CN116961062A - 一种分布式储能组网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分布式储能组网系统。该分布式储能组网系统包括:储能云、智能网关和至少一个能源组件;该智能网关与该储能云进行通信连接,该能源组件接入该智能网关;该储能云、智能网关和该能源组件构成三级能量管理层;该储能云作为第一级能量管理层确定能源管理模式;该智能网关作为第二级能量管理层根据该能源管理模式对接入的该能源组件实施全局能源管理;该能源组件作为第三级能量管理层根据该智能网关的能源管理实施能量的具体分配。从而通过分布式储能组网,使能源组件中各种能源之间互相协同,进行可伸缩组网;通过三级能量管理层的分层能源管理模式,又有利于能源管理模式的部署,使能源管理模式部署更方便。

Description

一种分布式储能组网系统
技术领域
本发明涉及储能控制技术领域,尤其涉及一种分布式储能组网系统。
背景技术
目前,由于能源资源紧张,特别是部分地区电网供应电力设施老化,电网供电不稳,且电网电价高,以及全球推行的低碳绿色生活,使得储能装置变得越来越重要。
随着新能源汽车的普及以及智能家居的发展,对电力需求更加剧烈,电力需求呈现爆发式的增长趋势,但这种增长趋势与低碳绿色环境相违背,这就要求储能装置能够满足新需求,支持更多应用场景。
当前储能装置的主流方案为采用混合逆变器,集成光伏组件、储能电池、电网的光储方案。这种储能装置中各种能源之间无法互相协同,无法灵活部署新的管理模式,且在能源控制上无法将能源一次性分配到位,输出波动大,分配效率低,已经无法满足当前日益增加的电力需求,无法支持更多的应用场景。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种分布式储能组网系统,可以解决现有的储能装置中各种能源之间无法互相协同,无法灵活部署新的管理模式,且能源输出波动大,分配效率低的问题。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种分布式储能组网系统,所述分布式储能组网系统包括:储能云、智能网关和至少一个能源组件;所述智能网关与所述储能云进行通信连接,所述能源组件接入所述智能网关;所述储能云、智能网关和所述能源组件构成三级能量管理层;所述储能云作为第一级能量管理层确定能源管理模式;所述智能网关作为第二级能量管理层根据所述能源管理模式对接入的所述能源组件实施全局能源管理;所述能源组件作为第三级能量管理层根据所述智能网关的能源管理实施能量的具体分配。
可选地,所述能源组件包括第一类能源组件和第二类能源组件,所述第一类能源组件和所述第二类能源组件接入所述智能网关,接受所述智能网关的能源管理;其中,所述第一类能源组件包括电网组件,所述第二类能源组件包括电力变流系统、发电机、移动电源或V2X充电桩,其中,所述电力变流系统接入光伏组件和/或储能电池。
可选地,所述分布式储能组网系统包括若干个电力变流系统,其中一个为主电力变流系统,其他为从电力变流系统,所述主电力变流系统和所述从电力变流系统之间通过交流母线耦合组网后接入所述智能网关,所述主电力变流系统在所述智能网关管理下,协同管理所述从电力变流系统进行能量分担。
可选地,所述智能网关作为第二级能量管理层根据所述能源管理模式对接入的所述能源组件实施全局能源管理,包括:控制部分和监控部分,其中,所述控制部分用于通信处理、网络和设备管理、数据管理、能源分配;所述监控部分用于负载能源信息采集、能源路由、电网检测和并离网切换。
可选地,所述分布式储能组网系统包括并网工作模式和离网工作模式;其中,所述并网工作模式是所述智能网关接入所述第一类能源组件和所述第二类能源组件的工作模式;所述离网工作模式是所述智能网关只接入所述第二类能源组件的工作模式。
可选地,所述储能云用于确定能源管理模式,所述能源管理模式包括并网工作模式下的能源管理模式;所述并网工作模式下的能源管理模式的实施步骤包括:评估能源组件的自发电能力;根据所述自发电能力确定能源组件的功率分配。
