RU2778876C2 - Method for formation of controlled aggregation and control of aggregation of electrical load and/or electrical power sources - Google Patents
Method for formation of controlled aggregation and control of aggregation of electrical load and/or electrical power sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778876C2 RU2778876C2 RU2020140107A RU2020140107A RU2778876C2 RU 2778876 C2 RU2778876 C2 RU 2778876C2 RU 2020140107 A RU2020140107 A RU 2020140107A RU 2020140107 A RU2020140107 A RU 2020140107A RU 2778876 C2 RU2778876 C2 RU 2778876C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- controlled
- aggregation
- control
- objects
- electrical
- Prior art date
Links
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 title claims abstract description 78
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 11
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 230000003997 social interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Заявленное изобретение относится к области программных решений и алгоритмов управления, а именно к программным комплексам, направленным на решение задачи создания агрегации территориально распределенной электрической нагрузки и/или источников электрической мощности, присоединенных к централизованной электрической сети, и управления такой агрегацией.The claimed invention relates to the field of software solutions and control algorithms, namely to software systems aimed at solving the problem of creating an aggregation of a geographically distributed electrical load and/or sources of electrical power connected to a centralized electrical network, and managing such aggregation.
Для целей настоящей заявки нижеприведенные термины имеют следующее значение:For the purposes of this application, the following terms have the following meanings:
Гибкость в электроэнергетической системе (электроэнергетическая гибкость) - возможность изменять нагрузку на электроэнергетическую систему со стороны потребителей электроэнергии за счет применения технологий управления электрической нагрузкой, а не за счет изменения режима работы генерирующего оборудования системообразующих электростанций и/или электросетевого оборудования.Flexibility in the electric power system (electric power flexibility) - the ability to change the load on the electric power system by electricity consumers through the use of electrical load control technologies, and not by changing the operating mode of the generating equipment of backbone power plants and / or electric grid equipment.
Территориально распределенная электрическая нагрузка - электротехническая установка, электротехническое устройство (электрическая нагрузка) или их совокупность, подключенная к централизованной электрической сети и расположенная на разных географических территориях.Geographically distributed electrical load - an electrical installation, electrical device (electrical load) or a combination of them connected to a centralized electrical network and located in different geographical areas.
Территориально распределенные источники электрической мощности - источники электрической мощности (например, накопители электрической энергии, тепловые электростанции малой мощности), подключенные к централизованной электрической сети, работающие в параллельном (с централизованной электрической сетью) режиме и расположенные на разных географических территориях.Geographically distributed sources of electrical power - sources of electrical power (for example, electric energy storage devices, low-capacity thermal power plants) connected to a centralized electrical network, operating in parallel (with a centralized electrical network) mode and located in different geographical areas.
Управляемый объект - электротехническая установка, электротехническое устройство (электрическая нагрузка) и/или источник электрической мощности, присоединенный к централизованной электрической сети и изменяющий собственные режимы работы вследствие управляющих воздействий аппаратно-программного комплекса.Controlled object - an electrical installation, an electrical device (electrical load) and / or a source of electrical power connected to a centralized electrical network and changing its own modes of operation due to control actions of the hardware-software complex.
Управляемая агрегация - совокупность управляемых объектов, объединенных алгоритмами управления в единый массив управления.Managed aggregation - a set of managed objects, combined by control algorithms into a single control array.
Аппаратно-программный комплекс (АПК) - совокупность аппаратных решений, программных решений, а также алгоритмов управления, направленных на решение задач непосредственного регулирования режимов работы управляемых объектов и формирования агрегации.Hardware-software complex (HSC) - a set of hardware solutions, software solutions, as well as control algorithms aimed at solving problems of direct regulation of the operating modes of controlled objects and the formation of aggregation.
Узел координации - программно-определяемый компонент инфраструктуры АПК на уровне объектов управления, обеспечивающий иерархическое формирование управляемой агрегации и автономное управление сформированной агрегацией.Coordination node is a software-defined component of the agro-industrial complex infrastructure at the level of control objects that provides hierarchical formation of controlled aggregation and autonomous control of the formed aggregation.
Команда управления - инструкция в специализированном машиночитаемом формате, передаваемая по протоколам информационного взаимодействия управляемых объектов, сообщающая программному обеспечению управляемого объекта требуемый режим управления электрической нагрузкой и/или источниками электрической мощности с характеристиками управления.Control command - an instruction in a specialized machine-readable format, transmitted via the protocols of information interaction of controlled objects, informing the software of the controlled object of the required mode for controlling the electrical load and / or sources of electrical power with control characteristics.
Регулирование параметров централизованной электрической сети с применением управляемой агрегации - процесс автоматического изменения режимов работы управляемой агрегации, вызванный изменением регулируемых параметров и направленный на уменьшение этого изменения.Regulation of the parameters of a centralized electrical network using controlled aggregation is the process of automatically changing the operating modes of a controlled aggregation, caused by a change in the regulated parameters and aimed at reducing this change.
Централизованная электрическая сеть - совокупность производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства и передачи электрической энергии.Centralized electrical network - a set of production and other property objects of the electric power industry, connected by a single process of production and transmission of electrical energy.
Уровень техникиState of the art
Предпосылками к необходимости создания заявленного изобретения является следующее:The prerequisites for the creation of the claimed invention are the following:
В настоящий момент стабильная работа энергосистемы достигается за счет централизованного оперативно-технологического управления энергетической системой.At present, the stable operation of the energy system is achieved through centralized operational and technological control of the energy system.
