CN108847662B - 一种基于新能源网关的户用光伏智能供电系统及方法 - Google Patents

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CN108847662B CN201810601196.8A CN201810601196A CN108847662B CN 108847662 B CN108847662 B CN 108847662B CN 201810601196 A CN201810601196 A CN 201810601196A CN 108847662 B CN108847662 B CN 108847662B
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Abstract

本发明公开了一种基于新能源网关的户用光伏智能供电系统及方法。该系统包括光伏控制器、光伏组件、户用负荷、电动汽车换流器、含BMS的电动汽车、并网开关、双向计量表、智能网关和无线通讯单元。方法为：测量与控制模块采集信息；供电能力分析模块计算出供电能力，然后通过统一信息模型接口传送至云平台和经济优化调度模块；经济优化调度模块计算出调度控制信息，对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器进行控制；并离网切换控制模块计算出并离网切换控制信息，同时从云平台获取调度指令，对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器进行控制。本发明提高了包含户用光伏和户用电动汽车的供电系统的可控度、可靠性和经济性。

Description

一种基于新能源网关的户用光伏智能供电系统及方法
技术领域
本发明涉及智能供电技术领域，特别是一种基于新能源网关的户用光伏智能供电系统及方法。
背景技术
近年来随着智能电网和智能用电概念的普及和互联网技术的日趋成熟，如何经济高效的将采集到的电力用户用电数据上传至云平台，进行大数据的处理和增值服务，这对电力用户用电数据的采集技术和控制技术提出了新的要求。在另一方面户用光伏的家庭用户和户用电动汽车数量均呈现逐年大幅攀升趋势，其潮流的不可控性和复杂性在对配电网控制和保护带来冲击的同时，也给配电网智能控制带来了机遇。云平台技术通过对户用光伏的家庭中相关智能设备的信息采集、电力智能管控和与云平台的智能交互，就可以实现大量智慧家庭用户的数据即插即入采集和控制。
家庭用户对供电质量要求较高，但是现有技术中针对含光伏和户用电动汽车的家庭还没有一套综合可行的供电和智能控制方法，供电系统普遍存在供电可靠性低、用电损耗大、经济性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种供电可靠性高、用电经济性好的基于新能源网关的户用光伏智能供电系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于新能源网关的户用光伏智能供电系统，包括光伏控制器、光伏组件、户用负荷、电动汽车换流器、含BMS的电动汽车、并网开关、双向计量表、智能网关和无线通讯单元，其中智能网关包括测量与控制模块、供电能力分析模块、经济优化调度模块、并离网切换控制模块、保护模块和统一信息模型接口；
所述光伏控制器、户用负荷、电动汽车换流器通过并网开关接入配电网；所述光伏组件接入光伏控制器；所述含BMS的电动汽车接入电动汽车换流器；
所述智能网关分别和并网开关、双向计量表、光伏控制器、电动汽车换流器、含BMS的电动汽车、无线通讯单元连接：
与并网开关通讯，采集并网开关两侧的电压、电流、开关位置信息，并控制并网开关的通断；
与双向计量表通讯，获取双向计量表采集计算的双向电度信息；
与光伏控制器通讯，获取光伏组件的实时有功功率、无功功率，并控制光伏组件的启停，调节有功功率和无功功率；
与电动汽车换流器通讯，获取电动汽车运行模式、实时有功功率、无功功率，并控制电动汽车换流器的运行模式切换，调节有功功率和无功功率；
与接入的含BMS的电动汽车的BMS通讯，获取电池电量信息；
与无线通讯单元通讯，交互智能网关计算统计形成的统一信息模型信息，无线通讯单元进一步与云平台交互，获取并执行云平台的监控和调度操作。
一种基于新能源网关的户用光伏智能供电方法，包括以下步骤：
步骤1、测量与控制模块采集并网开关信息，交互光伏控制器、电动汽车换流器和含BMS的电动汽车信息，采集交互获得的信息；
步骤2、供电能力分析模块通过供电能力分析算法，计算出供电能力，然后通过统一信息模型接口传送至云平台和经济优化调度模块；
