一種應用于多能互補系統的能量管理裝置的制作方法

本發明涉及一種能量管理裝置。

背景技術：

隨著能源危機及環境污染、氣候變化等問題日益突出，以風力發電、太陽能發電為代表的新能源發電技術因其清潔和可持續性，受到了廣泛關注。但新能源電力系統具有隨機性，單一發電系統很不穩定，造成大電網難以消融，出現大量棄風棄光現象，如果加儲能調節，成本又過高。實際應用中，風力發電和太陽能發電有著很強的互補性，采用多能互補系統，與單獨的能源系統相比，穩定性得到了很大的改善，并且也減少了儲能設備的容量，對于用戶使用互補的能源系統可以很好的滿足他們的用電需求，而且極具環保性與經濟性，將是滿足經濟社會發展、環境保護需求的首選。

能量管理系統是多能互補系統的核心技術，采用有效的能量管理策略，能夠利用不同類型能源的各自優點，與大電網配合實現“削峰填谷”的作用，降低系統電壓和頻率的波動，提高電能質量。

但現有的能量管理系統多強調于控制策略本身，對系統的硬件實現過程并無具體說明，既不能直接應用于多能互補系統的現場，且多適用于特別的系統，如風光儲系統，光儲微網系統，光柴儲微網系統等，不具備廣泛適用性。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服了現有技術缺乏廣泛適用性、缺乏硬件結構的缺點，提供一種可直接用于多能互補系統的能量管理裝置。本發明根據現場的分布式電源種類，功率大小，調整控制策略相關閾值后，即可直接應用于多能互補系統現場。本發明通過各通信設備采集多能互補系統現場的電力信息、氣象信息及調度信息，制定控制策略，實現多能互補系統優化控制，提高電能質量。

為實現上述目的，本發明應用于多能互補系統的能量管理裝置包括服務器、顯示器、以太網交換機、串口服務器、485集線器和微網控制器。所述的微網控制器連接開關設備；所述的485集線器連接同類485信號設備；所述的串口服務器分別連接微網控制器、485集線器及485信號設備；所述的以太網交換機分別連接以太網信號設備及串口服務器；所述的服務器連接以太網交換機；所述的顯示器連接服務器。

所述的服務器裝有7個模塊：數據采集模塊、調度模塊、預測模塊、管理模塊、控制模塊、分析模塊和顯示模塊，以及實時數據庫和歷史數據庫。數據采集模塊采集現場氣象信息、電力信息及設備狀態；調度模塊采集區域上一級管理系統調度信息；本發明能量管理裝置首先將現場數據及調度數據存入實時數據庫，再通過數據轉發，存儲至歷史數據庫；分析模塊通過分析現場實時信息及歷史信息，形成節能策略及分析結果，如數據、曲線、圖表、報表等；顯示模塊將數據分析結果具象化呈現，實現人機交互；預測模塊通過光伏發電預測及負荷預測制定發電計劃；管理模塊綜合調度指令、發電計劃及節能策略，形成最終的控制策略；控制模塊對控制策略統一梳理后，形成控制指令，下發給光伏逆變器、風電變流器、燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池逆變器、儲能變流器、生物發電系統及微網控制器，最終實現多能互補系統的能量管理；