В энергетической системе должно осуществляться непрерывное регулирование электроэнергетического режима по частоте и перетокам активной мощности с целью поддержания частоты в определенных пределах и поддержания перетоков активной мощности в определенных пределах максимально допустимых значений.In the power system, continuous regulation of the electric power regime in terms of frequency and active power flows should be carried out in order to maintain the frequency within certain limits and maintain active power flows within certain limits of maximum allowable values.
Технически, решение задачи поддержания частоты в определенных пределах и поддержания перетоков активной мощности в определенных пределах происходит посредством полуавтоматического и/или автоматического изменения режимов работы генерирующего оборудования электростанций.Technically, the solution to the problem of maintaining the frequency within certain limits and maintaining active power flows within certain limits occurs through semi-automatic and / or automatic change in the operating modes of the generating equipment of power plants.
Использование генерирующего оборудования для регулирования электроэнергетического режима по частоте и перетокам активной мощности должно осуществляться в пределах имеющихся регулировочных возможностей генерирующего оборудования, ограниченных только его допустимыми режимами работы по условиям безопасной эксплуатации.The use of generating equipment to control the electric power regime in terms of frequency and active power flows should be carried out within the limits of the available adjustment capabilities of the generating equipment, limited only by its permissible operating modes under the conditions of safe operation.
Для регулирования частоты и перетоков активной мощности собственники генерирующего оборудования должны обеспечивать:To regulate the frequency and active power flows, the owners of generating equipment must ensure:
- создание и эксплуатацию на электростанциях систем автоматического управления активной мощностью генерирующего оборудования;- creation and operation at power plants of automatic control systems for active power of generating equipment;
- поддержание заданных параметров на генерирующем оборудовании резервов первичного, вторичного и третичного регулирования частоты;- maintenance of the set parameters on the generating equipment of reserves of primary, secondary and tertiary frequency control;
- готовность генерирующего оборудования к реализации резервов в автоматическом режиме или по диспетчерским командам системного оператора;- readiness of the generating equipment for the implementation of reserves in automatic mode or by dispatching commands of the system operator;
- внедрение и эксплуатацию на электростанциях устройств системы мониторинга участия генерирующего оборудования в первичном, вторичном и третичном регулировании;- implementation and operation at power plants of devices for monitoring the participation of generating equipment in primary, secondary and tertiary regulation;
- организацию и эксплуатацию каналов связи с диспетчерскими центрами системного оператора для обеспечения системы мониторинга участия генерирующего оборудования в первичном, вторичном и третичном регулировании.- organization and operation of communication channels with the dispatch centers of the system operator to provide a system for monitoring the participation of generating equipment in primary, secondary and tertiary regulation.
Заявленное изобретение является инструментом, который позволяет осуществлять непрерывное регулирование электроэнергетического режима по частоте и перетокам активной мощности с целью поддержания в пределах допустимых значений. Непрерывное, автоматическое регулирование электроэнергетических режимов достигается посредством программных решений и алгоритмов, агрегирующих индивидуальные регулировочные возможности управляемых объектов и аппаратных решений, непосредственно регулирующих режимы работы управляемых объектов. Заявленное изобретение описывает способы создания агрегации и управления агрегацией управляемых объектов, присоединенных к централизованной электрической сети.The claimed invention is a tool that allows for continuous regulation of the electric power regime in terms of frequency and active power flows in order to maintain within acceptable values. Continuous, automatic regulation of electric power modes is achieved through software solutions and algorithms that aggregate individual control capabilities of controlled objects and hardware solutions that directly regulate the operating modes of controlled objects. The claimed invention describes methods for creating aggregation and managing the aggregation of managed objects connected to a centralized electrical network.
В качестве наиболее близкого аналога выбран - Способ агрегированного управления территориально распределенной электрической нагрузкой (патент RU 2699048, МПК H02J 3/06, 27.09.2018).As the closest analogue, the method of aggregated control of a geographically distributed electrical load was chosen (patent RU 2699048, IPC H02J 3/06, 09/27/2018).
Указанный способ заключается в агрегированном управлении территориально распределенной электрической нагрузкой малой мощности на централизованную энергетическую сеть, содержащий этапы, на которых обеспечивают аппаратно-программный комплекс, включающий три уровня: объектная часть, серверная часть и клиентская часть, при этом количество объектов объектного уровня не ограничено и является единым массивом мощности для серверной части АПК, при этом на серверной части АПК осуществляют расчет агрегированных значений таким образом, что получив команду от системного оператора, серверная часть АПК выполняет расчет изменения потребляемой мощности по каждому объекту и формирует для каждого из множества объектов команды, которые передаются одновременно на все контролируемые объекты с использованием каналов связи, при этом обеспечивают передачу информации со скоростью, позволяющей управляющему оборудованию на объекте, получив команду от серверной части АПК, выполнить регулирование мощности потребления в отведенный системным оператором срок, при этом способы регулирования мощности потребления на объекте определяются составом и характеристиками силового оборудования, составляющего оснащение объекта, и реализуются посредством регулирования параметров работы данного силового оборудования с применением одного из физических принципов либо их комбинацией.The specified method consists in the aggregated management of a geographically distributed low-power electrical load on a centralized energy network, containing stages at which a hardware-software complex is provided, including three levels: the object part, the server part and the client part, while the number of object-level objects is not limited and is a single array of power for the server part of the HSC, while on the server part of the HSC the aggregated values are calculated in such a way that, having received a command from the system operator, the HSC server part calculates the change in power consumption for each object and generates commands for each of the many objects that are transmitted simultaneously to all controlled objects using communication channels, while ensuring the transmission of information at a speed that allows the control equipment at the facility, having received a command from the server part of the HSC, to control the power consumed and within the period allotted by the system operator, while the methods of regulating the power consumption at the facility are determined by the composition and characteristics of the power equipment that constitutes the equipment of the facility, and are implemented by regulating the operation parameters of this power equipment using one of the physical principles or their combination.