步骤3、经济优化调度模块从云平台获取调度信息，从供电能力分析模块获取供电能力信息，使用经济优化调度算法，计算出调度控制信息，通过测量与控制模块实现对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器的控制；
步骤4、并离网切换控制模块使用通用并离网切换算法，计算出并离网切换控制信息，实现测量与控制模块对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器的控制；同时并离网切换控制模块接收保护模块和统一信息模型接口从云平台获取的调度指令进行切换。
进一步地，步骤1中所述的采集交互获得的信息，具体如下：
统一信息模型接口上行信息包括正向电度、反向电度、实时有功、实时无功、可增加有功、可减少有功、可增加无功和可减少无功；下行信息包括并网遥控、离网遥控、有功最大值、有功最小值、无功最大值、无功最小值。
进一步地，步骤2中所述的供电能力分析算法，具体如下：
计算公式为：
Figure BDA0001693267080000021
Figure BDA0001693267080000022
Figure BDA0001693267080000023
Figure BDA0001693267080000031
其中Pdis(t)为t时刻的并网点可增加有功；Pcha(t)为t时刻的并网点可减少有功；Qdis(t)为t时刻的并网点可增加无功；Qcha(t)为t时刻的并网点可减少无功；
Figure BDA0001693267080000032
为t时刻电动汽车换流器可增加有功；
Figure BDA0001693267080000033
为t时刻光伏控制器可增加有功；
Figure BDA0001693267080000034
为t时刻电动汽车换流器可减少有功；
Figure BDA0001693267080000035
为t时刻光伏控制器可减少有功；
Figure BDA0001693267080000036
为t时刻电动汽车换流器可增加无功；
Figure BDA0001693267080000037
为t时刻光伏控制器可增加无功；
Figure BDA0001693267080000038
为t时刻电动汽车换流器可增加无功；
Figure BDA0001693267080000039
为t时刻光伏控制器可减少无功；
Figure BDA00016932670800000310
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000311
其中
Figure BDA00016932670800000312
为电动汽车换流器最大功率上限，PES(t)为电动汽车换流器t时刻实时功率，定义充电时PES(t)为正，反之为负；
Figure BDA00016932670800000313
为电动汽车BMS电量上限，EES(t)为电动汽车BMS在t时刻实时电量；else为其他情况；
Figure BDA00016932670800000314
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000315
其中
Figure BDA00016932670800000316
为t时刻预测有功，PPV(t)为t时刻光伏控制器实时功率；
Figure BDA00016932670800000317
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000318
其中
Figure BDA00016932670800000319
为电动汽车换流器最大功率上限，
Figure BDA00016932670800000320
为电动汽车BMS电量下限；
Figure BDA00016932670800000321
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000322
Figure BDA00016932670800000323
等于该时刻电动汽车换流器无功上限减去实时无功；
Figure BDA00016932670800000324
等于该时刻光伏控制器无功上限减去实时无功；
Figure BDA0001693267080000041
等于该时刻电动汽车换流器实时无功减去无功下限；
Figure BDA0001693267080000042
等于该时刻光伏控制器实时无功减去无功下限。
进一步地，步骤3中所述的经济优化调度算法，具体如下：
通过以下三个公式约束计算寻求CM最优解，获取Ppcc(t)、PES(t)和PPV(t)：
