CN113964860A - 一种基于需量管理的光储离线协调系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于需量管理的光储离线协调系统及方法，包括光伏发电机组、逆变器、充放电调控器、负荷监测器、第一储能设备、第二储能设备以及远程控制台，光伏发电机组通过逆变器与充放电调控器电连接，第一储能设备通过充放电调控器中的第一调控单元与负载侧的供电母线连接，第二储能设备通过充放电调控器中的第二调控单元与负载侧的供电母线连接，充放电调控器中的第三调控单元与负载侧的供电母线连接，负荷监测器设置在负载侧的供电母线用于监测负载的负荷，远程控制台、负荷监测器以及充放电调控器两两通信连接。方案针对不同的负载需求时段选择不同的调控策略，开通专属的传输信道进行信息的发送和接收保证调控指令的传输安全。
Description
技术领域
本发明涉及新能源调控技术领域，具体的，涉及一种基于需量管理的光储离线协调系统及方法。
背景技术
随着储能技术的进步和规模化新能源接入电网，加强现代电网清洁能源消纳能力、优化运行成本、突破传统运营方式势在必行。大规模可再生能源接入电网，一方面可以有效地缓解我国对能源的巨大需求量及国家的用电紧张局面，另一方面又不可避免地造成了对传统电网的影响，如增大系统峰谷差、影响系统的稳定性等等。因此，拓宽分布式储能系统的应用场景和加强与新能源的协调优化运行是未来发展的必然趋势。
随着我国电力体制改革的推进，用户侧储能市场存在潜在的盈利机会，而盈利途径以及经济效益是其实现商业化应用的关键。但现今储能成本较高，储能系统的运行模式比较单一，缺乏对多时间尺度的优化控制方法。若仅靠峰谷差套利和政府补贴，资金回收年限长，难以达到盈利目标，这些都阻碍了储能系统的应用推广。基于此，需要对安装了分布式电源和储能系统的大工业园区，采取削峰填谷和需量管理相结合的优化控制方法，获取峰谷平价差套利的同时，削减厂区功率峰值，进一步减少需量容量电费，实现整体系统运行的利益最大化。随着传感器技术以及网络安全技术的发展，智能化电厂的建设将迎来极大的发展，智能化调控技术将解决电厂人工成本以及安全隐患的问题，实现无人值守以及调控指令的准确下达和执行，而通过线上指令的下达离不开安全稳定的网络环境。
发明内容
本发明的目的是针对大工业区园区储能系统运行于削峰填谷单一模式以及协同调控指令下达不及时、不安全、不准确的问题，提出了一种基于需量管理的光储离线协调系统及方法；针对不同的负载需求时段选择不同的调控策略，并且开通专属的传输信道进行信息的发送和接收保证调控指令的传输安全，保障电力线路安全稳定运行。
为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种基于需量管理的光储离线协调系统，包括光伏发电机组、逆变器、充放电调控器、负荷监测器、第一储能设备、第二储能设备以及远程控制台，所述光伏发电机组通过逆变器与充放电调控器电连接，所述第一储能设备通过充放电调控器中的第一调控单元与负载侧的供电母线连接，所述第二储能设备通过充放电调控器中的第二调控单元与负载侧的供电母线连接，所述充放电调控器中的第三调控单元与负载侧的供电母线连接，负荷监测器设置在负载侧的供电母线用于监测负载的负荷，所述远程控制台、负荷监测器以及充放电调控器两两通信连接。
本方案中，远程控制台和充放电调控器分别获取负荷监测器的检测信息，根据检测信息获取负载需求时段，进而开启专属信道实现远程控制台和充放电调控器之间的信息交互，远程控制台根据负载需求时段通过查表法获取调控指令，并将调控指令通过专属信道发送给充放电调控器，执行具体的调控措施。
作为优选，所述充放电调控器和远程控制台侧均设置有信道解码器，所述信道解码器根据负荷需求特性熔断专属信道实现充放电调控器与远程控制台的信息交互；所述负荷监测器根据负载对于电功率的需求特征将负载需求时段分为峰值I阶段、峰值II阶段、平值阶段、谷值I阶段以及谷值II阶段，远程控制台和充放电调控器均根据负载需求时段设置有调控指令表以及调控指令对应的解码指令；信道解码器根据解码指令获取对应的专属通道编号，并开启该通道作为通信专属通道。
本方案中，负载需求时段是根据负荷电功率与光伏发电机组的有功功率比值进行划分，具体划分原则根据负载正常工作时的安全功率的上限值进行设置，信道解码器根据具体的调控指令开通专属信道，实现信息的单相传输并且，不会造成丢包或者信息拥堵，保证信息安全。
