CN110620380B - 一种虚拟电厂控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟电厂控制***，包括分层控制***，分层控制***包括一级控制***、二级控制***、三级控制***和四级控制***。本发明结合虚拟电厂自身的运行特点，提出了基于不同时间尺度的虚拟电厂分层控制策略，通过分层控制***分别在不同的时间尺度和控制层面上解决虚拟电厂存在难以实现各微源无功功率按下垂系数的分配、电能质量较差、***不具备全局调节能力等问题，使虚拟电厂在保持一定的就地控制能力的同时还具备全局协调控制能力。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟电厂技术领域，尤其涉及一种虚拟电厂控制***。
背景技术
目前家庭型发电厂等这些分布式能源给整个电网的安全性和可靠性带来了严重威胁，正是由于这两个矛盾的存在，现在的电力***不但存在能源浪费，而且还面临着安全问题，虚拟电厂由此而生，虚拟电厂有着高效经济地调节各台调峰机组、各种储能设备、多种用电设备的负荷，达到更经济地按需增减负荷的目的，而对于风能、太阳能等这些分布式能源与电网之间的矛盾，虚拟电厂也有解决之道，虚拟发电厂在不改变各个分布式能源并网方式的前提下通过先进的控制、计量、通信等技术聚合各类分布式能源和用电设备，并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行，从而减少分布式能源并网对公网造成的冲击，提高电网的稳定性和可靠性。
目前虚拟电厂往往引入虚拟阻抗可以削弱线路中阻性成分的影响，使微源釆用感性下垂控制，同时，微源采用改进下垂控制可以满足虚拟电厂各种运行模式的需要，但是，对于多电压源型微源组网的虚拟电厂，仅依靠微源自身的下垂控制还存在一些问题，首先，由于虚拟电厂各线路阻抗上电压降的不等以及负荷分布的不均匀，采用感性下垂控制的微源输出的无功功率并不能按下垂系数分配，很小的输出电压差会造成很大的功率误差，极易造成换流器的过流，其次，下垂控制是一种有差控制，当***功率波动大时，***的电压和频率会超出允许的运行范围，再次，虚拟电厂中储能装置的输出功率受其限制，其出力需要根据及***的经济调度进行调整，鉴于单纯依靠微源的下垂控制，虚拟电厂存在难以实现各微源无功功率按下垂系数的分配、电能质量较差、***不具备全局调节能力等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种虚拟电厂控制***，可以实现虚拟电厂中各微源无功功率按下垂系数的分配、提高电能质量、且使***具备全局调节能力。
为解决上述的技术问题，本发明的一方面提供一种虚拟电厂控制***，包括分层控制***，所述分层控制***包括一级控制***、二级控制***、三级控制***和四级控制***；其中：
所述一级控制***，包括可再生能源发电***，所述可再生能源发电***内设置有能量储能元件和功率型储能元件，用于实现微源内部的优化协调控制；
所述二级控制***包括有多个微源以及下垂控制的微源DR单元，用于实现功率自动分配；
所述三级控制***包括电压和频率控制单元、联络线功率控制单元和双模式切换控制单元，用于将***的频率和电压维持在正常范围内；
所述四级控制***包括日前发电计划单元、日内优化调度单元和实时计划调整单元，用于确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例。
优选地，所述一级控制***用于调度微源内部使所述可再生能源发电***、所述能量储能元件和所述功率型储能元件之间协调控制，使整个微源***按照虚拟电厂所述二级控制***的要求输出功率，调整毫秒级的负荷波动。
优选地，所述二级控制***包括多个包含有微源单元以及微源DR单元的子***；所述微源包括逆变器接口型微源以及旋转电机接口型微源；其中旋转电机接口型微源采用感性下垂控制的微源DR单元；
其中，所述二级控制***用于利用所述下垂控制的微源DR单元进行微源自身的下垂控制，使各微源按照能量管理***EMS下达的功率基点值和下垂特性曲线的斜率分配***中的瞬时负荷功率波动，由微源自身执行，调整秒级的负荷波动。
优选地，所述三级控制***包括电压和频率控制单元、联络线功率控制单元和双模式切换控制单元；其中：
所述电压和频率控制单元用于当***中负荷波动大导致微源的功率运行点偏离基点值大时，调整下垂特性曲线的空载频率和空载电压，将***的频率和电压维持在允许范围内，由虚拟电厂的能量管理***EMS执行，针对分钟级的负荷波动进行控制；
所述联络线功率控制单元用于对虚拟电厂和外部电网之间的联络线的功率进行控制；
双模式切换控制单元用于进行微电网孤岛和并网双模式切换控制。
优选地，所述电压和频率控制单元中的逆变器下垂曲线所确定的频率和电压运行范围是由换流器的基点功率运行点和下垂系数确定的。
优选地，所述四级控制***包括日前发电计划单元、日内优化调度单元和实时计划调整单元，其中：
日前发电计划单元用于结合虚拟电厂内可再生能源发电的功率预测和负荷预测，生成每日的发电计划；
日内优化调度单元用于根据经济调度和储能***的剩余电量等信息确定各微源的运行功率基点值和下垂特性曲线的斜率，确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例，根据所述发电计划与负荷进行日内的优化调度；
