四站融合的综合能源系统协调控制方法及协调控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种四站融合的综合能源系统协调控制方法及协调控制系统，四站融合的综合能源系统包括四个子站，四个子站分别为变电站、新能源站、储能站和数据中心站；预测新能源站的发电功率和预测融合站的负荷功率‑设定融合站中各子站的数学模型及根据预测值设定运行约束条件‑建立协调控制模型‑采用粒子群算法对协调控制模型求解以四站融合系统日运行总成本最小为目标函数，针对融合站中存在新能源站弃光现象，引入弃光惩罚成本来降低弃光量实现新能源充分消纳，建立融合站的安全性和可靠性约束；在保证多站融合系统经济运行的同时充分保障各个子站运行的安全性、可靠性和环保性，具有一定的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
四站融合的综合能源系统协调控制方法及协调控制系统
本专利技术属于综合能源系统协调控制
，具体涉及一种四站融合的综合能源系统协调控制方法及协调控制系统。
技术介绍
世界能源消费总量不断增长，能源已成为国家和区域的战略资源，能源技术革命已成为必然趋势。这次革命中，可再生能源成为关键，将对化石能源体系产生重大变革，可再生能源和信息通信技术“强强联合”，共同孕育一种新的能源体系，即以“新能源+互联网”为代表的第三次工业革命。在能源变革的大背景下，我国能源相关行业从上到下积极创新，大力推进“互联网+能源”战略，深化数字经济在能源领域中的应用，促进能源的高效、合理利用发展。我国高度注重能源行业发展，着重推广绿色低碳能源。随着电力物联网的发展，传统通信技术与计算平台已经无法逐渐适应庞大的数据传输与计算规模，5G通信技术与边缘计算将成为支撑电力物联网建设的中坚力量。“多站融合”作为电力物联网实施落地的重要应用之一，将变电站、边缘数据中心站、充电站、储能站等资源进行汇聚，优化城市资源配置，提升数据感知、分析运算效率，进行负荷就地消纳。目前“多站融合”模式的提出为边缘数据中心的运营也提出了新的方向，对多站融合一体化的协调控制运行研究相对较少，同时在现有的研究基础上较少有针对性的考虑运行的安全性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术提出了一种四站融合的综合能源系统协调控制方法及协调控制系统，在满足经济性的条件下，消纳更多可再生能源发电，降低污染气体的排放量，减小对环境的污染，保证实现各个子站经济、安全、可靠及环保运行。为实现上述目的，本专利技术提供一种四站融合的综合能源系统协调控制方法，四站融合的综合能源系统包括四个子站，四个子站分别为变电站、新能源站、储能站和数据中心站，协调控制方法包括如下步骤：S1)预测新能源站的发电功率和预测融合站的负荷功率(即消耗的电、热、冷功率)；S2)设定融合站中各子站的数学模型及根据步骤S1)中的预测值设定运行约束条件；数学模型包括变电站数学模型、新能源站数学模型、储能站数学模型以及数据中心站数学模型；S3)建立协调控制模型，根据步骤S2)中的数学模型，以及以融合站的购电成本、融合站中的运行维护成本、供电可靠性成本以及污染气体排放成本之和建立协调控制模型的目标函数；S4)对协调控制模型求解。进一步地，所述步骤S2)中：变电站数学模型PSL＝Pzl+Pgl+Pal+Pml(1)式中，PSL为变电站总负荷大小；Pzl为制冷负荷大小；Pgl为照明负荷大小；Pal为安防负荷大小；Pml为制热负荷大小；(a)制冷负荷数学模型变电站中的冷负荷由电制冷机和吸收式制冷机提供，数学模型分别如式(2)和式(3)所示：(a1)电制冷机数学模型式中，表示在t时刻电制冷机的输出冷功率；Pl1表示电制冷机在t时刻时消耗的电功率；ψec1为电制冷机的制冷系数；(a2)吸收式制冷机数学模型式中，表示在t时刻时吸收式制冷机的输出冷功率；表示吸收式制冷机在t时刻时消耗的热功率；ψac1为吸收式制冷机的制冷系数；(b)制热负荷数学模型变电站中的热负荷由热泵和蓄热装置来进行制热，数学模型分别如式(4)和式(5)所示：(b1)热泵数学模型式中，表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率，表示热泵在t时刻消耗的电功率大小，ξhp为热泵的制热性能系数；(b2)蓄热装置数学模型式中：分别表示t时刻时热储能设备的储热功率和放热功率，分别表示热储能设备的储热效率和放热效率，Qh,t+1、Qh,t分别表示为t+1时刻热储能设备所具备的热能和t时刻热储能设备所具备的电能；ε为热储能设备的自损耗系数。