CN106972515A - 源端、荷端的电能控制装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种源端、荷端的电能控制装置、方法及系统。其源端的电能控制装置包括：缓存发电端输出的电能的储电模块，第一检测处理模块和转换并网模块；第一检测处理模块按照预定的采样率对发电端输出的、进入储电模块前的电能的电参数采样；确定在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，控制转换并网模块工作；发送第一结构化数据，其中至少包含转换并网模块在延缓时刻向电网输入的电功率信息；第一检测处理模块通过授时进行工作时钟校准；或者，第一检测处理模块和转换并网模块通过授时进行工作时钟校准。本发明实施例使得接收电网的受控变功率负荷与输入电网的不确定波动功率精确同步匹配，即波动一致、输入输出功率相抵消。

Description

源端、荷端的电能控制装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及智能电网、能源互联网控制技术领域，尤其涉及一种源端、荷端的电能控制装置、方法及系统。

背景技术

目前全球正在逐步推广可再生能源的大规模利用(如光伏发电、风力发电等)，但却有相当部分可再生能源被放弃(即弃电)。例如，2014年我国弃风电150亿千瓦时；2015年上半年全国累计光伏发电量190亿千瓦时，但弃电电量约18亿千瓦时。随着风电光伏产业的进一步发展，弃电比例有继续上升的趋势，成为大规模发展可再生能源的重大障碍。

造成弃电的原因分析如下：

(1)可再生能源的输出功率不稳定，属于非稳定电源。

在电网中，各发电侧(源端)的合计输入功率与各用电侧(荷端)的合计输出功率理论上是实时平衡的(所述功率平衡包括有功功率平衡和无功功率平衡)。需要说明的是：由于电磁波的传输速度约为每秒三十万公里而非无限大，空间相隔较大距离上的两处，它们的电参数波动变化自然带有一定的时间延迟(例如相距三千公里的两处，延迟时间可能达到10毫秒)；交流、直流电网都存在电磁传输时间问题，某一处的参数变化需要一定时间才会在远方的另一处显现出来。因此，上述输入输出功率在荷端的实时平衡要考虑功率变动的传输时间差，源端输入功率的波动要经过一段传输时间后才到达一定距离外的荷端输出，因此荷端输出功率对应变化可以适当延迟电磁波经过的这段距离所需的时间，因此实时平衡并非在同一个时间点上的全网输入输出功率完全相等。目前的风电光伏电站基本都是直接并网送出，由于其输出功率的不规律波动性，因此会对电网造成冲击。当非稳定的可再生能源电源在电网中所占比例较低时，其输入功率的不规律波动对电网影响较小，采用传统的调度方式即可接收这部分能量，电力质量不至于下降太多；随着此类非稳定电源接入功率的迅速增加，其在电网中的比例迅速升高，不规律波动的输入功率越来越大，传统调度调节方法无法及时对此作出实时相应，因此为保证电网的电力质量和安全，只能采取控制波动功率输入比例的方法(即在风电光伏可发电高峰期压制输出功率甚至离网的弃电方式)实现电网稳定，大量可再生能源被抛弃，造成巨大经济损失。

2)公共电网系统协调能力有限。

简单地说，电网调度通过调节源端荷端的输入输出功率，实现整个电网的电压及频率稳定，保证输配电的电能质量。如遇到突发事件导致电网严重供电与用电不平衡时，电网通常采取快速切掉负荷的措施进行应对。

传统的电网对荷端的控制权力有限，同时也对荷端需求缺乏预见性。在此情况下，大量的非稳定的可再生能源电源接入电网，而电网要平衡不可预测的荷端，就会面临很大的挑战。所以电网对分布式电源的渗透率及其运行方式做出了严格的规定，如电网曾规定配电线路接入的分布式电源容量不得大于线路最大负荷的10％；不利于分布式电源的大量接入，也无法充分发挥其优化配电网运行方面的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种源端、荷端的电能控制装置、方法及系统，以解决可再生能源被大量弃电的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种源端的电能控制装置，包括：

储电模块，第一检测处理模块和转换并网模块；

所述储电模块缓存发电端输出的电能；

所述第一检测处理模块按照预定的采样率对所述发电端输出的、进入所述储电模块前的电能的电参数进行采样；至少根据各采样时刻的电参数，确定所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻；至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作；发送第一结构化数据，所述第一结构化数据至少包含所述转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的电功率信息；

所述第一检测处理模块通过授时进行工作时钟校准；或者，所述第一检测处理模块和所述转换并网模块通过授时进行工作时钟校准。

一种源端的电能控制方法，在通过授时进行工作时钟校准的条件下，该方法包括：

按照预定的采样率对发电端输出、进入储电模块前的电能的电参数进行采样；

至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻；

至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作；并发送第一结构化数据，所述第一结构化数据至少包含所述转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的电功率信息。

