CN114520512A - 一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，包括：光伏发电模块、储能模块、负荷采集模块、储能信息采集模块、环境信息采集模块与天气预测模块；本发明能够对现有技术中分布建设的小型光伏发电系统进行整合，首先通过一个区域内整合的多个小型光伏发电系统进行相互之间的电力传输，从而保证储能模块中的所有储能单元均能够保持良好的电量储备，从而减少各用户从电网补充电力进行使用的频率，另外，通过将供电用户的电量优先传输至受电用户，从而减少供电用户数量，从而减少各用户向电网传输电力的频率，从而降低小型光伏电站与电网并网进行电力传输的频率，起到提升电网稳定性的效果。

Description

一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统
技术领域
本发明属于分布式能量管理技术领域，具体的，涉及一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统。
背景技术
分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。在城镇光伏项目的建设过程中，由于空间限制问题，主要是将光伏电板安装在建筑物屋顶上，从而充分的利用了屋顶空间，还能够起到隔热效果，因此屋顶分布式光伏发电在目前拥有良好的发展空间。
但是在现有技术中，屋顶分布式光伏发电存在分布分散的问题，每一套屋顶分布式光伏发电装置的装机容量较小，因此在使用时需要频繁的使用电网电力以及将多余的电量上网，从而导致电网波动较大，提升了电网的稳定性控制难度，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，解决现有技术中大量小型分布式光伏发电装置平凡并网导致电网波动较大的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，包括：
光伏发电模块，包括若干个光伏发电单元，用于将光能转化为电能，并将电能存储至储能模块中；
储能模块，包括若干个储能单元，每个储能单元对应一光伏发电单元；
负荷采集模块，用于采集各用户的用电习惯数据；
储能信息采集模块，用于采集储能模块中各储能单元的电量数据；
环境信息采集模块，用于采集对光伏发电单元的发电效率有影响因素信息，并将其传输至信息处理模块，信息处理模块根据上述信息与光伏发电单元的发电效率变化信息，获取两者的关系；
天气预测模块，用于获取未来T1时间内光伏发电模块所在区域的环境变化信息，并将其传输至信息处理模块，T1为预设值；
上述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统的工作方法为：
第一步，区分供电用户与受电用户；
第二步，将所有供电用户按照富余电量从小到大的顺序排序，分配对应的一个或者若干个供电用户为优先度最大受电用户的储能单元供电，后续的一个或者若干个供电用户为优先度第二的受电用户的储能单元进行电力传输，依此分配，直至供电用户分配完毕或者受电用户分配完毕；
若为供电用户分配完毕而受电用户依然存在没有分配对应供电用户的情况时，不做反应；
若为受电用户分配完毕而供电用户依然存在没有分配对应受电用户的情况时，在T1时间内，未安排分配受电用户的供电用户向电网传输对应富余电量的电量。
作为本发明的进一步方案，第一步中区分供电用户与受电用户的方法为：
S1、通过储能信息采集模块获取各储能单元的电量百分比为D1、D2、...、Dn以及各储能单元能够存储的总电量Z1、Z2、...、Zn，其中n为接入本发明所述管理系统的用户数量；
S2、设定一用户对应的光伏发电单元为Gi，该用户对应的储能单元的电量百分比为Di，其中1≤i≤n，且i为整数；
通过天气预测模块获取未来T1时间内的环境变化信息，然后信息处理模块根据环境与发电效率之间的关系获得预测的光伏发电单元Gi在未来T1时间内的发电量Fi；
通过负荷采集模块获取预测的未来T1时间内对应用户的用电量Yi，通过计算Fi-Yi的值获取未来Ti时间内对应储能单元Ci的理论变化值；
S3、计算Bi=Di+Fi-Yi，得到Bi值，当Bi=1时，对应用户的光伏发电单元Gi与Ci不参与后续步骤，当Bi＞1时，对应用户作为供电用户，当Bi＜1时，对应用户作为受电用户；
S4、根据Zi*Di-Zi计算得到各供电用户在经过T1时间后可以用于传输的富余电量，根据Zi-Zi*Di计算得到各受电用户在经过T1时间后与满容量的差距电量Ji。
