一种虚拟电厂仿真测试系统、方法和存储介质

技术领域

本申请实施例涉及测试技术领域，特别涉及一种虚拟电厂仿真测试系统、方法和存储介质。

背景技术

虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG(DistributedGeneration，分布式电源)、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER(Distributed EnergyResource，分布式能源)的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术等。虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。“虚拟电厂”的解决思路在我国有着非常大的市场潜力，对于面临“电力紧张和能效偏低矛盾”的中国来说，无疑是一种很好的选择。

由于虚拟电厂强调所控区域对外呈现的整体功能和效果，因此，聚合多样化的DER实现系统高要求的电能输出是虚拟电厂控制研究的重点。其要求储能系统、可分配发电机组、可控负荷与之合理配合，以保证电能质量并提高发电经济性。

虚拟电厂目前还处于起步研究的阶段，系统会包含不同厂商的控制器或优化调度平台，不同厂商控制器的调控算法也各不相同，不同调控设备之间存在大量通信配合，加之系统中发电量和用电量存在随机性和波动性，是整体系统变得更为复杂，导致不同虚拟厂商的控制器及算法的测试结果不准确。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种虚拟电厂仿真测试系统、方法和存储介质，解决了现有技术中由于发电量和用电量存在随机性和波动性，导致不同厂商的控制器及算法的测试结果不准确的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施方式提供了一种虚拟电厂仿真测试系统，包括上位机和实时仿真器；

所述上位机和所述实时仿真器通讯连接；

上位机，用于构建虚拟电厂电力系统仿真模型，所述虚拟电厂电力系统仿真模型包括新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型；

实时仿真器，用于运行所述虚拟电厂电力系统仿真模型，并实时将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器，以使所述待测试虚拟电厂的控制器根据所述运行数据生成的实时更新运行策略。

第二方面，本发明实施例提供了一种虚拟电厂仿真测试方法，包括：

构建虚拟电厂电力系统仿真模型，所述虚拟电厂电力系统仿真模型包括新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型；

运行所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型，并实时将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器，以使所述待测试虚拟电厂的控制器根据所述运行数据实时更新运行策略。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明第二方面实施例所述虚拟电厂仿真测试方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第二方面实施例所述虚拟电厂仿真测试方法的步骤。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过对电力系统中具有随机性和间歇性的供电系统(新能源发电)和用电负载进行模拟仿真，构建新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据实时传输至待检测虚拟电厂控制器，以对虚拟电厂的控制器及算法进行有效测试，使其能够综合考虑整个电网并网系统中的供电、耗电情况，保证了测试结果的准确度，节省了测试时间和测试成本。

另外，所述新能源发电仿真模型包括以下之一或其任意组合：光伏发电仿真模型、风机发电仿真模型、储能仿真模型和热电联供仿真模型；所述用电负载仿真模型包括以下之一或其任意组合：商业用电仿真模型、工业用电仿真模型、住宅用电仿真模型和电动汽车用电仿真模型。

另外，所述实时仿真器包括相互连接的中央处理器CPU仿真器和现场可编程逻辑门阵列 FPGA仿真器；

所述CPU仿真器用于接收并运行所述上位机传输的所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型，并配置第一类通讯端口，根据所述第一类通讯端口与所述待测试虚拟电厂中对应的控制器通讯；

所述FPGA仿真器用于配置第二类别通讯端口，根据所述第二类别通讯端口与所述待测试虚拟电厂中对应的控制器通讯。

另外，所述第一类别通讯端口包括通讯板卡，所述通讯板卡为多路可扩展通讯板卡；

所述CPU仿真器还用于配置所述通讯板卡的通讯协议；

所述通讯协议包括以下之一或其任意组合：IEC-60870-5-104规约、IEC-61850通讯协议、 Modbus协议、TCP/IP协议。

另外，所述第二类别通讯端口包括光纤接口和IO接口；

所述FPGA仿真器还用于配置所述光纤接口的光纤通道协议，配置IO接口板卡。

另外，所述CPU仿真器包括主板、高速串行计算机扩展总线标准PCIe卡及至少一个CPU 单元；

所述CPU单元插接在所述主板上；

所述主板上设有PCIe卡槽，所述PCIe卡通过PCIe延长线连接所述PCIe卡槽；

所述主板上设有时钟同步接口TX/RX；

所述通讯板卡通过PCIe延长线连接所述主板。

另外，所述FPGA仿真器包括FPGA板卡及载板和PCIe卡；

所述FPGA板卡及载板上设有时钟同步接口TX/RX；

所述FPGA板卡及载板通过PCIe延长线连接所述PCIe卡；

所述IO接口连接所述FPGA板卡及载板。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施例的一种虚拟电厂仿真测试方法流程图；

