CN115065081A - 一种基于大数据的低压配电网的储能系统及方法 - Google Patents

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CN115065081A CN202210734934.2A CN202210734934A CN115065081A CN 115065081 A CN115065081 A CN 115065081A CN 202210734934 A CN202210734934 A CN 202210734934A CN 115065081 A CN115065081 A CN 115065081A
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许明雷
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Abstract

本发明公开了一种基于大数据的低压配电网的储能系统及方法，包括充放电控制模块、电池监测模块、电能量采样模块、数据上传模块。本发明中装置的充放电控制机制可根据不同应用场景进行按需配置，可通过相关阈值设置成自动切换，可对装置运行工况及储能电池等数据进行实时查看与监控管理，本项目基于优化算法，依据日前实时电价曲线和未来辅助服务价格曲线，算法的目标是在电力市场环境下收益最大化，即在电力市场环境下做出储能装置运行的最优安排，本发明可实现储能控制装置在线监控管理；实现储能电池的全生命周期管理；实现储能自充放电工艺流程控制算法；实现数据储存分析及事故告警管理。

Description

一种基于大数据的低压配电网的储能系统及方法
技术领域
本发明涉及配电网储能处理技术领域，具体为一种基于大数据的低压配电网的储能系统及方法。
背景技术
低压配电网为终端用户供电，在安全供电的前提下，可靠、优质、经济供电是配电网重点关注的问题。而电化学储能系统应用于低压配电网，具有功率支撑、提高供电可靠性和电能质量、实现电网负荷“削峰填谷”等技术优势。随着储能技术进步和成本降低以及需求侧的演化发展，分布式储能在电力系统中的广泛应用是未来电网发展的必然趋势，也是突破传统配电网规划运营方式的重要途径。传统的电池储能装置运行安排基于固定时间的充放电，即利用分时电价在谷时段充电，在峰时段放电，利用峰谷电价差来实现其收益。
随着电力市场的发展，特别是电力现货市场的普及，电价每15分钟就发生变化，必须充分利用电价的波动以实现电池储能装置的经济收益；固定时间充放电的方式已经不再适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大数据的低压配电网的储能系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的低压配电网的储能系统，包括充放电控制模块、电池监测模块、电能量采样模块、数据上传模块、中央处理模块，所述充放电控制模块、电池监测模块、电能量采样模块均分别通过数据上传模块与中央处理模块通信数据连接，所述充放电控制模块用于对储能系统进行充放电控制处理，所述电池监测模块用于对储能系统中的电池进行监测处理，所述电能量采样模块用于对系统中的设备进行电能量数据采样处理，所述数据上传模块用于将系统中的数据上传到系统平台，所述中央处理模块用于对系统中的数据进行综合整理分析。
进一步的，所述充放电控制模块包括：储能电池充电开关控制单元和储能电池放电开关控制单元，所述储能电池充电开关控制单元用于对储能电池的充电开关进行控制，所述储能电池放电开关控制单元用于对储能电池的放电开关进行控制。
进一步的，所述电池监测模块包括：电池电流监测单元、电池电压监测单元、电池电量监测单元；所述电池电流监测单元用于对储能电池的电流进行监测处理，所述电池电压监测单元用于对储能电池的电压进行监测处理，所述电池电量监测单元用于对储能电池的电量进行监测处理。