作为本发明的进一步方案，受电用户的优先度计算方法为：
根据公式P=α1*Ji+α2*Xi+α3*Zi计算得到各受电用户的优先值P；其中α1、α2与α3为预设的系数值，且α1+α2+α3=1；
Xi为对应供电用户向一个受电用户电力传输的效率。
作为本发明的进一步方案，供电用户在向受电用户进行电力传输时，通过供电用户的光伏发电单元对受电用户的储能单元进行电力传输。
作为本发明的进一步方案，Xi为受电用户储能单元增长电量Dzi与供电用户光伏发电单元向对应受电用户储能单元传输的电量之比。
作为本发明的进一步方案，供电用户在向受电用户进行电力传输时，通过供电用户的储能单元对受电用户的储能单元进行电力传输。
作为本发明的进一步方案，Xi为传输完成后受电用户储能单元增长电量Dzi与供电用户储能单元减小电量Dji的比值。
作为本发明的进一步方案，信息处理模块将未安排分配受电用户的供电用户的富余电量信息传输至电网，并在预设时间后进行并网。
作为本发明的进一步方案，通过一个或者多个供电用户向其它一个或者多个供电用户的储能单元中传输对应富余电量的电量，再通过接收其它供电用户电量的供电用户与电网并网。
本发明的有益效果：
（1）本发明适用于对现有技术中分布建设的小型光伏发电系统进行整合，首先通过一个区域内整合的多个小型光伏发电系统进行相互之间的电力传输，从而保证储能模块中的所有储能单元均能够保持良好的电量储备，从而减少各用户从电网补充电力进行使用的频率，另外，通过将供电用户的电量优先传输至受电用户，从而减少供电用户数量，从而减少各用户向电网传输电力的频率，从而降低小型光伏电站与电网并网进行电力传输的频率，起到提升电网稳定性的效果；
（2）本发明在通过供电用户向受电用户进行电力传输时，通过电力传输效率，受电用户的差距电量以及受电用户的储能单元总储量来计算各受电用户接受供电用户传输电量的优先度，这种方式能够减少电力传输过程中的损耗，提升能量的利用效率，另外还能够优先安排具有更大的潜在电力需求的用户进行电力补充，保证所有人系统内的所有人都能够在长时间内只通过储能模块进行供电，减少电网的干预，从而起到提升电网稳定性的效果；
（3）本发明根据对用户用电习惯数据、光伏发电单元的光伏发电效率数据以及天气数据对未来一段时间内各用户的发电量以及用电量进行预计，并根据预计的值对供电用户以及受电用户之间的电力传输进行提前分配安排，并进行电力传输工作，避免储能单元出现过充或者过放的情况，提升储能单元的有效使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明所述一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统的结构示意图。
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。
一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，如图1所示，包括：
光伏发电模块，包括若干个光伏发电单元，每个光伏发电单元对应设置在一户屋顶，属于一个用户所有，用于将光能转化为电能，并将电能存储至储能模块中；
储能模块，包括若干个储能单元，每个储能单元对应一套光伏发电单元，用于存储对应光伏发电单元转化得到的电能；
需要注意的是，储能单元与光伏发电单元一一对应，为用户各自独立安装的光伏发电系统；
负荷采集模块，用于采集各用户的用电习惯数据，并将其传输至信息处理模块，信息处理模块根据用户的用电习惯数据预测各用户在未来T1时间内的用电量，其中T1为预设值；
其中用电习惯数据是指用户的用电量与温度、光照强度以及时间等因素的关系，从而能够较为准确的对未来一段时间内的用电量进行估计；
储能信息采集模块，用于采集储能模块中各储能单元的电量数据，并将其传输至信息处理模块；
环境信息采集模块，用于采集光照强度信息、温度信息以及日光入射角度等对光伏发电单元的发电效率有影响因素信息，并将其传输至信息处理模块，信息处理模块根据上述信息与光伏发电单元的发电效率变化信息，获取两者的关系；
天气预测模块，用于获取未来T1时间内光伏发电模块所在区域的环境变化信息，并将其传输至信息处理模块；
上述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统的工作方法为：
第一步，将各光伏发电单元依次标记为G1、G2、...、Gn，将储能单元对应依次标记为C1、C2、...、Cn，通过储能信息采集模块获取各储能单元的电量百分比为D1、D2、...、Dn以及各储能单元能够存储的总电量Z1、Z2、...、Zn，其中n为接入本发明所述管理系统的用户数量；
