CN107658901A - 分布式能源的联网控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种分布式能源的联网控制系统，其包括电网参数监测装置、控制装置及至少一个能源管理装置，能源管理装置包括能源参数监测模块及网络接口模块，其中：网络接口模块用于连接互联网；能源参数监测模块用于连接能源转化装置，实时监测能源转化装置的供能参数，能源参数监测模块还连接网络接口模块；电网参数监测装置用于连接电网，实时监测电网的供需参数；控制装置连接电网参数监测装置，用于获取供需参数，控制装置还用于连接互联网，通过互联网获取供能参数，根据供能参数及供需参数生成控制信号，并通过互联网发送控制信号。采用本发明实施例，能够管理和调度大量分布并且供电能力和供电规模不同的能源设备，优化分布式能源的供用。

Description

分布式能源的联网控制系统
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种分布式能源的联网控制系统。
背景技术
能源互联网是未来能源供用体系的发展趋势。能源互联网基于先进的互联网技术，以电能为核心的能源替代转化技术扩展了能源供用的范围。
目前电力行业中，电网系统采用多种类型的发用电联合体，如何管理和调度这些大量分布并且供电能力和供电规模不同的能源设备，成为电网企业面临的全新课题。目前国内对不同能源间的替代转化技术的研究不多，难以适应能源供用体系内部精细化能源管理的需要。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种分布式能源的联网控制系统，能够管理和调度大量分布并且供电能力和供电规模不同的能源设备，发挥能源的综合利用优势，整体优化分布式能源的供用。
本发明公开了一种分布式能源的分布式能源的联网控制系统，其包括电网参数监测装置、控制装置及至少一个能源管理装置，能源管理装置包括能源参数监测模块及网络接口模块，其中：网络接口模块用于连接互联网；能源参数监测模块用于连接能源转化装置，实时监测能源转化装置的供能参数，能源参数监测模块还连接网络接口模块；电网参数监测装置用于连接电网，实时监测电网的供需参数；控制装置连接电网参数监测装置，用于获取供需参数，控制装置还用于连接互联网，通过互联网获取供能参数，根据供能参数及供需参数生成控制信号，并通过互联网发送控制信号。
在其中一个实施例中，所述能源管理装置还包括能源输出控制模块，所述能源输出控制模块分别连接所述能源转化装置及所述网络接口模块，所述能源输出控制模块用于连接电网，所述能源输出控制模块还用于获取能源转化参数及并离网信息，根据所述能源转化参数及所述并离网信息进行并网控制或离网控制。
在其中一个实施例中，所述能源输出控制模块包括转化参数测量电路、第一信号调理电路、第一测频电路、第一主控芯片、第一存储器及同步检测电路；所述转化参数测量电路分别与所述能源转化装置、所述同步检测电路及所述第一信号调理电路连接；所述第一主控芯片分别与所述第一信号调理电路、所述第一测频电路、所述同步检测电路、所述第一存储器及所述网络接口模块连接，述第二主控芯片还用于连接电网。
在其中一个实施例中，还包括分布式能源采集装置、能源转化装置及能源存储装置；所述能源转化装置分别与所述分布式能源采集装置、所述能源存储装置、所述能源输出控制模块及所述能源参数监测模块连接；所述能源存储装置连接所述网络接口模块；所述分布式能源采集装置用于采集分布式能源；所述能源转化装置用于将所述分布式能源转化为电能；所述能源存储装置用于获取储能控制信息，并根据所述储能控制信息存储所述电能。
在其中一个实施例中，所述能源转化装置包括顺序连接的能量转换模块、直流母线、并网逆变器、滤波器及隔离变压器，其中所述隔离变压器连接所述电网，所述直流母线连接所述能源存储装置。
在其中一个实施例中，所述能源存储装置包括电量记录仪、储能模块及储能控制器；所述储能控制器分别与所述电量记录仪、所述能源转化装置及所述网络接口模块连接；所述储能模块分别与所述电量记录仪及所述能源转化装置连接。
在其中一个实施例中，所述储能模块包括液压储能模块及储能电池中至少一种。
