CN114625052A - 一种用于多站融合系统的冷热电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多站融合系统的冷热电控制系统及方法，冷热电控制系统包括能源系统、5G基站、量测装置、显示装置和控制中心；量测装置用于采集和监测能源系统运行状态，将量测数据通过5G基站传送给显示装置和控制中心，其中，量测数据包括节点的电压，有功功率，无功功率以及温度、湿度；控制中心用于接受量测系统传来的量测数据，并对能源系统进行控制；其中，能源系统包括储能装置、光伏发电站、地热能站、变电站和天然气站，用于为多站融合系统区域范围内的负载提供所需要的能量；显示装置用来显示量测装置传来的量测信号。可以对光伏发电系统、储能系统、地源热泵、供电和供气进行综合控制从而使得能量的利用效率更大化。

Description

一种用于多站融合系统的冷热电控制系统及方法

技术领域

本发明属于能源系统技术领域，具体涉及一种用于多站融合系统的冷热电控制系统及方法。

背景技术

随着能源问题的日益严峻和环保要求的不断提高，能源互联网越来越受到各方面的广泛重视。能源互联网打破了以往电、热、冷、气等多种形式的能源独立运作的格局，实现了多种形式能源之间的互联和耦合，实行统一的管理控制，从而实现多种能源形式之间的互补，提高能源的利用效率，实现能源的可持续利用。

近年来，伴随能源加快向清洁低碳方向转型和信息化产业快速发展，在城市区域内，电动汽车、5G通信基站、数据中心、分布式发电、储能等蓬勃发展，对土地资源及变配电资源的需求量快速增长。利用城市变电站供电资源及闲余空间资源，建立电动汽车充电站、数据中心等可实现资源集约化开发，构建多站融合场景可提高城市变电站的土地和变配电资源利用率，同时可结合各站间资源，实现站间功能融合互补支撑。整个多站融合系统是一个多能源系统，包括光伏，储能，供冷系统，供热系统和供电系统，而供冷系统、供热系统和供电系统的耦合控制是整个多站融合系统能否高效运行的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多站融合系统的冷热电控制系统及方法，可以对光伏发电系统、储能系统、地源热泵、供电和供气进行综合控制从而使得能量的利用效率更大化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种用于多站融合系统的冷热电控制系统，包括能源系统、5G基站、量测装置、显示装置和控制中心；

所述量测装置用于采集和监测能源系统运行状态，将量测数据通过所述5G基站传送给显示装置和控制中心，其中，量测数据包括节点的电压，有功功率，无功功率以及温度、湿度；

所述控制中心用于接受量测系统传来的量测数据，并对能源系统进行控制；其中，所述能源系统包括储能装置、光伏发电站、地热能站、变电站和天然气站，用于为多站融合系统区域范围内的负载提供所需要的能量；

所述显示装置用来显示量测装置传来的量测信号。

可选的，所述控制中心包括：

储能有功功率控制模块，用于控制储能装置；

直流电压以及有功功率控制模块，用于控制光伏发电站；

光热有功功率控制模块，用于控制光伏发电站；

电网智能开关控制装置，用于控制变电站的启停；

热泵智能开关装置，用于控制地热能站的启停；

天然气智能开关装置，用于控制天然气站的启停。

可选的，所述量测装置包括电压传感器、温度传感器和湿度传感器。

可选的，所述储能装置通过直流/交流双向变换器与电网连接，光伏发电站包括光伏系统和光热系统，所述光伏系统通过直流/交流单相变换器与电网连接并进行最大功率点跟踪控制，光热系统通过直流/交流单相变换器与电网连接。

可选的，如果所述光伏发电站的发电功率高于电负载，多余的电能将会通过储能装置存储起来，等到需要时再将电能释放出来；如果光伏发电站所发电量不足，从电网中购买电量，补充差额。

可选的，当电网智能开关闭合时，多站融合系统运行在并网模式下；当电网智能开关断开时，多站融合系统运行在孤岛模式下。

可选的，如果所述热泵的供热高于热负荷，天然气智能开关装置断开，将多余的热能将通过以地热能的方式存储，如果所述热泵的供热小于热负荷，天然气智能开关装置闭合，将不足的热能将通过燃烧天然气提供。

本发明的第二方面，提供了一种用于多站融合系统的冷热电控制方法，基于所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，包括：

所述储能装置通过直流/交流双向变换器与电网连接，光伏发电站包括光伏系统和光热系统，所述光伏系统通过直流/交流单相变换器与电网连接并进行最大功率点跟踪控制，光热系统通过直流/交流单相变换器与电网连接；