进一步的，所述电能量采样模块包括：电网电流采样单元、电网电压采样单元、电网电价数据采集单元；所述电网电流采样单元用于对低压配电网的电流数据进行采样，所述电网电压采样单元用于对低压配电网的电压数据进行采样，所述电网电价数据采集单元用于对低压配电网的电价数据进行采集。
进一步的，所述数据上传模块包括：无线数据上传单元、有线数据上传单元，所述无线数据上传单元用于对数据以无线方式进行上传，所述有线数据上传单元用于对数据以有线方式进行上传。
进一步的，所述中央处理模块包括：数据储存单元、数据整理单元、数据分析单元；所述数据储存单元用于多系统数据进行储存处理，所述数据整理单元用于对数据进行整理操作，所述数据分析单元用于对数据进行分析处理。
进一步的，还包括：智能终端和警示模块，所述智能终端和警示模块分别与中央处理模块通信数据连接，所述智能终端用于对系统中的数据进行查看、设定、修改；所述警示模块用于对系统中的异常数据进行告警通知处理。
本发明还提供了一种基于大数据的低压配电网的储能系统的储能方法，包括以下步骤：
S1、开启系统，系统中的电池监测模块对储能电池系统数据进行采集监测处理，将储能电池数据实时上传到中央处理模块；
S2、电能量采样模块用于对电网系统中的电流、电压、电价数据进行实时采样处理，并将电网数据实时上传到中央处理模块；
S3、数据上传模块通过有线或无线方式将现场监控数据上传到系统平台中，供用户实时监控管理；
S4、中央处理模块对储能电池系统的电压、电流、电量数据进行分析处理，对储能电池进行实时监测管理，当储能电池存在异常或故障时通过告警通知相关运维人员进行检测维护；
S5、中央处理模块对电网数据中的电流、电压、电价数据以及储能电池的电量数据进行分析整合处理，判断是否进行充放电操作；
电流为Li；电压为Ui；电价的价格为Pi；电价Pi对应的时间为Ti；充放电管理判断评估值为Xi；充放电管理判断进阶值为Yi；储能电池剩余电量为Zi；储能电池满电量为Z满；储能电池充电效率为A；储能电池剩余电量百分比为Bi；
将数据指令发送到充放电控制模块，充放电控制模块对储能电池的充放电开关进行控制操作。
进一步的，在步骤S5中，
Figure BDA0003714888010000031
Figure BDA0003714888010000032
以评估值Xi和进阶值Yi建立二维坐标系曲线；
Figure BDA0003714888010000033
对实时电价进行分析处理，对评估值Xi进行计算，表达相邻电价之间的变动大小；
当Xi＞0时，相邻电价前后之间处于上升状态；
当Xi＜0时，相邻电价前后之间处于下降状态；
评估值Xi接近于零时，电价处于峰时段或者谷时段，然后根据之前评估值Xi变动情况判断；
当Xi→0-时，则进入电价的谷时段；
当Xi→0+时，则进入电价的峰时段；
进阶值Yi表达相邻电价之间的变动频率大小；
当Xi＞0，Yi≥1时，相邻电价前后之间处于急剧上升状态；
当Xi＜0，Yi≥1时，相邻电价前后之间处于急剧下降状态；
当Xi＞0，Yi＜1时，相邻电价前后之间处于平缓上升状态；
当Xi＜0，Yi＜1时，相邻电价前后之间处于平缓下降状态；
当Ui＜180v，Bi≤30％时，自动合上储能电池供电开关；
最优级充电时间为：当Xi→0-时，自动对储能电池进行优先供电处理，充电时间为T最；
高优级充电时间为：当Xi＜0，Yi＜1时，自动对储能电池进行高等供电处理，充电时间为T高；
次优级充电时间为：当Xi＞0，Yi＜1时，自动对储能电池进行次等供电处理，充电时间为T次；
当Xi→0+时，储能电池进行放电处理。
进一步的，需要充电总时间为T总；
Figure BDA0003714888010000041
T总＝f×T最+g×T高+h×T次；
Figure BDA0003714888010000042
Figure BDA0003714888010000043
Figure BDA0003714888010000044
