光伏、光热等场站不同周期(长期、中期、短期、超短期)的功率进行预测；

●电源监控功能用于对风电、光伏等场站实时运行状态的监控、异常告警和统计分析；

●储能监控功能用于对各类储能系统的实时运行状态的监控，不仅可以进行削峰填谷，也可以用于实时调节，平抑间歇式能源的小幅随机功率波动。

●变电站监控功能用于对风电、光伏等可再生能源升压站和常规变电站实时运行状态信息的监视和设备调节控制；

●负荷监控功能不仅用于对集中式电采暖、电动汽车充电站等新型可控负荷进行实时预测和监视，而且可以根据电网运行需要对可控负荷进行实时调节。

●发用电计划功能从电源监控模块和负荷监控模块获取实时的电源发电和负荷用电信息以及发电功率预测和负荷预测信息，以此制定发用电计划，将日前计划上报给上级调度控制中心，将日内计划发送给多元协同控制策略模块。

●协同控制策略功能用于电网实时运行功率偏差的控制。由于负荷的随机波动和可再生能源的间歇性，电网实时运行功率总是与计划值存在偏差，当此偏差较大且超过一定门槛时，就有必要对各类可调资源进行协同控制，根据控制目标采用相应的协同控制策略。区域监控与协同层的系统作为应用平台，可以通过给定的数据接口嵌入不同厂家开发的协同控制策略与算法。

区域监视与协同层综合考虑了发电机组、储能系统、可连续调节负荷三种可调设备的调节性能和调节方式：

●对于可以连续调节的设备(发电机组、储能系统、可连续调节负荷等)按照控制目标进行正常平滑调节；

●对于非连续调节的设备(发电厂电蓄热系统、可中断负荷等)，综合考虑投退成本、距离控制目标远近等因素，进行离散调节。

●对于无法自动调节的设备，可由调度运行人员下令进行人工调节。

●对于调节性能较差的设备，则下发计划值，使之跟踪计划值运行。

区域监视与协同层中源网荷协调控制以发用电调度计划为基础，满足实时功率平衡、网络安全约束、设备调控约束等条件，在控制策略中以新能源的消纳为目标。

源网荷协调控制逻辑包括九个步骤，流程图如附图2所示。具体如下：

首先，通过数据接口实时获取各种可控单元的调节优先级顺序，该顺序可以是人工设定的也可以是从考核评价管理系统获得；

其次，根据电网实时运行指标自动周期计算电网调节需求并获取调控约束条件；

第三，实时获取各控制单元的状态，并区分哪些单元可控、哪些单元不可控，对各控制单元进行分类统计；区分各控制单元是否可控的方法是实时获取各控制单元的运行状态(包括遥测和遥信)信息，系统可以根据这些信息自动判断每个单元是否可控。

第四，根据不可控单元的计划值、预测值或控制限值计算不可控单元的预期目标值；

第五，从全网调节需求中排除不可控单元的调节量后，得出可控单元的目标值；

第六，当本次调节结束时刻到达时，计算可控单元在上一个周期的调节性能；

第七，综合各可控单元的调节性能、调节优先级和全网调控需求，将调节量分配给各可调单元；

第八，对即将下发的调节指令进行各方面校验，包括调节死区、调节步长、调节范围等的校验；

第九，若校验通过则下发指令去执行；否则将调节量重新在各单元中进行分配，直至所有可控单元的指令校验通过。

就地监视与控制层的功能分别由场站侧和负荷侧的系统实现，通过对设备运行状态的量测采集并对设备的异常运行状态发出告警，该层通过计算机网络通讯向上层的区域监视与控制层的上送信息并接收控制指令，该层同时承担着厂站侧运行人员对一次设备的监控功能。

一次设备层主要包括发电机组、储能设备、变电站设备和负荷用户等设施，实时接收就地监视与控制层发送的控制指令并立即执行。具有调节功能的一次设备在可控状态下可以通过接收主站的控制指令实现源、网、荷、储的闭环控制。

本发明通过上述方案各层之间信息的交换，实现了源、网、荷、储各类可调资源的协调控制，有助于充分发挥电网的综合调节效能，从而为实现新能源的高效消纳提供了技术手段。