一种可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制方法与流程
本发明涉及电网调度控制技术领域，具体地说是一种可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制方法。
背景技术：
传统的电力系统中，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，电脑由电源侧通过电网传送到负荷侧，电网和电源侧根据负荷的变化规律，通过调度控制系统进行被动调节。随着清洁能源发电技术、可控负荷、储能装置等新元素的出现，传统的调度运行模式已经不能满足未来的电力需求，为了提升配电网对清洁能源发电技术的消纳能力，降低配电网运行过程中的峰谷差和网损，促进终端用户对电力系统优化运行的主动参与能力，进一步挖掘电力系统的设备利用潜力，有效提升能源综合利用水平，需要对接入配电网的各种能源进行协同优化控制，充分利用各种可调资源，优化调度技术，降低分布式电源所带来的影响，提升配电网的运行效益和经济效益。
目前针对配电网所采用的协同优化控制方式一般有两种：一是源端控制，即对单一的分布式电源点、储能单元、微网进行控制；二是网端控制，即从配网层面对多能源系统进行集中的控制。但是两种方式都具有局限性，首先表现为只针对源、网、荷某一方面进行控制，不能从整体的角度进行协同优化控制；其次对配电网的资源不加以区分，不考虑电压等级，很难做到协同优化。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制方法，该方法采用分层架构的形式将系统分为全局运行决策系统和主动负荷管理系统，通过全局优化层、协同控制层、就地控制层、负荷优化层和实时响应层，优化计算、协同控制，解决协同优化控制的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
可控负荷与清洁能源发电技术协同控制方法以分层架构的形式分为全局运行决策系统和主动负荷管理系统。
所述全局运行决策系统根据具体的优化目标对配电网进行统筹和优化，根据各个层级所采集的运行信息和基础数据，结合清洁能源发电的预测结果，实现全局层面的优化运行计算，在此基础上配合协同控制器和分布式电源管理单元实现功率平衡跟踪与优化运行。
全局运行决策系统是整个系统的核心，包括全局优化层、协同控制层和就地控制层，其中全局优化层包括运行方式优化模块、全局运行决策优化模块、清洁能源发电技术功率优化值模块、风电预测模块、光伏预测模块和负荷预测模块；协同控制层包括协同交互控制器模块；就地控制层包括储能控制管理单元模块、储能模块、冷热电三联供管理单元模块、冷热电三联供模块、风电控制管理单元模块、风电模块、光伏控制管理单元模块和光伏模块。
所述全局优化层以全局运行决策系统主站为核心，通过下层协同控制器、分布式电源控制管理单元设备对全电网运行状态采集，加上对风电预测，光伏预测，负荷预测的实时数据，通过多目标优化算法对配电网进行全局上的优化计算，从而获得下层区域内的优化运行指标，以指导下层协同控制层和就地控制层进行实时的运行调整。
全局运行决策优化模块为分析负荷预测、风电预测、光伏预测数据，接受下层协同交互控制器的测量数据，进而得到清洁能源发电技术的功率优化值。
负荷预测模块、风电预测模块、光伏预测模块为分析负荷、风电、光伏的历史数据和实时采集的数据进而得到预测数据发送给全局运行决策模块进行决策。
清洁能源发电技术功率优化值模块为接受全局运行决策优化模块的优化值发送给协同交互控制器模块。
所述协同控制层以协同交换控制器为核心，基于全局运行决策优化程序所给出的优化指标及参考信息对所属范围内的分布式电源进行自治优化，并通过分布式电源管理单元装置对不同类型的分布式电源进行控制。协同控制层主要维持各控制区域的稳定，实现与上级全局决策运行系统进行交互。
协同交互控制器模块为将接受到的清洁能源发电技术的功率优化值，分别发送给就地控制层储能控制管理单元模块、冷热电三联供管理单元模块、风电控制单元管理模块和光伏控制管理单元模块，进而控制储能模块、冷热电三联供模块、风电模块和光伏模块的功率。
所述就地控制层以分布式电源为核心，对同一配电节点的同类型分布式电源进行调度，实现各个分布式电源的协同控制。就地监视层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警告，该层通过计算机网络通讯向上层的协同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设备的监控功能。