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明通过设置充放电控制模块、电池监测模块、电能量采样模块、数据上传模块等；装置的充放电控制机制可根据不同应用场景进行按需配置，可通过相关阈值设置成自动切换，也可远程按需进行手动遥控切换；数据上传模块通过有线或无线方式将现场监控数据上传到系统平台中，供用户实时监控管理；也可能手机APP或小程序对装置运行工况及储能电池等数据进行实时查看与监控管理，本项目基于优化算法，依据日前实时电价曲线和未来辅助服务价格曲线，开发出安排电池储能装置的充放电计划软件，算法的目标是在电力市场环境下收益最大化，即在电力市场环境下做出储能装置运行的最优安排，本发明可实现储能控制装置在线监控管理；实现储能电池的全生命周期管理；实现储能自充放电工艺流程控制算法；实现数据储存分析及事故告警管理。
2、本发明中对实时电价进行分析处理，评估值表达相邻电价之间的变动大小；进阶值表达相邻电价之间的变动频率大小；评估值大于零，进阶值大于等于1时，相邻电价前后之间处于急剧上升；评估值小于零，进阶值大于等于1时，相邻电价前后之间处于急剧下降状态；评估值大于零，进阶值小于1时，相邻电价前后之间处于平缓上升状态；评估值小于零，进阶值小于1时，相邻电价前后之间处于平缓下降状态；评估值接近于零时，电价处于峰时段或者谷时段，然后根据之前评估值变动情况判断，评估值由小于零的状态逐渐趋于零，则进入电价的谷时段，评估值由大于零的状态逐渐趋于零，则进入电价的峰时段。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中的模块连接示意图；
图2是本发明中的充放电控制模块示意图；
图3是本发明中的电池监测模块示意图；
图4是本发明中的电能量采样模块示意图；
图5是本发明中的数据上传模块示意图；
图6是本发明中的中央处理模块示意图；
图中：1、充放电控制模块；2、电池监测模块；3、电能量采样模块；4、数据上传模块；5、中央处理模块。
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。
请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：一种基于大数据的低压配电网的储能系统，包括充放电控制模块1、电池监测模块2、电能量采样模块3、数据上传模块4、中央处理模块5，所述充放电控制模块1、电池监测模块2、电能量采样模块3均分别通过数据上传模块4与中央处理模块5通信数据连接，所述充放电控制模块1用于对储能系统进行充放电控制处理，所述电池监测模块2用于对储能系统中的电池进行监测处理，所述电能量采样模块3用于对系统中的设备进行电能量数据采样处理，所述数据上传模块4用于将系统中的数据上传到系统平台，所述中央处理模块5用于对系统中的数据进行综合整理分析。
所述充放电控制模块1包括：储能电池充电开关控制单元和储能电池放电开关控制单元，所述储能电池充电开关控制单元用于对储能电池的充电开关进行控制，所述储能电池放电开关控制单元用于对储能电池的放电开关进行控制；所述电池监测模块2包括：电池电流监测单元、电池电压监测单元、电池电量监测单元；所述电池电流监测单元用于对储能电池的电流进行监测处理，所述电池电压监测单元用于对储能电池的电压进行监测处理，所述电池电量监测单元用于对储能电池的电量进行监测处理；所述电能量采样模块3包括：电网电流采样单元、电网电压采样单元、电网电价数据采集单元；所述电网电流采样单元用于对低压配电网的电流数据进行采样，所述电网电压采样单元用于对低压配电网的电压数据进行采样，所述电网电价数据采集单元用于对低压配电网的电价数据进行采集；所述数据上传模块4包括：无线数据上传单元、有线数据上传单元，所述无线数据上传单元用于对数据以无线方式进行上传，所述有线数据上传单元用于对数据以有线方式进行上传；所述中央处理模块5包括：数据储存单元、数据整理单元、数据分析单元；所述数据储存单元用于多系统数据进行储存处理，所述数据整理单元用于对数据进行整理操作，所述数据分析单元用于对数据进行分析处理；还包括：智能终端和警示模块，所述智能终端和警示模块分别与中央处理模块5通信数据连接，所述智能终端用于对系统中的数据进行查看、设定、修改；所述警示模块用于对系统中的异常数据进行告警通知处理。
