CN113972675A - 小型工商业用能源管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了小型工商业用能源管理系统，属于能源管理技术领域，包括数据采集模块、监控统计模块、储能管理模块、监控调度模块和柴发投切模块；数据采集模块，用于采集模拟量、开关量和电能量，采集的对象包括储能锂电池系统、光伏设备、保护装置、柴发装置、辅助设备和外部设备等；储能管理模块包含SOC维护单元、主电源切换单元和储能预警单元；SOC维护单元，用于实时获取电池的SOC容量状态，在预设的间隔时长进行电池深度充放电并对电池容量进行校正；本发明用于提高电能管理的效果。

Description

小型工商业用能源管理系统
技术领域
本发明涉及能源管理技术领域，尤其涉及小型工商业用能源管理系统。
背景技术
电能管理系统是遵循配电系统的标准规范而二次开发的，具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性能、高可靠等特点，适用于低压配电的系统；通过遥测和遥控可以合理调配负荷，实现优化运行，有效节约电能，并有高峰与低谷用电记录，从而为能源管理提供了必要条件。
现有的小型工商业用能源管理系统在使用时，不能基于实时的产电和用电以及储电进行综合分析并动态调控，导致电能管理的效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供小型工商业用能源管理系统，其主要目的在于解决现有方案中电能管理的效果不佳的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
小型工商业用能源管理系统，包括数据采集模块、监控统计模块、储能管理模块、监控调度模块和柴发投切模块；
数据采集模块，用于采集模拟量、开关量和电能量；采集的对象包括储能锂电池系统、光伏设备、保护装置、柴发装置、辅助设备和外部设备；
储能管理模块包含SOC维护单元、主电源切换单元和储能预警单元；SOC维护单元，用于实时获取电池的SOC容量状态，在预设的间隔时长进行电池深度充放电并对电池容量进行校正；
主电源切换单元，用于在交直流微电网并网转离网时，将储能锂电池系统设为主电源由P/Q模式转换为V/F模式，来维持微电网系统稳定运行的电压和频率；对下级各储能子系统进行主电源设置和模式切换，并设定备用主电源的备用次序，根据备用次序制定主电源的切换策略，使得主电源保持合理的备用容量；
储能预警单元，用于根据预定的控制策略，定期进行电池深度充放电、对电池容量进行校正、实时采集电池的SOC和SOH信息，对电池的故障或监控状态提前进行预警，提醒维护人员进行维护与更换；
柴发投切模块，用于在孤网状态下，根据不同环境温度与电池的SOC容量状态来进行投柴发和切柴发。
进一步地，模拟量包括交流电气参数，包含电压、电流和频率；对实时采集的模拟量进行不变、跳变、故障、可疑、超值域以及不一致的有效性检查；
开关量包括交流断路器、隔离开关、接地开关的位置信号，设备投切状态，安全自动装置动作以及报警信号；对实时采集的开关量进行消抖、故障、可疑和不一致进行有效性检查；
电能量包括各种方式采集的有功电量和交流无功电量数据，并实现分时累加。
进一步地，监控统计模块，用于对下级光伏、负荷、储能锂电池系统设备的用电数据进行实时采集，对当前运行功率进行统计分析，并实时统计主电源最大发电容量、非主电源的最大和最小可调节容量以及系统备用容量。
进一步地，监控调度模块，通过母联开关闭合后共同运行，或者单独运行，并选择功率大的可调电源作为主电源，该电源工作在恒压恒频模式以维护系统正常运行所需的电压和频率，其余分布式电源可继续工作在恒功率模式下；按控制区域及对象的差异，采用并网模式或者离网模式的控制策略。
进一步地，获取实时的温度并取值标记为C1；获取电池的实时SOC容量并取值标记为C2；获取m小时前的耗电量并取值标记为C3；将标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过公式
Figure BDA0003321429060000031
计算获取柴油发电机的投切值；其中，a1、a2和a3表示为不同的比例系数，WB表示为温度阈值，DB表示为SOC容量阈值，HB表示为耗电量阈值，m为正整数。
进一步地，将投切值与预设的投切范围进行匹配，若投切值不小于投切范围的最大值，则生成第一投切信号；若投切值小于投切范围的最大值且大于投切范围的最小值，则生成第二投切信号；若投切值不大于投切范围的最小值，则生成第三投切信号；根据第一投切信号、第二投切信号和第三投切信号对柴油发电机的运行进行投切调整。
进一步地，根据第一投切信号控制柴油发电机不工作，并控制储能锂电池系统进行供电；
根据第二投切信号控制柴油发电机热备份，并控制储能锂电池系统继续进行供电；
根据第三投切信号控制柴油发电机全功率运行，并控制储能锂电池系统停止供电，对储能锂电池系统进行蓄电。
本发明的有益效果：