Figure BDA0001693267080000043
Ppcc(t)+PES(t)+PPV(t)+PLOAD(t)＝0
Figure BDA0001693267080000044
其中，CM为户用光伏供电系统收益，Cpcc(Ppcc(t))为购售电能综合收益；CES(PES(t))为电动汽车电池交换电成本；CPV(PPV(t))为光伏卖电成本；NT为调度周期；Ppcc(t)为t时刻的联络线功率值，流向配电网为正，反向为负；PLOAD(t)为t时刻的负荷功率值；
Figure BDA0001693267080000045
和
Figure BDA0001693267080000046
分别是联络线功率的允许下限和上限；
Cpcc(Ppcc(t))的求解公式为：
Cpcc(Ppcc(t))＝(Ppcc(t)δpcc(t)VB-Ppcc(t)(1-δpcc(t))VS)Δt
其中δpcc(t)为并网点的功率流向状态，当流向配电网侧时δpcc(t)为0，反向时为1；VB为购电价格；VS为售电价格；Δt为调度时间间隔；
CES(PES(t))的求解公式为：
CES(PES(t))＝kES(PES(t)δES(t)/η-PES(t)(1-δES(t))η)Δt
其中kES为电动汽车电池单位充换电成本，η为充换电效率，δES(t)为电动汽车充放电状态，当充电δES(t)为1，反之为0；
PES(t)满足以下三个公式约束：
Figure BDA0001693267080000047
Figure BDA0001693267080000048
Figure BDA0001693267080000051
CPV(PPV(t))的求解公式为：
CPV(PPV(t))＝(aPPV(t)+b)Δt
其中a和b为常量；PPV(t)满足不等式
Figure BDA0001693267080000052
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)通过配置光伏控制器、电动汽车换流器、智能网关和无线通讯单元构成的智能供电系统，能够综合利用户用光伏，可以运行在并网状态和离网状态，提高了家庭用户的供电可靠性；(2)能够将含户用光伏和户用电动汽车的家庭的数据进行统计采集和处理，提供供电能力分析数据，实现家庭用户单元的云端监控，减少潮流的不可控性和复杂性在对配电网控制和保护带来冲击，同时为主动配电网和需求侧响应带来条件；(3)通过经济优化算法实现就地电力智能管控，以户用光伏供电系统收益最高为原则，优化利用电动汽车和光伏的功率，使得家庭用户收益最高，提高系统的经济性。
附图说明
图1为本发明基于新能源网关的户用光伏智能供电系统的结构示意图；
图2为本发明基于新能源网关的户用光伏智能供电方法的功能模块示意图；
图3为本发明中统一信息模型上下行数据内容的示意图。
具体实施方式
结合图1、图2，本发明基于新能源网关的户用光伏智能供电系统，包括光伏控制器、光伏组件、户用负荷、电动汽车换流器、含BMS的电动汽车、并网开关、双向计量表、智能网关和无线通讯单元，其中智能网关包括测量与控制模块、供电能力分析模块、经济优化调度模块、并离网切换控制模块、保护模块和统一信息模型接口；
所述光伏控制器、户用负荷、电动汽车换流器通过并网开关接入配电网；所述光伏组件接入光伏控制器；所述含BMS的电动汽车接入电动汽车换流器；
所述智能网关分别和并网开关、双向计量表、光伏控制器、电动汽车换流器、含BMS的电动汽车、无线通讯单元连接：
与并网开关通讯，采集并网开关两侧的电压、电流、开关位置信息，并控制并网开关的通断；
与双向计量表通讯，获取双向计量表采集计算的双向电度信息；
与光伏控制器通讯，获取光伏组件的实时有功功率、无功功率，并控制光伏组件的启停，调节有功功率和无功功率；
与电动汽车换流器通讯，获取电动汽车运行模式、实时有功功率、无功功率，并控制电动汽车换流器的运行模式切换，调节有功功率和无功功率；
与接入的含BMS的电动汽车的BMS通讯，获取电池电量信息；
与无线通讯单元通讯，交互智能网关计算统计形成的统一信息模型信息，无线通讯单元进一步与云平台交互，获取并执行云平台的监控和调度操作。
结合图2，本发明基于新能源网关的户用光伏智能供电方法，包括以下步骤：
步骤1、测量与控制模块采集并网开关信息，交互光伏控制器、电动汽车换流器和含BMS的电动汽车信息，采集交互获得的信息；
步骤2、供电能力分析模块通过供电能力分析算法，计算出供电能力，然后通过统一信息模型接口传送至云平台和经济优化调度模块；
步骤3、经济优化调度模块从云平台获取调度信息，从供电能力分析模块获取供电能力信息，使用经济优化调度算法，计算出调度控制信息，通过测量与控制模块实现对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器的控制；