本发明还提供了一种基于大数据的低压配电网的储能系统的储能方法，包括以下步骤：
S1、开启系统，系统中的电池监测模块2对储能电池系统数据进行采集监测处理，将储能电池数据实时上传到中央处理模块5；
S2、电能量采样模块3用于对电网系统中的电流、电压、电价数据进行实时采样处理，并将电网数据实时上传到中央处理模块5；
S3、数据上传模块4通过有线或无线方式将现场监控数据上传到系统平台中，供用户实时监控管理；
S4、中央处理模块5对储能电池系统的电压、电流、电量数据进行分析处理，对储能电池进行实时监测管理，当储能电池存在异常或故障时通过告警通知相关运维人员进行检测维护；
S5、中央处理模块5对电网数据中的电流、电压、电价数据以及储能电池的电量数据进行分析整合处理，判断是否进行充放电操作；
电流为Li；电压为Ui；电价的价格为Pi；电价Pi对应的时间为Ti；充放电管理判断评估值为Xi；充放电管理判断进阶值为Yi；储能电池剩余电量为Zi；储能电池满电量为Z满；储能电池充电效率为A；储能电池剩余电量百分比为Bi；
Figure BDA0003714888010000071
Figure BDA0003714888010000072
以评估值Xi和进阶值Yi建立二维坐标系曲线；
Figure BDA0003714888010000073
对实时电价进行分析处理，对评估值Xi进行计算，表达相邻电价之间的变动大小；
当Xi＞0时，相邻电价前后之间处于上升状态；
当Xi＜0时，相邻电价前后之间处于下降状态；
评估值Xi接近于零时，电价处于峰时段或者谷时段，然后根据之前评估值Xi变动情况判断；
当Xi→0-时，则进入电价的谷时段；
当Xi→0+时，则进入电价的峰时段；
进阶值Yi表达相邻电价之间的变动频率大小；
当Xi＞0，Yi≥1时，相邻电价前后之间处于急剧上升状态；
当Xi＜0，Yi≥1时，相邻电价前后之间处于急剧下降状态；
当Xi＞0，Yi＜1时，相邻电价前后之间处于平缓上升状态；
当Xi＜0，Yi＜1时，相邻电价前后之间处于平缓下降状态；
当Ui＜180v，Bi≤30％时，自动合上储能电池供电开关；
最优级充电时间为：当Xi→0-时，自动对储能电池进行优先供电处理，充电时间为T最；
高优级充电时间为：当Xi＜0，Yi＜1时，自动对储能电池进行高等供电处理，充电时间为T高；
次优级充电时间为：当Xi＞0，Yi＜1时，自动对储能电池进行次等供电处理，充电时间为T次；
当Xi→0+时，储能电池进行放电处理；
需要充电总时间为T总；
Figure BDA0003714888010000081
T总＝f×T最+g×T高+h×T次；
Figure BDA0003714888010000082
Figure BDA0003714888010000083
Figure BDA0003714888010000084
将数据指令发送到充放电控制模块1，充放电控制模块1对储能电池的充放电开关进行控制操作。
本发明解决了随着电力市场的发展，特别是电力现货市场的普及，电价每15分钟就发生变化，必须充分利用电价的波动以实现电池储能装置的经济收益；固定时间充放电的方式已经不再适用的问题。
本发明的工作原理：
参照说明书附图1，本发明通过设置充放电控制模块、电池监测模块、电能量采样模块、数据上传模块等；装置的充放电控制机制可根据不同应用场景进行按需配置，可通过相关阈值设置成自动切换，也可远程按需进行手动遥控切换；数据上传模块通过有线或无线方式将现场监控数据上传到系统平台中，供用户实时监控管理；也可能手机APP或小程序对装置运行工况及储能电池等数据进行实时查看与监控管理；对实时电价进行分析处理，对实时电价曲线的相邻电价之间的评估值进行计算，表达相邻电价之间的变动大小；评估值大于零时，相邻电价前后之间处于上升状态，评估值小于零时，相邻电价前后之间处于下降状态；评估值接近于零时，电价处于峰时段或者谷时段，然后根据之前评估值变动情况判断；评估值由小于零的状态逐渐趋于零，则进入电价的谷时段；评估值由大于零的状态逐渐趋于零，则进入电价的峰时段；进阶值