在其中一个实施例中，所述电网参数监测装置包括电源模块、电网参数测量电路、第二信号调理电路、第二测频电路、第二主控芯片及第二存储器，其中：所述电网参数测量电路与所述第二信号调理电路连接，所述电网参数测量电路还用于连接电网；所述第二信号调理电路、所述第二测频电路、所述电源模块及所述第二存储器分别与所述第二主控芯片连接，所述第二主控芯片还连接所述控制装置。
在其中一个实施例中，所述第二主控芯片包括模数转换器、处理器及通信接口；所述模数转换器分别连接所述第二信号调理电路、所述第二测频电路及所述处理器；所述处理器分别连接所述通信接口及所述第二存储器；所述通信接口连接所述控制装置。
在其中一个实施例中，所述网络接口模块包括微处理器、媒体接入控制器、程序控制端口、介质独立接口、物理层芯片及晶振；所述媒体接入控制器分别与所述微处理器及所述程序控制端口连接；所述程序控制端口通过所述介质独立接口与所述物理层芯片连接；所述物理层芯片还连接所述晶振。
上述分布式能源的联网控制装置，能够根据能源转化装置的供能参数和电网的供需参数之间的供需平衡关系，给出控制信号，使得能够管理和调度大量分布并且供电能力和供电规模不同的能源设备，发挥能源的综合利用优势，整体优化分布式能源的供用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施例的分布式能源的联网控制系统的结构示意图；
图2为另一实施例的分布式能源的联网控制系统的结构示意图；
图3为又一实施例的分布式能源的联网控制系统的结构示意图；
图4为一实施例的分布式能源的联网控制系统中的电网参数监测装置的结构示意图；
图5为一实施例的分布式能源的联网控制系统中的网络接口模块的结构示意图；
图6为另一实施例的分布式能源的联网控制系统中的网络接口模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图描述根据本发明实施例的分布式能源的联网控制系统。例如，本发明一实施例的分布式能源的联网控制系统包括电网参数监测装置、控制装置及至少一个能源管理装置，所述能源管理装置包括能源参数监测模块及网络接口模块，其中所述网络接口模块用于连接互联网；所述能源参数监测模块用于连接所述能源转化装置，实时监测所述能源转化装置的供能参数，所述能源参数监测模块还连接所述网络接口模块；所述电网参数监测装置用于连接电网，实时监测所述电网的供需参数；所述控制装置连接所述电网参数监测装置，用于获取所述供需参数，所述控制装置还用于连接互联网，通过互联网获取所述供能参数，根据所述供能参数及所述供需参数生成控制信号，并通过互联网发送所述控制信号。
为了进一步说明上述分布式能源的联网控制系统，例如，如图1所示，该分布式能源的联网控制系统100包括电网参数监测装置110、控制装置120及至少一个能源管理装置130，其中每一能源管理装置130包括能源参数监测模块131及网络接口模块132，网络接口模块132用于连接互联网。
,如图2所示，所述能源参数监测模块131用于连接能源转化装置150，从而实时监测所述能源转化装置150的供能参数，所述能源参数监测模块131还连接所述网络接口模块132，以通过网络接口模块132发送该供能参数。其中，能源转化装置150的供能参数包括电压、电流、有功、无功、功率因数、频率、温度等测量参数，还包括谐波、频率波动、电压波动、发电量等计算参数。
在一个实施例中，上述供能参数由能源转化装置150提供。例如，能源转化装置150通过电流互感器、电压互感器和/或温度计等获取上述供能参数，该供能参数通过能源转化装置150内部的控制器传输至能源参数监测模块131，通过与能源参数监测模块131连接的网络接口模块132传输至互联网。
所述电网参数监测装置110用于连接电网，从而实时监测所述电网的供需参数。
在一个实施例中，分布式电源位于配电端，所属区域不大，因此上述电网为小型配电网或微电网。此时，电网的供需参数包括所连接的大电网的馈线注入功率、各馈线开关节点的功率和电压。其中，大电网的馈线注入功率为电网供能指标，各馈线开关节点的功率为需求主要指标，其他指标为约束条件。
在一个实施例中，电网的供需参数还包括电网各馈线开关节点的开关状态。
在一个实施例中，上述电网的供需参数由电网自身的监测系统提供。例如，电网参数监测装置110接收所连接的电网提供的供需参数。