步骤4、并离网切换控制模块使用通用并离网切换算法，计算出并离网切换控制信息，实现测量与控制模块对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器的控制；同时并离网切换控制模块接收保护模块和统一信息模型接口从云平台获取的调度指令进行切换。
结合图3，步骤1中所述的采集交互获得的信息，具体如下：
统一信息模型接口上行信息包括正向电度、反向电度、实时有功、实时无功、可增加有功、可减少有功、可增加无功和可减少无功；下行信息包括并网遥控、离网遥控、有功最大值、有功最小值、无功最大值、无功最小值。
步骤2中所述的供电能力分析算法，具体如下：
计算公式为：
Figure BDA0001693267080000061
Figure BDA0001693267080000062
Figure BDA0001693267080000063
Figure BDA0001693267080000071
其中Pdis(t)为t时刻的并网点可增加有功；Pcha(t)为t时刻的并网点可减少有功；Qdis(t)为t时刻的并网点可增加无功；Qcha(t)为t时刻的并网点可减少无功；
Figure BDA0001693267080000072
为t时刻电动汽车换流器可增加有功；
Figure BDA0001693267080000073
为t时刻光伏控制器可增加有功；
Figure BDA0001693267080000074
为t时刻电动汽车换流器可减少有功；
Figure BDA0001693267080000075
为t时刻光伏控制器可减少有功；
Figure BDA0001693267080000076
为t时刻电动汽车换流器可增加无功；
Figure BDA0001693267080000077
为t时刻光伏控制器可增加无功；
Figure BDA0001693267080000078
为t时刻电动汽车换流器可增加无功；
Figure BDA0001693267080000079
为t时刻光伏控制器可减少无功。
Figure BDA00016932670800000710
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000711
其中
Figure BDA00016932670800000712
为电动汽车换流器最大功率上限，PES(t)为电动汽车换流器t时刻实时功率，定义充电时PES(t)为正，反之为负；
Figure BDA00016932670800000713
为电动汽车BMS电量上限，EES(t)为电动汽车BMS在t时刻实时电量；else为其他情况。
Figure BDA00016932670800000714
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000715
其中
Figure BDA00016932670800000716
为t时刻预测有功，PPV(t)为t时刻光伏控制器实时功率；
Figure BDA00016932670800000717
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000718
其中
Figure BDA00016932670800000719
为电动汽车换流器最大功率上限，
Figure BDA00016932670800000720
为电动汽车BMS电量下限；
Figure BDA00016932670800000721
通过以下公式计算获取：
Figure BDA00016932670800000722
Figure BDA00016932670800000723
等于该时刻电动汽车换流器无功上限减去实时无功；
Figure BDA00016932670800000724
等于该时刻光伏控制器无功上限减去实时无功；
Figure BDA0001693267080000081
等于该时刻电动汽车换流器实时无功减去无功下限；
Figure BDA0001693267080000082
等于该时刻光伏控制器实时无功减去无功下限。
进一步地，步骤3中所述的经济优化调度算法，具体如下：
通过以下三个公式约束计算寻求CM最优解，获取Ppcc(t)、PES(t)和PPV(t)：
Figure BDA0001693267080000083
Ppcc(t)+PES(t)+PPV(t)+PLOAD(t)＝0 (2)
