CN110190597B - 一种分布式电力管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分布式电力管理系统，包括：用户区域的储能系统、储能管理模块、传感器终端和终端设备以及管理中心处的区域辅助服务模块；储能系统用于存储电能；储能系统、传感器终端和终端设备均与储能管理模块双向通信；区域辅助服务模块用于根据传感器终端和储能系统运行的安全状态确定用户区域内的电能质量，并将用户区域内的电能质量报送至电力运行部门；区域辅助辅助服务模块还用于根据每个用户区域的储能系统的电量参数和终端设备的申请信息，通过潮流计算和负荷预测，得到操作指令，每个用户区域的储能系统和传感器终端响应操作指令，完成每个用户区域的电力调度。本发明可以根据电力行业实际情况，实现对用户侧分布式发电与储能的管理。

Description

一种分布式电力管理系统
技术领域
本发明涉及电力管理领域，特别是涉及一种分布式电力管理系统。
背景技术
由于自然资源分布的不均匀，可再生发电资源的所在地大多远离负荷区域，可以通过发展高压输电技术或者直流输电技术进行大范围电能的转移，但存在一定的资源浪费。由于城市微电网中的可再生发电资源靠近负荷中心，因此，采用城市微电网一定程度上可以减缓电力需求与减排需求。然而再生能源发电的波动性、间歇性与随机性对电网带来挑战，可再生能源发电并网随着其渗透率增加会逐渐使电网电压超限。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式电力管理系统，根据电力行业实际情况，实现对用户侧分布式发电与储能的管理。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种分布式电力管理系统，包括：用户区域的储能系统、储能管理模块、传感器终端和终端设备以及管理中心处的区域辅助服务模块；
所述储能系统用于存储电能；
所述储能系统、所述传感器终端和所述终端设备均与所述储能管理模块双向通信；所述储能管理模块用于获得所述传感器终端的运行参数和所述储能系统运行参数，得到所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态，并将所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态上报至所述区域辅助服务模块；所述储能管理模块还用于获得所述储能系统的电量参数和所述终端设备的申请信息，并将所述储能系统的电量参数和所述终端设备的申请信息上传至所述区域辅助服务模块；
所述区域辅助服务模块用于根据所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态确定所述用户区域内的电能质量，并将所述用户区域内的电能质量报送至电力运行部门；
所述区域辅助辅助服务模块还用于根据每个用户区域的储能系统的电量参数和终端设备的申请信息，通过潮流计算和负荷预测，得到操作指令，每个用户区域的储能系统和传感器终端响应所述操作指令，完成每个用户区域的电力调度。
可选的，所述储能系统具体包括：智能监测控制装置、储能装置、并网装置、充电装置和智能电表；
所述智能监测控制装置用于接收所述区域辅助服务模块下发的操作指令，还用于将所述储能装置与所述传感器终端的数据上传至所述区域辅助服务模块；
所述储能装置在所述智能监测控制装置的控制下与配电网的电能进行交互；
所述并网装置与所述智能监测控制装置连接，用于采用虚拟同步机技术，使所述储能装置参与调峰调频调压的有功功率、无功功率向输电线流动，通过所述储能装置的放电对用户区域供电；
所述充电装置与所述智能监测控制装置连接，所述充电装置用于在所述智能监测控制装置的控制下对所述储能装置充电；
所述智能电表用于记录电能物理信息，并将所述电能物理信息发送至电力运行部门或者分析部门；所述电能物理信息包括所述储能装置充电和放电过程的电能质量和电能消耗量。
可选的，所述储能装置包括：储能模块和EV电池模块；在用电平缓时间段，所述储能模块单独为所述用户区域供电；在用电高峰时间段，所述储能模块结合所述EV电池模块共同为所述用户区域供电；在用电低谷时间段，所述储能模块单独为所述用户区域供电，所述EV电池模块通过所述充电装置充电。
可选的，所述储能模块具体包括：保底电量单元、用户预购储能电量单元、分布式发电储能单元和补充电量单元；
所述保底电量单元用于电网故障时为所述用户区域提供保底供电；
所述用户预购储能电量单元用于根据用户的预购电量，在用电低谷时间段内购入电量，并在用电高峰时间段内为用户供电；
所述分布式发电储能单元用于储存所述用户区域分布式发电的电量；