Недостатком указанного аналога является применение централизованного способа формирования агрегации регулируемой электрической нагрузки в единый массив управления. В силу общих ограничений архитектуры (алгоритмы формирования агрегации) использованной для формирования агрегации управляемых объектов, данный способ обладает ограничениями в части увеличения вычислительной сложности алгоритмов формирования агрегации, увеличения требований к вычислительным ресурсам серверной части и к пропускной способности каналов передачи данных, увеличения времени реакции на изменения контролируемых параметров среды при масштабировании агрегации. Так, например, при централизованном способе формирования агрегации команды передаются напрямую, всем низшим по иерархии элементам управляемых объектов. Данный недостаток является фактором-риском, ограничивающим применение данного способа для решения задач автоматического регулирование электроэнергетического режима по частоте и перетокам активной мощности с целью поддержания в пределах допустимых значений.The disadvantage of this analog is the use of a centralized method of forming the aggregation of the controlled electrical load into a single control array. Due to the general limitations of the architecture (algorithms for forming aggregation) used to form the aggregation of managed objects, this method has limitations in terms of increasing the computational complexity of the algorithms for forming aggregation, increasing the requirements for computing resources of the server part and the bandwidth of data transmission channels, increasing the response time to changes controlled environment parameters when scaling aggregation. So, for example, with a centralized method of forming aggregation, commands are transmitted directly to all elements of managed objects lower in the hierarchy. This disadvantage is a risk factor that limits the use of this method for solving problems of automatic regulation of the electric power regime in terms of frequency and active power flows in order to maintain within acceptable values.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение заключается в разработке альтернативного, эффективного алгоритма с помощью которого формируется и управляется агрегация электрической нагрузки, позволяющая регулировать электроэнергетические режимы по частоте и перетокам активной мощности в энергетической системе в автоматическом режиме.The task to be solved by this invention is to develop an alternative, efficient algorithm with the help of which the aggregation of the electrical load is formed and controlled, which makes it possible to regulate the electric power modes by frequency and active power flows in the power system in automatic mode.
Техническим результатом заявляемого способа является высокоэффективное, непрерывное регулирование электроэнергетического режима по частоте и перетокам активной мощности в энергетической системе.The technical result of the proposed method is a highly efficient, continuous regulation of the electric power regime in terms of frequency and active power flows in the power system.
Способ формирования управляемой агрегации и управления агрегацией электрической нагрузки и/или источников электрической мощности содержит этапы на которых для иерархического агрегированного управления объектами, в соответствии с установленной конфигурацией, формируется управляемая агрегация по параметрам электропотребления в иерархическом порядке, при этом один из управляемых объектов входящий в управляемую агрегацию назначается узлом координации, обеспечивающим формирование команд управления для передачи низшим по иерархии управляемым объектам в режиме реального времени на основании данных мониторинга регулируемых параметров централизованной электрической сети и ресурсов управления подчиненных управляемых объектов, а именно количества и доступности электрической нагрузки и источников мощности, их регулируемости.The method for forming a controlled aggregation and controlling the aggregation of an electrical load and/or sources of electrical power comprises the steps at which, for the hierarchical aggregated control of objects, in accordance with the established configuration, a controlled aggregation is formed according to the parameters of power consumption in a hierarchical order, while one of the controlled objects is included in the controlled aggregation is assigned by the coordination node, which provides the formation of control commands for transmission to the lower-hierarchy managed objects in real time based on the monitoring data of the regulated parameters of the centralized electrical network and the control resources of the subordinate managed objects, namely the number and availability of the electrical load and power sources, their adjustability.
Кроме того, узел координации выполняет динамическое автономное формирование управляемой агрегации в режиме реального времени на основании данных мониторинга регулируемых параметров централизованной электрической сети и информации о ресурсах управления доступных для подключения к агрегации управляемых объектов, а именно, географическом местоположении/точке подключения к централизованной электрической сети, количестве и доступности электрической нагрузки и источников мощности, их регулируемости.In addition, the coordination node performs dynamic autonomous formation of a controlled aggregation in real time based on the monitoring data of the regulated parameters of the centralized electrical network and information about the management resources available for connecting to the aggregation of controlled objects, namely, the geographical location / point of connection to the centralized electrical network, quantity and availability of electrical load and power sources, their controllability.
Кроме того, формирование иерархических управляемых агрегаций выполняется на уровне объектов управления, в режиме реального времени по принципам мультиагентной системы, в процессе горизонтального обмена данными, при этом выбор узла координации реализуется на основе алгоритмов голосования управляемых объектов в соответствии со стратегией самоорганизации.In addition, the formation of hierarchical controlled aggregations is performed at the level of control objects, in real time according to the principles of a multi-agent system, in the process of horizontal data exchange, while the choice of the coordination node is implemented based on the voting algorithms of controlled objects in accordance with the self-organization strategy.