储能控制管理单元模块为接受协同控制器的功率优化值并对各类储能系统运行状态进行实时监控，不仅可以削峰填谷，也可以实时调节能源功率的随机波动；采集储能模块的实时功率信息。
冷热电三联供管理单元模块为接受协同控制器的功率优化值并对各类发电装置实时监控，根据电网需要进行实时调节；采集冷热电三联供模块的实时功率信息。
风电控制单元管理模块为接受协同控制器的功率优化值并通过采集天气预报信息、气象实时数据为风电发电单元提供基础数据；采集风电模块的实时功率信息。
光伏控制单元管理模块为接受协同控制器的功率优化值并对通过采集温度、光照强度、等实时数据对光伏发电装置进行监控，根据电网需求进行实时调节；采集光伏模块的实时功率信息。
所述主动负荷管理系统采用分层的形式，分为负荷优化层和实时响应层。负荷优化层包括负荷目标功率模块、主动负荷优化运行模块、负荷分析模块、用户控制目标功率值模块、负荷优化运行曲线模块、用户需求模块、测量数据模块和历史数据模块；实时响应层包括用户智能终端模块、智能插座模块、热水器模块、智能红外控制器模块、空调模块、智能开关模块和灯光、电视模块。
主动负荷管理系统主要体现在负荷不单单是一个执行的接受者和被调控者，电力系统对空调、热水器、照明灯传统照明方式有了更加主动灵活的控制。另外用户可以根据需求制定用电方案。
所述负荷优化层接受上层全局运行决策系统的最优运行指标，根据主动负荷优化算法进行优化计算。该算法主要是根据用户需求跟监测到的用户用电习惯和各个用户负荷管理潜力进行估算，在此基础上计算各个用户在未来时间内的负荷目标功率值和优化曲线，并发给下层用户智能终端。
负荷优化层通过智能用户终端采集的用户需求值和主动负荷的历史数据来确定可控负荷的调节值、接受全局运行决策系统的负荷控制目标值。
主动负荷优化运行模块的主要功能为接受全局优化控制系统的负荷目标控制功率值，对负荷历史数据、用户智能终端发送户需求和测量数据进行负荷分析，进而得到用户控制目标的功率值和负荷优化运行曲线。
用户控制目标功率值模块的主要功能为将主动负荷优化运行模块得到的负荷目标功率值发送给用户智能终端从而进行负荷功率控制。
负荷优化运行曲线模块的主要功能为将主动负荷优化运行模块得到的负荷优化运行曲线发送给用户智能终端从而对负荷的运行曲线进行控制，
所述实时响应层获取可控负荷的调节优先级顺序，并获取可控负荷的状态。
用户智能终端模块为接受负荷优化层的用户优化控制目标值和负荷优化运行曲线，将控制值分别发送给智能插座模块、智能红外控制器模块、智能开关模块，而实现对负荷的控制；采集用户需求和各负荷的实时测量数据发送给负荷优化层。
实时响应层的核心设备是用户智能终端，主要包括智能插座、智能红外控制器、智能开关，用于实现对个体用户负荷进行优化运行控制，根据该用户的目标功率值和未来运行曲线具体安排其用电方式，并校正运行曲线。用户不再是简单的电力消费者，而是逐渐成为电力生产者和消费者，用电的行为将更加灵活，获得的服务更加多样，从而降低电力系统的成本，提高电网的总效益。
智能插座模块为接受用户智能终端的负荷目标控制值从而控制热水器等电器的运行时间；采集热水器等电器实时运行功率并反馈给用户智能终端。
智能红外控制器模块为接受用户智能终端的负荷目标控制值从而远程控制空调等电器的运行时间；采集空调等电器实时运行功率并反馈给用户智能终端。
智能开关模块为接受用户智能终端的负荷目标控制值从而控制灯光、电视等电器的关断；采集开关、电视电器实时运行功率并反馈给用户智能终端。
可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制的步骤：
（1）通过用户智能终端实时获取各种可控负荷单元的优先级顺序，该顺序可以是人为设定也可是从负荷分析后获得；
（2）通过用户智能终端获取各可控负荷的状态，包括运行状态和运行功率；
（3）根据可控负荷的用户需求值和历史数据等来确定可控负荷的调节值；
（4）对可控负荷的调节性能进行评估，判断是否到达调节时刻；
（5）通过主动负荷管理系统将可控负荷的调节值发送给全局运行决策系统，进行配电网的拓扑结构分析；
（6）对配电网的运行状态进行评估；
（7）进行配电网潮流计算；
（8）根据预测数据和协同控制器的测量数据来确定清洁能源发电技术功率的优化值；
（9）确定负荷控制目标值，通过全局运行决策系统发送给主动负荷管理系统进行优化调节。
