负荷波动快速跟踪消纳方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明属于源网荷储一体化系统领域，具体涉及负荷波动快速跟踪消纳方法、系统、设备及介质。

背景技术

如何对波动负荷进行有效管理是工业园区面临的一大难题，对于接入分布式光伏的园区，这一问题更加棘手。目前各系统的控制策略根据系统运行条件和可用调节资源不同，而具有较大差异。部分园区为防止向电网反送电，通过设置自电网下电功率的下限值(通常设置为1MW)，以应对随机性的负荷波动；部分园区为降低弃光充风率，通过设置电加热锅炉的方式消耗计划外的多余电力，从总体上看，现有控制策略较为粗放。另外，发生波动时对快速切换到消纳模式(如秒级)，也是一个控制重点。

目前，另一种常用策略是基于负荷预测算法，提前给出负荷波动预警，以便于运维人员进行决策，这种方法有两个局限性：一是受技术条件限制，预测准确度不能达到100％，总是有预测之外的波动；二是受限于计算速度，负荷预测的时间步长通常为5分钟，对于分钟之间(如秒级)的波动则无能为力。

发明内容

本发明提供负荷波动快速跟踪消纳方法、系统、设备及介质，以解决现有技术无法对预测外的负荷波动以及秒级波动进行跟踪消纳的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负荷波动快速跟踪消纳方法，包括以下步骤：

将负荷进行分类，得到可预测负荷和不可预测负荷；所述可预测负荷为诱发因素明确的负荷，所述不可预测负荷为诱发因素不明确或诱发因素具有强随机性的负荷；

采用负荷预测模型对可预测负荷进行预测，得到负荷波动预测值，根据所述负荷波动预测值对分布式电源出力和可调节负荷进行调节，所述负荷预测模型的预测算法准确度产生预测外波动，所述负荷预测模型的预测时间步长产生预测周期内波动；

监测电流波动，根据所述电流波动分别跟踪所述预测外波动、预测周期内波动和所述不可预测负荷波动，得到对应跟踪结果；根据所述预测外波动的跟踪结果和预测周期内波动的跟踪结果调用储能完成对所述预测外波动和预测周期内波动的消纳，根据所述不可预测负荷波动的跟踪结果利用互锁装置调用储能，完成所述不可预测负荷波动的消纳。

进一步地，所述互锁装置包括：负荷断路器和储能充电开关，所述负荷断路器和储能充电开关互锁，使用时，在不可预测负荷发生波动瞬间，对储能进行调用，避免系统负荷的剧烈波动。

进一步地，所述监测电流波动采用互感装置实现。

进一步地，所述将负荷进行分类，得到可预测负荷和不可预测负荷，具体包括以下步骤：

根据负荷波动诱因对负荷进行分类，所述负荷波动诱因包括：规律性诱因和随机性诱因；

若判断负荷波动诱因是规律性诱因，则将所述规律性诱因对应的负荷配置为可预测负荷；所述规律性诱因包括：生产计划调整、节假日和用餐时间；

若判断负荷波动诱因是随机性诱因，则将所述随机性诱因对应的负荷配置为不可预测负荷；所述随机性诱因包括：生产过程中参数临时调整和试验过程中参数异常。

进一步地，所述采用负荷预测模型对可预测负荷进行预测，得到负荷波动的预测值，具体包括以下步骤：

采集源网荷储系统的历史运行数据和负荷波动诱发因素；

根据所述历史运行数据，以负荷波动诱发因素作为特征值，利用负荷预测算法训练负荷预测模型；

采用所述负荷预测模型监测所述负荷波动诱发因素，得到对负荷波动诱发因素的监测结果，根据所述对负荷波动诱发因素的监测结果，对所述可预测负荷进行预测，得到负荷波动的预测值。

一种负荷波动快速跟踪消纳系统，包括：

负荷分类管理模块，用于将负荷进行分类，得到可预测负荷和不可预测负荷；

负荷预测模块，用于采用负荷预测模型对可预测负荷进行预测，得到负荷波动预测值，根据所述负荷波动预测值对分布式电源出力和可调节负荷进行调节，所述负荷预测模型的预测算法准确度产生预测外波动，所述负荷预测模型的预测时间步长产生预测周期内波动；

