分布式光伏并網發電監控系統、能耗管理方法、光伏并網發電監控設備的制作方法

分布式光伏并網發電監控系統、能耗管理方法、光伏并網發電監控設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種分布式光伏并網發電監控系統，它是由依次通訊耦合的設備層、傳感器層、通訊層和系統控制層組成，其中所述設備層包括了安裝于家庭室內的用戶用能設備和與之連接的分布式光伏能源發電裝置，所述傳感器層被設置成網關和交互終端，用于連接用戶用能設備和分布式光伏能源發電裝置且對用戶能耗進行計量和供能/用能控制，所述通訊層被設置成連接所述傳感器層與系統控制層之間的局域網絡，所述網關是設置為插座或電測量裝置，所述系統控制層是設置為光伏并網發電監控系統和用能信息采集系統。本發明可實現對各并網點并網電量的監控，實現家庭合理用電，降低用電成本。本發明還公開了一種能耗管理方法及光伏并網發電監控設備。
【專利說明】分布式光伏并網發電監控系統、能耗管理方法、光伏并網發 電監控設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種家庭用能優化系統，尤其是涉及一種家庭分布式能源環境下的家 庭用能優化系統及其方法。

【背景技術】
[0002] 家庭分布式能源接入電網在我國目前處于試點推廣階段，作為一種電源接入電 網，國際國內有不少相關標準出臺。家庭光伏并網發電監控系統在國內外也有不少實踐，目 前僅限于局域網，和電力公司無互聯，且缺少能源優化這塊內容。我國目前出臺的鼓勵利用 太陽能的政策，主要是針對地面電站、公用建筑、工礦商業企業，家用光伏發電裝置的并網、 與電網交換電量、上網電價和結算方式等政策都不明確。家用光伏發電系統與公用建筑、工 礦商業企業相比，存在發用時間差問題，就必然會有向電網倒送問題，隨著家庭分布式能源 的推廣與普及，國家與電網公司必將推行電價的動態浮動，在這種情況下，家庭如何合理用 電，做到用電成本最小，是個值得研究的課題。
[0003] 近年來，國家低碳能源政策大力發展新能源產業。并網點由于分布范圍較廣，且不 少通過低壓并網，現有的調度自動化系統無法對其進行監控，因此存在管理困難的問題。而 數據庫不僅需要收錄調度自動化的數據，還需要收錄電能量、用電采集系統的數據，因此可 以通過調用該數據庫內相應數據，通過組態工具加以處理，開發一套基于實時數據庫的新 能源并網發電監控系統，從而實現對各并網點并網電量的監控。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題就是開發一套基于實時數據庫的新能源并網發電監 控系統，從而實現對各并網點并網電量的監控。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：
[0006] 技術方案1 :分布式光伏并網發電監控系統，其中它是由依次通訊耦合的設備層、 傳感器層、通訊層和系統控制層組成，其中所述設備層包括了安裝于家庭室內的用戶用能 設備和與之連接的分布式光伏發電裝置，傳感器層被設置成網關和交互終端，用于連接用 戶用能設備和分布式能源發電裝置且對用戶能耗進行計量和供能/用能控制，所述通訊層 被設置成連接所述傳感器層與系統控制層之間的局域網絡，所述網關是設置為插座或電測 量裝置，所述系統控制層是設置為光伏并網發電監控系統和用能信息采集系統。
[0007] 在一個實施例中，所述插座包括：插口，用于為用戶用能設備提供電力源；取電 端，連接電網交流供電線以獲取電力；供能采樣部，接設于所述插口與取電端之間，用于對 供能信號進行采樣并轉換為可計算信號；I/O接口部，連接所述供能采樣部，并進一步連接 一個設置于所述插座內部的信號處理部和網絡適配器，其中所述網絡適配器用于通過天線 裝置連接通訊層。
[0008] 在一個實施例中，所述插口包括電源插口和網絡插口。
[0009] 在一個實施例中，所述網絡適配器包括：連接所述網絡插口的以太網開關，它進一 步連接所述I/O接口部；連接所述以太網開關的PLC媒體存取控制部，用于根據每一個網絡 接口接入的用戶用能設備的接口信息將此用戶設備分別進行定址和數據存取；與所述PLC 媒體存取控制部耦合連接的一個模擬前端，它具有一個降壓部以連接所述的取電端，且所 述信號處理部通過I/O接口部連接所述以太網開關。
