一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，包括：基于光伏能源系统的物理实体构建光伏能源数字孪生系统；基于光伏能源系统的运行参数和历史数据建立光伏能源数字孪生模型；在保证供电负荷的前提下以设备建立的综合成本最低为优化目标进行优化求解，得到优化调控方案；根据采用优化调控方案后的模型仿真数据和实际运行数据，对光伏能源数字孪生模型进行修正。本发明专利技术将光伏能源系统的物理实体映射到虚拟空间的数字孪生系统上，采用仿真计算获取调控方案对光伏能源系统进行调控，同时根据仿真结果与实际运行结果对数字孪生系统进行修正，从而提高能源利用效率，并提升光伏能源系统的经济效益。并提升光伏能源系统的经济效益。并提升光伏能源系统的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法


[0001]本专利技术涉及光伏发电储能
，尤其是涉及一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法。

技术介绍

[0002]能源短缺问题是21世纪非常重要的一个问题，解决这一问题的最佳方式之一是使用太阳能发电。太阳能具有分布广泛且近乎无穷无尽的特点，但是使用太阳能发电的光伏发电系统的一个问题在于光伏资源也具有间歇性和不确定的特点，很难为负载提供一个持续稳定的电力供应。目前，常用的方法是采用储能系统来存储或释放电能，从而降低天气对光伏发电系统的影响，为用户稳定供电，保证供电的可靠性和电能质量。但是当光伏系统和储能系统数量逐渐增加和扩展时，只以目前简单地进行储能系统充放电的控制方法在控制效率、控制准确度和能量利用效率等方面都存在较大的问题和不足，因此需要一种更精细化和准确化的控制方式。数字孪生是充分利用物理模型和物联网传感器采集的全生命周期的运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体对象的全生命周期过程。数字孪生作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，可将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，形成高保真的动态多维/多尺度/多物理量模型，为观察物理世界，认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界改造物理世界提供了一种有效手段，因此通过数字孪生进行仿真计算后再对光伏和储能系统进行控制是一种较理想的方式。
[0003]在中国专利文献上公开的“一种基于数字孪生的光伏发电组件故障检测和识别方法”，其公开号为CN113489459A，公开日期为2021
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08，包括：检测并输出待检测光伏发电组件物理实体中的特征量y(t)；光伏发电组件包括太阳电池组件和DC
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DC变换器；构建与待检测光伏发电组件物理实体结构相同的数字孪生体，计算并输出数字孪生体中，光伏发电组件的测量特征量z(t)；根据特征量y(t)，以及测量特征量z(t)，计算并输出残差向量γ(t)；根据残差向量γ(t)，输出检测结果；当检测结果存在故障时，根据残差向量γ(t)，以及故障特征残值f
i
，计算并输出L2内积；故障特征值f
i
由残差向量γ(t)和残差向量γ(t)的2
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范数||γ(t)||2计算得到，根据L2内积输出故障类型；该方法可以检测光伏发电组件是否产生故障，并且识别出所产生的故障类型。该技术只是应用了数字孪生技术对光伏发电组件进行故障检测，而现有的技术中也缺少应用数字孪生技术对光伏系统和储能系统的能源调控进行优化控制的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中对于光伏发电的储能系统控制方式较为粗犷且能源利用率低经济效益不高的问题，提供了一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，通过数字孪生技术将光伏能源系统的物理实体映射到虚拟空间的数字孪生系统上，并先采用仿真计算获取调控方案对光伏能源系统进行调控，同时根据仿真结果与实际运行结
果对数字孪生系统进行修正，从而提高能源控制准确度和能源利用效率，并提升光伏能源系统的经济效益。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，包括：
[0007]S1、基于光伏能源系统的物理实体构建光伏能源数字孪生系统；
[0008]S2、基于光伏能源系统的运行参数和历史数据在光伏能源数字孪生系统中建立光伏能源数字孪生模型；
[0009]S3、在保证供电负荷的前提下以建立设备的综合成本最低为优化目标，基于光伏发电出力模型和光伏能源数字孪生模型进行优化求解，得到优化调控方案；
[0010]S4、根据采用优化调控方案后的模型仿真数据和实际运行数据，对光伏能源数字孪生模型进行修正。