随机波动跟踪消纳模块，用于监测电流波动，根据所述电流波动分别跟踪所述预测外波动、预测周期内波动和所述不可预测负荷波动，对应得到跟踪结果；根据所述跟踪结果调用储能完成对所述预测外波动和预测周期内波动的消纳，根据所述跟踪结果利用互锁装置调用储能，完成所述不可预测负荷波动的消纳。

进一步地，所述负荷分类管理模块中，根据负荷波动诱因对负荷进行分类，得到可预测负荷和不可预测负荷；

所述负荷分类管理模块包括：

负荷波动诱因判断模块，用于判断负荷波动诱因的类型；若判断负荷波动诱因是规律性诱因，则将所述规律性诱因对应的负荷配置为可预测负荷，所述规律性诱因包括：生产计划调整、节假日和用餐时间；若判断负荷波动诱因是随机性诱因，则将所述随机性诱因对应的负荷配置为不可预测负荷，所述随机性诱因包括：生产过程中参数临时调整和试验过程中参数异常。

一种负荷波动快速跟踪消纳装置，包括：边侧控制器、端侧控制器、互感线圈和互锁装置，边侧控制器连接端侧控制器、互感线圈和互锁装置，所述端侧控制器连接互锁装置，互锁装置连接互感线圈，边侧控制器上部署负荷预测算法，使用时，边侧控制器实现对可预测负荷波动分钟级预测；

端侧控制器上部署逻辑控制程序，使用时，在边侧控制器预测的所述分钟级预测基础上，对可预测负荷波动实现秒级以上的预测，同时，以所述监测电流波动的监测信号为输入值，对可预测负荷波动和不可预测负荷波动进行计算，得到储能开始充电的时间点和充电功率；

所述边侧控制器和端侧控制器配合实现所述的负荷波动快速跟踪消纳方法。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述负荷波动快速跟踪消纳方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述负荷波动快速跟踪消纳方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供负荷波动快速跟踪消纳方法，将负荷进行分类，分为可预测负荷和不可预测负荷，实现对负荷波动的分类管理，一方面有助于优化储能系统的选型，减少投资，另一方面能够减少对储能的调用频次，延长储能使用寿命；本发明通过预测算法对可预测负荷进行管理，同时控制互锁装置和互感线圈实现对预测外波动、预测周期内波动以及不可预测负荷波动的跟踪和消纳，能够解决现有技术无法对预测外的负荷波动和秒级波动进行跟踪消纳的问题。

本发明提供负荷波动快速跟踪消纳装置，包括边侧控制器和端侧控制器，利用边-端协同控制方式，其中边侧控制器通过预测算法对可预测负荷波动进行管理，端侧控制器通过互感线圈监测到的电流波动，对不可预测波动负荷、预测外波动以及预测算法滚动周期导致的周期内波动进行跟踪和消纳，实现对秒级及以上时间尺度的负荷波动的有效管理和消纳。

附图说明

图1为本发明提供的负荷波动快速跟踪消纳方法的流程图；

图2为本发明负荷波动快速跟踪消纳装置的技术原理图；

图3为本发明实施例一的负荷波动快速跟踪消纳装置示意图；

图4为本发明实施例在边-端协同控制下对负荷波动进行分类、跟踪和消纳的流程图；

图5为本发明提供的负荷波动快速跟踪消纳系统的结构示意图；

图6为本发明提供的负荷波动快速跟踪消纳方法的流程示意图；

图7为本发明采用的电子设备结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明进行具体描述：

本发明提供一种负荷波动快速跟踪消纳方法，具有简单、高效以及可实施性强的优点，能够实现对波动负荷的分类管理、跟踪及快速消纳，并且通过负荷断路器和储能充电开关互锁，实现对负荷随机性波动的快速跟踪和消纳，并且通过与预测算法相结合，实现对负荷波动的多时间尺度的消纳，本发明提供的快速跟踪消纳方法特别适用于源网荷储一体化项目中对负荷波动性的管理、控制与消纳(技术框架如图2所示)，具体包括以下步骤，如图1所示，对应的技术框架如图2所示：