所述控制装置120连接所述电网参数监测装置110，用于获取所述供需参数，所述控制装置120还用于连接互联网，通过互联网获取所述供能参数，控制装置120根据所述供能参数及所述供需参数生成控制信号，并通过互联网发送所述控制信号。控制装置120输出的控制信号可经过互联网传输至各网络接口模块132，从而对与网络接口模块132连接的各模块/装置进行控制，例如图2所示，网络接口模块132还与能源存储装置160连接，该控制信号传输至能源存储装置160的储能控制器。又如，网络接口模块132还与能源输出控制模块连接，该控制信号可传输至能源输出控制模块，再经过能源输出控制模块输出到电网的至少一个馈线开关处，从而控制电网中至少一个馈线开关的状态。
上述分布式能源的联网控制装置，能够根据能源转化装置的供能参数和电网的供需参数之间的供需平衡关系，给出控制信号，使得能够管理和调度大量分布并且供电能力和供电规模不同的能源设备，发挥能源的综合利用优势，整体优化分布式能源的供用。
在一个实施例中，控制装置120包括主控制器及内置接口，所述主控制器分别连接所述电网参数监测装置110及所述内置接口，所述内置接口用于连接互联网，通过互联网获取所述供能参数，主控制器用于获取所述供需参数，根据所述供能参数及所述供需参数生成控制信号，并将该控制信号传输至内置接口，内置接口还用于通过互联网发送该控制信号。
例如，主控制器采用分时段全局优化的方式分析并给出控制决策，根据控制决策输出相应的控制信号。
具体地，主控制器根据预先存储的目标函数和约束条件，对上述供需参数及功能参数进行分析处理。例如，目标函数用于在给定时间区间内，控制上述电网的总成本最小，其中上述电网的总成本等于购电成本与网损之和减去光伏收益和储能收益后的值。约束条件包括功率平衡约束、分布式电源有功无功约束、无功补偿约束、储能上下限约束、储能充放电平衡约束、储能充放电次数约束、网络节点电压约束及配电网拓扑约束中至少一种。根据上述目标函数和约束条件，采用预先存储的粒子群算法(PSO)、狼群算法(WPA)等智能算法求解，该解即是优化结果。将优化结果与实时状态取差值从而给出各分布式能源转化控制设备的调整值，给出相应的控制信号。
例如，根据优化所得馈线注入的功率，若总和较小，则选取购电价格高的馈线开关，并给出断开的控制信号，在满足约束条件下，尽可能利用分布式能源、减少大电网注入功率。
在一个实施例中，如图2所示，能源管理装置130还包括能源输出控制模块133，所述能源输出控制模块133分别连接能源转化装置150及所述网络接口模块132，所述能源输出控制模块133用于连接电网，所述能源输出控制模块还用于获取能源转化参数及并离网信息，根据所述能源转化参数及所述并离网信息进行并网控制或离网控制。
例如，能源输出控制模块133用于控制能源转化装置150的并网逆变器的有功功率、无功功率及功率因数等至少一种参数。又如，能源输出控制模块133通过控制能源转化装置的输出电流、输出电压及频率来控制能源转化装置150的并网逆变器的有功功率、无功功率及功率因数等至少一种参数。
在一个实施例中，如图3所示，所述能源输出控制模块133包括转化参数测量电路、第一信号调理电路、第一测频电路、第一主控芯片、第一存储器及同步检测电路；所述转化参数测量电路分别与能源转化装置150、同步检测电路及所述信号调理电路连接；所述第一主控芯片分别与所述第一信号调理电路、所述第一测频电路、所述同步检测电路、所述第一存储器及所述网络接口模块连接，述第二主控芯片还用于连接电网。
具体地，通过转化参数测量电路测量能源转化装置150的转化参数，该转化参数分别经过第一信号调理电路和同步检测电路传输至第一主控芯片，第一主控芯片包括依次连接的模数转换器、中央处理器及通信接口。其中，通信接口用于接收并离网信息。模数转换器对接收到的转化参数及第一测频电路输出的频率参数进行模数转换处理。中央处理器将处理后的数据存储在第一存储器中，并根据并离网信息、转化参数及频率参数判断能源转化装置中的电能的电压幅值、相角、频率是否达到并网要求。若达到并网要求，能源输出控制模块133通过通信接口发出并网控制信号。例如，该通信接口为GPRS(General PacketRadio Service，通用分组无线服务技术)通信接口。又如，该通信接口还用于将第一存储器中存储的数据发送至互联网。
可选地，能源转化装置150可以为分布式能源的联网控制系统中的装置，也可以为外部装置。
