面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台及仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，主站模拟模块模拟负荷集群控制聚合指令的下发；任意一个智慧能源单元模块按照分布式协同控制算法对负荷集群控制聚合指令进行分解，实现每个智慧能源单元之间的分布式协同；每个可调节负荷集群中的任意一个可调节负荷按照分布式协同控制算法对负荷集群控制指令进行分解，实现可调节负荷集群中的每个可调节负荷的分布式集群，每个可调节负荷根据收到的负荷控制指令计算当前可调节负荷的调节量，并根据该调节量来实时调节对应可调节负荷的工作状态。本发明专利技术在半实物平台上采用分布式协同控制策略，使用同步机制保证分布式策略的贯通，提高了系统的稳定性和鲁棒性。提高了系统的稳定性和鲁棒性。提高了系统的稳定性和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台及仿真方法


[0001]本专利技术涉及电网需求响应用户侧调控
，具体地指一种面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台及仿真方法。

技术介绍

[0002]随着“双碳”战略助力新型电力系统的大力发展，面向变频空调负荷集群和储能系统集群等大规模可调节负荷集群的分布式协同控制方法已逐渐成为学术界的研究热点。为了在模拟真实场景方面更接近实际情况并降低成本，半实物实验仿真成为一种更加真实、可靠和经济的选择。通过对大规模可调节负荷进行半实物仿真，可以验证基于多智能系统的可调节负荷分布式协同控制策略的有效性、实用性和普适性。这为开展需求侧的分布式协同控制策略研究提供了可靠的基础和支持。
[0003]然而，真实的电力系统不仅包含多个不同类型的可调节负荷，而且还要满足实际工程应用中的“实时响应”、“即插即用”和“快速切除”功能要求。在这种情况下，将设计的分布式协同控制方案真正应用于电力系统的实际工程中并不容易。例如，由于时钟延迟的存在，可调节负荷集群中各负荷状态的更新不一致，可能导致计算结果的错误。同时，不同类型的可调节负荷之间存在差异，这也会对系统的实时性和稳定性造成一定程度的影响。因此，需要针对不同的特性从软件和硬件层面进行设计和优化，并设计合理的通信协议和相应的同步机制来确保系统的实时性和稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是要提供一种面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台及仿真方法，本专利技术在半实物平台上采用分布式协同控制策略，使用同步机制保证分布式策略的贯通，提高了系统的稳定性和鲁棒性。
[0005]为实现此目的，本专利技术所设计的一种面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，它包括主站模拟模块、可调节负荷模拟模块和多个智慧能源单元模块；
[0006]主站模拟模块用于模拟负荷集群控制聚合指令的下发；
[0007]任意一个智慧能源单元模块用于接收主站模拟模块所下发的负荷集群控制聚合指令，每个智慧能源单元按照分布式协同控制算法对负荷集群控制聚合指令进行分解，使每个智慧能源单元模块得到对应的负荷集群控制指令，实现每个智慧能源单元之间的分布式协同；
[0008]可调节负荷模拟模块用于模拟并聚合分散的可调节负荷，形成与每个智慧能源单元模块一一对应的可调节负荷集群，每个可调节负荷集群中的任意一个可调节负荷接收对应智慧能源单元的负荷集群控制指令；
[0009]每个可调节负荷集群中的各个可调节负荷按照分布式协同控制算法对接收到的负荷集群控制指令进行分解，使该可调节负荷集群中的每个可调节负荷得到对应的负荷控制指令，实现可调节负荷集群中的每个可调节负荷的分布式集群，每个可调节负荷根据收
到的负荷控制指令计算当前可调节负荷的调节量，并根据该调节量来实时调节对应可调节负荷的工作状态。
[0010]本专利技术的有益效果：
[0011]1)本专利技术采用半实物平台减少了制造实际物理原型的成本(虚拟仿真技术可以代替物理原型，模拟出产品的性能和行为，从而降低了制造成本)、降低了测试和调试成本、缩短了设计迭代周期，并提高了问题发现和解决的效率。在更接近实际和真实场景的情况下尽可能降低了成本，验证了新型电力系统下可调节负荷分布式协同控制策略的有效性和实用性(通过在智慧能源单元模块和可调节负荷模拟模块部署相应的分布式协同控制算法，达到指令按照既定规则分解)，为开展需求侧的分布式协同控制策略研究提供了可靠的基础和支持；
[0012]2)所涉及的半实物仿真平台具有“实时响应”、“即插即用”和“快速切除”功能，其中，实时响应即指令的实时分解，通过高可靠通信实现，本专利技术部署的分布式协同算法和采用的高可靠通信技术可以面向多种实际工程中的应用场景，例如“紧急互动”、“负荷实时接入”和“负荷实时切除”，开展策略有效性验证；
[0013]3)在半实物平台上采用分布式协同控制策略，使用同步机制保证分布式策略的贯通，提高了系统的稳定性和鲁棒性(通信冗余和通信需求小，拓扑不易受外部攻击)。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的结构示意图；
[0015]图2为半实物仿真平台的功能示意图；
[0016]图3是半实物仿真平台模块化的软件架构；
[0017]图4是半实物仿真平台中6个节点智慧能源单元拓扑架构；
[0018]图5是半实物仿真平台模块化的硬件架构；
[0019]图6是半实物仿真平台大规模可调节负荷集群架构示意图；
[0020]图7是同步机制的流程图；
[0021]图8是同步机制中的报文格式；
[0022]图9是根据本专利技术实施方式的储能系统集群初始状态示意图；
[0023]图10是根据本专利技术实施方式的变频空调集群初始状态示意图；
[0024]图11是根据本专利技术实施方式的第一次下发指令；
[0025]图12是根据本专利技术实施方式的第一次调节后储能系统集群状态示意图；