本发明实施例提供的技术方案具备如下有益效果：

储电模块缓存发电端输出的不确定波动电能，将电能延缓一段时间后再输入电网，通过发送的第一结构化数据提前准确预报电能输入电网时的时间功率曲线，以便荷端据此预报信息进行相应控制，有效利用非稳定电能。例如精确调节从电网接收电能的时间功率曲线，使得接收电网的受控变功率负荷与输入电网的不确定波动功率实时同步匹配，即波动一致、输入输出功率相抵消，从而不会对电网造成冲击。因此，采用本发明实施例提供的源端的电能控制装置及方法应用于可再生能源电源的源端，有助于有效利用可再生能源，避免弃电，提高能源利用率，降低经济损失。

一种荷端的电能控制装置，所述荷端的电能控制装置包括：

第二检测处理模块和控制模块；

所述第二检测处理模块接收源端的电能控制装置发送的第一结构化数据或数据处理中心发送的第三结构化数据，根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定荷端的用电模块从所述电网接收的电功率，并根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据的指示确定所述用电模块从所述电网接收的所述电功率的同步时刻；

所述控制模块控制所述用电模块在所述第二检测处理模块确定的同步时刻从所述电网接收确定的电功率；

所述第二检测处理模块通过授时进行工作时钟校准；或者，所述第二检测处理模块和所述控制模块通过授时进行工作时钟校准。

一种荷端的电能控制方法，在通过授时进行工作时钟校准的条件下，该方法包括：

接收源端的电能控制装置发送的第一结构化数据或数据处理中心发送的第三结构化数据，根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定荷端的用电模块从所述电网接收的电功率，并根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定所述用电模块从所述电网接收所述电功率的同步时刻；

控制所述用电模块在所述第二检测处理模块确定的同步时刻从所述电网接收确定的电功率。

所述用电模块接收所述电功率的同步时刻根据基准时间信号和所述源端电能控制装置与所述荷端用电模块之间的电磁传输时间延迟，对所述第一结构化数据或所述第三结构化数据进行修正后确定。

控制所述用电模块在所述第二检测处理模块确定的同步时刻从所述电网接收确定的电功率。

本发明实施例提供的技术方案具备如下有益效果：

根据接收到的结构化数据控制负荷功率变化，按数据指示的功率时间曲线准确从电网接收电能，由于能够提前获知源端即将向电网输入的电功率，从而使得在同步时刻从电网输出的功率与输入的功率精确匹配，即抵消波动，从而不会对电网造成冲击；荷端接收的不规律波动的电能送入荷端的用电模块，消除对电网波动的影响。因此，采用本发明实施例提供的荷端的电能控制装置及方法应用于配置了用电模块的荷端，可以有效利用可再生能源，避免弃电，提高能源利用率，降低经济损失。

一种电能控制系统，包括：

至少一个上述的源端的电能控制装置，和至少一个上述的荷端的电能控制装置；

电网内的各源端的电能控制装置的转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的总电功率，与各荷端的用电模块在所述同步时刻从电网接收的总电功率相同。

本发明实施例提供的技术方案具备如下有益效果：

源端的电能控制装置将电能延缓输入电网，而通过发送的第一结构化数据可以提前预报电能输入电网时的功率时间曲线数据，荷端据此从电网接收电能，使得输出电网的功率与输入电网的功率精确同步匹配，即抵消波动，从而不会对电网造成冲击。因此，采用本发明实施例提供的电能控制系统可以有效利用可再生能源，保持电网稳定，避免弃电，提高能源利用率，降低经济损失。

附图说明

图1为本发明实施例提供的源端的电能控制装置示意图；

图2为本发明实施例提供的源端、荷端的电能延缓输入、输出示意图；

图3为本发明实施例提供的源端的平缓处理示意图；

图4为本发明实施例提供的荷端的电能控制装置示意图。

具体实施方式

发明人在实现本发明的过程中，通过分析电网输配电能的最终去向发现，相当比例的电能被用于加热、制冷、抽水、充电等用途。并且随着环境压力增加，以电力替换燃煤的供热锅炉(尤其是利用谷电的蓄热电锅炉)越来越多，电动汽车使用量也迅速增加，而这些用途对电能功率的实时性需求其实并无严格要求，只需在一定时段内累计接收一定电力能量即可，对这部分电力能量的获得时间和负荷功率值可以在一定时段灵活调度调整，而只需要对最终直接利用的产品(如热量、冷量、蓄水量、储电量)进行一定的储存调节即可，而这类储存或者并未额外增加成本(例如电动车原本就有储能电池组)，或者增加成本很少(例如蓄热电锅炉是采用廉价的热量存储方式替代昂贵的电量存储，只需增加个水池水箱就能起到储存调节抽水量的效果，制冷量的存储也远比存储所需电量便宜很多)。这部分对实时功率要求不高，只需在一定时段内满足所需总电量即可的负荷(简称为电量负荷)，在现有电网中并未受到重视和利用，基本与一般的对实时功率要求很高的照明、家电、工业交通等负荷一样进行管理和调度。