Заявленный способ характеризуется как иерархический способ формирования агрегации территориально распределенных управляемых объектов, присоединенных к централизованной эклектической сети.The claimed method is characterized as a hierarchical method of forming an aggregation of geographically distributed controlled objects connected to a centralized eclectic network.
При этом критериями включения управляемых объектов в управляемую агрегацию, являются:At the same time, the criteria for including managed objects in a managed aggregation are:
При иерархическом способе формирования управляемых агрегаций указанный технический результат достигается тем, что из элементов управляемых объектов в режиме реального времени формируются группы по параметрам энергопотребления в иерархическом порядке, при этом один из элементов группы выполняет роль узла координации, при этом в зависимости от архитектуры системы за формирование групп отвечает серверная часть, узел координации или алгоритмы самоорганизации.With the hierarchical method of forming controlled aggregations, the specified technical result is achieved by the fact that from the elements of managed objects in real time groups are formed according to energy consumption parameters in a hierarchical order, while one of the elements of the group plays the role of a coordination node, while depending on the architecture of the system for the formation groups are answered by the server part, coordination node or self-organization algorithms.
Кроме того, узел координации выполняет непрерывный мониторинг регулируемых параметров централизованной электрической сети и при возникновении условий регулирования выполняет расчет изменения мощности (нагрузки) по каждому подчиненному элементу управляемых объектов, а также формирует для каждого элемента, команды регулирования.In addition, the coordination node continuously monitors the regulated parameters of the centralized electrical network and, when control conditions arise, calculates the change in power (load) for each subordinate element of controlled objects, and also generates control commands for each element.
Кроме того, алгоритмы самоорганизации в зависимости от количества доступных ресурсов управляемых объектов, формируют балансирующие кластеры по принципам мультиагентной системы в автономном от серверной части режиме.In addition, self-organization algorithms, depending on the amount of available resources of managed objects, form balancing clusters according to the principles of a multi-agent system in a mode autonomous from the server part.
Кроме того, управляемые компоненты управляемых объектов осуществляют горизонтальный обмен данными между собой в соответствии с иерархией подчинения.In addition, managed object managed components exchange data horizontally among themselves in accordance with the hierarchy of subordination.
Заявляемый способ формирования управляемой агрегации и управления агрегацией, описывает архитектуру системы управления энергетической гибкостью для энергосистемы, обеспечивающей эффект аналогичный работе генерирующего оборудования электростанций в целях непрерывного регулирования электроэнергетического режима по частоте и перетокам активной мощности.The claimed method of forming a controlled aggregation and controlling the aggregation describes the architecture of the energy flexibility control system for a power system, which provides an effect similar to the operation of the generating equipment of power plants in order to continuously regulate the electric power mode in terms of frequency and active power flows.
Для создания гибкости в энергетической системе, как инструмента регулировки режимов работы энергетической систем из управляемых объектов формируют группы по регулируемым параметрам в иерархическом порядке. При этом один из элементов группы выполняет роль узла координации. Узлы координации являются специализированными программно-определяемыми элементами инфраструктуры АПК, обеспечивающими консолидацию объектов управления в управляемую агрегацию и использование регулировочных способностей агрегации в целях создания виртуальной электростанции.To create flexibility in the energy system, as a tool for adjusting the modes of operation of energy systems, groups are formed from controlled objects according to adjustable parameters in a hierarchical order. In this case, one of the elements of the group plays the role of a coordination node. Coordination nodes are specialized software-defined elements of the agro-industrial complex infrastructure that ensure the consolidation of control objects into a controlled aggregation and the use of the aggregation's regulatory capabilities in order to create a virtual power plant.
Каждый узел координации выполняет непрерывный мониторинг регулируемых параметров централизованной электрической сети и подчиненных управляемых объектов, расчет, формирование и передачу, при возникновении условий управления, подчиненным управляемым объектам команд управления. Ответной реакцией АПК на управляемом объекте (на получение команды управления) является запуск требуемого режима управления электрической нагрузкой и/или источниками электрической мощности с характеристиками управления и отправка уведомления о запуске режима, либо в случае сбоя или отсутствии технической возможности исполнить режим - отправка на узел координации сообщения об ошибке установки режима с информацией о причине отказа.Each coordination node performs continuous monitoring of the regulated parameters of the centralized electrical network and subordinate controlled objects, calculation, formation and transmission, when control conditions occur, to subordinate controlled objects of control commands. The response of the HSC at the controlled object (to receive a control command) is to launch the required mode for controlling the electrical load and / or sources of electrical power with control characteristics and send a notification about the launch of the mode, or in the event of a failure or lack of technical ability to execute the mode - sending to the coordination node mode setting error messages with information about the reason for the failure.
Формирование узлов координации на уровне объектов управления обеспечивает повышение показателей надежности управления, снижение времени реакции АПК на возникновение условий регулирования, снижение информационной нагрузки на централизованные компоненты АПК.The formation of coordination nodes at the level of control objects provides an increase in the indicators of control reliability, a decrease in the response time of the agro-industrial complex to the occurrence of regulatory conditions, and a decrease in the information load on the centralized components of the agro-industrial complex.