[0026]图13是根据本专利技术实施方式的第一次调节后变频空调集群状态示意图
[0027]图14是根据本专利技术实施方式的第二次下发指令；
[0028]图15是根据本专利技术实施方式的第二次调节后储能系统集群状态示意图；
[0029]图16是根据本专利技术实施方式的第二次调节后变频空调集群状态示意图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0031]如图1～3所示的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，它包括主站模拟模块、可调节负荷模拟模块和多个智慧能源单元模块；
[0032]主站模拟模块用于模拟负荷集群控制聚合指令的下发；
[0033]任意一个智慧能源单元模块用于接收主站模拟模块所下发的负荷集群控制聚合指令，每个智慧能源单元按照分布式协同控制算法对负荷集群控制聚合指令进行分解，使每个智慧能源单元模块得到对应的负荷集群控制指令，实现每个智慧能源单元之间的分布式协同；
[0034]可调节负荷模拟模块用于模拟并聚合分散的可调节负荷，形成与每个智慧能源单元模块一一对应的可调节负荷集群，每个可调节负荷集群中的任意一个可调节负荷接收对应智慧能源单元的负荷集群控制指令；
[0035]每个可调节负荷集群中的各个可调节负荷按照分布式协同控制算法对接收到对应智慧能源单元的负荷集群控制指令进行分解，使该可调节负荷集群中的每个可调节负荷得到对应的负荷控制指令，实现可调节负荷集群中的每个可调节负荷的分布式集群，每个可调节负荷根据收到的负荷控制指令计算当前可调节负荷的调节量，并根据该调节量来实时调节对应可调节负荷的工作状态。
[0036]上述技术方案中，分别在智慧能源单元和可调负荷集群都执行指令分解实现了多层指令分解，多层分解可以加快指令的分解速度，提高整个系统的性能。并且，分布式协同方式，计算量小，通信需求和通信冗余小，可靠性高，鲁棒性强。
[0037]上述技术方案中，所述半实物仿真平台的主要功能是接收主站或需求响应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：它包括主站模拟模块、可调节负荷模拟模块和多个智慧能源单元模块；主站模拟模块用于模拟负荷集群控制聚合指令的下发；任意一个智慧能源单元模块用于接收主站模拟模块所下发的负荷集群控制聚合指令，每个智慧能源单元按照分布式协同控制算法对负荷集群控制聚合指令进行分解，使每个智慧能源单元模块得到对应的负荷集群控制指令，实现每个智慧能源单元之间的分布式协同；可调节负荷模拟模块用于模拟并聚合分散的可调节负荷，形成与每个智慧能源单元模块一一对应的可调节负荷集群，每个可调节负荷集群中的任意一个可调节负荷接收对应智慧能源单元的负荷集群控制指令；每个可调节负荷集群中的各个可调节负荷按照分布式协同控制算法对接收到的负荷集群控制指令进行分解，使该可调节负荷集群中的每个可调节负荷得到对应的负荷控制指令，实现可调节负荷集群中的每个可调节负荷的分布式集群，每个可调节负荷根据收到的负荷控制指令计算当前可调节负荷的调节量，并根据该调节量来实时调节对应可调节负荷的工作状态。2.根据权利要求1所述的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：可调节负荷模拟模块还用于实时监测各可调节负荷集群的工作状态，将各可调节负荷集群的工作状态上报给智慧能源单元模块。3.根据权利要求2所述的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：所述智慧能源单元模块还用于将可调节负荷集的工作状态信息上报给主站模拟模块，主站模拟模块显示各个可调节负荷在调节过程中的工作状态变化情况。4.根据权利要求1所述的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：当有新的智慧能源单元模块接入或有智慧能源单元模块退出时，进行分布式协同控制计算的智慧能源单元模块按照分布式协同控制算法对负荷集群控制聚合指令进行重分配。5.根据权利要求1所述的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：当有可调节负荷集群有新的可调节负荷加入或有可调节负荷退出时，进行分布式协同控制计算的可调节负荷按照分布式协同控制算法对接收到的负荷集群控制指令进行重分配。6.根据权利要求1所述的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：所述多个智慧能源单元模块采用环形拓扑，每个智慧能源单元模块与两个其他相邻智慧能源单元模块通信，其中，1个智慧能源单元模块作为领导节点上行与主站模拟模块。7.根据权利要求1所述的面向负荷集群跟踪控制的半实物仿真平台，其特征在于：所述可调节负荷集群为储能系统集群，储能系统集群的各个储能单元按照分布式协同控制算法对接收到的负荷集群控制指令进行分解的具体方法为：其中，e表示t时刻储能系统集群的总充放电功率和外部调度指令的偏差值，储能系统集群在控制过程中通过偏差e使得系统能实时跟踪上外部的功率调度指令，通过每个储能
单元i在通信层向邻居节点交换本地的充放电功率和实时电容量信息控制系统的SoC达到一致，c1，c2，c3表示系统的第一控制参数、第二控制参数和第三控制参数，c1，c2，c3为根据系统需要设定的常数，i表示第i个储能单元，a
ij
表示储能单元i和他邻居的通信权重，P
i
表示第i个储能单元的功率，P
j
表示第j个储能单元的功率，E
i
表示第i个储能单元的电量，E
j
表示第j个储能单元的电量，φ表示能接收外部调度指令同时能感知储能系统集群的总充放电功率的储能单元的集合，u
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振宇，余梦，许静，李妍，谢祎凡，王奎，胡文博，韩月，蔡皓，齐蓓，朱亮亮，李元，徐辰冠，肖楚鹏，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院有限公司南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：