基于此，本发明实施例提出一种将电力输出不稳定的源端电能进行并网的电能控制装置、方法及系统，利用电网作为输电平台，通过一定的技术手段，对所述电量负荷进行精确的实时调节，控制电网内各电量负荷的使用功率(即电网的输出功率)，使其与随机波动的源端输入功率相同步匹配，实现可再生能源的波动输入功率与电量负荷的使用功率(电网输出功率)同步等量匹配，达到在保证电网稳定的前提下全额接收不稳定的可再生能源电量，从而避免对电网造成冲击，电网的运行风险将大幅度下降，控制和管理成本也会大幅度下降，电能质量也将得到很好改善，实现了电网能够接收大量不稳定的可再生能源发电量。

另外，本发明实施例虽然利用电网作为能量载体，但可以不需要电网协调控制。本发明实施例提供的源端的电能控制与荷端的电能控制装置形成了一套独立电能管理系统。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

本发明实施例提供一种源端的电能控制装置，如图1所示，该装置包括：

储电模块101，第一检测处理模块102和转换并网模块103。其中：

所述储电模块101缓存发电端输出的电能；

本发明实施例中，发电端可以但不仅限于是非稳定的可再生能源的发电源，例如风力发电机或光伏电池模组等。

所述第一检测处理模块102按照预定的采样率对所述发电源输出的、进入储电模块101前的电能的电参数进行采样；至少根据各采样时刻的电参数，确定所述转换并网模块103在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻；至少根据所述确定的功率控制所述转换并网模块103工作；发送第一结构化数据，所述第一结构化数据至少包含所述转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的电功率信息。

本发明实施例提供的源端的电能控制装置的实现方式有多种。例如，由实现第一检测处理模块以及储电模块功能的独立器件与现有并网逆变器、变流器联合使用，作为源端的电能控制装置；也可以通过加装或一体化设计，将实现第一检测模块以及储电模块功能的器件集成到现有的并网逆变器、变流器中，作为源端的电能控制装置；还可以是具备第一检测处理模块以及储电模块功能的并网逆变器、变流器。其实现成本低，且易于实现。

本发明实施例中，发送第一结构化数据的目的是使得在同电网内源端的电能控制装置的转换并网模块向电网输入的电功率，与荷端的用电模块在对应同步时刻从电网接收的电功率相同。从而达到电网的同步功率平衡。所述荷端用电模块的对应同步时刻可以是在相同标准时间的基础上考虑源端荷端的电磁传输距离延时修正而得到的时间点，相应的，荷端的同步时刻为源端的延缓时刻+电磁传输所需的延迟时长。如果电磁传输距离所需的延迟时长较小(判断标准具体可以根据实际需要确定，例如延迟时长小于源端与荷端的电磁传输距离为240Km时所需的时长)，则无需考虑电磁传输距离延时，荷端的同步时刻即为源端的延缓时刻。因此源端向电网输入的功率波动，经过这段传输距离(例如3000公里)延迟了一点时间(例如10毫秒)后到达所述荷端用电模块，此时荷端用电模块正好在此对应的同步时刻(在源端发出的标准时间基础上延时10毫秒修正后的荷端同步时间)调整为相应的功率负荷，以便在荷端完全抵消此源端功率波动，保持电网稳定。

本发明实施例中，源端通过授时进行工作时间校准的方式有多种。例如，卫星授时，相应的，源端的电能控制装置还包括第一卫星时钟同步模块(使用GPS或北斗系统的基准时钟数据)；所述第一检测处理模块根据从所述第一卫星时钟同步模块获取的同步时间进行工作时钟校准，或者，所述第一检测处理模块和所述转换并网模块根据从所述第一卫星时钟同步模块获取的同步时间进行工作时钟校准。又例如，随着网络技术和软件技术的发展，网络时间精度也可以达到几毫秒甚至更短的分辨率，因此第一检测处理模块可通过网络授时进行工作时钟校准，或者，所述第一检测处理模块和所述转换并网模块通过网络授时进行工作时钟校准。又例如，第一检测处理模块可通过无线电波授时进行工作时钟校准，或者，所述第一检测处理模块和所述转换并网模块通过无线电波授时进行工作时钟校准。无线电波授时或网络授时的方式相对于卫星同步，其实现成本低，且适用范围更广(例如没有卫星信号的室内仍可使用)，对于数量巨大的家用电器(例如热水器)，只需WIFI连接到家里的路由器上，就能被网络控制，实现同步调节，具有很大推广价值。

由于现有网络信息传输速度很高，但存在或多或少的时间延迟，一般为几十至几百毫秒，超过了一个电网周期(20毫秒)，而荷端的电能控制装置对接收负荷功率进行调节的响应速度可以很快但也要存在延时现象。为了实现所述的同步时刻功率平衡，就需要(也仅仅只需要)将功率预报信息提前一点点，例如一秒或几秒即可，因此就只需要对发电端的输入电功率进行一秒或几秒的缓冲延时(即上述的延缓周期，延缓周期的具体取值根据实际应用需要确定)，然后再送入电网。因此，本发明实施例提供的是秒级的储电模块，选用为功率型器件，有快充快放、大功率、频繁充放、寿命长、控制简单的特点。这种秒级时间的储电模块可以但不仅限于通过电容实现，例如超级电容，超级电容采用物理储电，具有快充快放的特性。由于本发明所需的延缓周期仅需几秒，那么储电模块能在满功率输入时支撑几秒即可，所需容量不大(容量一定时，放电时间与电流成反比)，相比现有的源端或荷端采取大规模电池组进行长时间储电再放电的电网稳定控制装置及方法，本发明具有简单可靠经济的显著优势。