Изобретение поясняется следующими чертежами, на которых представлено:The invention is illustrated by the following drawings, which show:
На фиг. 1 представлена схема информационного взаимодействия управляемых объектов с узлом координации, узла координации с центральной системой управления для реализации стратегии иерархического управления.In FIG. 1 shows a diagram of the information interaction of managed objects with a coordination node, a coordination node with a central control system for implementing a hierarchical control strategy.
На фиг. 2 представлена схема информационного взаимодействия.In FIG. 2 shows the scheme of information exchange.
На фиг. 3 представлена схема информационного взаимодействия управляемых объектов, для реализации стратегии интеллектуальной одноранговой самоорганизации с горизонтальным взаимодействием.In FIG. Figure 3 shows the scheme of information interaction of managed objects to implement the strategy of intelligent peer-to-peer self-organization with horizontal interaction.
На фиг. 4 представлена схема информационного взаимодействия между управляемыми агрегациями для создания гибкости в энергетической системе.In FIG. 4 shows a scheme of information interaction between managed aggregations to create flexibility in the energy system.
Осуществление заявленного способа.The implementation of the claimed method.
Реализация заявленного способа на примере внедрения АПК на базовых станциях сотовой связи и применения способа формирования управляемой агрегации в целях достижения технического результата: регулирования частоты и перетоков активной мощности в единой энергетической системе.Implementation of the claimed method on the example of the implementation of the HSC at cellular base stations and the application of the method of forming a controlled aggregation in order to achieve a technical result: regulation of the frequency and active power flows in a single energy system.
Частота в энергосистеме определяется балансом вырабатываемой и потребляемой активной мощности. Например, в случае нарушения баланса мощности происходит отклонение частоты из пределов допустимых значений. Для восстановления нормального значения частоты с помощью управляемой агрегации, необходимо изменить активную мощность, потребляемую от централизованной электрической сети или выдаваемую управляемой агрегацией в централизованную электрическую сеть, что равнозначно изменению значений генерируемой активной мощности на электростанциях.The frequency in the power system is determined by the balance of generated and consumed active power. For example, in the event of a power balance violation, the frequency deviates from the limits of permissible values. To restore the normal value of the frequency using controlled aggregation, it is necessary to change the active power consumed from the centralized electrical network or output by controlled aggregation to the centralized electrical network, which is equivalent to changing the values of the generated active power at power plants.
Применение управляемой агрегации в целях регулирования режимов работы единой энергетической системы по частоте и перетокам активной мощности возможно как в первичном, так и вторичном регулировании частоты. Применение управляемой агрегации для регулирования частоты и перетоков активной мощности, возможно для методов централизованного и децентрализованного комплексного регулирования частоты и перетоков мощности. При этом применение управляемой агрегации позволяет достигать системно значимых эффектов, из-за потенциально значимых размеров управляемой агрегации, достигающих значений десятков/сотен МВт.The use of controlled aggregation in order to regulate the modes of operation of a unified energy system in terms of frequency and active power flows is possible both in primary and secondary frequency control. The use of controlled aggregation to control the frequency and active power flows is possible for the methods of centralized and decentralized integrated regulation of frequency and power flows. At the same time, the use of controlled aggregation makes it possible to achieve systemically significant effects due to potentially significant sizes of controlled aggregation, reaching values of tens/hundreds of MW.
При этом настройки алгоритмов работы управляемой агрегации зависят от типа участия в процессе регулирования частоты, первичное или вторичное регулирование частоты, методов регулирования, централизованное или децентрализованное (детализировано в прикладных технических регламентах конкретного системного оператора) и согласованных с системным оператором единой энергетической системы двухсторонних технических протоколах, описывающих параметры участия (управляемой агрегации) в системных услугах по регулированию частоты и перетоков активной мощности в единой энергетической системе.At the same time, the settings of the algorithms for the operation of controlled aggregation depend on the type of participation in the frequency regulation process, primary or secondary frequency regulation, regulation methods, centralized or decentralized (detailed in the applied technical regulations of a particular system operator) and bilateral technical protocols agreed with the system operator of the unified energy system, describing the parameters of participation (controlled aggregation) in system services for regulating the frequency and active power flows in a single energy system.
Например, для создания управляемых объектов может быть использована инфраструктура сотовой связи, базовые станции сотовой связи. Управляемые объекты могут быть сформированы путем установки и подключения аппаратной части АПК к системам электропитания базовых станций сотовой связи. В качестве аппаратной части АПК применяются управляемые накопители электрической энергии, работающие в режимах потребления электрической энергии (мощности) из системы электропитания базовых станций сотовой связи или выдачи электрической энергии (мощности) в систему электропитания базовых станций сотовой связи. За счет большого количества базовых станций сотовой связи (сотни тысяч объектов) достигаются существенные, агрегированные значения мощности регулирования, измеряемые сотнями МВт. За счет равномерного, географического расположения и постоянного подключения к централизованной электрической сети достигается качественная возможность регулирования баланса активной мощности в энергосистеме.For example, cellular communication infrastructure, cellular base stations can be used to create managed objects. Managed objects can be formed by installing and connecting the HSC hardware to the power supply systems of cellular base stations. Controlled electrical energy storage devices are used as the HSC hardware, operating in the modes of consuming electrical energy (power) from the power supply system of cellular base stations or outputting electrical energy (power) to the power supply system of cellular base stations. Due to the large number of cellular base stations (hundreds of thousands of objects), significant, aggregated values of control power, measured in hundreds of MW, are achieved. Due to the uniform, geographical location and permanent connection to the centralized electrical network, a qualitative possibility of regulating the balance of active power in the power system is achieved.