图2是根据本发明第二实施例的一种虚拟电厂仿真测试方法流程图；

图3是根据本发明第三实施例的CPU仿真器结构图；

图4是根据本发明第三实施例的FPGA仿真器结构图；

图5是根据本发明第三实施例的CPU仿真器和FPGA仿真器连接方式示意图；

图6是根据本发明第五实施例的一种服务器结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

电网并网后，系统中发电量和用电量存在随机性和波动性，是整体系统变得更为复杂，导致虚拟电厂的控制器及算法的测试结果不准确。

因此，本发明实施例提供一种虚拟电厂仿真测试系统、方法和存储介质，将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据实时传输至待检测虚拟电厂，以对虚拟电厂的控制器及算法进行有效测试，使其能够综合考虑整个电网并网系统中的供电、耗电情况，保证了测试结果的准确度，节省了测试时间和测试成本。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

本发明的第一实施例涉及一种虚拟电厂仿真测试系统。如图1中所示，所述虚拟电厂仿真测试系统包括上位机10和实时仿真器20；

所述上位机10和所述实时仿真器20通讯连接；

上位机10，用于构建虚拟电厂电力系统仿真模型，所述虚拟电厂电力系统仿真模型包括新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型；

具体地，上位机10用于搭建可灵活调整的包含新能源发电及用户负载等的仿真模型，虚拟电厂电力系统仿真模型由通软件MATLAB进行搭建，模型搭建完成后，上位机10将虚拟电厂电力系统仿真模型传输至实时仿真器20上实时运行；上位机10还用于控制仿真运行、实时观测仿真数据、监测仿真器运行状态等。

实时仿真器20，用于运行所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型，并实时将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器，以使所述待测试虚拟电厂的控制器根据所述运行数据生成的实时更新运行策略。

实时仿真器20主要用于实时运行上位机10所搭建的模型，还通过既定通信协议与各区域控制器行数据交换，或通过模拟量、数字量或高速通信协议与控制器通信。

具体地，虚拟电厂控制结构接收所述运行数据并进行分析处理，虚拟电厂控制结构30包括集中控制和分散控制。本实施例中虚拟电厂控制结构30包括：发电单元、区域发电单元控制器301以及虚拟电厂控制中心302。根据虚拟电厂控制结构，本实施例中的虚拟电厂仿真测试系统及工作过程如下：

搭建包含各种发电单元及负载的虚拟电厂电力系统仿真模型，即新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并在实时仿真器20上运行；实时仿真器20通过通信协议与多个区域发电单元控制器301连接，并进行数据交互；区域发电单元控制器301与虚拟电厂控制中心302 通过无线(WiFi、蓝牙等)信号连接。

系统工作时，虚拟电厂仿真测试系统实时将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据传送至各区域发电单元控制器301，各区域发电单元控制器301对该运行数据进行简单整合处理后，最终将运行数据发送至虚拟电厂控制中心302，虚拟电厂控制中心302综合考虑当前发电状态及数据、历史发电数据、市场电价、天气等因素，得出最优运行策略或功率曲线，并将其发送回各区域发电单元控制器301，各区域发电单元控制器301根据对应的各发电单元状态，将发电指令分配给实时仿真器中控制区域内各个发电单元，以使整个虚拟电厂发电系统运行在当前条件下最优工况。在虚拟电厂电力系统实时运行过程中，上述过程是一直进行的，因此，虚拟电厂电力系统电网数据及状态也是不断循环更新的。

通过对电力系统中具有随机性和间歇性的供电系统(新能源发电)和用电负载进行模拟仿真，构建新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据实时传输至待检测虚拟电厂控制器，以对虚拟电厂的控制器及算法进行有效测试，使其能够综合考虑整个电网并网系统中的供电、耗电情况，保证了测试结果的准确度，节省了测试时间和测试成本。

本发明的第二实施例涉及一种虚拟电厂仿真测试系统。第二实施例为第一实施例的一种细化。在本发明第二实施例中，所述新能源发电仿真模型包括光伏发电仿真模型、风机发电仿真模型、储能仿真模型和热电联供仿真模型；所述用电负载仿真模型包括商业用电仿真模型、工业用电仿真模型、住宅用电仿真模型和电动汽车用电仿真模型。如图2中所示，所述待测试虚拟电厂仿真测试系统包括：

上位机10和实时仿真器20；

所述上位机10和所述实时仿真器20通讯连接；

上位机10，用于构建虚拟电厂电力系统仿真模型，所述虚拟电厂电力系统仿真模型包括新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型；