Figure BDA0001693267080000084
其中，CM为户用光伏供电系统收益，Cpcc(Ppcc(t))为购售电能综合收益；CES(PES(t))为电动汽车电池交换电成本；CPV(PPV(t))为光伏卖电成本；NT为调度周期；Ppcc(t)为t时刻的联络线功率值，流向配电网为正，反向为负；PLOAD(t)为t时刻的负荷功率值；
Figure BDA0001693267080000085
和
Figure BDA0001693267080000086
分别是联络线功率的允许下限和上限。
Cpcc(Ppcc(t))的求解公式为：
Cpcc(Ppcc(t))＝(Ppcc(t)δpcc(t)VB-Ppcc(t)(1-δpcc(t))VS)Δt
其中δpcc(t)为并网点的功率流向状态，当流向配电网侧时δpcc(t)为0，反向时为1；VB为购电价格；VS为售电价格；Δt为调度时间间隔；
CES(PES(t))的求解公式为：
CES(PES(t))＝kES(PES(t)δES(t)/η-PES(t)(1-δES(t))η)Δt
其中kES为电动汽车电池单位充换电成本，η为充换电效率，δES(t)为电动汽车充放电状态，当充电δES(t)为1，反之为0；
PES(t)满足以下三个公式约束：
Figure BDA0001693267080000087
Figure BDA0001693267080000088
Figure BDA0001693267080000091
CPV(PPV(t))的求解公式为：
CPV(PPV(t))＝(aPPV(t)+b)Δt
其中a和b为常量；PPV(t)满足不等式
Figure BDA0001693267080000092
本发明可实现通过配置光伏控制器、电动汽车换流器、智能网关和无线通讯单元构成的智能供电系统，综合利用户用光伏，系统可以运行在并网状态和离网状态，提高了家庭用户的供电可靠性；将含户用光伏和户用电动汽车的家庭的数据进行统计采集和处理，提供供电能力分析数据，实现家庭用户单元的云端监控，减少潮流的不可控性和复杂性在对配电网控制和保护带来冲击，同时为主动配电网和需求侧响应带来条件；通过经济优化算法实现就地电力智能管控，以户用光伏供电系统收益最高为原则，优化利用电动汽车和光伏的功率，使得家庭用户收益最高，提高系统的经济性。

Claims (2)

1.一种基于新能源网关的户用光伏智能供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、测量与控制模块采集并网开关信息，交互光伏控制器、电动汽车换流器和含BMS的电动汽车信息，采集交互获得的信息；
步骤2、供电能力分析模块通过供电能力分析算法，计算出供电能力，然后通过统一信息模型接口传送至云平台和经济优化调度模块；
步骤3、经济优化调度模块从云平台获取调度信息，从供电能力分析模块获取供电能力信息，使用经济优化调度算法，计算出调度控制信息，通过测量与控制模块实现对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器的控制；
步骤4、并离网切换控制模块使用通用并离网切换算法，计算出并离网切换控制信息，实现测量与控制模块对并网开关和光伏控制器、电动汽车换流器的控制；同时并离网切换控制模块接收保护模块和统一信息模型接口从云平台获取的调度指令进行切换；
步骤2中所述的供电能力分析算法，具体如下：
计算公式为：
Figure FDA0003104432040000011
Figure FDA0003104432040000012
Figure FDA0003104432040000013
Figure FDA0003104432040000014
其中Pdis(t)为t时刻的并网点可增加有功；Pcha(t)为t时刻的并网点可减少有功；Qdis(t)为t时刻的并网点可增加无功；Qcha(t)为t时刻的并网点可减少无功；
Figure FDA0003104432040000015
为t时刻电动汽车换流器可增加有功；
Figure FDA0003104432040000016
为t时刻光伏控制器可增加有功；
Figure FDA0003104432040000017
为t时刻电动汽车换流器可减少有功；
Figure FDA0003104432040000018
为t时刻光伏控制器可减少有功；
Figure FDA0003104432040000019
为t时刻电动汽车换流器可增加无功；
Figure FDA00031044320400000110
为t时刻光伏控制器可增加无功；
Figure FDA00031044320400000111
为t时刻电动汽车换流器可减少无功；