积极效果，由于本发明采用分层协同控制技术，通过电网负荷的互动实现了可控负荷与清洁能源发电技术的特性互补，对区域内的可控负荷实现了整体的协同调度，不仅可以抑制间歇性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，同时也为削谷填峰提供了技术手段。适宜作为可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制方法应用。
附图说明
图1是可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制系统架构图；
图2是全局运行决策系统架构图；
图3是主动负荷管理系统架构图；
图4是可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制方法流程图。
具体实施方法
据图1所示，可控负荷与清洁能源发电技术协同控制方法以分层架构的形式分为全局运行决策系统和主动负荷管理系统。
据图2所示，所述全局运行决策系统根据具体的优化目标对配电网进行统筹和优化，根据各个层级所采集的运行信息和基础数据，结合清洁能源发电的预测结果，实现全局层面的优化运行计算，在此基础上配合协同控制器和分布式电源管理单元实现功率平衡跟踪与优化运行。
全局运行决策系统是整个系统的核心，包括全局优化层、协同控制层和就地控制层，其中全局优化层包括运行方式优化模块、全局运行决策优化模块、清洁能源发电技术功率优化值模块、风电预测模块、光伏预测模块和负荷预测模块；协同控制层包括协同交互控制器模块；就地控制层包括储能控制管理单元模块、储能模块、冷热电三联供管理单元模块、冷热电三联供模块、风电控制管理单元模块、风电模块、光伏控制管理单元模块和光伏模块。
所述全局优化层以全局运行决策系统主站为核心，通过下层协同控制器、分布式电源控制管理单元设备对全电网运行状态采集，加上对风电预测，光伏预测，负荷预测的实时数据，通过多目标优化算法对配电网进行全局上的优化计算，从而获得下层区域内的优化运行指标，以指导下层协同控制层和就地控制层进行实时的运行调整。
全局优化层的主要功能包括：
（1）对下层的协同控制器、分布式电源管理单元、和馈线自动化设备的信息进行采集。
（2）对相关的分布式电源、变电站及可控负荷进行物理、经济、环保方面建模，支撑全局的电网监控、安全分析和优化调度。
（3）对清洁能源发电的历史数据和实时数据的采集，进行统计分析，实现集中监视与控制系统的计划协同。
（5）通过多目标优化的方法对配电网进行全局层面的优化计算，从而获得下一层的运行指标，以指导协同控制层与就地控制层的实时运行调整。
全局运行决策优化模块为分析负荷预测、风电预测、光伏预测数据，接受下层协同交互控制器的测量数据，进而得到清洁能源发电技术的功率优化值。
负荷预测模块、风电预测模块、光伏预测模块为分析负荷、风电、光伏的历史数据和实时采集的数据进而得到预测数据发送给全局运行决策模块进行决策。
清洁能源发电技术功率优化值模块为接受全局运行决策优化模块的优化值发送给协同交互控制器模块。
所述协同控制层以协同交换控制器为核心，基于全局运行决策优化程序所给出的优化指标及参考信息对所属范围内的分布式电源进行自治优化，并通过分布式电源管理单元装置对不同类型的分布式电源进行控制。协同控制层主要维持各控制区域的稳定，实现与上级全局决策运行系统进行交互。
协同交互控制器模块为将接受到的清洁能源发电技术的功率优化值，分别发送给就地控制层储能控制管理单元模块、冷热电三联供管理单元模块、风电控制单元管理模块和光伏控制管理单元模块，进而控制储能模块、冷热电三联供模块、风电模块和光伏模块的功率。
所述就地控制层以分布式电源为核心，对同一配电节点的同类型分布式电源进行调度，实现各个分布式电源的协同控制。就地监视层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警告，该层通过计算机网络通讯向上层的协同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设备的监控功能。
储能控制管理单元模块为接受协同控制器的功率优化值并对各类储能系统运行状态进行实时监控，不仅可以削峰填谷，也可以实时调节能源功率的随机波动；采集储能模块的实时功率信息。
冷热电三联供管理单元模块为接受协同控制器的功率优化值并对各类发电装置实时监控，根据电网需要进行实时调节；采集冷热电三联供模块的实时功率信息。