[0010] 在一個實施例中，設計所述系統控制層以進行以下光伏并網發電監控操作：1)采 集各個采集點的當前用能數據；2)根據天氣參數和運行信息通過模糊算法預測出用能曲 線；3)耦合電價參數和運行約束條件；4)計算最小繳費目標最優化解決方案；5)根據此最 優化解決方案進行控制和反饋。
[0011] 在一個實施例中，所述最優化解決方案包括了以下步驟：
[0012] 1)通過家庭光伏并網發電監控或者智能家居等系統，獲取家庭中各類電器的用電 負荷數據，獲取天氣數據，并對數據進行存儲，完成數據準備；
[0013] 2)利用已知歷史用電數據、歷史天氣數據，尋找出因變量和自變量之間的相關關 系，建立數學模型，求出模型參數然后利用殘差、相對誤差或者絕對誤差等對模型進行檢 驗，當模型檢驗通過時，可以利用該模型結合當前的數據和天氣預測次日發電負荷曲線；
[0014] 3)通過電網公司發布的實時電價信息，獲取預測日的各時段電價，形成電價分段 函數；
[0015] 4)在并網運行狀態下，家庭分布式能源與電網能源的交換，需要滿足線路容量的 限制；
[0016] 5)根據家庭各電器的使用特性，歸納出非可時移用電設備，并根據其歷史負荷等 因變量數據預測其用電負荷，即非可時移負荷；
[0017] 6)啟動可時移負荷調整計劃分析，計算最小用電費用的情況下各可時移電器的負 荷控制方案；
[0018] 7)根據計算所得的控制方案，即所有可時移用電設備的在各時間階段的運行狀 態，對家用電器進行用電調整。
[0019] 技術方案2:電測量裝置，它設置于所述的設備層和傳感器層中，包括了：電源部， 通過向220V市電進行取電穩壓后獲得直流電源供電測量裝置工作；
[0020] 信號采集部，對市電電壓和電流進行采集以獲取可計算信號；
[0021] 計量部，連接所述信號采集部以對電壓和電流信號進行雙向計量計算；以及
[0022] 主信號處理部，連接所述計量部以對計量數據進行處理；其進一步包括：
[0023] 協信號處理部，通過所述信號采集部采集市電電壓和電流信號并進行快速FFT變 換計算和分析，以作為所述計量部和主信號處理部的擴展大運算量單元；
[0024] 數據顯示部，包括連接所述主處理器的段式液晶顯示部以及連接所述協信號處理 部的點陣液晶顯示部，以分別為其等顯示相應的數據信息；其中
[0025] 所述主信號處理部和協信號處理部分別連接至一個數據存儲部以根據內部時鐘 信號實時存取數據，所述電源部分別接入計量部、主信號處理部和協信號處理部并為之提 供工作電壓支持。
[0026] 在一個實施例中，設計所述協信號處理部以進行步驟：1)讀取數據存儲部中存儲 的自定義計量參數的評分標準；2)讀取實時采集的電能量數據；3)對電能量數據質量計量 參數進行對比和評判；4)當外部逆變器送入電網的質量不滿足并網條件且達到報警閥值 時，向所述點陣液晶顯示部輸出報警信號；5)當電網的質量不滿足并網條件且達到切斷閥 值時，向所述主信號處理部發出切斷命名；6)控制所述主信號處理部接收切斷命名后斷開 逆變器輸出，停止向電網逆變供電。
[0027] 通過對本系統的應用，體現出投入與產出的經濟實用，并能做到充分利用和融合， 實現了對分布式光伏發電在內的新能源監視與分析，其次該系統的使用也擺脫了對分布式 光伏發電監視系統建設投資大、實施難的問題，符合當前的形勢，填補全國對分布式光伏發 電監視系統的一項空白，有利于提升電壓合格率和負荷預測正確率。
[0028] 該系統將新能源進行分類，再把各類新能源并網點匯總在一張界面上，使界面能 反映各點的累計、當月、昨日電量，同時能夠查詢指定時間段的發電量。
[0029] 技術方案3 :分布式光伏并網發電監控系統的能耗管理方法，基于權利要求1所述 的分布式光伏并網發電監控系統加以實現，包括步驟：1)從一個分布式光伏能源發電裝置 接收脈沖信號，其中此信號是根據網關或交互終端所發射的信號來生成的；2)基于通訊層 以不同的脈沖率發送數據信息；其中所述脈沖率是基于所接收的脈沖信號的脈沖率、每一 脈沖下的能耗數據產生的；3)將數據信息加以存儲。
[0030] 在一個實施例中，所述能耗包括用戶耗用的電能、水能及熱能。
[0031] 在一個實施例中，所述脈沖信號為光脈沖。
[0032] 在一個實施例中，進一步包括對存儲的數據信息進行提取和計算，生成輔助數據 并加以存儲，并且響應于所述系統控制層。
