CN112421695A - 基于边缘计算风光储agc/avc协调控制***和方法 - Google Patents

基于边缘计算风光储agc/avc协调控制***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***和方法，该***包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站与子控制站通过光纤形成以太网进行连接；其特点是：该基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与自动发电及自动调压控制；该方法包括一种新能源AGC/AVC协调控制方法：接收电力调度指令、主站数据采集、并网有功及网点电压；分析调度指令是有功、还是无功/电压；如果调度指令是有功，则进入AGC控制***控制；如果调度指令是无功/电压，则进入AVC控制***控制。本发明改变了新能源电站结构。

Description

基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***和方法
技术领域
本发明属于新能源电站自动发电及自动电压控制技术领域，尤其是一种基于边缘计算的风光储AGC/AVC协调控制***和方法。
背景技术
全球气候变化，巴黎协定执行，尤其是我国承诺到2030年，碳排放达到峰值，到2060年实现碳中和，节能减排任务艰巨，调整能源供给及利用结构，是大趋势。能源供给主要以可再生能源即风电光伏发电为主要形式，但风电光伏发电具有随机性、同气候条件紧密关联。高比例新能源发电并入电网，电网调度、安全稳定运行面临巨大技术挑战，如何将新能源发电站变成灵活可调，经济效率很高电站，新能源电站配置储能电站或一个区域新能源电站联合，配置一定容量储能电站势在必行。但增加储能后，改变新能源电站结构，现有的新能源电站AGC/AVC控制***没有考虑储能电站参与控制，不能完全满足要求，因此，必须让储能电站参与自动发电及自动调压控制，但存在协调控制问题，需要全面考虑不同发电设备特性及其配合问题。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***和方法，目的在于改变新能源电站结构，解决现有的新能源电站AGC/AVC控制***由于存在协调控制问题，其能源供给主要以可再生能源即风电光伏发电为主要行式，不能让储能电站参与自动发电及自动调压控制、不能完全满足要求的问题。
本发明为解决其技术问题，提出以下技术方案：
一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，该***包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、主站边缘计算控制***，该子控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、子站边缘计算控制***；该主控制站与子控制站通过光纤形成以太网进行连接；其特征在于：
该基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与自动发电及自动调压控制。
所述主站边缘计算控制***包括：并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块、接收子站信息模块，计算及优化分配模块；所述接收子站信息模块包括接收子站控制命令返回值包括有功值、无功值、电压值。接收子站信息模块包括接收子站发送给主站有功、容量、设备运行状态、储能电池SOC数据信息等，再将这些信息发送给主站再计算再优化分配模块；所述主站再计算再优化分配模块综合并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块、接收子站信息模块提供的信息，利用边缘计算特点进行AGC自动发电***的控制、AVC自动电压***的控制，并按照优先级分配给风电子站、光伏子站、储能子站。
所述子站边缘计算控制***包括：接收主站命令模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块、执行结果发送主站模块；所述数据采集模块采集风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备的信息、并发送给主站再计算再优化分配模块；所述子站再计算和再分配模块接收主站命令、以及数据采集模块的信息、利用边缘计算将主站命令再计算再分配、按等比例或等增量分配有功或无功，发给风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备去执行；所述执行结果发送模块将风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备的执行结果发送给主站边缘计算控制***的接收子站信息模块。