Step1：根据负荷波动诱因，将负荷分类为可预测负荷与不可预测负荷；

具体的，所述可预测负荷的诱发因素比较明确，比如：生产计划调整、节假日和用餐等规律性因素，其中会呈现出一定规律性的波动，可定义为可预测负荷的波动。所述不可预测负荷的诱发因素不确定(或诱发因素呈现出强随机性)，比如：生产过程中参数临时调整和试验过程中参数异常等强随机性因素，其引发的波动定义为不可预测波动。

Step2：针对可预测负荷，根据历史运行数据，并以负荷波动诱因为特征值，训练负荷预测模型；

Step3：通过负荷预测模型监测负荷波动诱因，对可预测负荷波动进行预测，预测的时间间隔为5分钟，得到预测值；

Step4：根据可预测负荷波动的预测值，对分布式电源出力和可调节负荷进行调节；负荷预测模型的预测算法准确度产生预测外波动，负荷预测模型的预测时间步长产生预测周期内波动(为秒级波动)；

具体的，预测外波动是指因负荷预测模型不能完全准确预测负荷波动所产生的预测误差，即准确率低于100％，目前预测算法的准确率通常为95％左右；预测算法以一定的时间周期(通常为5分钟)对可预测负荷进行滚动预测，假设预测周期内不存在波动(实际上波动一直存在)，预测周期内波动是因为上述假设与客观情况不完全相符而产生的误差。

Step5：与Step4同时，利用互感器监测电流波动，实现对预测外波动、周期内波动、不可预测负荷波动的跟踪，并直接向储能发送充电指令的形式，调用储能对该部分波动(预测外波动和周期内波动)进行消纳；

Step6：与Step4同时，对于不可预测负荷，把功率大的不可预测负荷的断路器和储能充电开关互锁，其目的是在使用时，在功率大的不可预测负荷发生波动瞬间，对储能进行调用，完成对不可预测负荷的消纳，避免系统负荷的剧烈波动；

Step7：检测到储能电池的荷电状态达到80％时，通过降低分布式电源出力△P(或调用制冷机、空压机等可调节资源，功率上调△P)，同时储能以△P进行放电，放电至储能电池荷电状态降至20％时，停止放电；

Step8：放电动作完成后，分布式电源(或调用制冷机、空压机等可调节资源)恢复至储能放电前的运行状态，并保持系统稳定运行，储能则进入备用状态，进入下一个消纳波动的循环。

当具体的，以功率较大的不可预测负荷(互锁装置的监测对象)自系统的切除信号作为储能充电的信号，在功率较大的不可预测信息自系统切除的瞬间，储能开始充电，实现对较大功率不可预测负荷进行快速跟踪与消纳。

如图5和图6所示，本发明提供一种负荷波动快速跟踪消纳系统，包括：负荷分类管理模块、负荷预测模块和随机波动跟踪消纳模块；

具体的，负荷分类管理模块将负荷进行分类，分类得到可预测负荷和不可预测负荷；负荷预测模块采用负荷预测模型对可预测负荷进行预测，得到负荷波动预测值，根据所述负荷波动预测值对分布式电源出力和可调节负荷进行调节，所述负荷预测模型的预测算法准确度产生预测外波动，所述负荷预测模型的预测时间步长产生预测周期内波动；随机波动跟踪消纳模块监测电流波动，根据所述电流波动跟踪所述预测外波动、预测周期内波动和所述不可预测负荷波动，得到跟踪结果；根据所述跟踪结果调用储能完成对所述预测外波动和预测周期内波动的消纳，根据所述跟踪结果并利用互锁装置调用储能，完成所述不可预测负荷波动的消纳。

本发明还提供一种负荷波动快速跟踪消纳装置，包括：边侧控制器、端侧控制器、互感线圈和互锁装置，边侧控制器通信连接端侧控制器、互感线圈和互锁装置，所述端侧控制器连接互锁装置，互锁装置连接互感线圈，边侧控制器上部署负荷波动预测算法，实现对可预测负荷波动进行分钟级预测(通常为5分钟)，端侧控制器上部署逻辑控制程序，端侧控制器通过智能传感器及通信线(如光纤)采集运行设备的参数，一方面是在边侧控制器预测结果的基础上，对可预测负荷波动进行更小时间尺度(可实现秒级)上的计算(即对预测周期内波动进行计算)，另一方面则是以互感器监测信号为输入值，对预测外波动及随机负荷波动进行计算，得出储能开始充电时点、充电功率等信息；所述边侧控制器和端侧控制器配合实现所述快速跟踪消纳方法。