顯示器，用于人機交互，顯示多能互補系統信息；

以太網交換機，用于將以太網信號數據統一上傳至服務器，實現現場信號采集；

串口服務器，用于將485信號轉換為以太網信號上傳至以太網交換機；

485集線器，用于對多能互補系統現場的同類485信號設備的集中采集信號；

微網控制器，用于采集及控制多能互補系統的各分布式電源支路保護開關的開關量狀態，實現多能互補系統保護功能；

所述的多能互補系統包括多種分布式電源，分別為：光伏陣列、風電機組、儲能系統、燃氣輪機、柴油機、燃料電池、生物質發電；

所述的分布式電源支路為各分布式電源的電氣連接回路。

所述的開關設備包括各分布式電源支路的接觸器及多能互補系統并網點接觸器；所述的485集線器連接同類485信號設備；所述的同類485信號設備主要指電表，這類設備的接口波特率、數據位、停止位相同，協議內容相同，可以級聯，采用485集線器不容易出問題；所述的串口服務器連接微網控制器、485集線器及485信號設備；所述的485信號設備包括蓄電池BMS、諧波監測儀、光伏逆變器、風電變流器、燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池逆變器、生物發電系統，以及關鍵負荷；所述的以太網交換機連接以太網信號設備及串口服務器；所述的以太網信號設備包括氣象站、儲能變流器、GPS時鐘、調度中心；所述的服務器連接以太網交換機；所述的顯示器連接服務器。

本發明能量管理裝置通過所述的以太網交換機、串口服務器、485集線器、微網控制器實現服務器與多能互補系統現場數字信號、485信號及以太網信號的關聯。服務器中的數據采集模塊采集現場氣象信息、電力信息及設備狀態；調度模塊采集區域上一級管理系統調度信息；數據采集模塊、調度模塊與實時數據庫連接，將采集的現場氣象信息、電力信息、設備狀態及區域上一級管理系統調度信息傳送至實時數據庫。實時數據庫與歷史數據庫連接，通過數據轉發，將實時采集信息存入歷史數據庫。預測模塊與實時數據庫、歷史數據庫連接，預測模塊根據歷史氣象數據、預測氣象數據、歷史發電數據、歷史用電數據實現負荷預測及發電預測，進而制定發電計劃。分析模塊與實時數據庫及歷史數據庫連接，通過分析現場實時信息及歷史信息，形成節能策略及分析結果。顯示模塊與分析模塊連接，對分析結果具象化呈現，實現人機交互。管理模塊與實時數據庫、預測模塊、分析模塊連接，根據實時數據庫中的調度指令，預測模塊形成的發電計劃，分析模塊形成的節能策略，并結合潮流穩定技術、并離網自動切換技術、經濟運行控制技術，形成控制策略；控制模塊與管理模塊連接，對控制策略統一梳理后，形成控制指令，下發給光伏逆變器、風電變流器、燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池逆變器、儲能變流器、生物發電系統及微網控制器。通過以上模塊的協調運行，最終實現多能互補系統的能量管理。

在實際應用中，本發明的能量管理裝置可根據實際多能互補系統中所含有的能源種類及功率大小，對服務器中各模塊內容篩選，調整管理模塊中的相關閾值，調整各通信裝置接口配置，即可廣泛應用于各種多能互補系統，并通過經濟運行控制技術使多能互補系統經濟運行，通過并離網自動切換技術提高多能互補系統的可靠性，通過潮流穩定控制技術多能互補系統其友好運行。

附圖說明

圖1為本發明的能量管理裝置結構圖；

圖2為本發明的能量管理裝置硬件接線圖；

圖3為本發明的能量管理裝置控制策略原理圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。

如圖1所示，本發明的能量管理裝置包括服務器、顯示器、以太網交換機、串口服務器、485集線器和微網控制器。所述的微網控制器連接現場開關設備；所述的485集線器連接同類485信號設備；所述的串口服務器分別連接微網控制器、485集線器及485信號設備；所述的以太網交換機分別連接以太網信號設備及串口服務器；所述的服務器連接以太網交換機；所述的顯示器連接服務器。