所述主站数据采集模块采集风功率预测***、光功率预测***超短期5分钟预测数据；采集风电5分钟内有功数据、光伏发电5分钟内有功数据；采集储能电站SOC数据、采集储能电站负荷状态数据、采集SVG无功容量数据、以及采集综合自动化***并网点有功、并网点电压数据；所述电力调度命令模块下发调有功还是调无功，若是调有功，转入AGC自动发电控制***执行，调无功转入AVC控制***执行；所述接收子站信息模块接收到各子站执行结果数据，并监视并网点有功及并网点电压，并网点有功、电压精度及协调控制时间是否满足调度及规范要求，若不满足，则根据新的条件重新计算并分配执行，直到满足调度指令、时间、精度及规范要求为止。
所述AGC自动发电***的控制为：主站边缘计算智能控制终端根据功率预测超短期数据、储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况及调度指令，按照预先设定的优先级，将结果分配给风电子站、光伏子站及储能子站；所述AVC自动电压***的控制为：主站边缘计算智能控制终端根据功率预测超短期数据、储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况、SVG设备运行情况及调度指令，按照预先设定的优先级，将结果分配给风机、光伏电站、储能电站子站及SVG设备。
所述的光伏子站为光伏子站边缘计算智能终端，该光伏子站边缘计算智能终端与光伏逆变器相连接；所述的风电子站为风电子站边缘计算智能终端，该风电子站边缘计算智能终端与风机能量管理控制***相连接；所述储能子站为储能子站边缘计算智能终端，该储能子站边缘计算智能终端与储能电站EMS***、SVG无功补偿设备相连接。
一种新能源AGC/AVC协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、接收电力调度指令、主站数据采集、并网有功及网点电压；
步骤二、分析调度指令是有功、还是无功/电压；
步骤三、如果调度指令是有功，则进入AGC控制***控制；
步骤四、如果调度指令是无功/电压，则进入AVC控制***控制。
所述步骤三，具体过程如下：
⑴主站利用边缘计算特点进行计算并将计算结果按优先级分配给子站；
⑵子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站；
⑶子站执行结果是否满足调整值或调整曲线，如果不满足，则返回过程⑴，如果执行结果满足调整值或调整曲线，则继续过程⑷；
⑷是否超过设定时间范围，没超过，则返回过程⑴，超过，则结束。
所述步骤四，具体过程如下：
⑴主站利用边缘计算特点进行计算并将计算结果按优先级分配给子站；
⑵子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站、SVG控制装置；
⑶子站执行结果是否满足调整值或调整曲线，如果不满足，则返回过程⑴，如果执行结果满足调整值或调整曲线，则继续过程⑷；
⑷是否超过设定时间范围，没超过，则返回过程⑴，超过，则结束。
本发明的优点效果
1、本发明通过在新能源电站配置储能电站、通过主站边缘计算控制***接收包括储能子站的信息、主站再计算再优化分配模块对包括储能子站进行计算并按优先级分配、子站站边缘计算控制***的再计算再分配模块对包括储能子站进行再计算在分配、子站数据采集模块对包括储能子站的数据进行采集、子站执行结果发送模块对包括储能子站的执行结果发送给主站，使得新能源电站配置一定容量储能电站成为可能，增加储能电站后，改变了新能源电站结构，使得储能电站参与了新能源电站AGC自动发电控制、AVC自动电压控制，实现了风光储自动发电、自动电压调整协调控制，满足电网有功控制及电压控制要求。
2、本发明首次将边缘计算软件平台应用于新能源实现AGC/AVC协调控制；利用边缘计算容器技术、虚拟技术，将自动发电控制***(AGC)/自动电压调整(AVC)融入一台边缘计算智能终端；利用边缘计算终端具有轻量级算法、快速计算优点，靠近设备终端，实时性好优点，建立新能源站AGC/AVC分层控制***；根据发电设备特性、运行特性等，设置调度命令优先级执行顺序；首次将功率预测超短期预测数据引入协调控制***。
附图说明
图1为本发明主站、子站边缘计算终端双层架构示意图；
图2为本发明主站控制***结构图；
图3为本发明子站控制***结构图；
图4为本发明新能源电站AGC/AVC协调控制***图；
图5为发明新能源AGC/AVC协调控制程序图。
具体实施方式
本发明设计原理
1、利用边缘计算特点解决风光储AGC/AVC协调控制问题。所述“风光储”就是在现有的以风电光伏发电为主要形式的基础上，增加储能电站，让储能电站参与自动发电AGC及自动调压AVC控制；所述协调控制就是主站和子站之间的协调控制、AGC和AVC之间的协调控制、主站的各个模块之间的协调控制、子站的各个模块之间的协调控制。