可选地,所述并网工作模式下的能源管理模式包括最大自发自用能源管理模式;在所述最大自发自用下,所述根据所述自发电能力确定能源组件的功率分配的步骤包括:所述智能网关作为第二级能量管理层着重于能量方向的控制,根据优先级原则和余电功率确定第二类能源组件合理的能量分配,尽量实现电网功率零功率。
可选地,所述优先级原则,包括:确定第二类能源组件中能源组件的优先级,高优先级的能源组件先分配余电功率,剩余的功率由低优先级的能源组件分配。
可选地,所述并网工作模式下的能源管理模式还包括分时能源管理模式;在所述分时能源管理模式下,所述根据所述自发电能力确定能源组件的功率分配的步骤包括:所述智能网关作为第二级能量管理层进行分时能量控制,在高峰时段根据发电量检测进行能量管理,在低谷时段进行全功率充电的能量管理。
可选地,所述储能云用于确定能源管理模式,所述能源管理模式包括离网工作模式下的能源管理模式,所述离网工作模式下的能源管理模式包括:将第三级能量管理层切换到电压源模式,从第二类能源组件中选择其中一个能源组件进行工作,第二类能源组件中的其他能源组件作为负载。
相对于现有技术,本发明提供一种分布式储能组网系统,该分布式储能组网系统包括:储能云、智能网关和至少一个能源组件;该智能网关与该储能云进行通信连接,该能源组件接入该智能网关;该储能云、智能网关和该能源组件构成三级能量管理层;该储能云作为第一级能量管理层确定能源管理模式;该智能网关作为第二级能量管理层根据该能源管理模式对接入的该能源组件实施全局能源管理;该能源组件作为第三级能量管理层根据该智能网关的能源管理实施能量的具体分配。从而通过采用分布式储能组网,使能源组件中各种能源之间互相协同,进行可伸缩组网;在能源管理上,通过三级能量管理层的分层能源管理模式,更适用于该分布式储能组网系统的能量管理,又有利于能源管理模式的部署,使能源管理模式部署更方便。从而可以解决现有的储能装置中各种能源之间无法互相协同,无法灵活部署新的管理模式的问题。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明提供的一种分布式储能组网系统的结构示意图;
图2是本发明提供的一种分布式储能组网系统进行分层能源管理的示意图;
图3是本发明提供的一种分布式储能组网系统中智能网关的结构示意图;
图4是本发明提供的一种分布式储能组网系统进行第i个PCS发电能力评估的流程示意图;
图5是本发明提供的一种分布式储能组网系统进行最大自发自用能源管理模式控制逻辑示意图;
图6是本发明提供的一种分布式储能组网系统针对某个PCS(i)功率分配的能量关系的示意图;
图7是本发明提供的一种分布式储能组网系统进行TOU能源管理模式控制逻辑的示意图;
图8是本发明提供的一种分布式储能组网系统进行应急补电控制逻辑的示意图;
图9是本发明提供的一种分布式储能组网系统进行离网工作模式下的能源管理模式的示意图;
图10是本发明提供的一种分布式储能组网系统中将第三级能量管理层的管理功能提升到第二级能量管理层的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面结合附图和具体实施例,对本发明进行更详细的说明。需要说明的是,当元件被表述“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外,下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在一个实施例中,如图1所示,本发明提供一种分布式储能组网系统,该分布式储能组网系统包括:储能云、智能网关和至少一个能源组件;该智能网关与该储能云进行通信连接,该能源组件接入该智能网关;该储能云、智能网关和该能源组件构成三级能量管理层;该储能云作为第一级能量管理层确定能源管理模式;该智能网关作为第二级能量管理层根据该能源管理模式对接入的该能源组件实施全局能源管理;该能源组件作为第三级能量管理层根据该智能网关的能源管理实施能量的具体分配。