其中服務器裝有7個模塊：數據采集模塊、調度模塊、預測模塊、管理模塊、控制模塊、分析模塊和顯示模塊，以及實時數據庫和歷史數據庫。數據采集模塊采集現場氣象信息、電力信息及設備狀態；調度模塊采集區域上一級管理系統調度信息；能量管理裝置首先將現場數據及調度數據存入實時數據庫，再通過數據轉發，存儲至歷史數據庫；分析模塊通過分析現場實時信息及歷史信息，形成節能策略及分析結果，如數據、曲線、圖表、報表等；顯示模塊將數據分析結果具象化呈現，實現人機交互；預測模塊通過光伏發電預測及負荷預測制定發電計劃；管理模塊綜合調度指令、發電計劃及節能策略，形成最終的控制策略；控制模塊對控制策略統一梳理后，形成控制指令，下發給光伏逆變器、風電變流器、燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池逆變器、儲能變流器、生物發電系統及微網控制器，最終實現多能互補系統的能量管理。

顯示器，用于人機交互，對多能互補系統信息呈現；

以太網交換機，用于將以太網信號數據統一上傳至服務器，實現現場信號采集；

串口服務器，用于將485信號轉換為以太網信號上傳至以太網交換機；

485集線器，用于對現場同類485信號設備集中采集信號；

微網控制器，用于采集及控制多能互補系統多種分布式電源支路的保護開關的開關量狀態，實現多能互補系統保護功能；

微網控制器連接現場開關設備；485集線器連接同類485信號設備；串口服務器連接微網控制器、485集線器及485信號設備；以太網交換機連接以太網信號設備及串口服務器；服務器連接以太網交換機；顯示器連接服務器。

多能互補系統包括多種分布式電源，分別為：光伏陣列、風電機組、儲能系統、燃氣輪機、柴油機、燃料電池、生物質發電。

所述的分布式電源支路表示各分布式電源的電氣連接回路。

所述的開關設備包括各分布式電源支路的接觸器及多能互補系統并網點接觸器。

如圖2所示，微網控制器采集各分布式電源支路的開關狀態及多能互補系統并網點開關狀態，485集線器主要采集各分布式電源支路的電表信息，串口服務器采集蓄電池BMS、諧波監測儀、光伏逆變器、風電變流器、燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池逆變器、生物質發電系統、關鍵負荷、485集線器及微網控制器信息。以太網交換機采集氣象站、儲能變流器、GPS時鐘、調度中心及串口服務器信息。

如圖3所示，本發明服務器中裝有數據采集模塊、調度模塊、預測模塊、管理模塊、控制模塊、分析模塊和顯示模塊，以及實時數據庫和歷史數據庫。

數據采集模塊、調度模塊與實時數據庫連接。數據采集模塊采集現場氣象信息、電力信息及設備狀態，通過設備各自的通信協議MODBUS-RTU、MODBUS-TCP，傳送至實時數據庫。

調度模塊采集區域上一級管理系統調度信息，使多能互補系統可接收上級能量調度，并按照上級要求調整出力，通信可采用IEC-101、104規約。

實時數據庫，直接存儲實時的現場數據及調度數據。實時數據庫與歷史數據庫連接，通過數據轉發，將實時采集信息存入歷史數據庫。

歷史數據庫，將實時數據庫數據按一定時間間隔轉存。

分析模塊與實時數據庫及歷史數據庫連接，通過分析現場實時數據及歷史數據，實現負荷特性分析，用能規律同比分析，即本月用電量與上月用電量對比分析，環比分析，即本年本月用電量與上一年本月用電量對比分析，在分析結果的基礎上根據用戶用電規律形成節能策略，在某一時段內出現異常用電高峰值，能量管理裝置可提示用戶留意。