在一个实施例中，如图2所示，上述分布式能源的联网控制系统100还包括分布式能源采集装置140、能源转化装置150及能源存储装置160；所述能源转化装置分别与所述分布式能源采集装置、所述能源存储装置、所述能源输出控制模块及所述能源参数监测模块连接；所述能源存储装置连接所述网络接口模块；所述分布式能源采集装置用于采集分布式能源。
例如，能源转化装置150的输入端连接分布式能源采集装置140的输出端，能源转化装置150的输出端分别连接能源输出控制模块133的输入端、能源参数检测模块132的输入端及能源存储装置160的输入端和输出端。
其中，所述能源转化装置用于将所述分布式能源转化为电能；所述能源存储装置用于获取储能控制信息，并根据所述储能控制信息存储所述电能。
在一个实施例中，所述能源转化装置包括顺序连接的能量转换模块、直流母线、并网逆变器、滤波器及隔离变压器，其中所述隔离变压器连接所述电网，所述直流母线连接所述能源存储装置。其中，能源转化装置将太阳能、风能、热能、生物质能等分布式能源转换为电能，例如转换为直流电能。直流电能通过直流母排、并网逆变器、滤波器及隔离变压器输送至电网或者当地负荷。
在一个实施例中，如图3所示，所述能源存储装置包括电量记录仪、储能模块及储能控制器；所述储能控制器分别与所述电量记录仪、所述能源转化装置及所述网络接口模块连接；所述储能模块分别与所述电量记录仪及所述能源转化装置连接。
其中储能模块包括液压储能模块及储能电池中至少一种，在实际应用中，储能方式可根据具体情况选择，存储能源转化装置中未被消纳的电能。电量记录仪用于测量并记录储能模块的储电量、电压极差、电池温度极差、SOE(State Of Energy，基于能量状态)极差等储能参数，在一个实施例中，储能模块还包括逆变器，储能控制器用于控制液压储能模块、储能电池和/或逆变器。例如，储能控制器通过网络接口模块获取储能控制信号，在本地条件的约束下，调整逆变器输出的有功功率和无功功率，决定储能模块的充放，从而实现分布式电能消纳和电网支持的作用。又如，储能控制器将电量记录仪储存的信息传输至互联网并接收互联网传输的实际测量的负荷数据、短期电力负荷预测模型的负荷数据，储能控制器根据电量记录仪的测量数据评估储能装置的储存能力、出力能力、单体电池的故障情况、电池电压一致性、电池性能变化、电池组串能量分配变化等信息，并结合互联网传输的信息控制储能装置的储能参数。
在一个实施例中，如图4所示，所述电网参数监测装置110包括电源模块、电网参数测量电路、第二信号调理电路、第二测频电路、第二主控芯片及第二存储器，其中所述电网参数测量电路与所述第二信号调理电路连接，所述电网参数测量电路还用于连接电网；所述第二信号调理电路、所述第二测频电路、所述电源模块及所述第二存储器分别与所述第二主控芯片连接，所述第二主控芯片还连接所述控制装置。
具体地，电源模块为第二主控芯片供电。电网参数测量电路和第二测频电路用于监测电网的电压、电流、有功、无功、功率因数、频率、温度、三相不平衡度等测量参数。所述第二主控芯片包括模数转换器、处理器及通信接口；所述模数转换器分别连接所述第二信号调理电路、所述第二测频电路及所述处理器；所述处理器分别连接所述通信接口及所述第二存储器；所述通信接口连接所述控制装置。通过第二调理电路、模数转换器及处理器对上述测量参数进行处理，得到谐波、频率波动、电压波动、发电量等计算参数；第二主控芯片还可通过内置的通信接口获取电力职场信息中心提供的分时电价、分布式能源成本、储存成本信息和短期负荷预测数据；上述测量参数、计算参数及通信接口获取的数据可存储在第二存储器中，并通过有线传输或无线通信传输的方式发送至控制装置120。
在一个实施例中，如图5所示，所述网络接口模块132包括微处理器、媒体接入控制器、程序控制端口、介质独立接口、物理层芯片及晶振；所述媒体接入控制器分别与所述微处理器及所述程序控制端口连接；所述程序控制端口通过所述介质独立接口与所述物理层芯片连接；所述物理层芯片还连接所述晶振。
在一个实施例中，如图6所示，网络接口模块132还可包括插座及LED指示灯，物理层芯片中还包括与LED指示灯连接的LED驱动电路。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种分布式能源的联网控制系统，其特征在于，包括电网参数监测装置、控制装置及至少一个能源管理装置，所述能源管理装置包括能源参数监测模块及网络接口模块，其中：
所述网络接口模块用于连接互联网；
