江義火，符克議

（東莞城市學院，廣東 東莞）

引言

對微電網(wǎng)的屬性構(gòu)成分析可發(fā)現(xiàn)，其集成多種功能結(jié)構(gòu)板包括分布式能源、儲能系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換設備以及負荷[1]，是一種綜合程度較高的電力系統(tǒng)。在一定地理區(qū)域范圍內(nèi)進行小規(guī)模發(fā)電，可以減少上層電網(wǎng)在電力傳輸過程中產(chǎn)生的損失[2]，對于保持不間斷電力供應也具有重要保障作用[3]。結(jié)合微電網(wǎng)屬性構(gòu)成，在儲能、光伏、風電等可調(diào)度能源接入的條件下[4]，結(jié)合用戶側(cè)負荷行為習慣對其機型綜合控制就成為極為必要的管理內(nèi)容。因此，源網(wǎng)荷儲一體化成為能源發(fā)展的主要路徑[5]。在發(fā)展過程中，其核心目標是打造以“綠色供能+綠色用能”為引擎驅(qū)動綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的集成創(chuàng)新體系。對此，文獻[6]以新型電力系統(tǒng)為導向，提出一種源網(wǎng)荷儲一體化電力平衡控制方法，在一定程度上提高電力系統(tǒng)輸出與負荷之間的平衡關系，但是精度存在優(yōu)化空間；文獻[7]從園區(qū)電能規(guī)劃設計角度出發(fā)，提出一種源-網(wǎng)-荷-儲一體化管理方案，一定程度上降低電力系統(tǒng)的無功輸出，但該方法靈敏程度相對偏低。

基于上述，本研究提出源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計研究，通過對比測試分析驗證設計系統(tǒng)的應用性能。

1 硬件設計

在對源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的硬件進行設計時，本研究主要對核心板進行研究?？紤]到對于源網(wǎng)荷儲數(shù)據(jù)信息而言，其自身具有規(guī)模較大，種類較多，且更新較快的特點，在進行協(xié)調(diào)控制時，對于控制的效率和效果要求也相對較高[8]。為此，本研究將XCZU3EG-1SFVC784 作為設計源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的核心板硬件裝置。在結(jié)構(gòu)配置上，XCZU3EG-1SFVC784 是業(yè)界最小尺寸的ZynqUltra－Scale 核心板，因此在應用階段不受客觀條件的局限。其中XCZU3EG-1SFVC784 核心板搭載了基于XILINXMPSoC 全可編程處理器，4 核Cortex-A53（Upto1.5 GHz）+FPGA+GPU+VideoCodec(僅EV 系列)，因此功能空前強大，能夠滿足多元源網(wǎng)荷儲數(shù)據(jù)的處理需求。同時板載4GB DDR4 SDRAM（64 bit，2 400 MHZ)及豐富的存儲資源，從容應對源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)調(diào)控制下的復雜運算需求。除此之外，XCZU3EG-1SFVC784 板載千兆以太網(wǎng)PHY 和USB PHY，輕松實現(xiàn)高速互聯(lián)，確?？刂频臅r效性。

在通信方面，XCZU3EG-1SFVC784 核心板的信號接口配置情況見表1。

表1 XCZU3EG-1SFVC784 核心板信號接口設置

結(jié)合表1 可以看出，XCZU3EG-1SFVC784 核心板運用了極致的選料與工藝標準，在Samtec 28+Gbps高速高可靠性BTB 連接器和松下M6 板材&12 層盲埋孔工藝的支持下，能夠滿足不同環(huán)境下多元信號的實時交互需求。

對XCZU3EG-1SFVC784 核心板中ARM 和FPGA 的板載資源配置情況進行分析，具體見表2。

結(jié)合表2 可以看出，XCZU3EG-1SFVC784 還板載了4 個編程運行狀態(tài)LED 燈，確保在實際運行階段清晰易用，除此之外，本研究選擇的核心板在供電設計階段以Intel 電源模塊為基礎，實現(xiàn)了集成化的供電設計，具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。并且結(jié)合實際的應用環(huán)境，有主/被動兩種散熱模式設計可供選擇。最大限度滿足源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行需求。

2 軟件設計

2.1 電力系統(tǒng)負荷預測

在對電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲進行協(xié)同控制時，保障實際輸出與負荷實現(xiàn)最大限度的擬合是根本目標，為此，本研究首先對電力系統(tǒng)的負荷情況進行預測，具體的實現(xiàn)方式見圖1。

結(jié)合圖1 所示的電力系統(tǒng)負荷預測流程，本研究引入了VMD-LSTM -CNN 機制，對于特征參數(shù)的選擇，結(jié)合影響電力負荷數(shù)據(jù)，將氣象、歷史負荷、以及時間作為具體的指標參數(shù)，采用變分模態(tài)分解的方式對電力負荷以及溫度、濕度等氣象數(shù)據(jù)進行處理后，將與原電力負荷數(shù)據(jù)相關性最高的分量作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入數(shù)據(jù)。結(jié)合模態(tài)分解結(jié)果，構(gòu)建多維特征時間序列，其可以表示為