如果所述光伏发电站的发电功率高于电负载，多余的电能将会通过储能装置存储起来，等到需要时再将电能释放出来；如果光伏发电站所发电量不足，从电网中购买电量，补充差额；如果所述热泵的供热高于热负荷，天然气智能开关装置断开，将多余的热能将通过以地热能的方式存储，如果所述热泵的供热小于热负荷，天然气智能开关装置闭合，将不足的热能将通过燃烧天然气提供；

当电网智能开关闭合时，多站融合系统运行在并网模式下；当电网智能开关断开时，多站融合系统运行在孤岛模式下。

本发明的有益效果如下：

1)以往的控制系统是对供电网、供冷网和供热网分别控制的，在这种情况下会降低效率，各个网络之间的能量不能相互转换，不能使得能量的利用率达到最大。而多站融合系统的控制系统可以对光伏发电系统、储能系统、地源热泵、供电和供气进行综合控制从而使得能量的利用效率更大化。

2)此外，本实施例中采用5G通信技术进行信息传输，使得控制响应的速度更快，可以控制的区域面积更大。可以大大减小通信时间造成的误差，可以达到很好的控制效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中冷热电控制系统结构示意图。

图2为本发明实施例中冷热电控制方法流程示意图。

图3为本发明实施例中数字孪生的优化控制结构中，控制中心的控制示意图。

图4为本发明实施例中数字孪生的优化控制结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

本发明实施例提出了一种用于多站融合系统的冷热电控制系统及方法。可以对光伏发电系统、储能系统、地源热泵、供电和供气进行综合控制从而使得能量的利用效率更大化。

如图1所示，本发明第一方面，提供了一种用于多站融合系统的冷热电控制系统，包括能源系统、5G基站、量测装置、显示装置和控制中心；所述量测装置用于采集和监测能源系统运行状态，将量测数据通过所述5G基站传送给显示装置和控制中心，其中，量测数据包括节点的电压，有功功率，无功功率以及温度、湿度；所述控制中心用于接受量测系统传来的量测数据，并对能源系统进行控制，可以给定光伏的输出功率，对储能电站的工作状态进行调节等等；其中，所述能源系统包括储能装置、光伏发电站、地热能站、变电站和天然气站，用于为多站融合系统区域范围内的负载提供所需要的能量；所述显示装置用来显示量测装置传来的量测信号。

具体来说，所述控制中心包括：用于控制储能装置的储能有功功率控制模块，用于控制光伏发电站的直流电压以及有功功率控制模块，用于控制光伏发电站的光热有功功率控制模块，用于控制变电站的电网智能开关控制装置，用于控制地热能站的热泵智能开关装置，用于控制天然气站的天然气智能开关装置。所述量测装置包括电压传感器、温度传感器和湿度传感器。在本实施例中，所述储能装置通过直流/交流双向变换器与电网连接，光伏发电站包括光伏系统和光热系统，所述光伏系统通过直流/交流单相变换器与电网连接并进行最大功率点跟踪控制，光热系统通过直流/交流单相变换器与电网连接。当电网智能开关闭合时，多站融合系统运行在并网模式下；当电网智能开关断开时，多站融合系统运行在孤岛模式下。

如果所述光伏发电站的发电功率高于电负载，多余的电能将会通过储能装置存储起来，等到需要时再将电能释放出来；如果光伏发电站所发电量不足，从电网中购买电量，补充差额。如果所述热泵的供热高于热负荷，天然气智能开关装置断开，将多余的热能将通过以地热能的方式存储，如果所述热泵的供热小于热负荷，天然气智能开关装置闭合，将不足的热能将通过燃烧天然气提供。

如图2所示，本发明的第二方面，提供了一种用于多站融合系统的冷热电控制方法，基于冷热电控制系统，在本发明中，发电端与控制中心直接连接，通过控制中心进行集中调节，量测装置通过采集系统运行的状态从而对控制进行反馈，实现控制的准确性。且量测装置将量测数据传回控制中心采用5G通信技术，减小传输时间造成的控制误差。冷热电控制方法包括：

所述储能装置通过直流/交流双向变换器与电网连接，光伏发电站包括光伏系统和光热系统，所述光伏系统通过直流/交流单相变换器与电网连接并进行最大功率点跟踪控制，光热系统通过直流/交流单相变换器与电网连接；

光伏发电系统和热泵作为清洁能源发电方式，将会优先考虑，如果所述光伏发电站的发电功率高于电负载，多余的电能将会通过储能装置存储起来，等到需要时再将电能释放出来；如果光伏发电站所发电量不足，从电网中购买电量，补充差额；如果所述热泵的供热高于热负荷，天然气智能开关装置断开，将多余的热能将通过以地热能的方式存储，如果所述热泵的供热小于热负荷，天然气智能开关装置闭合，将不足的热能将通过燃烧天然气提供；