所述补充电量单元用于结合用户历史用电数据与当日环境数据，当用户当日的预购电量与存储的分布式的电量之和小于所述储能模块的储能容量时，在用电非高峰时间段内补充购买电量。
可选的，所述储能管理模块具体包括：诊断单元、协同单元和服务单元；
所述诊断单元用于获得所述传感器终端的运行参数和所述储能系统运行参数，得到所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态，并将所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态上报至所述区域辅助服务模块；
所述协同单元用于获得所述储能系统的电量参数，并将所述电量参数上报至所述区域辅助服务模块，接收所述区域辅助服务模块的操作指令，进行相应的操作；
所述服务单元用于获得所述终端设备的申请信息及电力运行部门的电力辅助服务申请，并将所述终端设备的申请信息及电力运行部门的电力辅助服务申请上传至所述区域辅助服务模块，接收所述区域辅助服务模块的操作指令，进行相应的操作。
可选的，所述区域辅助服务模块具体包括：电能质量监测单元和调度单元；
所述电能质量监测单元用于根据所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态确定所述用户区域内的电能质量，并将所述用户区域内的电能质量报送至电力运行部门；
所述调度单元用于根据每个用户区域的储能系统的电量参数和终端设备的申请信息，通过潮流计算和负荷预测，得到操作指令，并将所述操作指令发送至各个用户区域的储能管理模块。
可选的，所述传感器终端包括用户区域内配电网、所属区域输电网的电力自动化运行平台、继电保护设备、通信设备、开关设备、配电设备、输变电设备，以及用户区域内及区域外储能、EV电池、风光发电的运行监测设备、通信设备、电量检测设备、逆变器、充放电设备，保护设备。
可选的，所述终端设备包括手机和电脑。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1、现有的相似产品忽略了电力行业实际情况，将设计建立在能源互联网和能源路由器的基础之上。然而上述两者一直处于理论研究阶段，现阶段及今后很长一段时间内技术水平和组织水平上难以实现。本发明通过划分用户区域，通过终端设备、传感器终端获取数据，级级报送，级级响应，将最终的调度决策集中至专业的调度模块，利用大数据分析等技术手段，在电力运行部门的专业监督下完成分析运作。产品硬件设计基于使用磷酸锂铁化学电池的储能装置，和物理输配电网，考虑到实际的线路情况，更有实用性。
2、现有相似产品中储能设备主要以电力的低买高卖的形式利用，靠近负荷中心的储能设备只从电网购电，忽略城市微电网中的分布式能源。靠近可再生能源生产侧的储能设备接收可再生能源发电量，对削峰填谷的作用有限。虽然都有提及电动汽车电池作为移动储能，但是仅仅提供了EV电池的中电能剩余电量的使用，并没有规范EV电池电能充满的时间地点。本发明在储能装置中专门划分出用于接收城市微电网中的分布式发电的容量，同时划分出了用于用电低谷购电的容量。EV电池剩余电量在高峰用电时承担电池出力，充分考虑充电所需时间，规范了0:00—8:00用电低谷时段为其充电。
3、现有相似产品中储能设备通过逆变器或者相关设备与电网相连，大量的电力电子器件的投入使得电力系统抗干扰能力下降，相似的产品忽略了大量储能设备通过电力电子器件与电网相连时对电力系统惯性的影响。本发明并网装置采用虚拟同步机技术，同过软件控制电力电子器件的导通关断，模拟同步发电机的发电状况，使得储能出力具有惯性，即使大量并网也不会影响电网抗干扰能力。
4、现有相似产品仅仅提供削峰填谷、调频、旋转备用的服务。忽略了配电网逐步发展，电动汽车逐渐普及情况下，配电网无功不足导致电压水平下降的情况；忽略了对储能设备大规模并网是否会对输配电网的电能质量造成污染的考虑。本发明的储能系统除了提供削峰填谷、调频、旋转备用的电力辅助服务，其还可以接收区域辅助服务模块的电能质量监测中心或者电力运行部门的指令，通过并网装置提供调整电压，无功补偿的服务。
5、现有建立在负荷中心位置的相似产品，要么缺乏调动电力用户参与，运营商单独提供低卖高卖的资金垫付，增大了资金压力；要么通过与用户签订协议控制用户拥有电器的调度使用权，忽略了用户使用电器的习惯以及无人监管电器使用时的安全性考虑。本发明借助互联网技术，通过终端设备(智能手机与电脑)实现与用户的交互。通过用户预购电的形式降低平台运营商的资金压力。同时，用户预购廉价电力至储能设备，依然可以在有人监管的状态下使用家用电器，依然保持了用户的使用习惯，通过增加用电晚高峰时段的储能电力的供给而不是限制此时的用户需求来降低发电厂机组增加出力的压力。可以预见的是，通过预购廉价电力同时限制预购电力容量的形式，可以促使用户更加科学的规划电能使用，达到节能的目的。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明分布式电力管理系统的结构框图；