式中：L 表示負荷數(shù)據(jù)預測結(jié)果；l 表示當前時刻的真實負荷數(shù)據(jù)；xmn表示時間序列的特征參數(shù)，對應的維度為m×n。

在此基礎上，利用LSTM-CNN 神經(jīng)網(wǎng)絡對多維特征時間序列數(shù)據(jù)集進行訓練分析，將滿足誤差要求的結(jié)果作為最終的電力系統(tǒng)負荷預測結(jié)果。

2.2 源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)調(diào)控制

在上述基礎上，對于源網(wǎng)荷儲的一體化多元協(xié)調(diào)控制方式可以表示為

按照上述所示的方式，結(jié)合實際負荷與電力系統(tǒng)輸出功率之間的關系，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲的一體化多元協(xié)調(diào)控制。

3 系統(tǒng)測試

3.1 測試環(huán)境設置

在測試過程中，本研究以某實際的源網(wǎng)荷儲電力系統(tǒng)為基礎開展了對比測試。其中，測試電力系統(tǒng)在一天中的實際負荷數(shù)據(jù)變化情況見圖2。

圖2 測試電力系統(tǒng)單日負荷曲線

結(jié)合圖2 所示的信息可以看出，在測試電力系統(tǒng)中，單日負荷峰值出現(xiàn)在18 h～20 h 時間段，次峰值出現(xiàn)在7 h～8 h 時間段；單日負荷谷值出現(xiàn)在14 h～16 h 時間段，次谷值出現(xiàn)在23 h～次日4 h 時間段。在此基礎上，對測試電力系統(tǒng)的能源構(gòu)成情況進行分析，其中，對應的電源類型為分布式電源，并通過統(tǒng)一管理的方式實現(xiàn)對清潔新能源和其他可控分布式電源的協(xié)同管理。在清潔新能源發(fā)電中，風力發(fā)電的出力區(qū)間為700.0 kW～1 500 kW，光伏發(fā)電的出力區(qū)間為0.0 kW～2 000 kW。最后，對測試電力系統(tǒng)的儲能配置情況進行分析，其共包含3 個儲能裝置，對應的滿額電量均為250.0 kW，允許剩余電量最小值為12.0%，最大充電和放電功率均為500.0 kW/h。

在此基礎上，分別采用本研究設計的源網(wǎng)荷儲一體化控制系統(tǒng)，以及文獻[6]和文獻[7]提出的源網(wǎng)荷儲控制系統(tǒng)在上述環(huán)境下開展對比測試，分析不同系統(tǒng)控制下，測試電力系統(tǒng)的無功輸出情況。

3.2 測試結(jié)果與分析

結(jié)合3.1 部分設置的測試環(huán)境，不同系統(tǒng)作用下，電力系統(tǒng)的無功輸出情況見表3。

表3 不同系統(tǒng)控制下無功輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計

結(jié)合表3 所示的數(shù)據(jù)信息對三種不同源網(wǎng)荷儲控制系統(tǒng)的測試結(jié)果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著電網(wǎng)實際負荷參數(shù)的變化，對應的無功輸出也表現(xiàn)出了不同的變化趨勢。對比文獻[6]、文獻[7]控制系統(tǒng)，本研究設計系統(tǒng)的測試結(jié)果中，電網(wǎng)的無功輸出不僅隨著實際負荷參數(shù)的增加呈現(xiàn)出了穩(wěn)定的下降趨勢，且整體水平始終較低，當電網(wǎng)實際負荷為6 000 kW 時，無功輸出為556.20 kW，當電網(wǎng)實際負荷為12 000 kW時，無功輸出僅為53.79 kW，系統(tǒng)性能最佳。

結(jié)束語

為了能夠最大限度降低電力系統(tǒng)的無功輸出，對源網(wǎng)荷儲進行綜合控制是十分必要的。本研究提出源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)同控制系統(tǒng)設計研究，結(jié)合電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲數(shù)據(jù)自身的屬性特征，設計了具有強大處理能力的硬件裝置作為系統(tǒng)穩(wěn)定運行的支撐，并歸納結(jié)合源網(wǎng)荷儲具體參數(shù)之間的關系，實現(xiàn)對其的控制管理，切實實現(xiàn)了降低電力系統(tǒng)無功輸出的目的。借助本研究設計的源網(wǎng)荷儲一體化多元協(xié)同控制系統(tǒng)，希望能夠為實際的電力系統(tǒng)管理調(diào)度提供有價值的參考，最大限度提高電能資源的有效利用率。