通过数据采集模块采集能源的各项数据，为能源的管理提供了全面的数据支持；通过储能管理模块可以对能源的存储进行监测和分析，并及时进行预警以及切换调控，保证能源的正常提供和使用，提高了能源的存储和运行效果；在孤网状态下，通过柴发投切模块，实现了柴油发电机和储能锂电池系统的动态投切，提高了供电的运行效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明小型工商业用能源管理系统的模块示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明为小型工商业用能源管理系统，包括数据采集模块、监控统计模块、储能管理模块、监控调度模块和柴发投切模块；
数据采集模块，采集的对象包括储能锂电池系统、光伏设备、保护装置、柴发装置、辅助设备和外部设备等；用于采集模拟量、开关量和电能量；
其中，模拟量包括交流电气参数，包含电压、电流和频率；对实时采集的模拟量进行不变、跳变、故障、可疑、超值域、不一致等有效性检查；
开关量包括交流断路器、隔离开关、接地开关的位置信号，设备投切状态，安全自动装置动作以及报警信号；对实时采集的开关量进行消抖、故障、可疑和不一致进行有效性检查；有效性检查是来检测采集的数据是否有效；
电能量包括各种方式采集的有功电量和交流无功电量数据，并实现分时累加等功能；
采集的历史数据和运行报表数据包括模拟量定时变化记录、模拟量周期统计值、开关量周期统计值、电能量分时段周期统计值等；
储能管理模块包含SOC维护单元、主电源切换单元和储能预警单元；
SOC维护单元，用于实时获取电池的SOC容量状态，在预设的间隔时长进行电池深度充放电并对电池容量进行校正；一方面，当电池剩余容量过低时，电池将不再具有放电能力；剩余容量过高时，为了避免电池过充发生爆炸而停止其放电；另一方面，当需要电池充放电时，希望电池始终具有充放电能力，因此，需要控制储能的剩余容量保持在合理范围内，储能的剩余容量通过SOC表示；
将电池的荷电状态从完全放电(电量为0％)到完全充满(电量为100％)分为五种状态，其中40％-70％的电量能够保证储能锂电池系统维持最佳状态，避免因频繁充放、过充、欠充而出现使用寿命降低或运行不经济状况；五种状态包括：
电量过高状态(90％<SOC≤100％)：电池处于该状态时，禁止其它微电源向该电池继续充电，并依次向其它电量较低的电池充电、向负载供电；
电量略高状态(70％<SOC≤90％)：电池处于该状态时，其它微电源可以向该电池少量充电，并依次向其它电量较低的电池充电、向负载供电；
电量健康状态(40％<SOC≤70％)：电量处于此区间的电池能够应对分布式电源、负载的波动；当电池电量处于该区间的低位时，可以选择分布式电源充电、减少该电池放电量以及降低部分可控负荷电量的方式使其维持最佳状态；
电量略低状态(20％<SOC≤40％)：电量处于此区间的电池在紧急情况下可以向负载提供短时、少量电能，并在条件允许的情况下利用分布式微电源充电、其它电量较高电池放电以及柴油发电向其充电；
电量过低状态(0％<SOC≤20％)：电量处于此区间的蓄电池禁止向外部负载供电，并在充电条件允许的时候，及时采用分布式微电源充电、其它电量较高电池放电、使用柴油发电增加其电量水平；
主电源切换单元，用于在交直流微电网并网转离网时，将储能锂电池系统设为主电源由P/Q模式转换为V/F模式，来维持微电网系统稳定运行的电压和频率；对下级各储能子系统进行主电源设置和模式切换，并设定备用主电源的备用次序，并根据备用次序制定主电源的切换策略，使主电源保持合理的备用容量，以保证其对微电网内的波动进行支撑；
储能预警单元，用于根据预定的控制策略，定期进行电池深度充放电、对电池容量进行校正、实时采集电池的SOC和SOH信息，对电池的故障或监控状态提前进行预警，提醒维护人员进行维护与更换；其中，SOH为蓄电池满充容量相对额定容量的百分比；
监控统计模块，用于对下级光伏、负荷、储能锂电池系统设备的用电数据实时采集，对当前运行功率进行统计分析，并实时统计主电源最大发电容量、非主电源的最大、最小可调节容量以及系统备用容量，用来评估微电网静态运行的稳定性；
监控调度模块，通过母联开关闭合后共同运行，或者单独运行，并选择功率较大的可调电源作为主电源，比如锂电池系统；该电源工作在恒压恒频模式以维护系统正常运行所需的电压和频率，其余分布式电源可继续工作在恒功率模式下；
按控制区域及对象的差异，控制策略包含以下几种：
并网模式：各源-荷-储采用恒功率运行模式，由400V提供稳定运行的电压和频率；光照条件充足的情况下，白天提供充足的电量给用户负荷，同时可为储能锂电池系统充电；
离网模式：光照条件充足的情况下，在白天光伏系统提供可靠的电量支持用户负荷用电，其余电量存储；在夜晚时，通过储能锂电池系统运行在恒压恒频模式，提高交流微电网稳定运行的电压、频率以及确保用户负荷能正常供电；在阴雨天时，柴油发电机作为备用电源，储能锂电池系统放电达到一定程度后，不能支撑用户负荷，通过柴油发电给用户负荷提供一个稳定的电能输入，同时为储能锂电池系统充电；
柴发投切模块，在孤网状态下，柴发投切的策略主要根据不同环境温度与储能锂电池系统的容量考虑；其中，孤网状态是指局部电网脱离大电网的独立运行状态；
由于不同环境温度下电池使用效率不同，温度可以分成三段：-10℃～5℃、6℃～25℃和26℃～60℃；