以超级电容作为储电模块为例，超级电容前端装有DC-DC双向变换器，当直流母线电压升高时，变换器工作Buck，实现电容充电，当直流母线电压降低时，变换器工作Boost，实现电容放电，直流母线稳压控制，有利于转换并网模块功率输出调节控制。

电能控制装置输入端初始合闸时，先给超级电容充电，转换并网模块工作但不马上输出，所以起到延缓输出的作用，超级电容储存能量给转换并网模块做供电准备，待时间到延缓时刻时(例如1秒后)转换并网模块输出电能。

应当指出的是，源端的电能控制装置还可以实现其他功能。例如，电能输入储电模块之前，需要进行整流等等。相应的，可以采用传统的逆变器整流装置整流，还可采用MPPT电路控制最大输入功率点。整流后，还可再利用滤波电路滤波。又例如，源端的电能控制装置还可以对两个或两个以上的源端输出的电能进行控制。又例如，还可具备以下至少一种功能：提供编程调试、数据显示、故障显示、和/或查看日志的人机交互功能；监测源端输出的电信号，包括电压、电流、功率、和/或功率因数等；监测储电模块的电参数:容量、电压、和/或电流；监测转换并网模块输入侧电信号，包括电压、电流、和/或功率等；接收卫星时间同步模块的基准时间，进行时间校准。

下面分别对第一检测处理模块和转换并网模块的具体实现进行说明。

第一检测处理模块对发电源输出的、进入储电模块101前的电能进行采样的功能，具体可以由采样电路实现。例如，由功率采样电路实现，那么得到的电参数即功率。又例如，由电压采样电路和电流采样电路配合实现，得到的电参数为电压和电流。

第一检测处理模块确定所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电能的功率可以通过运算电路实现，也可以通过软件编程实现。

本发明实施例中，延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻。例如，延缓周期为2秒，采样时刻为12时0分0秒，那么，该采样时刻对应的延缓时刻为在12时0分2秒。

本发明实施例中，确定所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电能的功率的具体实现方式有多种。

具体的，可以直接将各采样时刻的电能参数指示的功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电能的功率。例如，如图2所示，延缓周期为2秒，采样时间时间起点是12点00分01秒，该采样时刻的功率为3KW，则确定12点00分03秒输入电网的功率为3KW。以此类推，采样时刻为12点00分02秒时，如果功率为5KW，则确定12点00分05秒输入电网的功率为5KW。

也可以对电能进行平缓处理，相应的，根据各平缓处理周期内的采样时刻的电参数，确定各平缓处理周期内的采样时刻的平缓功率，将各采样时刻的平缓功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电能的功率，所述平缓处理周期小于所述延缓周期。应当指出的是，确定平缓功率的实现方式有多种，例如，将一个平缓处理周期内的各采样时刻的电参数指示的功率的平均值，确定为该平缓处理周期内的各采样时刻的平缓功率。例如，如图3所示，每10ms采样一次瞬时功率，平缓周期为100ms，第一个100ms后计算出其平均功率2KW，然后延缓2秒后，转换并网模块输出2KW功率，并持续100ms输出功率2KW。第二个100ms后计算出其平均功率5KW，然后转换并网模块输出由2KW经过100ms后跳变为5KW，以此方式持续运行下去。如果平缓周期为300ms，可以将方法改为300ms后计算出其平均功率3.5KW，然后延缓2秒后，转换并网模块输出3.5KW功率，并持续300ms输出功率3.5KW。第二个300ms后计算出其平均功率5KW，然后转换并网模块输出由3.5KW经过300ms后跳变为5KW。所以解决了源端输出时功率波动大，延缓输出时功率平稳。采样率越高越有利于计算时间段内的平均功率，所以只要能监测到准确度高的平均功率，那么让转换并网模块输出更平稳的功率。

第一检测处理模块控制转换并网模块工作的功能可以通过运算电路实现，也可以通过运算电路配合软件程序实现。

一种实现方式中，第一检测处理模块与转换并网模块进行数据通信，从而实现对转换并网模块的控制。

相应的，第一检测处理模块与转换并网模块之间的通信方式有多种，本发明不做限定。例如，采用专用数据线缆实现通信。具体的，所述第一检测处理模块具体向所述转换并网模块发送第二结构化数据，所述第二结构化数据至少包含所述转换并网模块在延缓时刻向电网输入的电功率信息。其中，第二结构化数据的数据格式为第一检测处理模块与转换并网模块通信支持的数据格式。第二结构化数据具体可以包括功率及关联的时间信息，也可以包括电压、电流及关联的时间信息，时间-相位信息等，本发明对此不作限定。另外，第一检测处理模块可以每确定出一个采样时刻对应的延缓时刻的功率，即发送一个第二结构化数据，以指示该功率及对应的延缓时刻；也可以在确定出预定数量的采样时刻对应的延缓时刻的功率后，将这些功率及对应的延缓时刻打包在一个第二结构化数据中发送。这种实现方式需要转换并网模块有控制及运算能力，能通过接收第二结构化数据之后，独立控制和调节输出功率。