作为优选，充放电调控器和远程控制台均设置有指针寄存器，指针寄存器中设置有解码指令存储位，所述解码指令存储位设置有二进制编码，解码指令存储位的指令信息与信道解码器的专属通道建立映射。
本方案中，根据解码指令存储位存储的二进制编码信息组成的二进制字符串即可以根据译码规则，将二进制字符串转换成十进制数，进而确定专属通道编号，将对应编号的信道开通即实现了专属通道的定制。
作为优选，所述二进制编码的设定规则如下：
第一调控单元、第二调控单元以及第三调控单元根据调控状态分为“充电”、“放电”以及“无动作”；
其中，“充电”状态对应的二进制码为“01”；“放电”状态对应的二进制码为“10”；“无动作”状态对应的二进制码为“00”；
根据二进制码组成的二进制字符串确定解码指令，根据解码指令映射对应的专属通道编号，进而开启专属通道实现通信。
作为优选，调控指令表的根据负载需求时段设置调控指令的逻辑如下：
负载需求时段为峰值I阶段时，第一调控单元的调控状态为“放电”，第二调控单元的调控状态为“无动作”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“1000 10”；负载需求时段为峰值II阶段时，第一调控单元的调控状态为“放电”，第二调控单元的调控状态为“放电”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“10 1010”；负载需求时段为平值阶段时，第一调控单元的调控状态为“无状态”，第二调控单元的调控状态为“无状态”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“00 0010”；负载需求时段为谷值I阶段时，第一调控单元的调控状态为“充电”，第二调控单元的调控状态为“无状态”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“01 0010”；负载需求时段为谷值II阶段时，第一调控单元的调控状态为“充电”，第二调控单元的调控状态为“充电”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“01 0110”。
一种基于需量管理的光储离线协调方法，包括如下步骤：
S1、放电调控器和远程控制台分别获取负荷监测器采集的负荷电功率信息，根据负荷电功率与光伏发电机组的有功功率比值确定负载需求时段；
S2、负载需求时段确定后，充放电调控器根据调控指令表中的调控指令对应的解码指令获取信道解码器的专属通道编号(专属通道一共有2^6＝64)，并开启所述专属通道作为专属接收通道；
同步地，远程控制台根据调控指令表中的调控指令对应的解码指令获取信道解码器的专属通道编号，并开启所述专属通道作为专属发送通道；
S3、远程控制台将调控指令通过非对称加密技术加密后通过专属发送通道发送至充放电调控器接收端；
S4、充放电调控器通过专属接收通道获取解密后的调控指令解密后，执行对应调控策略。
本发明的有益效果：
1、本发明设计的一种基于需量管理的光储离线协调系统及方法采用分层的模式，下层为就地运行设备(即光伏发电机组、第一储能设备、第二储能设备以及逆变器)，中间层为网络通信及链路(即信道解码器)，上层为展示和监控层(即充放电调控器、远程控制台和负荷监测器)，可有效实现园区内光伏、储能、负荷实现全方位监视，对园区内的安全生产活动安排具有指导意义；
2、基于区域峰谷电价和新能源消纳为原则，设计了削峰填谷自治运行控制策略，根据园区内实际生产情况结合负荷的功率波动，针对不同类型、不同容量的储能制定各自的运行策略，确保园区内峰谷时段供需的平衡，提高电网运行的安全性、可靠性、经济性；
3、考虑园区自治运行(削峰填谷)及储能充放电安全特性，有效削减用户功率峰值，降低需量容量电费。
附图说明
图1为本发明的一种基于需量管理的光储离线协调系统的结构示意图。
图2为本发明不同时区的电价曲线图。
图3为本发明储能系统充放电曲线图。
图4为本发明储能需量管理下的储能系统当日充放电曲线图。
图5为本发明储能参与用户侧负荷需量管理的效果图。
图中标记说明：1-光伏发电机组、2-逆变器、3-充放电调控器、4-负荷监测器、5-第一储能设备、6-第二储能设备、7-远程控制台、8-负载、31-第一调控单元、32-第二调控单元、33-第三调控单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，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。