表达相邻电价之间的变动频率大小；评估值大于零，进阶值大于等于1时，相邻电价前后之间处于急剧上升；评估值小于零，进阶值大于等于1时，相邻电价前后之间处于急剧下降状态；评估值大于零，进阶值小于1时，相邻电价前后之间处于平缓上升状态；评估值小于零，进阶值小于1时，相邻电价前后之间处于平缓下降状态；评估值接近于零时，电价处于峰时段或者谷时段，然后根据之前评估值变动情况判断，评估值由小于零的状态逐渐趋于零，则进入电价的谷时段，评估值由大于零的状态逐渐趋于零，则进入电价的峰时段；本装置遥控接点安装在储能控制切换开关上面，用于实时监控开关分开状态，并对储能电池系统数据进行实时采集监测，对电池运行状况进行实时监测管理，当电池存在异常或故障时通过告警通知相关运维人员进行检测维护；同时对电力系统电流电压等电参量数据进行实时监测，当电压过低(如设定值低于180V)时，自动合上电池供电开关，开始供电，保证供电的稳定性；当电池放电至30％时，自动切换供电开关，并通过判断其是否在用电峰时段还是用电谷时段，当为谷时段时(如设定时间为深夜时分)，则自动切换充电开关，开始给电池充电储能；所有充放电操作记录自动存储于系统平台中，以备后续事故和工艺分析查用；本项目基于优化算法，依据日前实时电价曲线和未来辅助服务价格曲线，开发出安排电池储能装置的充放电计划软件，算法的目标是在电力市场环境下收益最大化，即在电力市场环境下做出储能装置运行的最优安排；本发明可实现储能控制装置在线监控管理；实现储能电池的全生命周期管理；实现储能自充放电工艺流程控制算法；实现数据储存分析及事故告警管理。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于大数据的低压配电网的储能系统，包括充放电控制模块(1)、电池监测模块(2)、电能量采样模块(3)、数据上传模块(4)、中央处理模块(5)，其特征在于：所述充放电控制模块(1)、电池监测模块(2)、电能量采样模块(3)均分别通过数据上传模块(4)与中央处理模块(5)通信数据连接，所述充放电控制模块(1)用于对储能系统进行充放电控制处理，所述电池监测模块(2)用于对储能系统中的电池进行监测处理，所述电能量采样模块(3)用于对系统中的设备进行电能量数据采样处理，所述数据上传模块(4)用于将系统中的数据上传到系统平台，所述中央处理模块(5)用于对系统中的数据进行综合整理分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统，其特征在于：所述充放电控制模块(1)包括：储能电池充电开关控制单元和储能电池放电开关控制单元，所述储能电池充电开关控制单元用于对储能电池的充电开关进行控制，所述储能电池放电开关控制单元用于对储能电池的放电开关进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统，其特征在于：所述电池监测模块(2)包括：电池电流监测单元、电池电压监测单元、电池电量监测单元；所述电池电流监测单元用于对储能电池的电流进行监测处理，所述电池电压监测单元用于对储能电池的电压进行监测处理，所述电池电量监测单元用于对储能电池的电量进行监测处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统，其特征在于：所述电能量采样模块(3)包括：电网电流采样单元、电网电压采样单元、电网电价数据采集单元；所述电网电流采样单元用于对低压配电网的电流数据进行采样，所述电网电压采样单元用于对低压配电网的电压数据进行采样，所述电网电价数据采集单元用于对低压配电网的电价数据进行采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统，其特征在于：所述数据上传模块(4)包括：无线数据上传单元、有线数据上传单元，所述无线数据上传单元用于对数据以无线方式进行上传，所述有线数据上传单元用于对数据以有线方式进行上传。