在本实施例中,通过提供一种分布式储能组网系统,包括:储能云、智能网关和至少一个能源组件;该智能网关与该储能云进行通信连接,该能源组件接入该智能网关;该储能云、智能网关和该能源组件构成三级能量管理层;该储能云作为第一级能量管理层确定能源管理模式;该智能网关作为第二级能量管理层根据该能源管理模式对接入的该能源组件实施全局能源管理;该能源组件作为第三级能量管理层根据该智能网关的能源管理实施能量的具体分配。从而通过采用分布式储能组网,使能源组件中各种能源之间互相协同,进行可伸缩组网;在能源管理上,通过三级能量管理层的分层能源管理模式,更适用于该分布式储能组网系统的能量管理,又有利于能源管理模式的部署,使能源管理模式部署更方便。从而可以解决现有的储能装置中各种能源之间无法互相协同,无法灵活部署新的管理模式的问题。
在一个实施例中,该智能网关与该储能云进行通信连接。
具体地,该智能网关可以通过无线通信方式与该储能云进行通信连接,也可以通过有线通信方式与该储能云进行通信连接。其中,该无线通信方式包括移动无线通信方式(例如3G、4G或5G移动通信方式)、或者WiFi无线通信方式。
在一个实施例中,如图1所示,该能源组件包括第一类能源组件和第二类能源组件,该第一类能源组件和该第二类能源组件接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理;其中,该第一类能源组件包括电网组件,该第二类能源组件包括PCS(Power ConversionSystem,电力变流系统)、发电机、移动电源或V2X(汽车到电网V2G,或者汽车到汽车)充电桩。
该PCS可以进行交直流变换,可进行光伏发电、储能电池充电或者放电,并对转换功率进行控制,支持并网工作模式或者离网工作模式下多能源组件之间的协同工作。
该分布式储能组网系统包括若干个PCS,其中一个为主PCS,其他剩余PCS为从PCS,该主PCS和该从PCS之间通过交流母线(AC母线)耦合组网后接入该智能网关,该主PCS和该从PCS采用主从工作模式,该主PCS在该智能网关管理下,协同管理该从PCS进行能量分担。该PCS接入光伏组件(PV组件)和/或储能电池(也即主PCS和从PCS都可以接入光伏组件和/或储能电池),该PCS可支持多个储能电池接入,可以根据需求配置储能电池个数。其中,多个PCS可安装于同一工作场地,也可安装于多个工作场地,部署灵活。举例而言,如图1所示,该PCS包括1个主PCS(PCS0)和3个从PCS(PCS1、PCS2和PCS3),该PCS1接入1个光伏组件和2个储能电池,该PCS2接入1个光伏组件和1个储能电池,该PCS3接入1个光伏组件和3个储能电池。
该储能电池,用于储存电量,能够电量检测、充放电功率控制和电池状态管理。具体地,该储能电池采用高压电池包,内置电池模组、DC/DC和BMS(Battery ManagementSystem,电池管理系统),能够进行电量储存、电量检测、充放电功率控制和电池状态管理。DC/DC可使低压电池模组产生高电压输出,匹配PCS工作电压。该储能电池接入到该PCS中,通过该PCS接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理。
该光伏组件,用于接收太阳光进行光伏发电,接入到该PCS中,通过该PCS接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理。并可以通过该PCS将光伏发电的电力储存到储能电池中或该V2X充电桩中。例如,该光伏组件为光伏面板。
该V2X充电桩,接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理,用于对新能源汽车进行充电或者放电,也可对储能电池进行充电或者放电。通过V2X充电桩共享功能,节省用户设备投入;通过V2X充电桩接入EV(电动汽车)进行移动能源管理,节省储能电池投入,V2X还支持储能电池接入,节省PCS设备投入。
该发电机,用于将某种能源转为电力,接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理。例如,该发电机为汽油发电机或者柴油发电机。
该移动电源,用于提供可供移动的电源,该移动电源接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理。