При этом заявленными целями управляемой агрегации созданной на инфраструктуре сотовой связи могут быть:At the same time, the declared goals of controlled aggregation created on the infrastructure of cellular communication can be:
В частном случае управляемая агрегация базовых станций сотовой связи формируется методом кластеризации по критерию географической близости с учетом границ зон свободных перетоков. Стратегия иерархического управления фиг. 1, может быть реализована различными способами:In a particular case, a controlled aggregation of cellular base stations is formed by the clustering method according to the criterion of geographic proximity, taking into account the boundaries of free flow zones. The hierarchical control strategy of FIG. 1 can be implemented in various ways:
1. при выходе значений контролируемых параметров, полученных в процессе прямого измерения, за пределы зоны стабильности, путем интеллектуального реактивного регулирования направленного на поддержание устойчивых режимов работы энергосистемы непосредственно на управляемых объектах, и передачи полученных результатов измерений и информации о корректирующих воздействиях на узел координации и далее в центральную систему АПК;1. when the values of controlled parameters obtained in the process of direct measurement go beyond the stability zone, by means of intelligent reactive regulation aimed at maintaining stable operating modes of the power system directly at controlled objects, and transmitting the obtained measurement results and information on corrective actions to the coordination node and further to the central system of the agro-industrial complex;
2. путем формирования в центральной системе АПК заданий или критериев регулирования по поддержанию устойчивых режимов работы в энергетической системе для управляемых агрегаций, на основании данных прямого измерения контролируемых параметров переданных в центральную систему через узлы координации с управляемых объектах, и передачи сформированных заданий или критериев регулирования на узлы координации для осуществления непосредственного управление физическими процессами в агрегациях посредством АПК управляемых объектов (УО);2. by forming in the central system of the agro-industrial complex tasks or control criteria for maintaining stable operating modes in the energy system for controlled aggregations, based on the data of direct measurement of controlled parameters transmitted to the central system through coordination nodes from controlled objects, and transferring the generated tasks or control criteria to coordination nodes for the implementation of direct control of physical processes in aggregations through the HSC of managed objects (MA);
3. путем передачи из внешних информационных систем системного оператора единой энергетической системы запросов к центральной системе АПК на предоставление услуги по поддержанию устойчивых режимов работы в энергетической системе/ В случае подтверждения запроса центральная система управления формирует для узлов координации (УК) критерии регулирования, по которым осуществляется непосредственное управление физическими процессами посредством АПК управляемых объектов (УО).3. by transmitting requests from external information systems of the system operator of the unified energy system to the central system of the agro-industrial complex for the provision of services to maintain stable operating modes in the energy system. direct control of physical processes through the HSC of managed objects (MA).
В частном случае реализации способа, информационное взаимодействие между централизованной системой управления и узлом координации, а также между узлом координации и подчиненными управляемыми объектами осуществляется по протоколам Интернета вещей с шаблоном доставки сообщений - «издатель - подписчик» (publish - subscribe pattern), предусматривающим гарантированную доставку данных. К таким протоколам относятся, например, AMQP (Advanced Message Queuing Protocol), MQTT (Message Queue Telemetry Transport).In a particular case of implementing the method, information interaction between the centralized control system and the coordination node, as well as between the coordination node and subordinate managed objects, is carried out according to the Internet of things protocols with the message delivery pattern - "publisher - subscriber" (publish - subscribe pattern), providing for guaranteed delivery data. Such protocols include, for example, AMQP (Advanced Message Queuing Protocol), MQTT (Message Queue Telemetry Transport).
Например, в случае участия управляемой агрегации в первичном регулировании частоты в энергосистеме, регулирование достигается изменением потребления (реализация требуемой первичной мощности) управляемой агрегации в соответствии с формулой:For example, in the case of participation of controlled aggregation in the primary frequency regulation in the power system, regulation is achieved by changing the consumption (implementation of the required primary power) of controlled aggregation in accordance with the formula:
где ΔРп %, - требуемая первичная мощность (величина изменения потребления), % от Рном;where ΔР p %, is the required primary power (the magnitude of the change in consumption),% of Р nom ;
Pном - номинальная (максимальная) мощность потребления, МВт;P nom - rated (maximum) power consumption, MW;
Δƒp - величина отклонения частоты, превышающая величину отклонения частоты от ближайшей границы «мертвой полосы», Гц;Δƒ p - frequency deviation value exceeding the frequency deviation value from the nearest border of the "dead band", Hz;
S - статизм первичного регулирования, %.S - droop of primary control, %.
ƒном - номинальная частота, Гц.ƒ nom - rated frequency, Hz.