实施例：如图1所示，一种基于需量管理的光储离线协调系统，由光伏发电机组1、逆变器2、充放电调控器3、负荷监测器4、第一储能设备5、第二储能设备6以及远程控制台7组成，光伏发电机组通过逆变器与充放电调控器电连接，第一储能设备通过充放电调控器中的第一调控单元31与负载侧的供电母线连接，第二储能设备通过充放电调控器中的第二调控单元32与负载侧的供电母线连接，充放电调控器中的第三调控单元33与负载侧的供电母线连接，负荷监测器设置在负载侧的供电母线用于监测负载8的负荷，所述远程控制台、负荷监测器以及充放电调控器两两通信连接。
本实施例中，远程控制台和充放电调控器分别获取负荷监测器的检测信息，根据检测信息获取负载需求时段，进而开启专属信道实现远程控制台和充放电调控器之间的信息交互，远程控制台根据负载需求时段通过查表法获取调控指令，并将调控指令通过专属信道发送给充放电调控器，执行具体的调控措施。
充放电调控器和远程控制台侧均设置有信道解码器(未示出)，所述信道解码器根据负荷需求特性熔断专属信道实现充放电调控器与远程控制台的信息交互；所述负荷监测器根据负载对于电功率的需求特征将负载需求时段分为峰值I阶段、峰值II阶段、平值阶段、谷值I阶段以及谷值II阶段，远程控制台和充放电调控器均根据负载需求时段设置有调控指令表以及调控指令对应的解码指令；信道解码器根据解码指令获取对应的专属通道编号，并开启该通道作为通信专属通道；负载需求时段是根据负荷电功率与光伏发电机组的有功功率比值进行划分，具体划分原则根据负载正常工作时的安全功率的上限值进行设置，信道解码器根据具体的调控指令开通专属信道，实现信息的单相传输并且，不会造成丢包或者信息拥堵，保证信息安全。
充放电调控器和远程控制台均设置有指针寄存器，指针寄存器中设置有解码指令存储位，所述解码指令存储位设置有二进制编码，解码指令存储位的指令信息与信道解码器的专属通道建立映射。
根据解码指令存储位存储的二进制编码信息组成的二进制字符串即可以根据译码规则，将二进制字符串转换成十进制数，进而确定专属通道编号，将对应编号的信道开通即实现了专属通道的定制。
所述二进制编码的设定规则如下：
第一调控单元、第二调控单元以及第三调控单元根据调控状态分为“充电”、“放电”以及“无动作”；
其中，“充电”状态对应的二进制码为“01”；“放电”状态对应的二进制码为“10”；“无动作”状态对应的二进制码为“00”；
根据二进制码组成的二进制字符串确定解码指令，根据解码指令映射对应的专属通道编号，进而开启专属通道实现通信。
调控指令表的根据负载需求时段设置调控指令的逻辑如下：
负载需求时段为峰值I阶段时，第一调控单元的调控状态为“放电”，第二调控单元的调控状态为“无动作”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“1000 10”；对应的专属通道编号为2^5+2＝34；
负载需求时段为峰值II阶段时，第一调控单元的调控状态为“放电”，第二调控单元的调控状态为“放电”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“1010 10”；对应的专属通道编号为2^5+2^3+2＝42；
负载需求时段为平值阶段时，第一调控单元的调控状态为“无状态”，第二调控单元的调控状态为“无状态”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“0000 10”；对应的专属通道编号为2^2＝4；
负载需求时段为谷值I阶段时，第一调控单元的调控状态为“充电”，第二调控单元的调控状态为“无状态”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“0100 10”；对应的专属通道编号为2^4+2＝10；
负载需求时段为谷值II阶段时，第一调控单元的调控状态为“充电”，第二调控单元的调控状态为“充电”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“0101 10”；对应的专属通道编号为2^4+2^2+2＝22；
一种基于需量管理的光储离线协调方法，包括如下步骤：