所述能源参数监测模块用于连接能源转化装置，实时监测所述能源转化装置的供能参数，所述能源参数监测模块还连接所述网络接口模块；
所述电网参数监测装置用于连接电网，实时监测所述电网的供需参数；
所述控制装置连接所述电网参数监测装置，用于获取所述供需参数，所述控制装置还用于连接互联网，通过互联网获取所述供能参数，根据所述供能参数及所述供需参数生成控制信号，并通过互联网发送所述控制信号。
2.如权利要求1所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述能源管理装置还包括能源输出控制模块，所述能源输出控制模块分别连接所述能源转化装置及所述网络接口模块，所述能源输出控制模块用于连接电网，所述能源输出控制模块还用于获取能源转化参数及并离网信息，根据所述能源转化参数及所述并离网信息进行并网控制或离网控制。
3.如权利要求2所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述能源输出控制模块包括转化参数测量电路、第一信号调理电路、第一测频电路、第一主控芯片、第一存储器及同步检测电路；
所述转化参数测量电路分别与所述能源转化装置、所述同步检测电路及所述第一信号调理电路连接；
所述第一主控芯片分别与所述第一信号调理电路、所述第一测频电路、所述同步检测电路、所述第一存储器及所述网络接口模块连接，述第二主控芯片还用于连接电网。
4.如权利要求2所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，还包括分布式能源采集装置、能源转化装置及能源存储装置；
所述能源转化装置分别与所述分布式能源采集装置、所述能源存储装置、所述能源输出控制模块及所述能源参数监测模块连接；
所述能源存储装置连接所述网络接口模块；
所述分布式能源采集装置用于采集分布式能源；
所述能源转化装置用于将所述分布式能源转化为电能；
所述能源存储装置用于获取储能控制信息，并根据所述储能控制信息存储所述电能。
5.如权利要求4所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述能源转化装置包括顺序连接的能量转换模块、直流母线、并网逆变器、滤波器及隔离变压器，其中所述隔离变压器连接所述电网，所述直流母线连接所述能源存储装置。
6.如权利要求4所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述能源存储装置包括电量记录仪、储能模块及储能控制器；
所述储能控制器分别与所述电量记录仪、所述能源转化装置及所述网络接口模块连接；所述储能模块分别与所述电量记录仪及所述能源转化装置连接。
7.如权利要求6所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述储能模块包括液压储能模块及储能电池中至少一种。
8.如权利要求1所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述电网参数监测装置包括电源模块、电网参数测量电路、第二信号调理电路、第二测频电路、第二主控芯片及第二存储器，其中：
所述电网参数测量电路与所述第二信号调理电路连接，所述电网参数测量电路还用于连接电网；
所述第二信号调理电路、所述第二测频电路、所述电源模块及所述第二存储器分别与所述第二主控芯片连接，所述第二主控芯片还连接所述控制装置。
9.如权利要求8所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述第二主控芯片包括模数转换器、处理器及通信接口；
所述模数转换器分别连接所述第二信号调理电路、所述第二测频电路及所述处理器；
所述处理器分别连接所述通信接口及所述第二存储器；
所述通信接口连接所述控制装置。
10.如权利要求1所述的分布式能源的联网控制系统，其特征在于，所述网络接口模块包括微处理器、媒体接入控制器、程序控制端口、介质独立接口、物理层芯片及晶振；
所述媒体接入控制器分别与所述微处理器及所述程序控制端口连接；
所述程序控制端口通过所述介质独立接口与所述物理层芯片连接；
所述物理层芯片还连接所述晶振。
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