进一步地，所述步骤S2)中：新能源站数学模型式中，Ppv为光伏发电功率大小；Pst.max为光伏在标准实验条件下的最大测试功率；Es为光照强度；Es.st为标准实验条件下的光照强度；k为功率温度系数；To为电池板的实际温度，Tst为标准实验条件下的温度。进一步地，所述步骤S2)中：储能站数学模型式中，SOC(t)为t时刻储能电站的荷电状态；δ为储能电站的自放电系数；PCES为储能电站的充电功率、PDES为储能电站的放电功率；ηCES为储能电站的充电效率、ηDES为储能电站的放电效率；Esoc为储能电站的额定容量；Δt为调度时间段间隔；(a)电制冷机数学模型储能站中的冷负荷由电制冷机提供，数学模型如式(8)所示：式中，表示在t时刻储能站中电制冷机的输出冷功率；Pl2表示储能站中的电制冷机在t时刻时消耗的电功率；ψec2为电制冷机的制冷系数。进一步地，所述步骤S2)中：数据中心站数学模型PDC＝PIT+Pzl1+Pbat(9)式中，PDC为数据中心站总负荷；PIT为IT设备负荷大小；Pzl1为数据中心站制冷设备负荷大小；Pbat为数据中心站输配电大小；(a)IT设备数学模型IT设备负荷中服务器所消耗的电能占耗电总量的80％，服务器耗电总量与工作服务器的数量相关；式中，PN为正常工作状态单台服务器的耗电量；nl为正常工作服务器的PM为休眠状态下单台服务器的耗电量；nl为正常工作服务器的数量，nm为休眠状态下工作服务器的数量；(b)吸收式制冷机数学模型式中，表示在t时刻数据中心站的吸收式制冷机的输出冷功率；表示数据中心站的吸收式制冷机在t时刻时消耗的热功率；ψac2为数据中心站的吸收式制冷机的制冷系数。进一步地，所述步骤S2)中运行约束条件如下：(A)融合站电平衡约束Pnet.t+PDES.t+Ppv.t＝PCES.t+PSL.t+PDC.t(12)式中：Pne.tt为融合站在t时刻与电网的交互功率；PDES.t为储能电站t时刻的放电功率；Ppv.t为t时刻新能源站的发电功率；PCES.t为储能站t时刻的充电功率；PSL.t为变电站t时刻消耗的电功率，PDC.t为t时刻数据中心站所消耗的电功率；且Ppv.t、PSL.t、PDC.t均由步骤S1)预测得到；(B)融合站热平衡约束式中，表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率；Qh,t为t时刻变电站中的蓄热装置输出的热功率；Ht为融合站的热负荷功率大小；且Ht由步骤S1)预测得到；(C)融合站冷平衡约束式中，为变电站中t时刻电制冷机的输出冷功率；为储能站中t时刻电制冷机的输出冷功率；为变电站中t时刻吸收式制冷机的输出冷功率；为数据中心站中t时刻吸收式制冷机的输出冷功率；CL,t为融合站中t时刻的总冷负荷功率大小；且CL,t由步骤S1)预测得到；(D)融合站电压电流约束Ux.min≤Ux≤Ux.max(15)|Ic|≤Ic.max(16)式中：Ux为融本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四站融合的综合能源系统协调控制方法，四站融合的综合能源系统包括四个子站，四个子站分别为变电站、新能源站、储能站和数据中心站；其特征在于：协调控制方法包括如下步骤：/nS1)预测新能源站的发电功率和预测融合站的负荷功率；/nS2)设定融合站中各子站的数学模型及根据步骤S1)中的预测值设定运行约束条件；/n数学模型包括变电站数学模型、新能源站数学模型、储能站数学模型以及数据中心站数学模型；/nS3)建立协调控制模型，根据步骤S2)中的数学模型，以及以融合站的购电成本、融合站中的运行维护成本、供电可靠性成本以及污染气体排放成本之和建立协调控制模型的目标函数；/nS4)对协调控制模型求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种四站融合的综合能源系统协调控制方法，四站融合的综合能源系统包括四个子站，四个子站分别为变电站、新能源站、储能站和数据中心站；其特征在于：协调控制方法包括如下步骤：
S1)预测新能源站的发电功率和预测融合站的负荷功率；
S2)设定融合站中各子站的数学模型及根据步骤S1)中的预测值设定运行约束条件；
数学模型包括变电站数学模型、新能源站数学模型、储能站数学模型以及数据中心站数学模型；
S3)建立协调控制模型，根据步骤S2)中的数学模型，以及以融合站的购电成本、融合站中的运行维护成本、供电可靠性成本以及污染气体排放成本之和建立协调控制模型的目标函数；
S4)对协调控制模型求解。