如图7所示，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述负荷波动快速跟踪消纳方法的步骤。

本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述负荷波动快速跟踪消纳方法的步骤。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行进一步地详细描述，所述内容是对本发明的解释而不是限定。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。

实施例一

如图1所示，采用本发明提供的负荷波动快速跟踪消纳方法，消除光出力波动及负荷波动对自备电厂稳定运行造成的不利影响。

如图3和图4所示，某工业园区的电力由分布式电源(自备电厂和屋顶光伏电站，其中自备电厂发电功率可调节)及电网联合供给，受当地政策影响，禁止出现自备电厂向电网反送电的情况，现有控制策略是人工调整自备电厂出力，以应对具有明显规律性的负荷波动(主要由生产计划调整或工人作息时间引起的负荷波动)，同时设置自电网下电功率的下限值(通常设置为1MW)，以应对随机性的负荷波动(主要指实验负荷)。本发明实现对可预测负荷和不可预测负荷的多时间尺度的消纳。

具体的，边侧控制器通常为一台计算机，上面部署负荷预测算法、多能调控优化算法和人机交互界面等，具有计算能力强和可多约束寻优的特点，其主要作用是根据负荷分类模块、负荷预测模块，对所辖负荷进行分类管理；根据采集到的生产计划信息、工人作息信息，对可预测负荷波动的波动时间及波动量进行预测，并将预测结果以模拟信号(或数字信号)的形式传输至端侧控制器。

具体的，端侧控制器通常是一台PLC控制柜或数字控制柜，上面部署逻辑控制程序，具有反应速度快的优点，其主要作用是以边侧控制器的预测结果(可预测负荷波动的波动时间及波动量)作为输入值，结合自身逻辑控制程序(如自备电厂机组出力下限值约束、发电机组的热-电比例约束、厂区能量平衡约束等条件)进行逻辑计算，得出自备电厂发电量、储能充电功率等结果，并执行。

具体的，预测算法根据波动诱发因素对可预测负荷波动进行预测，根据预测结果制订自备电厂运行策略、可调节负荷的调节策略，当波动发生时，根据制订的运行策略，对可预测负荷波动进行消纳。

具体的，互感线圈实时监测供电回路中的电流变化值，根据电流变化值跟踪预测外波动和预测周期内波动，当监测结果显示有向电网反送电风险时，向储能发出充电指令，消纳预测外波动和预测周期内波动；

具体的，随机波动负荷回路中的断路器和储能回路中的断路器互锁，以随机负荷自系统切除信号作为储能的充电信号，因两个动作采用了同一个控制信号，因此在随机波动负荷突然断开瞬间，储能立刻进入充电状态，避免系统突然甩负荷导致向电网反送电，当随机波动负荷突然通电时，储能切换至放电状态，保证系统稳定运行。

本发明实施例根据负荷波动诱因对其进行分类：将诱发因素比较明确，且呈现出一定规律性的波动定义为可预测波动，如生产计划调整、节假日、用餐等运规律性因素诱发的波动；将诱发因素不确定，或者诱发因素呈现出强随机性引发的波动定义为不可预测波动，如生产过程中参数临时调整、试验过程中参数异常等强随机性因素诱发的波动。本发明通过对负荷波动性质进行分类管理，利用预测算法与储能相结合的方式实现对多时间尺度(预测算法实现分钟级，储能实现实时跟踪与消纳)波动的有效消纳；通过储能与随机性负荷开关互锁的方式，实现对不可预测波动的快速(秒)跟踪与消纳。对负荷波动的分类管理，一方面可减小储能所承担的调节压力，进而减小储能选型参数(如充放电功率、容量)，以达到节约投资成本的目的；另一方面可尽量减少对储能的调用频次，延长储能使用寿命。

由技术常识可知，本发明可以通过其它不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的，所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。