另一种实现方式中，所述第一检测处理模块根据各采样时刻对应的延缓时刻向所述转换并网模块输出功率控制信号，以控制所述转换并网模块在所述延缓时刻向所述电网输入确定的电功率。该功能具体可以由输出存储器配合实现。其中，功率控制信号可以但不仅限于是Panel电流控制信号DIM。例如，延缓周期为2秒，采样时间起点是12点00分00秒，该采样时刻的采样功率3KW，进行转换并网模块的输出运算，运算结果缓存在输出储存器，在12点00分02秒输出控制数据给转换并网模块(如果转换并网模块的响应时间为20ms，数据处理装置应该12点00分01秒980ms输出数据)，转换并网模块输出3KW电能。这种实现方式与前者有明显不同是，这种实现方式对第一检测处理模块的运算能力要求较高，需要有输出功率调节的运算功能，而转换并网模块不需要运算，只需要有执行通断的开关即可。

以此类推，时间到12点00分01秒时，如果第一检测处理模块监测到5KW的风电输入功率，则转换并网模块12点00分03秒输出5KW电能。

第一检测处理模块发送第一结构化数据的功能可以由处理器和通信模块配合实现。其中，处理器用于生成第一结构化数据，通信模块用于将生成的第一结构化数据发送。第一结构化数据包括的内容可以参照上述对第二结构化数据的描述，此处不再赘述。第一结构化数据的数据格式为通信模块支持的数据格式。其中，通信模块可以是无线通信收发机，第一结构化数据可以但不仅限于通过WIFI网络，蜂窝数字通信网络，D2D通信等传输。通信模块还可以是有线通信接口，通过光纤通讯、配电线载波等方式实现第一结构化数据的传输。

本发明实施例中，可以将第一结构化数据发送给建立通信连接的荷端的电能控制装置，也可以将第一结构化数据发送给数据处理中心。本发明实施例中，数据处理中心独立于源端、荷端设置，可以协调多个源端和多个荷端。数据处理中心可以但不仅限于由一台或多台计算机实现。数据处理中心接收至少两个源端的电能控制装置发送的第一结构化数据，并据此生成至少一个第三结构化数据并发送。

应当指出的是，第一检测处理模块还可以接收所述荷端的电能控制装置的反馈信息，并结合所述反馈信息控制所述转换并网模块工作，所述反馈信息用于指示所述荷端的用电模块的用电能力。本发明实施例不对反馈信息的具体内容进行限定。例如，反馈信息具体用于指示荷端不具备用电能力，那么，第一检测处理模块接收到该反馈信息后，控制转换并网模块停止向电网输入电能。

应当指出的是，第一检测处理模块还可以判断所述源端输出的电能是否满足设定的可用条件，若满足，根据各采样时刻的电参数，确定所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电能的功率，若不满足，断开所述源端与所述储电模块之间的电连接。其中，可用条件可以根据实际使用场景确定，本发明对此不做限定。例如，将检测到发电源输出电能的电参数、储电模块的容量参数、设定的延缓周期、时间参数等进行储存，进行一系列的运算评估，判断是否符合设备安全、正常运行条件。

转换并网模块的功能可以但不仅限于由逆变器实现。一种实现方式中，转换并网模块接收并解析第二结构化数据，在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入所述第二结构化数据指示的电功率。另一种实现方式中，转换并网模块根据第一检测处理模块输出的功率控制信号，在所述延缓时刻向所述电网输入确定的电功率。

相应的，本发明实施例还提供一种源端的电能控制方法，在通过授时进行工作时钟校准的条件下，该方法包括：

按照预定的采样率对发电源输出、进入储电模块前的电能的电参数进行采样；

至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻；

至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作；并发送第一结构化数据，所述第一结构化数据至少包含所述转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的电功率信息。

可选的，所述至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电功率，包括：

将各采样时刻的电能参数指示的电功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电功率。

可选的，所述至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电功率，包括：

根据各平缓处理周期内的采样时刻的电参数，确定各平缓处理周期内的采样时刻的平缓功率，将各采样时刻的平缓功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电功率，所述平缓处理周期小于所述延缓周期。