获取实时的温度并取值标记为C1；获取电池的实时SOC容量并取值标记为C2；获取m小时前的耗电量并取值标记为C3；将标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过公式
Figure BDA0003321429060000071
计算获取柴油发电机的投切值；其中，a1、a2和a3表示为不同的比例系数，WB表示为温度阈值，DB表示为SOC容量阈值，HB表示耗电量阈值；其中，m可以取值为1，WB可以取值为35；DB可以取值为40；HB可以取值为1500。
将投切值与预设的投切范围进行匹配，若投切值不小于投切范围的最大值，则生成第一投切信号；若投切值小于投切范围的最大值且大于投切范围的最小值，则生成第二投切信号；若投切值不大于投切范围的最小值，则生成第三投切信号；根据第一投切信号、第二投切信号和第三投切信号对柴油发电机的运行进行投切调整；具体的步骤包括：
根据第一投切信号控制柴油发电机不工作，并控制储能锂电池系统进行供电；
根据第二投切信号控制柴油发电机热备份，并控制储能锂电池系统继续进行供电；
根据第三投切信号控制柴油发电机全功率运行，并控制储能锂电池系统停止供电，对储能锂电池系统进行蓄电；其中，预设的投切范围最大值和最小值对应的SOC容量可以为SOC＝40％和SOC＝20％。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.小型工商业用能源管理系统，其特征在于，包括数据采集模块、监控统计模块、储能管理模块、监控调度模块和柴发投切模块；
储能管理模块包含SOC维护单元、主电源切换单元和储能预警单元；SOC维护单元，用于实时获取电池的SOC容量状态，在预设的间隔时长进行电池深度充放电并对电池容量进行校正；
主电源切换单元，用于在交直流微电网并网转离网时，将储能锂电池系统设为主电源由P/Q模式转换为V/F模式，来维持微电网系统稳定运行的电压和频率；对下级各储能子系统进行主电源设置和模式切换，并设定备用主电源的备用次序，根据备用次序制定主电源的切换策略，使得主电源保持合理的备用容量；
储能预警单元，用于根据预定的控制策略，定期进行电池深度充放电、对电池容量进行校正、实时采集电池的SOC和SOH信息，对电池的故障或监控状态提前进行预警，提醒维护人员进行维护与更换；
柴发投切模块，用于在孤网状态下，根据不同环境温度与电池的SOC容量状态来进行投柴发和切柴发。
2.根据权利要求1所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，数据采集模块用于实时采集各个设备运行的模拟量、开关量和电能量。
3.根据权利要求2所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，监控统计模块，用于对下级光伏、负荷、储能锂电池系统设备的用电数据进行实时采集，对当前运行功率进行统计分析，并实时统计主电源最大发电容量、非主电源的最大和最小可调节容量以及系统备用容量。
4.根据权利要求3所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，模拟量包括交流电气参数，包含电压、电流和频率；对实时采集的模拟量进行不变、跳变、故障、可疑、超值域以及不一致的有效性检查；
开关量包括交流断路器、隔离开关、接地开关的位置信号，设备投切状态，安全自动装置动作以及报警信号；对实时采集的开关量进行消抖、故障、可疑和不一致进行有效性检查；
电能量包括各种方式采集的有功电量和交流无功电量数据，并实现分时累加。
5.根据权利要求4所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，监控调度模块，通过母联开关闭合后共同运行，或者单独运行，并选择功率大的可调电源作为主电源，该电源工作在恒压恒频模式以维护系统正常运行所需的电压和频率。
6.根据权利要求5所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，获取实时的温度C1；获取电池的实时SOC容量C2；获取m小时前的耗电量C3；通过公式
Figure FDA0003321429050000021
计算获取柴油发电机的投切值；其中，a1、a2和a3表示为不同的比例系数，WB表示为温度阈值，DB表示为SOC容量阈值，HB表示为耗电量阈值。
7.根据权利要求6所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，将投切值与预设的投切范围进行匹配，得到第一投切信号、第二投切信号和第三投切信号；根据第一投切信号、第二投切信号和第三投切信号对柴油发电机的运行进行投切调整。
8.根据权利要求7所述的小型工商业用能源管理系统，其特征在于，根据第一投切信号控制柴油发电机不工作，并控制储能锂电池系统进行供电；根据第二投切信号控制柴油发电机热备份，并控制储能锂电池系统继续进行供电；根据第三投切信号控制柴油发电机全功率运行，并控制储能锂电池系统停止供电，对储能锂电池系统进行蓄电。
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