Figure FDA00031044320400000112
为t时刻光伏控制器可减少无功；
Figure FDA00031044320400000113
通过以下公式计算获取：
Figure FDA00031044320400000114
其中
Figure FDA0003104432040000021
为电动汽车换流器最大功率上限，PES(t)为电动汽车换流器t时刻实时功率，定义充电时PES(t)为正，反之为负；
Figure FDA0003104432040000022
为电动汽车BMS电量上限，EES(t)为电动汽车BMS在t时刻实时电量；else为其他情况；
Figure FDA0003104432040000023
通过以下公式计算获取：
Figure FDA0003104432040000024
其中
Figure FDA0003104432040000025
为t时刻预测有功，PPV(t)为t时刻光伏控制器实时功率；
Figure FDA0003104432040000026
通过以下公式计算获取：
Figure FDA0003104432040000027
其中
Figure FDA0003104432040000028
为电动汽车换流器最大功率上限，
Figure FDA0003104432040000029
为电动汽车BMS电量下限；
Figure FDA00031044320400000210
通过以下公式计算获取：
Figure FDA00031044320400000211
Figure FDA00031044320400000212
等于该时刻电动汽车换流器无功上限减去实时无功；
Figure FDA00031044320400000213
等于该时刻光伏控制器无功上限减去实时无功；
Figure FDA00031044320400000214
等于该时刻电动汽车换流器实时无功减去无功下限；
Figure FDA00031044320400000215
等于该时刻光伏控制器实时无功减去无功下限；
步骤3中所述的经济优化调度算法，具体如下：
通过以下三个公式约束计算寻求CM最优解，获取Ppcc(t)、PES(t)和PPV(t)：
Figure FDA00031044320400000216
Ppcc(t)+PES(t)+PPV(t)+PLOAD(t)＝0
Figure FDA00031044320400000217
其中，CM为户用光伏供电系统收益，Cpcc(Ppcc(t))为购售电能综合收益；CES(PES(t))为电动汽车电池交换电成本；CPV(PPV(t))为光伏卖电成本；NT为调度周期；Ppcc(t)为t时刻的联络线功率值，流向配电网为正，反向为负；PLOAD(t)为t时刻的负荷功率值；
Figure FDA0003104432040000031
和
Figure FDA0003104432040000032
分别是联络线功率的允许下限和上限；
Cpcc(Ppcc(t))的求解公式为：
Cpcc(Ppcc(t))＝(Ppcc(t)δpcc(t)VB-Ppcc(t)(1-δpcc(t))VS)Δt
其中δpcc(t)为并网点的功率流向状态，当流向配电网侧时δpcc(t)为1，反向时为0；VB为售电价格；VS为购电价格；Δt为调度时间间隔；
CES(PES(t))的求解公式为：
CES(PES(t))＝kES(PES(t)δES(t)/η-PES(t)(1-δES(t))η)Δt
其中kES为电动汽车电池单位充换电成本，η为充换电效率，δES(t)为电动汽车充放电状态，当充电δES(t)为1，反之为0；
PES(t)满足以下三个公式约束：
Figure FDA0003104432040000033
Figure FDA0003104432040000034
Figure FDA0003104432040000035
CPV(PPV(t))的求解公式为：
CPV(PPV(t))＝(aPPV(t)+b)Δt
其中，EES(t)为电动汽车BMS在t-1时刻实时电量；a和b为常量；PPV(t)满足不等式
Figure FDA0003104432040000036
2.根据权利要求书1所述的基于新能源网关的户用光伏智能供电方法，其特征在于，步骤1中所述的采集交互获得的信息，具体如下：
统一信息模型接口上行信息包括正向电度、反向电度、实时有功、实时无功、可增加有功、可减少有功、可增加无功和可减少无功；下行信息包括并网遥控、离网遥控、有功最大值、有功最小值、无功最大值、无功最小值。
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