当电网智能开关闭合时，多站融合系统运行在并网模式下；当电网智能开关断开时，多站融合系统运行在孤岛模式下。

如图3所示，在其他的一些实施例中，还提供了一种数字孪生的优化控制结构。控制中心分为了物理冷热电控制系统和数字冷热电结构系统。

物理冷热电控制系统配置有各类信号传感器，如电压、温度、湿度等信号传感器，传感器用来采集和监测系统的运行状态包括节点的电压、有功功率、无功功率以及温度、湿度等。经过通讯，以数据驱动方式向数字冷热电结构系统提供现场实际的信号。数字冷热电结构系统接收现场的传感器信号，通过观测器等对数据进行综合分析。综合优化过的模型信息，提供给物理冷热电控制系统的执行器。

如图4所示，数字孪生的优化控制结构主要包括物理层、数据层、模型层和功能层。

物理层主要指光伏、储能、地源热泵、电制冷机，在其他的一些实施例中，还包括电动车充电桩等设备。数据层的功能为通过各种传感器采集各个设备的实时运行状态、土壤温度等参数，并将这些参数传输至云端，并在云端对这些数据进行初步处理，包括异常数据辨识等。数据驱动模型包括设备模型、状态监测模型、远程诊断模型以及学习提升模型，将数据层传输来的数据导入建立的数据驱动模型之中进行分析计算最后模拟出数字冷热电控制系统的工作状态。功能层主要包括可视化呈现、智能诊断、科学预测以及辅助决策四个方面，可视化呈现即通过数据层传来的数据对物理冷热电控制系统的歌谣要素进行监测和动态描述；智能诊断即通过分析历史数据来检查各个设备功能和性能变化的原因；科学预测即提示各类模式的关系，对未来进行预测。科学决策即在分析过去和预测未来的基础上，对系统的运行行为进行指导。其中所涉及的数据分析、智能诊断、科学预测以及辅助决策等方法均采用现有的方法。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，包括能源系统、5G基站、量测装置、显示装置和控制中心；

所述量测装置用于采集和监测能源系统运行状态，将量测数据通过所述5G基站传送给显示装置和控制中心，其中，量测数据包括节点的电压，有功功率，无功功率以及温度、湿度；

所述控制中心用于接受量测系统传来的量测数据，并对能源系统进行控制；其中，所述能源系统包括储能装置、光伏发电站、地热能站、变电站和天然气站，用于为多站融合系统区域范围内的负载提供所需要的能量；

所述显示装置用来显示量测装置传来的量测信号。

2.根据权利要求1所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，所述控制中心包括：

储能有功功率控制模块，用于控制储能装置；

直流电压以及有功功率控制模块，用于控制光伏发电站；

光热有功功率控制模块，用于控制光伏发电站；

电网智能开关控制装置，用于控制变电站的启停；

热泵智能开关装置，用于控制地热能站的启停；

天然气智能开关装置，用于控制天然气站的启停。

3.根据权利要求2所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，所述量测装置包括电压传感器、温度传感器和湿度传感器。

4.根据权利要求2所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，所述储能装置通过直流/交流双向变换器与电网连接；

光伏发电站包括光伏系统和光热系统，所述光伏系统通过直流/交流单相变换器与电网连接并进行最大功率点跟踪控制，光热系统通过直流/交流单相变换器与电网连接。

5.根据权利要求2所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，如果所述光伏发电站的发电功率高于电负载，多余的电能将会通过储能装置存储起来，等到需要时再将电能释放出来；如果光伏发电站所发电量不足，从电网中购买电量，补充差额。

6.根据权利要求2所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，当电网智能开关闭合时，多站融合系统运行在并网模式下；当电网智能开关断开时，多站融合系统运行在孤岛模式下。

7.根据权利要求2所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，如果所述热泵的供热高于热负荷，天然气智能开关装置断开，将多余的热能将通过以地热能的方式存储，如果所述热泵的供热小于热负荷，天然气智能开关装置闭合，将不足的热能将通过燃烧天然气提供。

8.一种用于多站融合系统的冷热电控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的用于多站融合系统的冷热电控制系统，其特征在于，包括：

储能装置通过直流/交流双向变换器与电网连接，光伏发电站包括光伏系统和光热系统，光伏系统通过直流/交流单相变换器与电网连接并进行最大功率点跟踪控制，光热系统通过直流/交流单相变换器与电网连接；

如果光伏发电站的发电功率高于电负载，多余的电能将会通过储能装置存储起来，等到需要时再将电能释放出来；如果光伏发电站所发电量不足，从电网中购买电量，补充差额；如果热泵的供热高于热负荷，天然气智能开关装置断开，将多余的热能将通过以地热能的方式存储，如果热泵的供热小于热负荷，天然气智能开关装置闭合，将不足的热能将通过燃烧天然气提供；

当电网智能开关闭合时，多站融合系统运行在并网模式下；当电网智能开关断开时，多站融合系统运行在孤岛模式下。

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