S1、放电调控器和远程控制台分别获取负荷监测器采集的负荷电功率信息，根据负荷电功率与光伏发电机组的有功功率比值确定负载需求时段；
S2、负载需求时段确定后，充放电调控器根据调控指令表中的调控指令对应的解码指令获取信道解码器的专属通道编号(专属通道一共有2^6＝64)，并开启所述专属通道作为专属接收通道；
同步地，远程控制台根据调控指令表中的调控指令对应的解码指令获取信道解码器的专属通道编号，并开启所述专属通道作为专属发送通道；
S3、远程控制台将调控指令通过非对称加密技术加密后通过专属发送通道发送至充放电调控器接收端；
S4、充放电调控器通过专属接收通道获取解密后的调控指令解密后，执行对应调控策略。
削峰填谷是指用户通过利用峰谷价差，在电网高峰时安排客户侧储能集群放电，减少从电网购电负荷；在电网低谷时安排客户侧储能充电，以便用电高峰时放电以减少用户高峰用电费用。削峰填谷的优化目标是在保障储能经济性的情况下用户电费最小。
通常参与削峰填谷的储能集群参数已定。在此情况下，一般的用户只需根据峰谷电价政策划分出峰谷平时段，参考储能参数制定每日充放电计划。根据储能系统的类型依据各电化学电池特性分配次日充放电计划，对于同类型的电化学电池储能系统，基于各储能系统的容量分配次日充放电计划。一种适用于本实施例提出的一种基于需量管理的光储离线协调系统继方法的具体实例如下：
设定容量第一储能设备和第二储能设备分别为1#200KW/500kWh储能系统和2#500KW/1000kWh的储能系统，系统以400V电压等级分别接入大工业园区配电房对应支路，考虑到电池的过充过放情况，电站SOC限值设置在10到90之间，如图2所示，为电网公司不同时区的电价曲线图；根据当地峰谷电价时段政策，并结合工业园区内实际安全生产需求，制定了两套储能的削峰填谷控制策略。表1所示1#储能运行参数表，1#储能为一充两放运行模式，表2所示为2#储能运行参数表，2#储能留有一定裕度保证内部的应急供电，运行模式为一充一放；如图3所示为储能系统充放电曲线图。
表1.1#储能运行参数表
| 序号 | 时间段 | 电价时段 | 储能运行模式 | 控制功率 |
| 0 | 0:00-8:00 | 低谷 | 充电 | 90kW |
| 1 | 8:00-12:00 | 高峰 | 放电 | 100kW |
| 2 | 12:00-17:00 | 平段 | 待机 | / |
| 3 | 17:00-20:00 | 高峰 | 放电 | 100kW |
| 4 | 20:00-24:00 | 平段 | 待机 | / |
表2.2#储能运行参数表
| 序号 | 时间段 | 电价时段 | 储能运行模式 | 控制功率 |
| 0 | 0:00-8:00 | 低谷 | 充电 | 90kW |
| 1 | 8:00-12:00 | 高峰 | 放电 | 100kW |
| 2 | 12:00-17:00 | 平段 | 待机 | / |
| 3 | 17:00-20:00 | 高峰 | 放电 | 100kW |
| 4 | 20:00-24:00 | 平段 | 待机 | / |
针对部分大工业电力用户采用的是两部制电价机制，将与容量对应的基本电价和与用电量对应的电量电价结合起来决定电价的制度。电力市场环境下，可以利用需量管理的方式来控制电力用户负荷的需要，使得这种最大需要功率不超过合同用电功率。利用储能的灵活的电功率吞吐特性，可以很好的实现这一功能。储能系统在电力用户用电峰值时进行放电，通过降低工业大用户的最大需量，从而实现减少基本电费的目的，如图5所示，为储能参与用户侧负荷需量管理的效果图。
设置园区1#储能为一充两放运行模式，2#储能为一充一放模式，根据前期研究并与园区内运维人员确认，该区域最大需量为3.8MW。考虑充放电调控器是先接收到调控指令才触发调节，设置园区并网点出线的最大需量值为3.6MW，一旦出线功率达到3.6MW时，两套储能无论工作在什么控制模式，直接对外放电1#储能放电功率180kW，2#储能放电功率设置为400kW，待出线功率下降后，储能系统还恢复原模式运行。基于综合效益最大化原则，储能系统运行于削峰填谷自治运行控制模式，从平台历史数据导出某日储能参与需量管理的运行曲线，可以看出在17点20分左右触发需量调节，储能对外放电，如图4所示，为储能需量管理下的储能系统当日充放电曲线图。