该电网组件,用于接入电网交流电,该电网组件接入该智能网关,接受该智能网关的能源管理。该电网组件包括电表和入户断路器,该电表分别与该智能网关和该入户断路器电性连接,用于监控接入电网的电功率。该入户断路器与电网进行电性连接。
在上述的能源组件中,该发电机和该电网组件中的电网为不可调控的电压源。该PCS、储能电池、该光伏组件、该V2X充电桩和该移动电源为可调控的能源组件,可以作为电压源、电流源或者负载。
在本发明中,该分布式储能组网系统有两种工作模式:并网工作模式和离网工作模式。其中,该并网工作模式是该智能网关接入该第一类能源组件和该第二类能源组件的工作模式,具体地,该并网工作模式是该智能网关接入包括电网在内的工作模式。例如,该并网工作模式是该智能网关接入电网之外,还可以同时接入PCS和/或V2X充电桩。在并网工作模式下,能量管理目标是最大化自然能源(光伏组件)利用效率,尽可能减少利用电网,减少用户对电网的用电费用的投入,或者将光伏组件的发电的电力并上电网中,进行创收。
该离网工作模式是该智能网关只接入该第二类能源组件,没有接入该第一类能源组件的工作模式,具体地,该离网工作模式是该智能网关没有接入电网(即电网脱离)只接入该第二类能源组件的工作模式,例如,该离网工作模式包括该智能网关接入PCS和/或V2X充电桩,但该智能网关没有接入电网。该离网工作模式主要解决电力维修、电网不稳或者自然灾害情况下的电力供应问题,在该离网工作模式下,电网脱离,只依靠该第二类能源组件提供电源。
在本实施例中,通过采用分布式储能组网,微电网内综合接入光伏组件、储能电池、V2X充电桩、发电机、移动电源、电网等多种能源组件,使能源组件中各种能源之间互相协同,部署灵活,容量扩展方便,可扩展性强,可根据功率大小进行可伸缩组网,使用更安全;且单个能源组件效率高,发热小,能效转换高。此外,该分布式储能组网系统可工作在电网并网的并网工作模式,也可独立于电网之外的离网工作模式,或者在并网工作模式和离网工作模式之间切换。从而使得分布式储能组网系统的储能容量和发电功率可灵活扩展,能源利用效率高,可靠性高,安装环境要求低,可满足商业集团客户,个人家庭用户需求,应用范围广。
在一个实施例中,如图2所示,该储能云、智能网关和该能源组件构成三级能量管理层。
具体地,如图2所示,该储能云确定能源管理模式。具体地,该储能云作为第一级能量管理层,主要进行策略管理,确定包括能源管理模式制定、发布和参数优化在内的能源管理模式。该储能云从用户资源投入和中长期能源使用特征,对能源数据进行管理,并进行数据挖掘,提取能源管理相关数据,进行数据分析,预测用户能源使用趋势,提供最优的能源管理模式。
该智能网关作为第二级能量管理层根据该能源管理模式对接入的该能源组件实施全局能源管理。具体地,该智能网关负责该能源管理模式实施,通过监控当前电网状态和能量走向,从整体上进行能量的重新分配,规划最优的能量走向。该智能网关接入的能源组件包括电网、发电机、PCS、V2X充电桩和移动电源等,其中,电网和发电机是不可调控的电压源,只能通过调控负载(第三级能量管理层)来改变能量分布。
该能源组件作为第三级能量管理层根据该智能网关的能源管理实施能量的具体分配。该能源组件可进行调控,可作为电压源,也可作为电流源或者负载,在并网工作模式下该能源组件作为电流源或者负载,在离网工作模式下该能源组件作为电压源或者负载。本发明的能量优化管理,主要调整第三级能量管理层来实现全局能量调优。
在本实施例中,通过三级能量管理层的分层能源管理模式,更适用于该分布式储能组网系统的能量管理,又有利于能源管理模式的部署,使能源管理模式部署更方便,更方便部署自发自用,TOU(Time Of Use,分时),Backup)或者其他高级能源管理模式。
在一个实施例中,该智能网关作为第二级能量管理层根据该能源管理模式对接入的该能源组件实施全局能源管理,包括:网络和设备管理、能源监控、能量管理、能量路由和并离网切换。该智能网关负责该能源管理模式实施,通过监控当前电网状态和能量走向,从整体上进行能量的重新分配,规划最优的能量走向。
具体地,如图3所示,为该智能网关的结构示意图。该智能网关包括控制部分和监控部分,其中,该控制部分用于通信处理、网络和设备管理、数据管理、能源分配;该监控部分用于负载能源信息采集、能源路由、电网检测和并离网切换。具体描述如下:
网络和设备管理:主要负责检测接入该智能网关的组网设备。储能电池和光伏组件采用主动汇报方式进行设备发现,储能电池或光伏组件启动后主动与其电性连接的从PCS通信握手和建立通信链路,报告设备接入;该从PCS根据链路建立状态检测到与其电性连接的储能电池或光伏组件接入,并报告给主PCS;该从PCS主动与该主PCS建立握手和建立通信链路,该主PCS根据链路信息检测到接入的该从PCS。该主PCS通过通信方式通知该智能网关接入系统的能源设备。该V2X充电桩发现与储能电池发现类似,该V2X充电桩主动向该智能网关建立握手与通信,汇报其状态、汽车连接状况、储能电池连接情况。发电机的检测采用用户配置方式,其中发电机可为汽油发电机或者柴油发电机。电表采用主动查询方案检测其连接状态。
能源监控:该智能网关内置Meter(电力测量与计量),能够检测关键路径上的电压、电流、功率、电能。电能的测量支持单相单火线,双火线180度相角(美标240V电网),双火线120度相角(美标208V电网),三相电的测量。电网入网点采用电表测量。PCS和V2X充电桩自带功率检测装置,可通过通信进行能量信息获取。Meter通过检测多条火线的电压和相位,该智能网关根据检测结果可自动分析设备接入的电网模式,并调整功率计算方案。
能量管理:根据当前能量状态,以及该储能云确定的能源管理模式(自发自用,TOU,Backup),在PCS和V2X充电桩之间进行能量调控,并调优PV组件发电,最大化自然能源利用效率。
能源路由:该智能网关控制能源的接入与剥离,通过该智能网关自带的继电器,可控制发电机、电网、V2X充电桩等能源组件的接入或者剥离;通过通讯方式,可控制PCS或者V2X充电桩对能源组件的接入或者剥离;负载方面,通过采用智能面板(Panel),以通讯方式控制负载的接入或者剥离。
电网检测与并离网切换:监控电网入网点电压和频率,分析电网状态。在电网电压异常,或者频率异常时,切断与电网的连接,并在微电网内通知切换电源工作模式,转入离网工作模式。当电网恢复正常时,微电网切换成电网跟随模式,接入电网,转入并网工作模式。
在本实施例中,通过使用智能网关将光伏组件、储能电池、V2X充电桩、发电机、移动电源、电网等多种能源组件接入进行统一管理,可以实现交流耦合和直流耦合混合组网,兼容多种能源接入,实现能源综合管理。且可以使分布式储能组网系统实现能源组件自动发现,储能电池、PCS、V2X充电桩主动汇报机制,支持设备的热插拔管理。
在一个实施例中,该储能云用于确定能源管理模式,其中,该能源管理模式包括并网工作模式下的能源管理模式。在并网工作模式下,由于有电网作为后备能源支撑,第二类能源组件全部作为电流源装置或者负载设备。
该并网工作模式下的能源管理模式的实施步骤包括:A1、评估能源组件的自发电能力;A2、根据该自发电能力确定能源组件的功率分配。具体如下:
A1、评估能源组件的自发电能力,作为后续能量分配的依据。
假设Pv(i)为第i个光伏组件发电功率,PchgE(i)为第i个PCS需要给储能电池补电功率(当储能电池Soc(State of charge,电池电量)小于最低放电深度时,优先给储能电池补电,防止储能电池不可逆损坏),Pmake(i)为第i个PCS可发电功率,PpcsDmax为PCS最大支持的转化能力,总可发电能力Pmake=∑Pmake(i)。
如图4所示,为第i个PCS发电能力评估的流程示意图。
第i个PCS发电能力评估分为需应急补电和不需应急补电两种场景进行发电能力评估。Pca(i)为第i个PCS储能电池需要的充电功率。
当需应急补电时,第i个PCS储能电池需要的充电功率Pca(i)取第i个光伏组件发电功率Pv(i)和第i个PCS需要给储能电池补电功率PchgE(i)之间的最小值,第i个PCS可发电功率Pmake(i)取PCS最大支持的转化能力PpcsDmax和第i个光伏组件发电功率Pv(i)与第i个PCS储能电池需要的充电功率Pca(i)之间差值之间的最小值。
当不需应急补电时,第i个PCS储能电池需要的充电功率Pca(i)为0,第i个PCS可发电功率Pmake(i)取第i个光伏组件发电功率Pv(i)和PCS最大支持的转化能力PpcsDmax之间的最小值。