利用边缘计算特点解决协调控制问题。本发明尤其得益于边缘计算的容器、虚拟技术，所述容器、虚拟技术指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台计算机，在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可以运行不同的操作***，并且应用程序可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
本发明利用边缘计算的虚拟技术，将自动发电控制***(AGC)/自动电压调整(AVC)融入同一台边缘计算智能终端：具体为在同一台边缘计算智能终端内虚拟为两台计算机，分别运行自动发电控制***(AGC)、自动电压调整(AVC)；本发明利用边缘计算的容器技术，使得主站的各个模块和子站的各个模块，包括并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块，接收子站信息模块、主站再计算再优化分配模块、接收主站命令模块、执行结果发送模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块，这些模块的应用程序能够通过容器技术分别运行在相互独立的容器内或空间内而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。综上，本发明利用边缘计算的虚拟技术、容器技术解决了风光储AGC/AVC协调控制问题。
2、本发明还得益于边缘计算终端具有轻量级算法、快速计算优点，靠近设备终端，实时性好优点，建立新能源站AGC/AVC分层控制***
基于以上原理，本发明设计了一种1、一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，该***包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、主站边缘计算控制***，该子控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、子站边缘计算控制***；该主控制站与子站通过光纤形成以太网进行连接；其特征在于：
该基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与自动发电及自动调压控制。
补充说明：
本发明硬件技术方案采用四核Cortex-A53架构，具有串口、工业以太网、及物联网卡4G/5G通信。控制主站与子站，通过以太网相连，主站接收调度指令，采集并网点有功及电压数据，功率预测超短期数据、储能电站SOC数据，软件平台采用基于linux EdgeX Foundry开放边缘计算平台。
所述主站边缘计算控制***包括：并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块、接收子站信息模块，计算及优化分配模块；所述接收子站信息模块包括接收子站控制命令返回值包括有功值、无功值、电压值；接收子站信息模块包括接收子站发送给主站有功、容量、设备运行状态、储能电池SOC数据信息等，再将这些信息发送给主站再计算再优化分配模块；所述主站再计算再优化分配模块综合并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块、接收子站信息模块提供的信息，利用边缘计算特点进行AGC自动发电***的控制、AVC自动电压***的控制，并按照优先级分配给风电子站、光伏子站、储能子站。
所述子站边缘计算控制***包括：接收主站命令模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块、执行结果发送主站模块；所述数据采集模块采集风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备的信息、并发送给主站再计算再优化分配模块；所述子站再计算和再分配模块接收主站命令、以及数据采集模块的信息、利用边缘计算将主站命令再计算再分配、按等比列或等增量分配有功或无功，发给风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备去执行；所述执行结果发送模块将风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备的执行结果发送给主站边缘计算控制***的接收子站信息模块。
所述主站数据采集模块采集风功率预测***、光功率预测***超短期5分钟预测数据；采集风电5分钟内有功数据、光伏发电5分钟内有功数据；采集储能电站SOC数据、采集储能电站负荷状态数据、采集SVG无功容量数据、以及采集综合自动化***并网点有功、并网点电压数据；所述电力调度命令模块下发调有功还是调无功，若是调有功，转入AGC自动发电控制***执行，调无功转入AVC控制***执行；所述接收子站信息模块接收到各子站执行结果数据，并监视并网点有功及并网点电压，并网点有功、电压精度及协调控制时间是否满足调度及规规范要求，若不满足，则根据新的条件重新计算并分配执行，直到满足调度指令、时间、精度及规范要求为止。