由于光伏发电、风力发电受自然资源的不确定性影响，如光伏发电在夜晚无法运行，并且受气候影响，风力也受天气因素影响较大，热电联供、储能又受用户端、储量的影响，因此这些供电端具有间歇性或随机性，需要建立了光伏发电仿真模型、风机发电仿真模型、储能仿真模型和热电联供仿真模型，实时仿真其供电状态；所述用电负载仿真模型包括商业用电仿真模型、工业用电仿真模型、住宅用电仿真模型和电动汽车用电仿真模型；

实时仿真器20，用于运行所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型，并实时将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器，以使所述待测试虚拟电厂的控制器根据所述运行数据生成的实时更新运行策略。

实时仿真器20主要用于实时运行上位机10所搭建的模型，还通过既定通信协议与各区域控制器行数据交换，或通过模拟量、数字量或高速通信协议与控制器通信。

具体地，虚拟电厂控制结构接收所述运行数据并进行分析处理，虚拟电厂控制结构一般包括集中控制和分散控制。本实施例中虚拟电厂控制结构包括：发电单元、区域发电单元控制器301以及虚拟电厂控制中心302；其中，每个区域发电单元控制器301控制对应区域内的多个发电单元。根据虚拟电厂结构，本实施例中的虚拟电厂仿真测试系统及工作过程如下：

搭建包含各种发电单元及负载的虚拟电厂电力系统仿真模型，即新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并在实时仿真器20上运行；实时仿真器20通过通信协议与多个区域发电单元控制器301连接，并进行数据交互；区域发电单元控制器301与虚拟电厂控制中心302 通过无线(WiFi、蓝牙等)信号连接。

系统工作时，虚拟电厂电力系统仿真测试模型实时将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据传送至各区域发电单元控制器301，各区域发电单元控制器301对该运行数据进行简单整合处理后，最终将运行数据发送至虚拟电厂控制中心302，虚拟电厂控制中心302综合考虑当前发电状态及数据、历史发电数据、市场电价、天气等因素，得出最优运行策略或功率曲线，并将其发送回各区域发电单元控制器301，各区域发电单元控制器301 根据对应的各发电单元状态，将发电指令分配给实时仿真器中控制区域内各个发电单元，以使发电系统运行在当前条件下最优工况。在虚拟电厂电力系统实时运行过程中，上述过程是一直进行的，因此，虚拟电厂电力系统电网数据及状态也是不断循环更新的。

通过对电力系统中具有随机性和间歇性的供电系统(新能源发电)和用电负载进行模拟仿真，构建新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据实时传输至待检测虚拟电厂，以对虚拟电厂的控制器及算法进行有效测试，通过对电力系统中有间歇性及随机性的供电端，即新能源发电进行模拟仿真，能够在现有虚拟电厂控制器及算法中加入风能、光能等新能源供电，同时对用电负载进行模拟，使其能够综合考虑整个电网并网系统中的供电、耗电情况，保证了测试结果的准确度，节省了测试时间和测试成本。

本发明的第三实施例涉及一种虚拟电厂仿真测试系统。第三实施例为第一实施例或第二实施例的一种细化。在本发明第三实施例中，所述实时仿真器20包括相互连接的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)仿真器201和FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)仿真器202，虚拟电厂仿真测试系统具体包括：

上位机10和实时仿真器20，实时仿真器20包括CPU仿真器201以及FPGA仿真器202；

上位机10、CPU仿真器201以及FPGA仿真器202依次相连；

上位机10，用于构建虚拟电厂电力系统仿真模型，所述虚拟电厂电力系统仿真模型包括新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型；上位机10用于搭建可灵活调整的包含新能源发电及用户负载等的仿真模型，仿真模型由通软件MATLAB进行搭建；模型搭建完成后，上位机 10软件将系统仿真模型传输至CPU仿真器上实时运行；

由于光伏发电、风力发电受自然资源的不确定性影响，如光伏发电在夜晚无法运行，并且受气候影响，风力也受天气因素影响较大，热电联供、储能又受用户端、储量的影响，因此这些供电端具有间歇性或随机性，需要建立了光伏发电仿真模型、风机发电仿真模型、储能仿真模型和热电联供仿真模型，实时仿真其供电状态；所述用电负载仿真模型包括商业用电仿真模型、工业用电仿真模型、住宅用电仿真模型和电动汽车用电仿真模型；

实时仿真器20，用于运行所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型，并实时将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器，以使所述待测试虚拟电厂的控制器根据所述运行数据生成的实时更新运行策略。