A2、根据该自发电能力确定能源组件的功率分配。
首先计算能量需求差异,即余电功率,余电功率Pbal计算公式为:
Pbal=Pmake+Pgen–Pload
其中,Pmake为总可发电能力,Pgen为光伏组件输入功率,Pload为当前所有负载所消耗功率,其中,Pload的计算公式为:
Pload=Ppcs+Pgen+Pv2x+Pall
其中,Ppcs为所有PCS当前总功率,Pv2x为V2X充电桩当前功率,Pall为电网功率,所有功率方向流向智能网关为正,从知能网关方向流出为负。
由于电能提供和消耗是平衡的,所以当前所有负载所消耗功率Pload等于所有能源组件输出功率之和。
由于当前所有负载所消耗功率Pload变化,电网功率Pall也跟随变化,所以电网功率Pall变化的反馈体现了负载的变化,同时影响了余电功率Pbal的分配方案。
在并网工作模式下,该并网工作模式下的能源管理模式包括最大自发自用能源管理模式。
如图5所示,为最大自发自用能源管理模式控制逻辑示意图。在图5中,对于上述根据该自发电能力确定能源组件的功率分配的步骤A2,包括:
该智能网关作为第二级能量管理层着重于能量方向的控制,根据优先级原则和余电功率Pbal确定第二类能源组件(例如PCS和V2X充电桩)合理的能量分配(即不超过其最大可支持的充放电能力),尽量实现电网功率Pall零功率(即尽量不从电网中拉电,使引入的电网功率为零,这样最大化自然能源(光伏组件)利用效率,尽可能减少利用电网,减少用户对电网的用电费用的投入)。其中,该优先级原则,包括:确定第二类能源组件中能源组件的优先级,高优先级的能源组件先分配余电功率Pbal,剩余的功率由低优先级的能源组件分配。即:在第二类能源组件中,确定按照PCS优先或者V2X充电桩优先,谁优先谁先分配余电功率Pbal,剩余的功率由优先级低的能源组件分配。
举例而言,在第二类能源组件中,如果确定PCS优先级高于V2X充电桩优先级,则先由优先级高的PCS分配余电功率Pbal,待PCS分配余电功率Pbal完成之后,如还有余电功率Pbal还有剩余的功率,则剩余的功率再由优先级低的V2X充电桩分配。
该能源组件作为第三级能量管理层实现每个PCS及储能电池的功率分配,分配原则包括:
1、满足储能电池需求为主;
2、充放电后所有储能电池尽可能电量平衡;
3、不超过PCS和储能电池支持功率;
4、进行储能电池保护。
如图5所示,为最大自发自用能源管理模式控制逻辑示意图。在进行余电检测确定余电功率Pbal(Pbal=Pmake+Pgen–Pload)后,根据余电功率Pbal的剩余情况分别进行以下处理:
如果还有余电(Pbal>0),则智能网关停止平衡,进行放电,即将余电给储能电池分配充电电量,进行余电处理。此时,智能网关与主PCS进行通信,通过主PCS确定与从PCS连接的储能电池的Soc,如果某个储能电池缺电,则优先给该储能电池分配补电,此时,与储能电池连接的从PCS则调整充电功率,给缺电的储能电池进行充电,并进行充电保护。智能网关经过放电处理后,如果还有余电,则继续余电处理;如果没有余电,则结束流程,与储能电池连接的从PCS则停止储能电池平衡。
如果缺电(Pbal<0),则智能网关进行应急补电处理。此时,智能网关与主PCS进行通信,通过主PCS确定与从PCS连接的储能电池的Soc,如果某个储能电池有应急补电需求,则优先给该储能电池补电处理。如果储能电池没有应急补电需求,则进行充电或放电的特性评估,如需要充电,则结束流程;如需要放电,则向PCS提出放电请求,此时,与储能电池连接的从PCS则调整放电功率,并进行放电保护。
如果平衡(Pbal=0),即能源组件提供的电能和负载消耗的电能是处于平衡状态,此时,智能网关检测光伏组件的输出能力,智能网关与主PCS进行通信,通过主PCS确定与从PCS连接的光伏组件的输出能力,如果光伏组件的输出能力已达最大功率,则结束流程;如果光伏组件的输出能力未达最大功率,则进行光伏调优,此时,与光伏组件连接的从PCS则减小光伏组件发电或小幅加大光伏组件发电功率。在当前光伏组件输出未达到最大功率,通过逐步加大光伏输出能力,尽量最大利用光伏组件输出能力。这样可保持并网点功率稳定。从而通过支持光伏调优,输出波动小,光伏组件利用率高,实现最大化自然能源利用效率的能量管理目标。