顯示模塊與分析模塊連接。顯示模塊將現場實時數據與分析模塊的結果具象化呈現，實現人機交互。主要顯示界面包括能源流勢示意圖界面、歷史報表界面、曲線顯示界面、故障列表界面、能效分析界面、用戶管理界面及參數配置界面。能源流勢示意圖界面，包含多能互補系統的關鍵電量信息，如各分布式電源發電量、負荷用電量，電網上行、下行電量，節能減排信息，多能互補系統運行狀態信息，故障信息，點擊示意圖中的各設備的圖片可以查看該設備的所有數據信息，用戶還可查看各分布式電源支路開關狀態，可以進行多能互補系統啟動、停止、模式切換操作。歷史報表界面可對所有設備數據分頁顯示，并可查詢、導出一定時間段內設備數據。曲線顯示界面包含歷史曲線與實時曲線，可以選擇需顯示變量，歷史曲線可設置需查詢的時間段。故障列表界面，以表格形式顯示故障發生時間，故障設備及故障信息。能效分析界面，將分析模塊的結果以報表、餅圖、棒圖顯示。用戶管理界面可以添加刪除用戶，修改當前用戶密碼，查看當前用戶等級。參數配置界面可對多能互補系統保護參數配置，修正設定值。

預測模塊與實時數據庫、歷史數據庫連接，預測模塊根據歷史氣象數據、預測氣象數據、歷史發電數據、歷史用電數據、實時發電實現負荷預測及發電預測，進而制定發電計劃。預測模塊根據歷史氣象數據與天氣預測數據選擇與當天天氣類似的相似日，根據相似日的發電量，按照發電趨勢計算未來的發電量，實現發電預測；根據歷史負荷用電量，查詢歷史同一天的用電量，如預測日為星期三，即查詢歷史前十周星期三的用電情況，按照用電趨勢計算未來的用電量，實現負荷預測。發電預測包含風電、光伏等間歇式發電形式的分布式電源功率預測，短期功率預測能預測次日零時起24小時的輸出功率；超短期功率預測能預測未來15分鐘到4小時的輸出功率。負荷預測包括用電量、最大負荷、最小負荷預測，最大負荷和最小負荷出現的時間區間預測，短期負荷預測可提供周期1天的預測信息，超短期負荷預測提供未來4小時的預測信息。根據發電預測及負荷預測結果，可制定發電計劃。發用電計劃能安排次日零時起24小時的輸出功率，可滾動計劃未來4小時的輸出功率。

管理模塊與實時數據庫、預測模塊、分析模塊連接，根據實時數據庫中的調度指令，預測模塊形成的發電計劃，分析模塊形成的節能策略，并結合多能互補系統自身的潮流穩定技術、并離網自動切換技術、經濟運行控制技術，形成控制策略，控制各分布式電源輸出。

所述的潮流穩定控制技術即通過調整各分布式電源出力，實現多能互補系統恒功率上網或平滑功率上網，進而實現多能互補系統各節點電壓穩定。并離網自動切換技術即在多能互補系統并網運行時，當能量管理裝置檢測到電網失壓或故障后，并網點自動跳開接觸器使多能互補系統與配電網電氣隔離；離網運行時，能量管理裝置實時檢測配電網恢復供電情況，如果恢復供電則多能互補系統自動同步并網。經濟運行控制技術即在分析各分布式電源燃料消耗成本、運行管理成本、發電折舊成本、環境成本的基礎上，編制規定周期內各發電單元和用電單元的工作點，達到多能互補系統經濟運行目標：如總費用最小、環境效益最優等。

控制模塊與管理模塊連接，對控制策略統一梳理，確定各分布式電源出力情況后，形成控制指令，下發給光伏逆變器、風電變流器、燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池逆變器、儲能變流器、生物發電系統及微網控制器，協調各分布式電源輸出功率。

本發明能量管理裝置通過以太網交換機、串口服務器、485集線器、微網控制器、服務器實現對多能互補系統現場的光伏陣列、風電機組、儲能系統、燃氣輪機、柴油機、燃料電池、生物質發電各分布式電源信息，氣象數據信息，負荷信息及調度信息采集和管理，實現多能互補。

在實際應用中，本發明的能量管理裝置可根據實際多能互補系統中所含有的能源種類及功率大小，對服務器中各模塊內容篩選，調整管理模塊中的相關閾值，調整各通信裝置接口配置，即可廣泛應用于各種多能互補系統，并使其經濟、可靠、友好運行。