实时计划调整单元对日前发电计划单元所生成的发电计划进行实时调整，其由虚拟电厂能量管理***EMS的执行，针对小时级的负荷波动进行控制。
实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的一种虚拟电厂控制***，可以结合虚拟电厂自身的运行特点，实行基于不同时间尺度的虚拟电厂分层控制策略，通过分层控制***分别在不同的时间尺度和控制层面上解决虚拟电厂存在难以实现各微源无功功率按下垂系数的分配、电能质量较差、***不具备全局调节能力等问题，使虚拟电厂在保持一定的就地控制能力的同时还具备全局协调控制能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明提出的一种虚拟电厂控制***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参照图1所示，示出了本发明提供的一种虚拟电厂控制***的结构示意图。在本实施例中，所述虚拟电厂控制***，包括分层控制***1，其特征在于，所述分层控制***包括一级控制***11、二级控制***12、三级控制***13和四级控制***14；其中：
所述一级控制***11，包括可再生能源发电***111，所述可再生能源发电***111内设置有能量储能元件112和功率型储能元件113，用于实现微源内部的优化协调控制；
所述二级控制***12包括有多个微源以及下垂控制的微源DR单元，用于实现功率自动分配；
所述三级控制***13包括电压和频率控制单元131、联络线功率控制单元132和双模式切换控制单元133，用于将***的频率和电压维持在正常范围内；
所述四级控制***14包括日前发电计划单元141、日内优化调度单元142和实时计划调整单元143，用于确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例。
更具体地，在一个例子中，所述一级控制***11用于调度微源内部使所述可再生能源发电***111、所述能量储能元件112和所述功率型储能元件113之间协调控制，使整个微源***按照虚拟电厂所述二级控制***12的要求输出功率，调整毫秒级的负荷波动，并提高微源内部储能***的技术和经济性能。。
更具体地，在一个例子中，所述二级控制***包括多个包含有微源121以及微源需求响应(demand response，DR)单元122的子***；所述微源包括逆变器接口型微源以及旋转电机接口型微源；其中旋转电机接口型微源采用感性下垂控制的微源DR单元，可以和旋转电机接口型微源实现负荷功率共享；
其中，所述二级控制***用于利用所述下垂控制的微源DR单元进行微源自身的下垂控制，使各微源按照能量管理***(EMS)下达的功率基点值和下垂特性曲线的斜率分配***中的瞬时负荷功率波动，由微源自身执行，调整秒级的负荷波动。
更具体地，在一个例子中，所述三级控制***13包括电压和频率控制单元131、联络线功率控制单元132和双模式切换控制单元133；其中：
所述电压和频率控制单元131用于当***中负荷波动大导致微源的功率运行点偏离基点值大时，调整下垂特性曲线的空载频率和空载电压，将***的频率和电压维持在允许范围内，由虚拟电厂的能量管理***(EMS)执行，针对分钟级的负荷波动进行控制；
所述联络线功率控制单元132用于对虚拟电厂和外部电网之间的联络线的功率进行控制；
双模式切换控制单元133用于进行微电网孤岛和并网双模式切换控制。
其中，所述电压和频率控制单元131中的逆变器下垂曲线所确定的频率和电压运行范围是由换流器的基点功率运行点和下垂系数确定的。
由于在二级控制中，采用了增大下垂系数的办法来改善功率分配精度和***响应速度，下垂系数的选取并未考虑***频率和电压运行的上下限，当***的负荷波动使逆变器的运行点偏离基点功率点较远时，***的频率和电压能超出***允许的上下限范围，因此，为提高虚拟电厂的电压质量，需要对虚拟电厂进行三级控制，将***的频率和电压维持在正常范围内。
更具体地，在一个例子中，所述四级控制***14包括日前发电计划单元141、日内优化调度单元142和实时计划调整单元143，其中：
日前发电计划单元141用于结合虚拟电厂内可再生能源发电的功率预测和负荷预测，生成每日的发电计划；
日内优化调度单元142用于根据经济调度和储能***的剩余电量等信息确定各微源的运行功率基点值和下垂特性曲线的斜率，确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例，根据所述发电计划与负荷进行日内的优化调度；
实时计划调整单元143对日前发电计划单元141所生成的发电计划进行实时调整，其由虚拟电厂能量管理***(EMS)的执行，针对小时级的负荷波动进行控制。
下面对本发明的操作原理进行简要描述：