图2为本发明储能系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明分布式电力管理系统的结构框图。如图1所示，所述分布式电力管理系统包括用户区域的储能系统、储能管理模块、传感器终端和终端设备以及管理中心处的区域辅助服务模块。所述储能系统、所述传感器终端和所述终端设备均与所述储能管理模块双向通信；所述储能管理模块用于获得所述传感器终端的运行参数和所述储能系统运行参数，得到所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态，并将所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态上报至所述区域辅助服务模块；所述储能管理模块还用于获得所述储能系统的电量参数和所述终端设备的申请信息，并将所述储能系统的电量参数和所述终端设备的申请信息上传至所述区域辅助服务模块；所述区域辅助服务模块用于根据所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态确定所述用户区域内的电能质量，并将所述用户区域内的电能质量报送至电力运行部门；所述区域辅助辅助服务模块还用于根据每个用户区域的储能系统的电量参数和终端设备的申请信息，通过潮流计算和负荷预测，得到操作指令，每个用户区域的储能系统和传感器终端响应所述操作指令，完成每个用户区域的电力调度。
图2为本发明储能系统的结构框图，如图2所示，所述储能系统具体包括：智能监测控制装置、储能装置、并网装置、充电装置和智能电表。
所述智能监测控制装置为分布式储能系统的控制中心，通过数据线收发数据，接收区域辅助服务模块下发给各个储能系统的操作指令，上传储能装置和内部传感器终端的数据至区域辅助服务模块。
所述储能装置在所述智能监测控制装置的控制下与配电网的电能进行交互。储能装置包括：储能模块和EV电池模块；在用电平缓时间段，所述储能模块单独为所述用户区域供电；在用电高峰时间段，所述储能模块结合所述EV电池模块共同为所述用户区域供电；在用电低谷时间段，所述储能模块单独为所述用户区域供电，所述EV电池模块通过充电装置充电。EV电池通过智能充电桩与储能系统连接，在高峰时段EV电池剩余电量作为储能系统的一部分参与调峰调频调压，在低谷时段作为填谷手段购电。
储能方式有电化学储能、电磁储能、机械储能、热储能等，这里具体指的是化学储能，具体指磷酸锂铁电池储能。本发明采用的储能模块为磷酸锂铁电池。所述储能模块实施模块化管理，包括保底电量单元、用户预购储能电量单元、分布式发电储能单元和补充电量单元，在高峰用电时间段可以补充EV电池剩余电量。保底电量单元的储能容量中专门为用户区域提供电网故障时的保底供电服务；用户预购储能电量单元的储能容量专门用于提供晚高峰用户用电的部分，用户提前一天通过智能终端申请预购电量并交纳电费，储能系统将在次日0:00—8:00低谷用电时段以低价购入电量，预备次日19:00—22:00的晚高峰用户电量使用。同时完成了平衡电力负荷峰谷差的功能，对于优化电力系统运行以及电厂经济运行具有积极作用。分布式发电储能单元的储能容量专门用于接纳储存分布式发电部分的电量；补充电量单元的储能容量用于平衡预购电量与分布式发电储能电量波动的部分。根据用户的历史数据与当天自然条件数据，如果当日用户预购电量与分布式发电储能电量之和不能充分使用储能容量，额外的在用电非高峰(即用电低谷时间段和平缓时间段)补充购买电量。
储能电量管理策略：在保证保底电量的基础之上，根据自然条件数据，数据线提供预估次日分布式发电储能电量，智能监测控制装置在总容量减去保底电量，减去分布式发电预估电量的基础上发布用户预购储能容量，并在次日0:00—8:00低谷时段购买除了分布式发电储能之外的所有电量。次日19:00晚高峰前，平段购买补充电量补充分布式发电储能的波动部分。
所述并网装置与所述智能监测控制装置连接，并网装置的主要部件为逆变器，采用虚拟同步机技术，可以在保证系统惯性的前提下，实现储能装置参与调峰调频调压的有功功率、无功功率向输电线流动，通过所述储能装置的放电对用户区域供电。
所述充电装置与所述智能监测控制装置连接，所述充电装置用于在所述智能监测控制装置的控制下对所述储能装置充电，针对EV电池的智能充电桩和用户区域内储能模块对应的电能—化学能转化装置，可以提供电能流动方向、电能消耗量、电能剩余电量与剩余容量等信息。所述智能电表用于记录电能物理信息，并将所述电能物理信息发送至电力运行部门或者分析部门，同时可以与电网公司后台实现数据连接，提供电力运行部门或者分析部门所需数据。所述电能物理信息包括所述储能装置充电和放电过程的电能质量和电能消耗量。