可选的，根据一个平缓处理周期内的采样时刻的电参数，确定该平缓处理周期内的采样时刻的平缓功率，包括：

将一个平缓处理周期内的各采样时刻的电参数指示的电功率的平均值，确定为该平缓处理周期内的各采样时刻的平缓功率。

可选的，所述至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作，包括：

向所述转换并网模块发送第二结构化数据，所述第二结构化数据至少包含所述转换并网模块在延缓时刻向电网输入电功率信息。

可选的，所述至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作，包括：

根据各采样时刻对应的延缓时刻向所述转换并网模块输出功率控制信号，以控制所述转换并网模块在所述延缓时刻向所述电网输入确定的电功率。

可选的，所述发送第一结构化数据，包括：

将所述第一结构化数据发送给所述荷端的电能控制装置。

可选的，所述发送第一结构化数据，包括：

将所述第一结构化数据发送给数据处理中心。

可选的，该方法还包括：

接收所述荷端的电能控制装置的反馈信息；

结合所述反馈信息控制所述转换并网模块工作，所述反馈信息用于指示所述荷端的用电模块的用电能力。

可选的，该方法还包括：

判断所述源端输出的电能是否满足设定的可用条件，若不满足，断开所述源端与所述储电模块之间的电连接；

若满足，执行所述确定所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入电功率的步骤。

其中，源端的电能控制方法的具体实现可以参照上述装置实施例的描述，重复之处不再赘述。

如图4所示，本发明实施例还提供一种荷端的电能控制装置，所述荷端的电能控制装置包括：

第二检测处理模块201和控制模块202；

所述第二检测处理模块201接收源端的电能控制装置发送的第一结构化数据或数据处理中心发送的第三结构化数据，根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定荷端的用电模块203从所述电网接收的电功率，并根据电网网架结构距离及所述第一结构化数据或所述第三结构化数据的指示确定所述用电模块203从所述电网接收的所述电功率的同步时刻；

所述控制模块202控制所述用电模块203在所述第二检测处理模块201确定的同步时刻从所述电网接收确定的电功率。

所述荷端的电能控制装置，可以是一个独立装置，与现有用电负荷(即用电模块)联合使用，也可以对现有负荷加装或一体化设计，集成到现有电网负荷中，特别是适合集成制造具有所属荷端控制功能的用电负荷装置，优选是具备能量储存功能的用电负荷，例如蓄热炉、蓄冷装置、充电装置等等。

其中，对于同步时刻的定义可以参照前述描述。

若源端与荷端的电磁传输距离较远、延迟时长较长，同步时刻为从所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻经过电磁传输所需的延迟时长的时刻。

例如，如图2所示，延缓周期为2秒，电磁传输所需的延时为10毫秒，采样时间时间起点是12点00分01秒000毫秒，该采样时刻的功率为3KW，则源端的转换并网模块在12点00分03秒000毫秒输入电网的功率为3KW，第一结构化数据中的时间信息指示的时刻为12点00分03秒000毫秒，功率为3KW；荷端确定的同步时刻为12点00分03秒010毫秒，在该同步时刻从电网获取的电功率为3KW。以此类推，采样时刻为12点00分02秒000毫秒时，如果功率为5KW，则荷端确定的同步时刻为12点00分05秒000毫秒，在该同步时刻从电网获取的电功率为5KW。

若源端与荷端的电磁传输距离较近、延迟时长较短，所述同步时刻为所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻。例如，源端的转换并网模块将在12点00分02秒000毫秒向电网2千瓦的功率，对应的第一结构化数据中包括时间信息(12点00分02秒000毫秒)以及功率信息(2千瓦)，源端到荷端的电磁传输所需的延迟时长为2毫秒(较短)，那么，荷端根据接收到的第一结构化数据，确定同步时刻为12点00分02秒000毫秒。

可选的，所述第二检测处理模块还获取所述用电模块的工作参数和/或反馈信号，根据所述第一结构化数据或第三结构化数据，以及所述工作参数和/或反馈信号，确定所述用电模块的用电能力；发送反馈信息，所述反馈信息用于指示所述用电模块的用电能力。

可选的，还包括第二卫星时钟同步模块；

所述第二检测处理模块根据从所述第二卫星时钟同步模块获取的同步时间进行工作时钟校准，或者，所述第二检测处理模块和所述控制模块根据从所述第二卫星时钟同步模块获取的同步时间进行工作时钟校准。

可选的，所述第二检测处理模块通过网络授时进行工作时钟校准，或者，所述第二检测处理模块和所述控制模块通过网络授时进行工作时钟校准。

荷端主要针对是一些对电力功率的实时性需求无严格要求的，只需在一定时段内积累足够所需总电量即可的用电系统，如利用谷电的蓄热电锅炉或类似的电加热供暖系统、蓄能电池组、制冷系统等等。

以上这些用电系统在电力能量的使用时间可以在一定时段灵活调度调整，也可实时调节用电功率。荷端是属于“被动式配电”方式。

以生活社区储热及供暖系统为例：

社区设有储热塔5MWH容量，储热塔可以储存热量，作为源端对应的荷端侧。通常可以通过电加热方式加热储热塔。社区储热塔与源端的电能控制装置同处于一个电力公共网络，距离间隔超过100km，利用电力公共网络作为供电平台，电力公共网络不需要在原基础上做任何应对措施。社区储热塔与源端的电能控制装置建立了一对一的无线通讯网络。