风电控制单元管理模块为接受协同控制器的功率优化值并通过采集天气预报信息、气象实时数据为风电发电单元提供基础数据；采集风电模块的实时功率信息。
光伏控制单元管理模块为接受协同控制器的功率优化值并对通过采集温度、光照强度、等实时数据对光伏发电装置进行监控，根据电网需求进行实时调节；采集光伏模块的实时功率信息。
据图3所示，所述主动负荷管理系统采用分层的形式，分为负荷优化层和实时响应层。负荷优化层包括负荷目标功率模块、主动负荷优化运行模块、负荷分析模块、用户控制目标功率值模块、负荷优化运行曲线模块、用户需求模块、测量数据模块和历史数据模块；实时响应层包括用户智能终端模块、智能插座模块、热水器模块、智能红外控制器模块、空调模块、智能开关模块和灯光、电视模块。
所述主动负荷管理系统主要体现在负荷不单单是一个执行的接受者和被调控者，电力系统对空调、热水器、照明灯传统照明方式有了更加主动灵活的控制。另外用户可以根据需求制定用电方案。
所述负荷优化层接受上层全局运行决策系统的最优运行指标，根据主动负荷优化算法进行优化计算。该算法主要是根据用户需求跟监测到的用户用电习惯和各个用户负荷管理潜力进行估算，在此基础上计算各个用户在未来时间内的负荷目标功率值和优化曲线，并发给下层用户智能终端。
负荷优化层通过智能用户终端采集的用户需求值和主动负荷的历史数据来确定可控负荷的调节值、接受全局运行决策系统的负荷控制目标值。
主动负荷优化运行模块的主要功能为接受全局优化控制系统的负荷目标控制功率值，对负荷历史数据、用户智能终端发送户需求和测量数据进行负荷分析，进而得到用户控制目标的功率值和负荷优化运行曲线。
用户控制目标功率值模块的主要功能为将主动负荷优化运行模块得到的负荷目标功率值发送给用户智能终端从而进行负荷功率控制。
负荷优化运行曲线模块的主要功能为将主动负荷优化运行模块得到的负荷优化运行曲线发送给用户智能终端从而对负荷的运行曲线进行控制，
所述实时响应层获取可控负荷的调节优先级顺序，并获取可控负荷的状态。
用户智能终端模块为接受负荷优化层的用户优化控制目标值和负荷优化运行曲线，将控制值分别发送给智能插座模块、智能红外控制器模块、智能开关模块，而实现对负荷的控制；采集用户需求和各负荷的实时测量数据发送给负荷优化层。
实时响应层的核心设备是用户智能终端，主要包括智能插座、智能红外控制器、智能开关，用于实现对个体用户负荷进行优化运行控制，根据该用户的目标功率值和未来运行曲线具体安排其用电方式，并校正运行曲线。用户不再是简单的电力消费者，而是逐渐成为电力生产者和消费者，用电的行为将更加灵活，获得的服务更加多样，从而降低电力系统的成本，提高电网的总效益。
智能插座模块为接受用户智能终端的负荷目标控制值从而控制热水器等电器的运行时间；采集热水器等电器实时运行功率并反馈给用户智能终端。
智能红外控制器模块为接受用户智能终端的负荷目标控制值从而远程控制空调等电器的运行时间；采集空调等电器实时运行功率并反馈给用户智能终端。
智能开关模块为接受用户智能终端的负荷目标控制值从而控制灯光、电视等电器的关断；采集开关、电视电器实时运行功率并反馈给用户智能终端。
据图4所示，可控负荷与清洁能源发电技术协同优化控制的步骤：
（1）通过用户智能终端实时获取各种可控负荷单元的优先级顺序，该顺序可以是人为设定也可是从负荷分析后获得；
（2）通过用户智能终端获取各可控负荷的状态，包括运行状态和运行功率；
（3）根据可控负荷的用户需求值和历史数据等来确定可控负荷的调节值；
（4）对可控负荷的调节性能进行评估，判断是否到达调节时刻；
（5）通过主动负荷管理系统将可控负荷的调节值发送给全局运行决策系统，进行配电网的拓扑结构分析；
（6）对配电网的运行状态进行评估；
（7）进行配电网潮流计算；
（8）根据预测数据和协同控制器的测量数据来确定清洁能源发电技术功率的优化值；
（9）确定负荷控制目标值，通过全局运行决策系统发送给主动负荷管理系统进行优化调节。
本发明工作原理：
所述的风电预测功率可以表示为：
其中，e为空气流动能，m为空气质量，v为进入风机桨叶扫掠面积之前的风速，ρ为空气密度，a为风机桨叶扫风面积。
风机桨叶在转动过程中，流过桨叶空气流的
其中，
所述的光伏预测功率可以表示为：
其中，
所述的负荷预测功率可以表示为：
其中：
其中；d为选用过去负荷的天数；
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