本发明使用时通过一级控制***11可调度型微源内部，可再生源发电***、能量型储能和功率型储能之间的协调控制，使整个微源***能够按照虚拟电厂二级控制的要求输出功率，并提高微源内部储能***的技术和经济性能；通过二级控制***12利用微源自身的下垂控制，使各微源按照***下达的功率基点值和下垂特性曲线的斜率分配***中的瞬时负荷功率波动，由微源自身执行，调整秒级的负荷波动；三级控制***13中当***中负荷波动大导致微源的功率运行点偏离基点值大时，调整下垂特性曲线的空载频率和空载电压，将***的频率和电压维持在允许范围内，由虚拟电厂的能量管理***执行，针对分钟级的负荷波动进行控制，同时，还包括虚拟电厂和外部电网之间的联络线功率控制以及微电网孤岛和并网双模式切换控制；利用四级控制***14结合虚拟电厂内可再生能源发电的功率预测和负荷预测，根据经济调度和储能***的剩余电量等信息确定各微源的运行功率基点值和下垂特性曲线的斜率，确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例，由虚拟电厂EMS的执行，针对小时级的负荷波动进行控制；综上所述，对于由多台采用下垂控制的微源组网的虚拟电厂，依托虚拟电厂能量管理***和微源自身的控制特性，可以实现虚拟电厂孤岛运行状态下的一、二、三和四级控制功能，进而实现虚拟电厂的安全、稳定、经济运行。
实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的一种虚拟电厂控制***，可以结合虚拟电厂自身的运行特点，实行基于不同时间尺度的虚拟电厂分层控制策略，通过分层控制***分别在不同的时间尺度和控制层面上解决虚拟电厂存在难以实现各微源无功功率按下垂系数的分配、电能质量较差、***不具备全局调节能力等问题，使虚拟电厂在保持一定的就地控制能力的同时还具备全局协调控制能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种虚拟电厂控制***，包括分层控制***(1)，其特征在于，所述分层控制***包括一级控制***(11)、二级控制***(12)、三级控制***(13)和四级控制***(14)；其中：
所述一级控制***(11)，包括可再生能源发电***(111)，所述可再生能源发电***(111)内设置有能量储能元件(112)和功率型储能元件(113)，用于实现微源内部的优化协调控制；
所述二级控制***(12)包括有多个微源单元(121)以及下垂控制的微源DR单元(122)，用于实现功率自动分配；
所述三级控制***(13)包括电压和频率控制单元(131)、联络线功率控制单元(132)和双模式切换控制单元(133)，用于将***的频率和电压维持在正常范围内；
所述四级控制***(14)包括日前发电计划单元(141)、日内优化调度单元(142)和实时计划调整单元(143)，用于确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例；
其中，所述微源单元(121)包括逆变器接口型微源以及旋转电机接口型微源；其中旋转电机接口型微源采用感性下垂控制的微源DR单元；
其中，所述二级控制***用于利用所述下垂控制的微源DR单元进行微源自身的下垂控制，使各微源按照能量管理***(EMS)下达的功率基点值和下垂特性曲线的斜率分配***中的瞬时负荷功率波动，由微源自身执行，调整秒级的负荷波动。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂控制***，其特征在于，所述一级控制***(11)用于调度微源内部使所述可再生能源发电***(111)、所述能量储能元件(112)和所述功率型储能元件(113)之间协调控制，使整个微源***按照虚拟电厂所述二级控制***(12)的要求输出功率，调整毫秒级的负荷波动。
3.根据权利要求2所述的一种虚拟电厂控制***，其特征在于，所述三级控制***(13)包括电压和频率控制单元(131)、联络线功率控制单元(132)和双模式切换控制单元(133)；其中：
所述电压和频率控制单元(131)用于当***中负荷波动大导致微源的功率运行点偏离基点值大时，调整下垂特性曲线的空载频率和空载电压，将***的频率和电压维持在允许范围内，由虚拟电厂的能量管理***(EMS)执行，针对分钟级的负荷波动进行控制；
所述联络线功率控制单元(132)用于对虚拟电厂和外部电网之间的联络线的功率进行控制；
双模式切换控制单元(133)用于进行微电网孤岛和并网双模式切换控制。
4.根据权利要求3所述的一种虚拟电厂控制***，其特征在于，所述电压和频率控制单元(131)中的逆变器下垂曲线所确定的频率和电压运行范围是由换流器的基点功率运行点和下垂系数确定的。
5.根据权利要求4所述的一种虚拟电厂控制***，其特征在于，所述四级控制***(14)包括日前发电计划单元(141)、日内优化调度单元(142)和实时计划调整单元(143)，其中：
日前发电计划单元(141)用于结合虚拟电厂内可再生能源发电的功率预测和负荷预测，生成每日的发电计划；
日内优化调度单元(142)用于根据经济调度和储能***的剩余电量信息确定各微源的运行功率基点值和下垂特性曲线的斜率，确定各微源在虚拟电厂的二、三级控制过程中承担的功率波动比例，根据所述发电计划与负荷进行日内的优化调度；
实时计划调整单元(143)对日前发电计划单元(141)所生成的发电计划进行实时调整，其由虚拟电厂能量管理***(EMS)的执行，针对小时级的负荷波动进行控制。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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