本实施例中，智能监测控制装置接收调度单元的操作指令，并向诊断单元反馈该储能管理模块所含传感器终端的所有数据。
储能模块与配电网电能交互的操作(晚高峰时提供电能，用电低谷时购入电能，分布式发电小于预期发电量时在平段购入补充电能)通过智能监测控制装置控制并网装置实现，同时，并网装置通过三相变压器、导线、继电保护装置、隔离开关、断路器与配电网实现连接。并网装置通过内置算法控制电力电子器件实现虚拟同步机功能。
本实施例中，各个储能管理模块包括诊断单元、协同单元与服务单元，诊断单元、协同单元与服务单元分别接受硬件监测和用户申请产生的不同数据并上报至区域辅助服务模块。传感器终端与智能终端设备负责产生监测和申请数据。区域辅助服务模块接收各个用户区域的储能管理模块的数据上报，并与电力运行部门直接联系，实现网络互联与信息共享。其在综合了电力运行部门指令与各区域储能平台的上报数据后，在调度单元做出计算，及时响应各个储能管理模块，发送操作指令。
诊断单元、协同单元、服务单元均指各个用户区域所属的服务器。诊断单元接收线路以及区域内外储能设备的运行数据，进行数据校验、分析、处理、整合，将区域内储能管理模块运行的安全状况上报给区域辅助服务模块；协同单元接收用户区域内储能模块、EV电池的剩余电量信息，进行校验、分析、处理后整合上报给区域辅助服务模块的调度单元，同时接收调度单元的指令，做出针对区域内剩余电量的物理操作；服务单元接收用户智能终端设备申请及电力运行部门的电力辅助服务申请，上报给区域辅助服务模块后接收指令，响应申请做出物理操作。
本实施例的区域辅助服务模块包括电能质量监测单元和调度单元。电能质量监测单元和调度单元均指区域辅助服务模块的服务器。电能质量监测单元接收上级电力运行部门数据、诊断单元数据与电能质量监测仪监测的数据，具体监测电压、频率、波形，提供准确的管辖区域内的电能质量，并报送上级电力运行部门。调度单元接收管辖区域内各个用户区域储能管理模块中协同单元、服务单元数据。基于经济调度的目标，开始潮流计算以及负荷预测，具体指利用大数据分析、数据挖掘、云计算、机器学习等手段，形成各个储能设备(包括EV电池)的操作指令，逐级下发。
传感器终端包括用户区域内配电网、所属区域输电网的电力自动化运行平台、继电保护设备、通信设备、开关设备、配电设备、输变电设备；还包括用户区域内及区域外储能、EV电池、风光发电的运行监测设备、通信设备、电量检测设备、逆变器、充放电设备，保护设备。
下面提供一个具体实施案例进一步说明本发明的方案：
11月1日19:00之前，用户区域A的分布式储能系统已经无剩余容量，外部数据流实时的向储能管理模块流动，报告储能剩余电量。
19:00—22:00，EV电池剩余电量不断的并入储能系统。区域辅助服务模块的调度单元接收各个用户区域的剩余电量数据与电力运行部门的负荷数据，实时计算当前系统情况，分配各个用户区域的供电承担量、电力辅助服务承担类型。用户区域A的储能管理模块的协同单元接收剩余电量信息并上报，服务单元和协同单元接收上级调度单元指令，用户预购电量部分以及分布式发电储能部分、EV电池剩余电量部分参与晚高峰供电服务。供电服务具体为：服务单元接收电力运行部门的辅助服务申请，增大出力参与调频或者进行无功补偿；协同单元接收参与供电申请，承担部分供电电量。
22:00—24:00，外部数据流中智能终端设备的用户预购电量申请、电动汽车电量申请、储能剩余容量申请报送至储能管理模块，储能管理模块上报区域辅助服务模块的调度单元。
11月2日24:00—8:00，调度单元综合自然条件数据与剩余电量数据，下发指令，用户区域A储能管理模块购进电量，供给EV电池充电与用户预购。
11月2日8:00—19:00，根据分布式发电储能情况购进补充电量。
以上过程中，用户区域A储能管理模块的诊断单元实时接收运行传感器智能终端的数据，区域辅助服务模块的电能质量监测单元实时接收各个诊断单元和电力运行部门的数据，并报调度单元，如果数据显示部分设备故障，调度单元进而给出操作指令避免故障扩大。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种分布式电力管理系统，其特征在于，包括：用户区域的储能系统、储能管理模块、传感器终端和终端设备以及管理中心处的区域辅助服务模块；
所述储能系统用于存储电能；所述储能系统具体包括：智能监测控制装置、储能装置、并网装置、充电装置和智能电表；
所述智能监测控制装置用于接收所述区域辅助服务模块下发的操作指令，还用于将所述储能装置与所述传感器终端的数据上传至所述区域辅助服务模块；