储热塔有一套控制系统，控制系统由人机界面(可以是工业触摸屏或工业电脑)、控制器、电加热器、卫星时间同步装置组成。

1)显示部分即人机界面部分，主要提供编程调试、数据显示、故障显示、查看日志。

2)控制器是系统的核心部件，功能如下：

A.监测储热塔的当前工作状态，包括负荷的有功功率、无功功率、热量参数、接收电加热的反馈信号、接收源端的电能控制装置提供的数据信息、接收卫星时间同步装置的时间数据。

B.控制器内部调整计时器使时间与卫星时间达到同步。

C.完成接收数据的解码和所有数据运算，控制器严格按照规定时间进行控制电加热器。

D.控制器与通讯管理机建立通讯，将运行数据反馈给源端的电能控制装置，

E.与人机界面设备通讯，将运行数据显示给用户。

3)电加热器

采用特制的金属加热片。加热控制方式可以是传统的接触器方式或晶体管开关方式，通常采用晶体管开关控制方式，优点是响应快速，经久耐用。

4)工作流程

控制器接收到源端的电能控制装置的预告结构化数据，如“时间-有功功率”数据、“时间-无功功率”数据、“时间-频率”数据、“时间-电压”数据、“时间-电流”数据等。用户端控制器根据当前的负荷的情况评估是否还有余地接收源端的电能控制装置的电能。

如果荷端需要电能，荷端控制器立即根据电气器件和电力电子装置的响应特性，计算各个器件或装置的动作时间点。然后各个器件或装置将严格按源端提供的结构化数据的要求进行调节工作。从而达到源端与荷端达到无波动同步运行，即实现电力公共网络无瞬间冲击且保证供电与用电平衡。

本发明实施例还提供一种荷端的电能控制方法，在通过授时进行工作时钟校准的条件下，该方法包括：

接收源端的电能控制装置发送的第一结构化数据或数据处理中心发送的第三结构化数据，根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定荷端的用电模块从所述电网接收的电功率，并根据电网网架结构距离及所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定所述用电模块从所述电网接收所述电功率的同步时刻；

控制所述用电模块在所述同步时刻从所述电网接收确定的电功率。

可选的，所述同步时刻为从所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻经过电磁传输所需的延迟时长的时刻；或者，所述同步时刻为所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻。

可选的，该方法还包括：

获取所述用电模块的工作参数和/或反馈信号，根据所述第一结构化数据或第三结构化数据，以及所述工作参数和/或反馈信号，确定所述用电模块的用电能力；

发送反馈信息，所述反馈信息用于指示所述荷端的用电模块的用电能力。

本发明实施例还提供一种电能控制系统，包括：

至少一个上述任意实施例所述的源端的电能控制装置，和至少一个上述任意实施例所述的荷端的电能控制装置；

电网内的各源端的电能控制装置的转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的总电功率，与各荷端的用电模块在所述同步时刻从电网接收的总电功率相同。

可选的，还包括数据处理中心，所述数据处理中心接收各个源端的电能控制装置发送的第一结构化数据，根据接收到的第一结构化数据生成至少一个第三结构化数据后发送。

其中，第三结构化数据的定义可以参照前述对于第一结构化数据的定义。

数据处理中心将一段时间内(为保证荷端及时收到指示，这段时间很短，可以是毫秒级)接收到的各个源端的电能控制装置发送的第一结构化数据进行汇总，统计时间信息，及关联的功率，进而生成至少一个第三结构化数据。例如，数据处理中心在10毫秒内接收到3个源端的电能控制装置发送的第一结构化数据，这三个第一结构化数据指示的时刻均为12点00分03秒，这三个第一结构化数据指示的功率总和为15KW。当前有2个源端需要供电，那么，数据处理中心生成两个第三结构化数据，这两个第三结构化数据指示的时刻均为12点00分03秒，这两个第三结构化数据指示的功率总和为15KW。其中，这两个第三结构化数据指示的功率可以相同，也可以不同。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (25)

1.一种源端的电能控制装置，其特征在于，所述源端的电能控制装置包括：

储电模块，第一检测处理模块和转换并网模块；

所述储电模块缓存发电端输出的电能；

所述第一检测处理模块按照预定的采样率对所述发电端输出的、进入所述储电模块前的电能的电参数进行采样；至少根据各采样时刻的电参数，确定所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻；至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作；发送第一结构化数据，所述第一结构化数据至少包含所述转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的电功率信息；

所述第一检测处理模块通过授时进行工作时钟校准；或者，所述第一检测处理模块和所述转换并网模块通过授时进行工作时钟校准。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储电模块包括至少一个超级电容。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块具体将各采样时刻的电参数指示的电功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块具体根据各平缓处理周期内的采样时刻的电参数，确定各平缓处理周期内的采样时刻的平缓功率，将各采样时刻的平缓功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述平缓处理周期小于所述延缓周期。

5.根据权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块具体向所述转换并网模块发送第二结构化数据，所述第二结构化数据至少包含所述转换并网模块在延缓时刻向电网输入的电功率信息；