2.根据权利要求1所述四站融合的综合能源系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2)中：
变电站数学模型
PSL＝Pzl+Pgl+Pal+Pml(1)
式中，PSL为变电站总负荷大小；Pzl为制冷负荷大小；Pgl为照明负荷大小；Pal为安防负荷大小；Pml为制热负荷大小；
(a)制冷负荷数学模型
变电站中的冷负荷由电制冷机和吸收式制冷机提供，数学模型分别如式(2)和式(3)所示：
(a1)电制冷机数学模型



式中，表示在t时刻电制冷机的输出冷功率；Pl1表示电制冷机在t时刻时消耗的电功率；ψec1为电制冷机的制冷系数；
(a2)吸收式制冷机数学模型



式中，表示在t时刻时吸收式制冷机的输出冷功率；表示吸收式制冷机在t时刻时消耗的热功率；ψac1为吸收式制冷机的制冷系数；
(b)制热负荷数学模型
变电站中的热负荷由热泵和蓄热装置来进行制热，数学模型分别如式(4)和式(5)所示：
(b1)热泵数学模型



式中，表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率，表示热泵在t时刻消耗的电功率大小，ξhp为热泵的制热性能系数；
(b2)蓄热装置数学模型



式中：分别表示t时刻时热储能设备的储热功率和放热功率，分别表示热储能设备的储热效率和放热效率，Qh,t+1、Qh,t分别表示为t+1时刻热储能设备所具备的热能和t时刻热储能设备所具备的电能；ε为热储能设备的自损耗系数。


3.根据权利要求1所述四站融合的综合能源系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2)中：
新能源站数学模型



式中，Ppv为光伏发电功率大小；Pst.max为光伏在标准实验条件下的最大测试功率；Es为光照强度；Es.st为标准实验条件下的光照强度；k为功率温度系数；To为电池板的实际温度，Tst为标准实验条件下的温度。


4.根据权利要求1所述四站融合的综合能源系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2)中：
储能站数学模型



式中，SOC(t)为t时刻储能电站的荷电状态；δ为储能电站的自放电系数；PCES为储能电站的充电功率、PDES为储能电站的放电功率；ηCES为储能电站的充电效率、ηDES为储能电站的放电效率；Esoc为储能电站的额定容量；Δt为调度时间段间隔；
(a)电制冷机数学模型
储能站中的冷负荷由电制冷机提供，数学模型如式(8)所示：



式中，表示在t时刻储能站中电制冷机的输出冷功率；Pl2表示储能站中的电制冷机在t时刻时消耗的电功率；ψec2为电制冷机的制冷系数。


5.根据权利要求1所述四站融合的综合能源系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2)中：
数据中心站数学模型
PDC＝PIT+Pzl1+Pbat(9)
式中，PDC为数据中心站总负荷；PIT为IT设备负荷大小；Pzl1为数据中心站制冷设备负荷大小；Pbat为数据中心站输配电大小；
(a)IT设备数学模型
IT设备负荷中服务器所消耗的电能占耗电总量的80％，服务器耗电总量与工作服务器的数量相关；



式中，PN为正常工作状态单台服务器的耗电量；nl为正常工作服务器的PM为休眠状态下单台服务器的耗电量；nl为正常工作服务器的数量，nm为休眠状态下工作服务器的数量；
(b)吸收式制冷机数学模型



式中，表示在t时刻数据中心站的吸收式制冷机的输出冷功率；表示数据中心站的吸收式制冷机在t时刻时消耗的热功率；ψac2为数据中心站的吸收式制冷机的制冷系数。


6.根据权利要求2或3或4或5所述四站融合的综合能源系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2)中运行约束条件如下：
(A)融合站电平衡约束
Pnet.t+PDES.t+Ppv.t＝PCES.t+PSL.t+PDC.t(12)
式中：Pne.tt为融合站在t时刻与电网的交互功率；PDES.t为储能电站t时刻的放电功率；Ppv.t为t时刻新能源站的发电功率；PCES.t为储能站t时刻的充电功率；PSL.t为变电站t时刻消耗的电功率，PDC.t为t时刻数据中心站所消耗的电功率；且Ppv.t、PSL.t、PDC.t均由步骤S1)预测得到；
(B)融合站热平衡约束



式中，表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率；Qh,t为t时刻变电站中的蓄热装置输出的热功率；Ht为融合站的热负荷功率大小；且Ht由步骤S1)预测得到；
(C)融合站冷平衡约束



式中，为变电站中t时刻电制冷机的输出冷功率；为储能站中t时刻电制冷机的输出冷功率；为变电站中t时刻吸收式制冷机的输出冷功率；为数据中心站中t时刻吸收式制冷机的输出冷功率；CL,t为融合站中t时刻的总冷负荷功率大小；且CL,t由步骤S1)预测得到；
(D)融合站电压电流约束
Ux.min≤Ux≤Ux.max(15)
|Ic|≤Ic.max(16)
式中：Ux为融合站中各子站电压的幅值，Ux.max各子站内节点电压的上限值、Ux.min为各子站内节点电压的下限值；Ic为融合站内各线路电流值，Ic.max为融合站内线路电流的上限值；
(E)融合站传输线功率约束
Pnet.t≤Pmax(17)
式中，Pne....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐跃中，周华，张春雁，卞世敏，窦真兰，肖楚鹏，朱亮亮，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，国网电力科学研究院武汉能效测评有限公司，国网电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31