CPU仿真器201主要用于实时运行上位机10所搭建的新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，同时，还通过既定通信协议与虚拟电厂中各区域控制器行数据交换，FPGA仿真器202用于通过模拟量、数字量或高速通信协议与虚拟电厂中各区域控制器通信。

如图3中所示，CPU仿真器201包括主板、高速串行计算机扩展总线标准PCIe卡、时钟同步接口TX/RX、通讯板卡、网口(如图中网口1和网口2)、及至少一个CPU单元；

所述通讯板卡为多路可扩展通讯板卡，每个通讯板卡均通过PCIe延长线连接所述主板， CPU仿真器201还用于配置所述通讯板卡的通讯协议，该协议包括IEC-60870-5-104规约、 IEC-61850通讯协议、Modbus协议、TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)；该通讯板卡的数量与虚拟电厂电力系统仿真模型中模型的数量相对应，以能够将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器；

所述CPU单元插接在所述主板上；

所述主板上设有PCIe(Peripheral Component Interconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)卡槽，所述PCIe卡通过PCIe延长线连接所述PCIe卡槽；

所述时钟同步接口TX/RX连接所述主板；

所述通讯板卡通过PCIe延长线连接所述主板。

具体地，如图4中所示，所述FPGA仿真器202包括FPGA板卡及载板、光电接口、IO 接口、PCIe卡和时钟同步接口TX/RX；

FPGA仿真器202还用于配置所述光纤接口配置光纤通道协议，配置IO接口板卡；

所述TX/RX时钟同步接口连接所述FPGA板卡及载板；

所述FPGA板卡及载板通过PCIe延长线连接所述PCIe卡；

所述IO接口连接所述FPGA板卡及载板。

具体地，如图5中所示，CPU仿真器201和FPGA仿真器202的PCIe卡通过PCIe延长线连接，CPU仿真器201的TX口连接FPGA的RX口，上位机10通过TCP/IP协议连接所述CPU仿真器201。

具体地，虚拟电厂控制结构包括集中控制和分散控制。本实施例中虚拟电厂控制结构包括：发电单元、区域发电单元控制器301以及虚拟电厂控制中心302。根据虚拟电厂控制器结构，本实施例中的虚拟电厂仿真测试系统及工作过程如下：

搭建包含各种发电单元及负载的仿真模型，即新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并在实时仿真器20上运行；实时仿真器20通过通信协议与多个区域发电单元控制器301连接，并进行数据交互；区域发电单元控制器301与虚拟电厂控制中心302通过无线(WiFi、蓝牙等)信号连接。

系统工作时，虚拟电厂仿真测试系统实时将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据传送至各区域发电单元控制器301，各区域发电单元控制器301对该运行数据进行简单整合处理后，最终将运行数据发送至虚拟电厂控制中心302，虚拟电厂控制中心302综合考虑当前发电状态及数据、历史发电数据、市场电价、天气等因素，得出最优运行策略或功率曲线，并将其发送回各区域发电单元控制器301，各区域发电单元控制器301根据对应的各发电单元状态，将发电指令分配给实时仿真器中控制区域内各个发电单元，以使发电系统运行在当前条件下最优工况。在虚拟电厂电力系统实时运行过程中，上述过程是一直进行的，因此，虚拟电厂电力系电网数据及状态也是不断循环更新的。

通过对电力系统中具有随机性和间歇性的供电系统(新能源发电)和用电负载进行模拟仿真，构建新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型，并将新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型的运行数据实时传输至待检测虚拟电厂，以对虚拟电厂的控制器及算法进行有效测试，通过对电力系统中有间歇性及随机性的供电端，即新能源发电进行模拟仿真，能够在现有虚拟电厂控制器及算法中加入风能、光能等新能源供电，同时对用电负载进行模拟，使其能够综合考虑整个电网并网系统中的供电、耗电情况，保证了测试结果的准确度，节省了测试时间和测试成本。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第四实施例涉及一种虚拟电厂仿真测试方法，包括：

构建虚拟电厂电力系统仿真模型，所述虚拟电厂电力系统仿真模型包括新能源发电仿真模型和用电负载仿真模型；

运行所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型，并实时将所述新能源发电仿真模型和所述用电负载仿真模型的运行数据传输至待测试虚拟电厂的控制器，以使所述待测试虚拟电厂的控制器根据所述运行数据生成的实时更新运行策略。

本发明第五实施例涉及一种服务器，如图6所示，包括处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器 830中的逻辑指令，以执行如上述各实施例所述虚拟电厂仿真测试方法的步骤。

其中，存储器和处理器采用通信总线方式连接，通信总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，通信总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在通信总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本发明第六实施例涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现如上述各实施例所述虚拟电厂仿真测试方法的步骤。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。