第二步，以一个用户为例，设定该用户对应的光伏发电单元为Gi，该用户对应的储能单元为Ci，储能单元Ci的电量百分比为Di，其中1≤i≤n，且i为整数；
通过天气预测模块获取未来T1时间内的环境变化信息，然后信息处理模块根据环境与发电效率之间的关系获得预测的光伏发电单元Gi在未来T1时间内的发电量Fi；
通过负荷采集模块获取预测的未来T1时间内对应用户的用电量Yi，通过计算Fi-Yi的值获取未来Ti时间内对应储能单元Ci的理论变化值；
第三步，计算Bi=Di+Fi-Yi，得到Bi值，当Bi=1时，对应用户的光伏发电单元Gi与Ci不参与后续步骤，当Bi＞1时，对应用户作为供电用户，当Bi＜1时，对应用户作为受电用户；
第四步，根据Zi*Di-Zi计算得到各供电用户在经过T1时间后可以用于传输的富余电量，根据Zi-Zi*Di计算得到各受电用户在经过T1时间后与满容量的差距电量Ji；
将供电用户按照富余电量从小到大的顺序进行电量传输分配，即富余电量最大的供电用户最后进行电量传输至受电用户的安排；
根据公式P=α1*Ji+α2*Xi+α3*Zi计算得到各受电用户的优先值P；其中α1、α2与α3为预设的系数值，且α1+α2+α3=1；
具体的，当供电用户与受电用户之间电力的传输采用储能单元至储能单元的方式，则Xi为对应供电用户向一个受电用户电力传输的效率，其中Xi为传输完成后受电用户储能单元增长电量Dzi与供电用户储能单元减小电量Dji的比值；
当供电用户与受电用户之间电力的传输采用光伏发电单元至储能单元的方式，则Xi为受电用户储能单元增长电量Dzi与供电用户光伏发电单元向对应受电用户储能单元传输的电量之比；
其中受电用户储能单元增长电量Dzi在供电用户向受电用户完成电力传输后，满足Dzi=Dsi-Fsi+Ysi-Dqi，供电用户储能单元减少电量Dji在供电用户向受电用户完成电力传输后，满足Dji=Dsi-Dqi-Fi+Yi；
其中Dsi为传输完成后对应储能单元的电量百分比，Dqi为传输进行前对应储能单元的电量百分比，Fsi为电力传输期间对应光伏发电单元的发电量，Ysi为电力传输期间对应用户的用电量；
该步骤能够根据传输效率、储能单元的差距电量以及储能单元能够存储的总电量计算对应的受电用户的优先度值，从而减少供电用户与受电用户的电力传输过程中能量的损耗，并保证对应的缺电以及对储能模块中的电力有更大潜在需求的用户能够优先得到供电；
第五步，将所有供电用户按照富余电量从小到大的顺序排序，根据Xi、供电用户的富余电量以及受电用户的差距电量Ji分配对应的一个或者若干个供电用户为优先度最大受电用户的储能单元供电，后续的一个或者若干个供电用户为优先度第二的受电用户的储能单元进行电力传输，依此类推，直至供电用户分配完毕或者受电用户分配完毕；并根据分配结果进行电力传输工作；
在本发明的一个实施例中，供电用户在向受电用户进行电力传输时，可以采用供电用户的光伏发电单元直接对受电用户的储能单元进行电力传输的方式，从而减少储能单元的参与，避免大量的储能单元处于频繁的充放电状态，从而提升储能单元的有效使用寿命，另外通过光伏发电单元将转化得到的电力直接传输至对应储能单元能够减少电力损耗，从而提升电力的使用效率。
第六步，若为供电用户分配完毕而受电用户依然存在没有分配对应供电用户的情况时，不做反应；
若为受电用户分配完毕而供电用户依然存在没有分配对应受电用户的情况时，在T1时间内，未安排分配受电用户的供电用户向电网传输对应富余电量的电量；
在本发明的一个实施例中，当采用供电用户与受电用户之间电力的传输采用储能单元至储能单元的方式时，信息处理模块将未安排分配受电用户的供电用户的富余电量信息传输至电网，并在预设时间后进行并网，使电网有足够的时间进行调整，避免并网电网电力波动较大，提升并网电力质量；
在本发明的另一个实施例中，当采用供电用户与受电用户之间电力的传输采用储能单元至储能单元的方式时，能够通过一个或者多个供电用户向其它一个或者多个供电用户的储能单元中传输对应富余电量的电量，再通过接收其它供电用户电量的供电用户与电网并网，从而减少并网的储能单元的数量，提升并网传输电力的稳定性，降低对并网电网的干扰，提升并网电力质量。
本发明能够对现有技术中分布建设的小型光伏发电系统进行整合，通过一个区域内整合的多个小型光伏发电系统进行相互之间的电力传输，从而保证储能模块中的所有储能单元均能够保持良好的电量储备，从而减少各用户从电网补充电力进行使用的频率，另外，通过将供电用户的电量优先传输至受电用户，从而减少供电用户数量，从而减少各用户向电网传输电力的频率，从而降低小型光伏电站与电网并网进行电力传输的频率，起到提升电网稳定性的效果。