举例而言,如图6所示,为该PCS内针对某个PCS(i)功率分配的能量关系的示意图。
假定该智能网关作为第二级能量管理层确定PCS可充电,则具体针对某个PCS(i)功率分配的能量关系如图6所示。在充电时,所有PCS的储能电池按照升序排序,优先从Soc低的储能电池进行功率分配,直到余电分配完毕或者当前PCS(i)下分配的储能电池充电功率已经超过PCS的支持能力。PCS(i)分配的余电功率Ppcs(i)为储能电池所分配到的充电功率Pbat(i),减去光伏组件发电功率Ppv(i)。如果Ppv(i)大于Pbat(i),则PCS(i)还有发电功率输出。储能电池充电时,优先使用本PCS下面光伏组件的发电功率Ppv(i)对其充电,当光伏组件的发电功率不够时,不够部分再从PCS(i)分配的余电功率Ppcs(i)补电。
放电功率分配类似,不过优先从Soc高的储能电池放电,在储能电池应急补电的情况下,储能电池不放电,只有Ppv(i)大于应急补电的功率时,PCS(i)才有发电输出。
为了保护储能电池,对于电量Soc过低的储能电池需要应急补电(如图5所示),应急补电控制逻辑如图7所示。应急补电的电能来源可以是光伏组件、电网、其他储能电池,在长时间无光伏或者电网补电时,可通过从其他储能电池获取能量补电。
在图7中,在进行应急补电检测时,根据应急补电检测情况分别进行以下处理:
当需应急补电时,智能网关与主PCS进行通信,通过主PCS确定需要应急补电的从PCS,分析该从PCS中的光伏组件在24小时内的发电功率PV(i)是否小于等于最小发电功率Pvmin,如果PV(i)小于等于Pvmin,进一步判断光伏组件是否可以充电,如果光伏组件可以充电,则发送光伏补电给主PCS,此时,主PCS通知与该储能电池连接的从PCS使用与其接的光伏组件为该储能电池进行光伏补电;如果光伏组件不可以充电,则指定PCS,请求放电,此时,被指定的PCS根据放电请求,调整放电功率,对与指定PCS连接的储能电池进行放电。如果PV(i)大于Pvmin,则进行平衡评估,评估与该从PCS连接的储能电池是否可修复,如果可以修复,则发送平衡请求给主PCS,主PCS通知与该储能电池连接的从PCS根据平衡请求,对与其连接的储能电池进行平衡处理;如果不可以修复,则使用电网对该储能电池充电,此时,进一步判断电网是否可以充电,如果电网可以充电,则发送电网补电请求给主PCS,主PCS根据电网补电请求,使用电网给该储能电池充电;如果电网不可以充电,则向用户告警,给出“电网不可用,不可以使用电网给储能电池充电”的告警提示。
当不需应急补电时,请求放电,并要求所有PCS参与。此时,PCS根据放电请求,调整放电功率,对该储能电池进行放电。
在并网工作模式下,该并网工作模式下的能源管理模式还包括TOU(Time of Use,分时)能源管理模式。
如图8所示,为TOU能源管理模式控制逻辑示意图。TOU能源管理模式控制逻辑与最大自发自用能源管理模式控制逻辑类似,主要区别在于一下两个方面:
1、无应急补电控制,因为TOU在24小时内总有充电时段,给电池补电;
2、全功率充电式,总充电功率只受电网充电功率许可限制和PCS充电能力限制。
在图8中,对于上述根据该自发电能力确定能源组件的功率分配的步骤A2,包括:
该智能网关作为第二级能量管理层进行分时能量控制,在高峰时段根据发电量检测进行能量管理,在低谷时段进行全功率充电的能量管理。具体如下:
智能网关对分时时间段检测,如果分时时间段是属于高峰时段,则根据发电量检测进行能量管理,发电量检测包括电网功率和光伏组件发电功率之和。如果检测到的发电量小于负载,则尝试是否可以加大光伏组件发电功率;如果光伏组件可以加大发电功率,则发送光伏组件加大发电功率请求给主PCS,此时,主PCS通知与该光伏组件连接的从PCS,加大该光伏组件发电功率;如果光伏组件不可以加大发电功率,则指定PCS,请求放电,此时,被指定的PCS根据放电请求,调整放电功率,对与指定PCS连接的储能电池进行放电,并进行放电保护。
如果检测到的发电量大于负载,则表示发电量可能有余电,进行余电充电处理,此时,智能网关与主PCS进行通信,通过主PCS确定需要补电的从PCS,则该从PCS调整充电功率,对与从PCS连接的储能电池进行充电,并进行充电保护。