Статизм первичного регулирования,Primary regulation droop,
Согласованность и синхронизация управления физическими процессами в агрегации на уровне управляемых объектов достигается в процессе горизонтального информационного обмена фиг. 2, в режиме реального времени на основании данных полученных из окружающей среды (величина превышения текущим значение частоты минимальной «мертвой полосы», текущее значение частоты, требуемая общая мощность или емкость накопителей электрической энергии, реализованная мощность или емкость накопителей электрической энергии) и данных о внутреннем состоянии управляемых объектов (доступность, объем доступного для исполнения режимов ресурса мощности/емкости электроэнергии на БС, текущий режим БС, статус готовности к исполнению режима, аварийные статус, индекс здоровья, оценка ущерба/выгоды от действия или бездействия, приоритетная политика поведения итд). При этом узлы координации формируют общую для агрегации политику управления путем задания глобальных (для агрегации) приоритетов и критериев регулирования. Реакция каждого объекта управления на информацию, полученную от узла координации и других участников агрегации, определяется алгоритмами и их программной реализацией в модулях АПК для децентрализованного, целенаправленного, согласованного и оптимального управления режимами электропитания базовых станций для первичного регулирования частоты в энергосистеме, с минимальным временем отклика.Consistency and synchronization of control of physical processes in aggregation at the level of managed objects is achieved in the process of horizontal information exchange of FIG. 2, in real time, based on data obtained from the environment (the value of the current frequency value exceeding the minimum "dead band", the current frequency value, the required total power or capacity of electrical energy storage devices, the realized power or capacity of electrical energy storage devices) and data on the internal the state of controlled objects (availability, the amount of power resource/capacity of electricity available for execution on the BS, the current BS mode, the status of readiness for the execution of the mode, emergency status, health index, assessment of damage/benefit from action or inaction, priority behavior policy, etc.). At the same time, coordination nodes form a common control policy for aggregation by setting global (for aggregation) priorities and control criteria. The response of each control object to the information received from the coordination node and other participants in the aggregation is determined by the algorithms and their software implementation in the HSC modules for decentralized, targeted, consistent and optimal control of the power supply modes of base stations for primary frequency control in the power system, with a minimum response time.
Узел координации осуществляет информационный обмен с центральной системой для обеспечения мониторинга и контроля жизненного цикла управляемой агрегации и входящих в нее управляемых объектов и актуализации заданий регулирования. Центральная система обеспечивает внешним информационным системам Системного оператора Единой энергетической системы доступ к данным оказываемых услуги, в частном случае по поддержанию частоты в энергетической системе в пределах установленной «мертвой полосы» первичного регулирования.The coordination unit performs information exchange with the central system to ensure monitoring and control of the life cycle of the managed aggregation and the managed objects included in it and updating the regulation tasks. The central system provides external information systems of the System Operator of the Unified Energy System with access to the data of the services provided, in a particular case, to maintain the frequency in the energy system within the established “dead band” of primary regulation.
В процессе функционирования управляемой агрегации при выходе из строя действующего узла координации, новый узел координации выбирается на основе алгоритмов консенсуса управляемых объектов в соответствии с принятой стратегией интеллектуальной одноранговой самоорганизации с горизонтальным взаимодействием фиг. 3.During the operation of managed aggregation, when the current coordination node fails, a new coordination node is selected based on the consensus algorithms of managed objects in accordance with the adopted strategy of intelligent peer-to-peer self-organization with horizontal interaction of FIG. 3.
В частном случае реализации способа, управляемые объекты осуществляют горизонтальный обмен данными по принципу одноранговой сети (peer-to-peer), по протоколам Интернета вещей с шаблоном - «асинхронный обмен сообщениями» (asynchronous messaging pattern), предусматривающим двунаправленный обмен сообщениями между равноправными системами или агентами, находящимися на одной ступени иерархии. К таким протоколам относятся, например, AMQP (Advanced Message Queuing Protocol), XMPP (eXtensible Messaging and Presence Protocol). Для коммуникаций между агентами применяется специализированный язык (например, АПК может использовать синтаксис и семантику FIPA ACL).In a particular case of the implementation of the method, managed objects perform horizontal data exchange on the basis of a peer-to-peer network (peer-to-peer), using the protocols of the Internet of things with a pattern - "asynchronous messaging" (asynchronous messaging pattern), providing for bidirectional messaging between peer systems or agents at the same level of the hierarchy. Such protocols include, for example, AMQP (Advanced Message Queuing Protocol), XMPP (eXtensible Messaging and Presence Protocol). For communication between agents, a specialized language is used (for example, the APC can use the syntax and semantics of the FIPA ACL).
На фиг. 4 представлена схема горизонтального информационного взаимодействия между управляемыми агрегациями для создания гибкости в единой энергетической системе путем согласованного и синхронного управления физическими процессами на уровне управляемых агрегаций в режиме реального времени через социальное взаимодействия - т.е. обмен информацией между узлами координации управляемых агрегаций. Также на фиг. 4 представлена схема вертикального иерархического информационного взаимодействия управляемых агрегаций с центральной системой через узлы координации для обеспечения мониторинга и контроля жизненного цикла управляемых агрегаций и входящих в них управляемых объектов и актуализации заданий регулирования.In FIG. Figure 4 shows a diagram of horizontal information interaction between controlled aggregations to create flexibility in a single energy system by coordinating and synchronous control of physical processes at the level of controlled aggregations in real time through social interactions - i.e. exchange of information between the coordination nodes of controlled aggregations. Also in FIG. Figure 4 shows a diagram of the vertical hierarchical information interaction of managed aggregations with the central system through coordination nodes to ensure monitoring and control of the life cycle of managed aggregations and their constituent managed objects and updating control tasks.