以上所述之具体实施方式为本发明一种基于需量管理的光储离线协调系统及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于需量管理的光储离线协调系统，其特征在于，包括光伏发电机组、逆变器、充放电调控器、负荷监测器、第一储能设备、第二储能设备以及远程控制台，所述光伏发电机组通过逆变器与充放电调控器电连接，所述第一储能设备通过充放电调控器中的第一调控单元与负载侧的供电母线连接，所述第二储能设备通过充放电调控器中的第二调控单元与负载侧的供电母线连接，所述充放电调控器中的第三调控单元与负载侧的供电母线连接，负荷监测器设置在负载侧的供电母线用于监测负载的负荷，所述远程控制台、负荷监测器以及充放电调控器两两通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于需量管理的光储离线协调系统，其特征在于：
所述充放电调控器和远程控制台侧均设置有信道解码器，所述信道解码器根据负荷需求特性熔断专属信道实现充放电调控器与远程控制台的信息交互；所述负荷监测器根据负载对于电功率的需求特征将负载需求时段分为峰值I阶段、峰值II阶段、平值阶段、谷值I阶段以及谷值II阶段，远程控制台和充放电调控器均根据负载需求时段设置有调控指令表以及调控指令对应的解码指令；信道解码器根据解码指令获取对应的专属通道编号，并开启该通道作为通信专属通道。
3.根据权利要求1所述的一种基于需量管理的光储离线协调系统，其特征在于：充放电调控器和远程控制台均设置有指针寄存器，指针寄存器中设置有解码指令存储位，所述解码指令存储位设置有二进制编码，解码指令存储位的指令信息与信道解码器的专属通道建立映射。
4.根据权利要求1所述的一种基于需量管理的光储离线协调系统，其特征在于：所述二进制编码的设定规则如下：
第一调控单元、第二调控单元以及第三调控单元根据调控状态分为“充电”、“放电”以及“无动作”；
其中，“充电”状态对应的二进制码为“01”；“放电”状态对应的二进制码为“10”；“无动作”状态对应的二进制码为“00”；
根据二进制码组成的二进制字符串确定解码指令，根据解码指令映射对应的专属通道编号，进而开启专属通道实现通信。
5.根据权利要求1所述的一种基于需量管理的光储离线协调系统，其特征在于：
调控指令表的根据负载需求时段设置调控指令的逻辑如下：
负载需求时段为峰值I阶段时，第一调控单元的调控状态为“放电”，第二调控单元的调控状态为“无动作”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“10 0010”；
负载需求时段为峰值II阶段时，第一调控单元的调控状态为“放电”，第二调控单元的调控状态为“放电”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“10 1010”；
负载需求时段为平值阶段时，第一调控单元的调控状态为“无状态”，第二调控单元的调控状态为“无状态”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“00 0010”；
负载需求时段为谷值I阶段时，第一调控单元的调控状态为“充电”，第二调控单元的调控状态为“无状态”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“01 0010”；
负载需求时段为谷值II阶段时，第一调控单元的调控状态为“充电”，第二调控单元的调控状态为“充电”，第三调控单元的调控状态为“放电”；对应的二进制字符串为“01 0110”。
6.一种基于需量管理的光储离线协调方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、放电调控器和远程控制台分别获取负荷监测器采集的负荷电功率信息，根据负荷电功率与光伏发电机组的有功功率比值确定负载需求时段；
S2、负载需求时段确定后，充放电调控器根据调控指令表中的调控指令对应的解码指令获取信道解码器的专属通道编号，并开启所述专属通道作为专属接收通道；
同步地，远程控制台根据调控指令表中的调控指令对应的解码指令获取信道解码器的专属通道编号，并开启所述专属通道作为专属发送通道；
S3、远程控制台将调控指令通过非对称加密技术加密后通过专属发送通道发送至充放电调控器接收端；
S4、充放电调控器通过专属接收通道获取解密后的调控指令解密后，执行对应调控策略。
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