补充说明：
超短期功率预测数据，主要是AGC/AVC调整过程中，知道新能源电站发电边界值，功率预测超短期预测数据，准确度到90％以上，其显示出同新能源电站实际发电具有良好相关性。
储能电站蓄电池SOC，便于准确知道储能电站电池充电及放电状态，从而知道电池可调节容量，为AGC/AVC***，提供可调节边界条件。
SVG无功容量，提供AVC***可调节无功容量边界值；
根据功率预测值，储能电站电池容量、SVG容量，调度命令值，进行优化判定并分配。
并网点有功、电压及无功值，主要用于对AGC/AVC协调控制***合格性控制，是否满足电网调度控制指标要求。
所述AGC自动发电***的控制为：主站边缘计算智能控制终端根据功率预测超短期数据、储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况及调度指令，按照预先设定的优先级，将结果分配给风电子站、光伏子站及储能子站；所述AVC自动电压***的控制为：主站边缘计算智能控制终端根据功率预测超短期数据、储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况、SVG设备运行情况及调度指令，按照预先设定的优先级，将结果分配给风机、光伏电站、储能电站子站及SVG设备。
所述的光伏子站为光伏子站边缘计算智能终端，该光伏子站边缘计算智能终端与光伏逆变器相连接；所述的风电子站为风电子站边缘计算智能终端，该风电子站边缘计算智能终端与风机能量管理控制***相连接；所述储能子站为储能子站边缘计算智能终端，该储能子站边缘计算智能终端与储能电站EMS***、SVG无功补偿设备相连接。
一种新能源AGC/AVC协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、接收电力调度指令、主站数据采集、并网有功及网点电压；
步骤二、分析调度指令是有功、还是无功/电压；
步骤三、如果调度指令是有功，则进入AGC控制***控制；
具体过程如下：
⑴主站利用边缘计算特点进行计算并将计算结果按优先级分配给子站；
⑵子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站；
⑶子站执行结果是否满足调整值或调整曲线，如果不满足，则返回过程⑴，如果执行结果满足调整值或调整曲线，则继续过程⑷；
⑷是否超过设定时间范围，没超过，则返回则返回过程⑴，超过，则结束。
步骤四、如果调度指令是无功/电压，则进入AVC控制***控制。
具体过程如下：
⑴主站利用边缘计算特点进行计算并将计算结果按优先级分配给子站；
⑵子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站、SVG控制装置；
⑶子站执行结果是否满足调整值或调整曲线，如果不满足，则返回过程⑴，如果执行结果满足调整值或调整曲线，则继续过程⑷；
⑷是否超过设定时间范围，没超过，则返回则返回过程⑴，超过，则结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，该***包括基于新能源电站控制室的主控制站边缘计算智能终端、以及基于光伏电站、风电站、储能电站的子控制站边缘计算智能终端，该主控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、主站边缘计算控制***；该子控制站边缘计算智能终端包括边缘计算平台软件、子站边缘计算控制***；该主控制站与子控制站通过光纤形成以太网进行连接；其特征在于：
该基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***改变了新能源电站结构、配置一定容量储能电站、让储能电站参与自动发电及自动调压控制。
2.根据权利要求1所述一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，其特征在于：所述主站边缘计算控制***包括：并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块、接收子站信息模块，计算及优化分配模块；所述接收子站信息模块包括接收子站控制命令返回值包括有功值、无功值、电压值；接收子站信息模块包括接收子站发送给主站有功、容量、设备运行状态、储能电池SOC数据信息等，再将这些信息发送给主站再计算再优化分配模块；所述主站再计算再优化分配模块综合并网有功及网点电压模块、主站数据采集模块、电力调度命令模块、接收子站信息模块提供的信息，利用边缘计算特点进行AGC自动发电***的控制、AVC自动电压***的控制，并按照优先级分配给风电子站、光伏子站、储能子站。