[0033] 技術方案4:光伏并網發電監控設備，被設置于所述的分布式光伏并網發電監控 系統的系統控制層中，包括：計算機可讀存儲介質，具有內嵌的計算機可讀程序代碼，包括 了：可讀媒介，設計用于從一個分布式光伏能源發電裝置接收脈沖信號，其中此信號是根據 網關或交互終端所發射的信號來生成的；只讀媒介，設計用于基于通訊層以不同的脈沖率 發送數據信息；其中所述脈沖率是基于所接收的脈沖信號的脈沖率、每一脈沖下的能耗數 據產生的；以及存儲媒介，將數據信息加以存儲。
[0034] 在一個實施例中進一步包括：可讀媒體，設計用于對存儲的數據信息進行提取和 計算，生成輔助數據并加以存儲，并且響應于所述系統控制層。
[0035] 本發明可實現對各并網點并網電量的監控，實現家庭合理用電，降低用電成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1示意性地繪示出本發明分布式光伏并網發電監控系統架構示意圖；
[0037] 圖2A為插座的示意圖；
[0038] 圖2B為網絡適配器示意圖；
[0039] 圖3為分布式光伏并網發電監控系統用電測量裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0040] 參照圖1所示的分布式光伏并網發電監控系統架構示意圖，它是由依次通訊耦合 的設備層100、傳感器層200、通訊層300和系統控制層400組成，其中設備層100較佳地包 括了安裝于一個用戶家庭室內的用戶用能設備10和與之連接的分布式光伏發電裝置11， 所述傳感器層200被設置成網關和交互終端，用于連接用戶用能設備10和分布式能源發電 裝置11且對用戶能耗進行計量和供能/用能控制，所述通訊層300被設置成連接所述傳感 器層200與系統控制層400之間的WLAN或GPRS局域網絡，網關被設置為插座20或電測量 裝置，系統控制層400是設置為光伏并網發電監控系統和用能信息采集系統40。
[0041] 參照圖2A和2B，插座20包括：插口 21，用于為用戶用能設備提供電力源；取電端 201，連接電網220V交流供電線以獲取電力；供能采樣部204,接設于所述插口 21與取電端 201之間，用于對供能信號進行采樣并轉換為可計算信號；I/O接口部208,連接所述供能采 樣部204,并進一步連接一個設置于所述插座20內部的信號處理部205和網絡適配器206， 其中網絡適配器206用于通過天線裝置207連接通訊層300。
[0042] 在一個實施例中，所述插口 21包括電源插口 203和網絡插口 204。
[0043] 在圖2B中，網絡適配器206較佳地包括：連接所述網絡插口 202的以太網開關 216,它進一步連接所述I/O接口部208 ;連接所述以太網開關216的PLC媒體存取控制部 226,用于根據每一個網絡插口接入的用戶用能設備的接口信息將此用戶設備分別進行定 址和數據存取；與所述PLC媒體存取控制部226耦合連接的一個模擬前端236,它具有一個 降壓部以連接所述的取電端201，且所述信號處理部205通過I/O接口部208連接所述以太 網開關216。同時，進一步設置在電力線與電源插口 203之間一個開關209,用于直接控制 插口 21的通斷。
[0044] 在一個實施例中，設計所述系統控制層400以進行以下光伏并網發電監控操作： 1)采集各個采集點的當前用能數據；2)根據天氣參數和運行信息通過模糊算法預測出用 能曲線；3)耦合電價參數和運行約束條件；4)計算最小繳費目標最優化解決方案；5)根據 此最優化解決方案進行控制和反饋。
[0045] 參照圖3,電測量裝置設置于所述的設備層100和傳感器層200中，包括了 ：電源 部301，通過向220V市電進行取電穩壓后獲得直流電源供電測量裝置工作；信號采集部 302,對市電電壓和電流進行采集以獲取可計算信號；
[0046] 計量部303,連接所述信號采集部以對電壓和電流信號進行雙向計量計算；以及 主信號處理部304,連接所述計量部303以對計量數據進行處理；其進一步包括：協信號處 理部305，通過所述信號采集部302采集市電電壓和電流信號并進行快速FFT變換計算和分 析，以作為所述計量部303和主信號處理部304的擴展大運算量單元；
[0047] 數據顯示部，包括連接所述主處理器的段式液晶顯示部306以及連接所述協信號 處理部的點陣液晶顯示部307,以分別為其等顯示相應的數據信息；其中
[0048] 所述主信號處理部304和協信號處理部305分別連接至一個數據存儲部308以根 據內部時鐘信號實時存取數據，所述電源部301分別接入計量部303、主信號處理部304和 協信號處理部305并為之提供工作電壓支持。