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 (9)

1.一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，包括：
光伏发电模块，包括若干个光伏发电单元，用于将光能转化为电能，并将电能存储至储能模块中；
储能模块，包括若干个储能单元，每个储能单元对应一光伏发电单元；
上述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统的工作方法为：
第一步，区分供电用户与受电用户；
第二步，将所有供电用户按照富余电量从小到大的顺序排序，分配对应的一个或者若干个供电用户为优先度最大受电用户的储能单元供电，后续的一个或者若干个供电用户为优先度第二的受电用户的储能单元进行电力传输，依此分配，直至供电用户分配完毕或者受电用户分配完毕；
若为供电用户分配完毕而受电用户依然存在没有分配对应供电用户的情况时，不做反应；
若为受电用户分配完毕而供电用户依然存在没有分配对应受电用户的情况时，在T1时间内，未安排分配受电用户的供电用户向电网传输对应富余电量的电量。
2.根据权利要求1所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，第一步中区分供电用户与受电用户的方法为：
S1、通过储能信息采集模块获取各储能单元的电量百分比为D1、D2、...、Dn以及各储能单元能够存储的总电量Z1、Z2、...、Zn，其中n为接入本发明所述管理系统的用户数量；
S2、设定一用户对应的光伏发电单元为Gi，该用户对应的储能单元的电量百分比为Di，其中1≤i≤n，且i为整数；
通过天气预测模块获取未来T1时间内的环境变化信息，然后信息处理模块根据环境与发电效率之间的关系获得预测的光伏发电单元Gi在未来T1时间内的发电量Fi；
通过负荷采集模块获取预测的未来T1时间内对应用户的用电量Yi，通过计算Fi-Yi的值获取未来Ti时间内对应储能单元Ci的理论变化值；
S3、计算Bi=Di+Fi-Yi，得到Bi值，当Bi=1时，对应用户的光伏发电单元Gi与Ci不参与后续步骤，当Bi＞1时，对应用户作为供电用户，当Bi＜1时，对应用户作为受电用户；
S4、根据Zi*Di-Zi计算得到各供电用户在经过T1时间后可以用于传输的富余电量，根据Zi-Zi*Di计算得到各受电用户在经过T1时间后与满容量的差距电量Ji。
3.根据权利要求2所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，受电用户的优先度计算方法为：
根据公式P=α1*Ji+α2*Xi+α3*Zi计算得到各受电用户的优先值P；其中α1、α2与α3为预设的系数值，且α1+α2+α3=1；
Xi为对应供电用户向一个受电用户电力传输的效率。
4.根据权利要求3所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，供电用户在向受电用户进行电力传输时，通过供电用户的光伏发电单元对受电用户的储能单元进行电力传输。
5.根据权利要求4所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，Xi为受电用户储能单元增长电量Dzi与供电用户光伏发电单元向对应受电用户储能单元传输的电量之比。
6.根据权利要求3所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，供电用户在向受电用户进行电力传输时，通过供电用户的储能单元对受电用户的储能单元进行电力传输。
7.根据权利要求6所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，Xi为传输完成后受电用户储能单元增长电量Dzi与供电用户储能单元减小电量Dji的比值。
8.根据权利要求7所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，信息处理模块将未安排分配受电用户的供电用户的富余电量信息传输至电网，并在预设时间后进行并网。
9.根据权利要求8所述的一种屋顶分布式光伏发电智能储能管理系统，其特征在于，通过一个或者多个供电用户向其它一个或者多个供电用户的储能单元中传输对应富余电量的电量，再通过接收其它供电用户电量的供电用户与电网并网。
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