[0011]本专利技术中构建的光伏能源数字孪生系统用于光伏能源系统的物理实体和光伏能源数字孪生模型之间的信息交互，相当于在数字孪生系统中映射一个与现实空间中的物理实体一一对应的虚拟光伏能源系统，和物理实体具有相同的属性、结构、状态、性能、功能和行为；因而可以通过对虚拟光伏能源系统的仿真和推演得到在物理实体上进行实验的近似结果，从而为物理实体的实际操作提供参考。在本专利技术中电力系统的光伏储能系统是一个庞大的系统，在这个实际系统中进行控制试验的试错成本高对用电用户的影响大，并不现实，因此可以通过数字孪生技术进行模拟试验来得到仿真结果从而得出在实际操作过程中可能存在的问题和解决方法。
[0012]作为优选，所述光伏能源数字孪生系统包括：
[0013]数据采集模块，用于实时采集光伏能源系统的空间环境信息和运行数据并发送到数字孪生模块；
[0014]数字孪生模块，接收数据采集模块发送的数据，将物理实体信息进行映射形成数字孪生体，进行仿真计算和可视化监控；
[0015]设备调控模块，根据数字孪生模块中的仿真计算结果对光伏能源系统进行调控。
[0016]本专利技术中数据采集模块采集的数据信息包括但不限于光伏能源系统的物理实体的几何参数、所在环境的各种环境参数、光伏能源系统运行过程中的各项运行数据等，通过在光伏能源系统各处设置传感器采集尽可能多的数据来完善数字孪生系统中的数字孪生体，使得数字孪生体贴近物理实体进行运行。设备调控模块则根据仿真计算结果对光伏能源系统进行远程控制，同时还可以设置有人工核验和操作单元，有人工核查仿真计算结果后再发送控制指令。数字孪生模块包括有创建单元、信息处理单元、仿真单元和控制单元，用于建立数字孪生体并对应显示采集得到的各项数据信息和仿真计算结果，从而达到对全过程全周期的可视化监控。
[0017]作为优选，所述S3中包括以下步骤：
[0018]S31、将根据光伏发电出力模型和光伏能源数字孪生模型进行计算得到的模拟数据和数据采集模块采集的实际数据进行对比，当偏差超出设定范围时对相应的模型进行修正；
[0019]S32、以建立设备的综合成本最低为优化目标构建目标函数：
[0020]minF
cost
＝F
net
+F
invest
+F
service
[0021]其中F
net
表示设定时间内光伏能源系统从电网购电的成本，F
invest
表示设定时间内光伏能源系统的分摊投资成本，F
service
表示设定时间内光伏能源系统的维护成本；
[0022]S33、根据光伏发电出力模型和光伏能源数字孪生模型对目标函数进行求解，得到优化控制方案。
[0023]本专利技术中对用于求解目标函数的各种模型首先进行修正，调整各个模型的参数使得模型更符合实际的运行情况和规律，从而提高控制准确性和精度；光伏能源系统的建立是属于重资产的设施，因此为了设施的良性发展和运行，其建设成本、运行成本以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，其特征在于，包括：S1、基于光伏能源系统的物理实体构建光伏能源数字孪生系统；S2、基于光伏能源系统的运行参数和历史数据在光伏能源数字孪生系统中建立光伏能源数字孪生模型；S3、在保证供电负荷的前提下以建立设备的综合成本最低为优化目标，基于光伏发电出力模型和光伏能源数字孪生模型进行优化求解，得到优化调控方案；S4、根据采用优化调控方案后的模型仿真数据和实际运行数据，对光伏能源数字孪生模型进行修正。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，其特征在于，所述光伏能源数字孪生系统包括：数据采集模块，用于实时采集光伏能源系统的空间环境信息和运行数据并发送到数字孪生模块；数字孪生模块，接收数据采集模块发送的数据，将物理实体信息进行映射形成数字孪生体，进行仿真计算和可视化监控；设备调控模块，根据数字孪生模块中的仿真计算结果对光伏能源系统进行调控。3.根据权利要求1或2所述的一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，其特征在于，所述S3中包括以下步骤：S31、将根据光伏发电出力模型和光伏能源数字孪生模型进行计算得到的模拟数据和数据采集模块采集的实际数据进行对比，当偏差超出设定范围时对相应的模型进行修正；S32、以建立设备的综合成本最低为优化目标构建目标函数：minF
cost
＝F
net
+F
invest
+F
service
其中F
net
表示设定时间内光伏能源系统从电网购电的成本，F
invest
表示设定时间内光伏能源系统的分摊投资成本，F
service
表示设定时间内光伏能源系统的维护成本；S33、根据光伏发电出力模型和光伏能源数字孪生模型对目标函数进行求解，得到优化控制方案。4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的光伏能源优化调控方法，其特征在于，所述目标函数中于，所述目标函数中其中n表示设定时间内时间节点的个数；P
net,i
表示第i个时间节点电网的供电功率，大于零时表示向电网买电，小于零时表示向电网卖电；C
net,i
表示第i个时间节点的电价；E
s,i
表示第i个时间节点储能设备储存的电量；C
cycle
表示储能设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冲标，李万智，尼玛，高博，刘伟，曲珍，宋军，钱辰雯，赵彦旻，陈金威，陆雅婷，张羲，
申请(专利权)人：国网西藏电力有限公司那曲供电公司，
类型：发明
国别省市：