3.根据权利要求1所述一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，其特征在于：所述子站边缘计算控制***包括：接收主站命令模块、子站数据采集模块、子站再计算和再分配模块、执行结果发送主站模块；所述数据采集模块采集风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备的信息、并发送给主站再计算再分配模块；所述子站再计算和再分配模块接收主站命令、以及数据采集模块的信息、利用边缘计算将主站命令再计算再分配、按等比例或等增量分配有功或无功，发给风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备去执行；所述执行结果发送模块将风电子站、光伏子站、储能子站、SVG无功补偿设备的执行结果发送给主站边缘计算控制***的接收子站信息模块。
4.根据权利要求2所述一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，其特征在于：所述主站数据采集模块采集风功率预测***、光功率预测***超短期5分钟预测数据；采集风电5分钟内有功数据、光伏发电5分钟内有功数据；采集储能电站SOC数据、采集储能电站负荷状态数据、采集SVG无功容量数据、以及采集综合自动化***并网点有功、并网点电压数据；所述电力调度命令模块下发调有功还是调无功，若是调有功，转入AGC自动发电控制***执行，调无功转入AVC控制***执行；所述接收子站信息模块接收到各子站执行结果数据，并监视并网点有功及并网点电压，并网点有功、电压精度及协调控制时间是否满足调度及规范要求，若不满足，则根据新的条件重新计算并分配执行，直到满足调度指令、时间、精度及规范要求为止。
5.根据权利要求2所述一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，其特征在于：所述AGC自动发电***的控制为：主站边缘计算智能控制终端根据功率预测超短期数据、储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况及调度指令，按照预先设定的优先级，将结果分配给风电子站、光伏子站及储能子站；所述AVC自动电压***的控制为：主站边缘计算智能控制终端根据功率预测超短期数据、储能电站SOC数据、风电发电设备运行情况、光伏发电设备运行情况、储能电站运行情况、SVG设备运行情况及调度指令，按照预先设定的优先级，将结果分配给风机、光伏电站、储能电站子站及SVG设备。
6.根据权利要求2所述一种基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***，其特征在于：所述的光伏子站为光伏子站边缘计算智能终端，该光伏子站边缘计算智能终端与光伏逆变器相连接；所述的风电子站为风电子站边缘计算智能终端，该风电子站边缘计算智能终端与风机能量管理控制***相连接；所述储能子站为储能子站边缘计算智能终端，该储能子站边缘计算智能终端与储能电站EMS***、SVG无功补偿设备相连接。
7.一种基于权利要求1-6任意一项基于边缘计算风光储AGC/AVC协调控制***的新能源AGC/AVC协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、接收电力调度指令、主站数据采集、并网有功及网点电压；
步骤二、分析调度指令是有功、还是无功/电压；
步骤三、如果调度指令是有功，则进入AGC控制***控制；
步骤四、如果调度指令是无功/电压，则进入AVC控制***控制。
8.根据权利要求7所述的一种新能源AGC/AVC协调控制方法，其特征在于：所述步骤三，具体过程如下：
⑴主站利用边缘计算特点进行计算并将计算结果按优先级分配给子站；
⑵子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站；
⑶子站执行结果是否满足调整值或调整曲线，如果不满足，则返回过程⑴，如果执行结果满足调整值或调整曲线，则继续过程⑷；
⑷是否超过设定时间范围，没超过，则返回过程⑴，超过，则结束。
9.根据权利要求7所述的一种新能源AGC/AVC协调控制方法，其特征在于：所述步骤四，具体过程如下：
⑴主站利用边缘计算特点进行计算并将计算结果按优先级分配给子站；
⑵子站接受主站指令并执行；所述子站为风电子站、光伏子站、储能子站、SVG控制装置；
⑶子站执行结果是否满足调整值或调整曲线，如果不满足，则返回过程⑴，如果执行结果满足调整值或调整曲线，则继续过程⑷；
⑷是否超过设定时间范围，没超过，则返回过程⑴，超过，则结束。
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