所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入所述电功率信息指示的电功率。

6.根据权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块根据各采样时刻对应的延缓时刻向所述转换并网模块输出功率控制信号，以控制所述转换并网模块在所述延缓时刻向所述电网输入确定的电功率。

7.根据权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块将所述第一结构化数据发送给所述荷端的电能控制装置。

8.根据权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块将所述第一结构化数据发送给数据处理中心。

9.根据权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一检测处理模块还接收所述荷端的电能控制装置的反馈信息，并结合所述反馈信息控制所述转换并网模块，所述反馈信息用于指示所述荷端的用电模块的用电能力。

10.一种源端的电能控制方法，其特征在于，在通过授时进行工作时钟校准的条件下，该方法包括：

按照预定的采样率对发电端输出、进入储电模块前的电能的电参数进行采样；

至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述延缓时刻为从对应的采样时刻经过一个延缓周期的时刻；

至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作；并发送第一结构化数据，所述第一结构化数据至少包含所述转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的电功率信息。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，包括：

将各采样时刻的电参数指示的电功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少根据各采样时刻的电参数，确定转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，包括：

根据各平缓处理周期内的采样时刻的电参数，确定各平缓处理周期内的采样时刻的平缓功率，将各采样时刻的平缓功率确定为所述转换并网模块在各采样时刻对应的延缓时刻向电网输入的电功率，所述平缓处理周期小于所述延缓周期。

13.根据权利要求10～12任一项所述的方法，其特征在于，所述至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作，包括：

向所述转换并网模块发送第二结构化数据，所述第二结构化数据至少包含所述转换并网模块在延缓时刻向电网输入的电功率信息。

14.根据权利要求10～12任一项所述的方法，其特征在于，所述至少根据确定的电功率控制所述转换并网模块工作，包括：

根据各采样时刻对应的延缓时刻向所述转换并网模块输出功率控制信号，以控制所述转换并网模块在所述延缓时刻向所述电网输入确定的电功率。

15.根据权利要求10～12任一项所述的方法，其特征在于，所述发送第一结构化数据，包括：

将所述第一结构化数据发送给所述荷端的电能控制装置。

16.根据权利要求10～12任一项所述的方法，其特征在于，所述发送第一结构化数据，包括：

将所述第一结构化数据发送给数据处理中心。

17.根据权利要求10～12任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

接收所述荷端的电能控制装置的反馈信息；

结合所述反馈信息控制所述转换并网模块工作，所述反馈信息用于指示所述荷端的用电模块的用电能力。

18.一种荷端的电能控制装置，其特征在于，所述荷端的电能控制装置包括：

第二检测处理模块和控制模块；

所述第二检测处理模块接收源端的电能控制装置发送的第一结构化数据或数据处理中心发送的第三结构化数据，根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定荷端的用电模块从所述电网接收的电功率，并根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据的指示确定所述用电模块从所述电网接收的所述电功率的同步时刻；

所述控制模块控制所述用电模块在所述第二检测处理模块确定的同步时刻从所述电网接收确定的电功率；

所述第二检测处理模块通过授时进行工作时钟校准；或者，所述第二检测处理模块和所述控制模块通过授时进行工作时钟校准。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述同步时刻为从所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻经过电磁传输所需的延迟时长的时刻；或者，所述同步时刻为所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻。

20.根据权利要求18或19所述的装置，其特征在于，所述第二检测处理模块还获取所述用电模块的工作参数和/或反馈信号，根据所述第一结构化数据或第三结构化数据，以及所述工作参数和/或反馈信号，确定所述用电模块的用电能力；发送反馈信息，所述反馈信息用于指示所述用电模块的用电能力。

21.一种荷端的电能控制方法，其特征在于，在通过授时进行工作时钟校准的条件下，该方法包括：

接收源端的电能控制装置发送的第一结构化数据或数据处理中心发送的第三结构化数据，根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定荷端的用电模块从所述电网接收的电功率，并根据所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示确定所述用电模块从所述电网接收所述电功率的同步时刻；

控制所述用电模块在所述第二检测处理模块确定的同步时刻从所述电网接收确定的电功率。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述同步时刻为从所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻经过电磁传输所需的延迟时长的时刻；或者，所述同步时刻为所述第一结构化数据或所述第三结构化数据指示的时刻。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

获取所述用电模块的工作参数和/或反馈信号，根据所述第一结构化数据或第三结构化数据，以及所述工作参数和/或反馈信号，确定所述用电模块的用电能力；

发送反馈信息，所述反馈信息用于指示所述荷端的用电模块的用电能力。

24.一种电能控制系统，其特征在于，包括：

至少一个如权利要求1～9任一项所述的源端的电能控制装置，和至少一个如权利要求18～20任一项所述的荷端的电能控制装置；

电网内的各源端的电能控制装置的转换并网模块在所述延缓时刻向电网输入的总电功率，与各荷端的用电模块在所述同步时刻从电网接收的总电功率相同。

25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，还包括数据处理中心，所述数据处理中心接收各个源端的电能控制装置发送的第一结构化数据，根据接收到的第一结构化数据生成至少一个第三结构化数据后发送。