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统，其特征在于：所述中央处理模块(5)包括：数据储存单元、数据整理单元、数据分析单元；所述数据储存单元用于多系统数据进行储存处理，所述数据整理单元用于对数据进行整理操作，所述数据分析单元用于对数据进行分析处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统，其特征在于：还包括：智能终端和警示模块，所述智能终端和警示模块分别与中央处理模块(5)通信数据连接，所述智能终端用于对系统中的数据进行查看、设定、修改；所述警示模块用于对系统中的异常数据进行告警通知处理。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于大数据的低压配电网的储能系统的储能方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、开启系统，系统中的电池监测模块(2)对储能电池系统数据进行采集监测处理，将储能电池数据实时上传到中央处理模块(5)；
S2、电能量采样模块(3)用于对电网系统中的电流、电压、电价数据进行实时采样处理，并将电网数据实时上传到中央处理模块(5)；
S3、数据上传模块(4)通过有线或无线方式将现场监控数据上传到系统平台中，供用户实时监控管理；
S4、中央处理模块(5)对储能电池系统的电压、电流、电量数据进行分析处理，对储能电池进行实时监测管理，当储能电池存在异常或故障时通过告警通知相关运维人员进行检测维护；
S5、中央处理模块(5)对电网数据中的电流、电压、电价数据以及储能电池的电量数据进行分析整合处理，判断是否进行充放电操作；
电流为Li；电压为Ui；电价的价格为Pi；电价Pi对应的时间为Ti；充放电管理判断评估值为Xi；充放电管理判断进阶值为Yi；储能电池剩余电量为Zi；储能电池满电量为Z满；储能电池充电效率为A；储能电池剩余电量百分比为Bi；
将数据指令发送到充放电控制模块(1)，充放电控制模块(1)对储能电池的充放电开关进行控制操作。
9.根据权利要求8所述的一种储能方法，其特征在于：在步骤S5中，
Figure FDA0003714881000000021
Figure FDA0003714881000000022
以评估值Xi和进阶值Yi建立二维坐标系曲线；
Figure FDA0003714881000000031
对实时电价进行分析处理，对评估值Xi进行计算，表达相邻电价之间的变动大小；
当Xi＞0时，相邻电价前后之间处于上升状态；
当Xi＜0时，相邻电价前后之间处于下降状态；
评估值Xi接近于零时，电价处于峰时段或者谷时段，然后根据之前评估值Xi变动情况判断；
当Xi→0-时，则进入电价的谷时段；
当Xi→0+时，则进入电价的峰时段；
进阶值Yi表达相邻电价之间的变动频率大小；
当Xi＞0，Yi≥1时，相邻电价前后之间处于急剧上升状态；
当Xi＜0，Yi≥1时，相邻电价前后之间处于急剧下降状态；
当Xi＞0，Yi＜1时，相邻电价前后之间处于平缓上升状态；
当Xi＜0，Yi＜1时，相邻电价前后之间处于平缓下降状态；
当Ui＜180v，Bi≤30％时，自动合上储能电池供电开关；
最优级充电时间为：当Xi→0-时，自动对储能电池进行优先供电处理，充电时间为T最；
高优级充电时间为：当Xi＜0，Yi＜1时，自动对储能电池进行高等供电处理，充电时间为T高；
次优级充电时间为：当Xi＞0，Yi＜1时，自动对储能电池进行次等供电处理，充电时间为T次；
当Xi→0+时，储能电池进行放电处理。
10.根据权利要求9所述的一种储能方法，其特征在于：
需要充电总时间为T总；
Figure FDA0003714881000000032
T总＝f×T最+g×T高+h×T次；
Figure FDA0003714881000000041
Figure FDA0003714881000000042
Figure FDA0003714881000000043
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