Кроме того, приведенные сведения (о частном варианте применения) носят исключительно иллюстративный характер и не служат для ограничения объема правовой охраны заявленного изобретения. В частности, описанное применение, формирование управляемой агрегации на основе инфраструктуры сотовой связи (базовых станциях сотовой связи), с очевидностью для специалиста может быть заменено на любое возможное применение, в том числе с использованием различных аппаратных решений используемых для процесса регулирования режимов потребления или выдачи электрической мощности на управляемом объекте. Применение, соответствующее вышеприведенным критериям включения управляемых объектов в управляемую агрегацию и формирование управляемой агрегации описанным способом.In addition, the information provided (on a particular application) is purely illustrative and does not serve to limit the scope of legal protection of the claimed invention. In particular, the described application, the formation of controlled aggregation based on the cellular communication infrastructure (cellular communication base stations), with obviousness for a specialist, can be replaced by any possible application, including using various hardware solutions used for the process of regulating the modes of consumption or issuance of electric power at the controlled facility. An application that meets the above criteria for including managed objects in a managed aggregation and forming a managed aggregation in the manner described.
Заявитель полагает, что приведенные, сведения позволяют в дальнейшем производить включение в формулу изобретения признаков, характеризующих как составные элементы АПК, так и связи между ними, поскольку для специалиста они явным образом следуют из чертежей и иных содержащихся в заявке материалов. В то время как подробное раскрытие в описании отмеченных выше признаков будет явно излишним и приведет к увеличению объема материалов заявки с затруднением понимания сущности заявленного изобретения.The Applicant believes that the above information allows further inclusion in the claims of features that characterize both the constituent elements of the APC and the relationship between them, since for a specialist they clearly follow from the drawings and other materials contained in the application. While a detailed disclosure in the description of the features noted above will be clearly redundant and will lead to an increase in the volume of the application materials with difficulty in understanding the essence of the claimed invention.
Таким образом, используя описанный выше способ, характеристика которого приведена в предлагаемой формуле изобретения, возможно формировать управляемую агрегацию и использовать ее в качестве технического инструмента для регулирования режимов работы единой энергетической системы, использовать регулировочные способности управляемой агрегации в качестве инструмента для работы на рынках электрической энергии (мощности), системных услуг, рынке управления спросом (demand response).Thus, using the method described above, the characteristics of which are given in the proposed claims, it is possible to form a controlled aggregation and use it as a technical tool for regulating the modes of operation of a unified energy system, use the adjusting capabilities of a controlled aggregation as a tool for working in the electric energy markets ( capacity), system services, demand management market (demand response).
Claims (3)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020140107A RU2020140107A (en) | 2022-06-07 |
| RU2778876C2 true RU2778876C2 (en) | 2022-08-30 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012166878A3 (en) * | 2011-05-31 | 2013-01-31 | Cisco Technology, Inc. | Distributed data collection for utility grids |
| RU2699048C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-09-03 | Руслан Анатольевич Травников | Method for aggregated control of spatially distributed electric load |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012166878A3 (en) * | 2011-05-31 | 2013-01-31 | Cisco Technology, Inc. | Distributed data collection for utility grids |
| RU2699048C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-09-03 | Руслан Анатольевич Травников | Method for aggregated control of spatially distributed electric load |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mao et al. | Multiagent-based hybrid energy management system for microgrids | |
| US10678198B2 (en) | Power distribution control system | |
| CN111245026B (en) | Virtual power plant regulation and control method, system and equipment | |
| AU2018204727B2 (en) | Power distribution control system | |
| CN102810186A (en) | Multi-time scale microgrid energy optimizing management system structure and method | |
| US10931111B2 (en) | Power distribution control system with improved responsiveness | |
| EP3631928B1 (en) | Power distribution control with asset assimilation and optimization | |
| CN113346558A (en) | Virtual power plant operation control system and control method | |
| US20220115868A1 (en) | Method for aggregated control of a geographically distributed electrical load | |
| CN104300535A (en) | In-network quick standby coordination and optimization scheduling method used after high-power vacancy accidents | |
| CN108197755A (en) | A kind of Unit Combination Optimization Scheduling a few days ago for considering large receiving-end grid primary frequency modulation performance | |
| CN104239966B (en) | Active power distribution network operating method based on electricity cost differentiation | |
| RU2778876C2 (en) | Method for formation of controlled aggregation and control of aggregation of electrical load and/or electrical power sources | |
| Celik et al. | Analysis of demand response for datacenter energy management using GA and time-of-use prices | |
| CN115967083A (en) | Operation control method and system of virtual power plant | |
| CN109961376A (en) | A kind of distributed energy storage apparatus management/control system and method | |
| CN115800363A (en) | Microgrid cluster and microgrid control method | |
| Mani et al. | Operating cost aware scheduling model for distributed servers based on global power pricing policies | |
| KR101639159B1 (en) | Method for operating virtual power plants based on backup generators | |
| Arias et al. | Virtual Power Plants as a Management Strategy to Improve Resilience in Electrical Distribution Networks | |
| Al Kez et al. | Data Center Potential Flexibilities and Challenges for Demand Response to Facilitate 100% Inverter-Based Resources: A Review | |
| GB2562782A (en) | Power distribution control with asset assimilation | |
| JP7048568B2 (en) | Power management system and power management method | |
| CN114902515A (en) | Power management system and power management method | |
| CN114846712A (en) | Power management system and power management method |