所述储能装置在所述智能监测控制装置的控制下与配电网的电能进行交互；
所述并网装置与所述智能监测控制装置连接，用于采用虚拟同步机技术，使所述储能装置参与调峰调频调压的有功功率、无功功率向输电线流动，通过所述储能装置的放电对用户区域供电；
所述充电装置与所述智能监测控制装置连接，所述充电装置用于在所述智能监测控制装置的控制下对所述储能装置充电；
所述智能电表用于记录电能物理信息，并将所述电能物理信息发送至电力运行部门或者分析部门；所述电能物理信息包括所述储能装置充电和放电过程的电能质量和电能消耗量；
所述储能系统、所述传感器终端和所述终端设备均与所述储能管理模块双向通信；所述储能管理模块用于获得所述传感器终端的运行参数和所述储能系统运行参数，得到所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态，并将所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态上报至所述区域辅助服务模块；所述储能管理模块还用于获得所述储能系统的电量参数和所述终端设备的申请信息，并将所述储能系统的电量参数和所述终端设备的申请信息上传至所述区域辅助服务模块；
所述区域辅助服务模块用于根据所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态确定所述用户区域内的电能质量，并将所述用户区域内的电能质量报送至电力运行部门；
所述区域辅助服务模块还用于根据每个用户区域的储能系统的电量参数和终端设备的申请信息，通过潮流计算和负荷预测，得到操作指令，每个用户区域的储能系统和传感器终端响应所述操作指令，完成每个用户区域的电力调度。
2.根据权利要求1所述的分布式电力管理系统，其特征在于，所述储能装置包括：储能模块和EV电池模块；在用电平缓时间段，所述储能模块单独为所述用户区域供电；在用电高峰时间段，所述储能模块结合所述EV电池模块共同为所述用户区域供电；在用电低谷时间段，所述储能模块单独为所述用户区域供电，所述EV电池模块通过所述充电装置充电。
3.根据权利要求2所述的分布式电力管理系统，其特征在于，所述储能模块具体包括：保底电量单元、用户预购储能电量单元、分布式发电储能单元和补充电量单元；
所述保底电量单元用于电网故障时为所述用户区域提供保底供电；
所述用户预购储能电量单元用于根据用户的预购电量，在用电低谷时间段内购入电量，并在用电高峰时间段内为用户供电；
所述分布式发电储能单元用于储存所述用户区域分布式发电的电量；
所述补充电量单元用于结合用户历史用电数据与当日环境数据，当用户当日的预购电量与存储的分布式的电量之和小于所述储能模块的储能容量时，在用电非高峰时间段内补充购买电量。
4.根据权利要求1所述的分布式电力管理系统，其特征在于，所述储能管理模块具体包括：诊断单元、协同单元和服务单元；
所述诊断单元用于获得所述传感器终端的运行参数和所述储能系统运行参数，得到所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态，并将所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态上报至所述区域辅助服务模块；
所述协同单元用于获得所述储能系统的电量参数，并将所述电量参数上报至所述区域辅助服务模块，接收所述区域辅助服务模块的操作指令，进行相应的操作；
所述服务单元用于获得所述终端设备的申请信息及电力运行部门的电力辅助服务申请，并将所述终端设备的申请信息及电力运行部门的电力辅助服务申请上传至所述区域辅助服务模块，接收所述区域辅助服务模块的操作指令，进行相应的操作。
5.根据权利要求1所述的分布式电力管理系统，其特征在于，所述区域辅助服务模块具体包括：电能质量监测单元和调度单元；
所述电能质量监测单元用于根据所述传感器终端的安全状态和所述储能系统运行的安全状态确定所述用户区域内的电能质量，并将所述用户区域内的电能质量报送至电力运行部门；
所述调度单元用于根据每个用户区域的储能系统的电量参数和终端设备的申请信息，通过潮流计算和负荷预测，得到操作指令，并将所述操作指令发送至各个用户区域的储能管理模块。
6.根据权利要求1所述的分布式电力管理系统，其特征在于，所述传感器终端包括用户区域内配电网、所属区域输电网的电力自动化运行平台、继电保护设备、通信设备、开关设备、配电设备、输变电设备，以及用户区域内及区域外储能、EV电池、风光发电的运行监测设备、通信设备、电量检测设备、逆变器、充放电设备。
7.根据权利要求1所述的分布式电力管理系统，其特征在于，所述终端设备包括手机和电脑。
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