[0049] 在一個實施例中，設計所述協信號處理部304以進行步驟：1)讀取數據存儲部中 存儲的自定義計量參數的評分標準；2)讀取實時采集的電能量數據；3)對電能量數據質量 計量參數進行對比和評判；4)當外部逆變器送入電網的質量不滿足并網條件且達到報警 閥值時，向所述點陣液晶顯示部輸出報警信號；5)當電網的質量不滿足并網條件且達到切 斷閥值時，向所述主信號處理部發出切斷命名；6)控制所述主信號處理部接收切斷命名后 斷開逆變器輸出，停止向電網逆變供電。
【權利要求】
1. 分布式光伏并網發電監控系統，其特征在于：它是由依次通訊耦合的設備層、傳感 器層、通訊層和系統控制層組成，其中所述設備層包括了安裝于家庭室內的用戶用能設備 和與之連接的分布式光伏能源發電裝置，所述傳感器層被設置成網關和交互終端，用于連 接用戶用能設備和分布式光伏能源發電裝置且對用戶能耗進行計量和供能/用能控制，所 述通訊層被設置成連接所述傳感器層與系統控制層之間的局域網絡，所述網關是設置為插 座或電測量裝置，所述系統控制層是設置為光伏并網發電監控系統和用能信息采集系統。
2. 根據權利要求1所述的分布式光伏并網發電監控系統，其特征在于所述插座包括： 插口，用于為用戶用能設備提供電力源；取電端，連接電網交流供電線以獲取電力；供能采 樣部，接設于所述插口與取電端之間，用于對供能信號進行采樣并轉換為可計算信號；I/O 接口部，連接所述供能采樣部，并進一步連接一個設置于所述插座內部的信號處理部和網 絡適配器，其中所述網絡適配器用于通過天線裝置連接通訊層。
3. 根據權利要求2所述的分布式光伏并網發電監控系統，其特征在于：所述插口包括 電源插口和網絡插口。
4. 根據權利要求2或3所述的分布式光伏并網發電監控系統，其特征在于所述網絡適 配器包括：連接所述網絡插口的以太網開關，它進一步連接所述I/O接口部；連接所述以太 網開關的PLC媒體存取控制部，用于根據每一個網絡接口接入的用戶用能設備的接口信息 將此用戶設備分別進行定址和數據存取；與所述PLC媒體存取控制部耦合連接的一個模擬 前端，它具有一個降壓部以連接所述的取電端，且所述信號處理部通過I/O接口部連接所 述以太網開關。
5. 根據權利要求1所述的分布式光伏并網發電監控系統，其特征在于設計所述系統控 制層以進行以下光伏并網發電監控操作：1)采集各個采集點的當前用能數據；2)根據天氣 參數和運行信息通過模糊算法預測出用能曲線；3)耦合電價參數和運行約束條件；4)計算 最小繳費目標最優化解決方案；5)根據此最優化解決方案進行控制和反饋。
6. 分布式光伏并網發電監控系統的能耗管理方法，基于權利要求1所述的分布式光伏 并網發電監控系統加以實現，其特征在于包括步驟：1)從一個分布式光伏能源發電裝置接 收脈沖信號，其中此信號是根據網關或交互終端所發射的信號來生成的；2)基于通訊層以 不同的脈沖率發送數據信息；其中所述脈沖率是基于所接收的脈沖信號的脈沖率、每一脈 沖下的能耗數據產生的；3)將數據信息加以存儲。
7. 根據權利要求6所述的能耗管理方法，其特征在于：所述能耗包括用戶耗用的電能、 水能及熱能。
8. 根據權利要求6所述的能耗管理方法，其特征在于進一步包括：對存儲的數據信息 進行提取和計算，生成輔助數據并加以存儲，并且響應于所述系統控制層。
9. 光伏并網發電監控設備，被設置于權利要求1所述的分布式光伏并網發電監控系 統的系統控制層中，其特征在于包括：計算機可讀存儲介質，具有內嵌的計算機可讀程序代 碼，包括了：可讀媒介，設計用于從一個分布式光伏能源發電裝置接收脈沖信號，其中此信 號是根據網關或交互終端所發射的信號來生成的；只讀媒介，設計用于基于通訊層以不同 的脈沖率發送數據信息；其中所述脈沖率是基于所接收的脈沖信號的脈沖率、每一脈沖下 的能耗數據產生的；以及存儲媒介，將數據信息加以存儲。
10. 根據權利要求9所述的光伏并網發電監控設備，其特征在于進一步包括：可讀媒 體，設計用于對存儲的數據信息進行提取和計算，生成輔助數據并加以存儲，并且響應于所 述系統控制層。
【文檔編號】G05B19/418GK104155932SQ201410328346
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】李也白 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司湖州供電公司, 國網浙江長興縣供電公司