如果分时时间段是属于低谷时段,则进行全功率充电的能量管理。此时,智能网关确定发电量是否有余电,如果有余电,则智能网关与主PCS进行通信,通过主PCS确定需要补电的从PCS,对与从PCS连接的储能电池进行全功率充电,并进行充电保护。如果没有余电,则结束流程。
在本实施例中,通过评估能源组件的自发电能力和根据该自发电能力确定能源组件的功率分配的两步能源分配方案,能量分配控制一步到位,收敛速度快,输出波动小,调控效率高;优化的储能电池充放电能量分配,提高多储能电池的平衡能力,保证最大输出能力,同时提高储能电池的使用寿命;通过支持光伏调优,输出波动小,光伏组件利用率高,实现最大化自然能源利用效率的能量管理目标。从而可以解决现有的储能装置在能源控制上无法将能源一次性分配到位,输出波动大,分配效率低,已经无法满足当前日益增加的电力需求,无法支持更多的应用场景的问题。
在一个实施例中,该储能云用于确定能源管理模式,其中,该能源管理模式包括离网工作模式下的能源管理模式,该离网工作模式下的能源管理模式包括:将第三级能量管理层切换到电压源模式,从第二类能源组件中选择其中一个能源组件进行工作,第二类能源组件中的其他能源组件作为负载。
在离网工作模式下,电网脱离,智能网关只接入第二类能源组件。此时,第三级能量管理层切换到电压源模式,只允许第二类能源组件中一个能源组件进行工作,智能网关只能从第二类能源组件中选择一个能源组件,第二类能源组件中其他能源组件只能做负载。
如图9所示,为离网工作模式下的能源管理模式的示意图。
实际工作时,负载功率可能会变化,事先不清楚负载功率需求,电源可支持满功率输出。当负载运行稳定,明确当前负载功率时,智能网关通知PCS或者V2X充电桩调优输出功率分配,尽量从Soc高的储能电池优先输出电能。如图9所示,智能网关和PCS同时检测AC母线电压,当负载突然加重,PCS输出能力不满足负载工况时,AC母线电压拉低,PCS自动调整到最大功率输出。若AC母线电压恢复正常,智能网关再次输出当前负载实际消耗功率和功率需求,PCS进行功率优化。若AC母线目前长时间电压不能恢复,智能网关通知PCS关闭,切换到其他能源组件进行备电工作。
在本实施例中,PCS支持离网工作模式下的并机功能和协同工作,PCS之间通过并机线协调输出信息,由PCS的功率部分同步输出功率。从而使能源组件中各种能源之间互相协同,调控效率高,优化的储能电池充放电能量分配,提高多储能电池的平衡能力,保证最大输出能力,同时提高储能电池使用寿命。
在一个实施例中,在三级能量管理层中,本地能量的管理和控制部署在PCS。但对于部分特殊应用,如图10所示,比如储能电池仓储补电、运输放电、特殊应用等,变化参数范围宽,需要在智能网关上对操控流程进行灵活控制,此时可把第三级能量管理层的管理功能提升到第二级能量管理层,对新业务的部署更快,更灵活。
本发明提供一种分布式储能组网系统,采用分布式储能组网,微电网内综合接入光伏组件、储能电池、V2X充电桩、发电机、移动电源、电网等多种能源组件,各种能源组件之间互相协同,部署灵活,容量扩展方便,可扩展性强,可根据功率大小进行可伸缩组网,使用更安全;且单个能源组件效率高,发热小,能效转换高。此外,该分布式储能组网系统可工作在电网并网的并网工作模式,也可独立于电网之外的离网工作模式,或者在并网工作模式和离网工作模式之间切换。在能源管理方面,通过三级能量管理层的分层能源管理模式,更适用于该分布式储能组网系统的能量管理,又有利于能源管理模式的部署,使能源管理模式部署更方便,更方便部署自发自用,TOU,Backup或者其他高级能源管理模式。在管理控制上,通过评估能源组件的自发电能力和根据该自发电能力确定能源组件的功率分配的两步能源分配方案,能量分配控制一步到位,收敛速度快,输出波动小,调控效率高;优化的储能电池充放电能量分配,提高多储能电池的平衡能力,保证最大输出能力,同时提高储能电池的使用寿命;通过支持光伏调优,输出波动小,光伏组件利用率高,实现最大化自然能源利用效率的能量管理目标。从而使得分布式储能组网系统的储能容量和发电功率可灵活扩展,能源利用效率高,可靠性高,安装环境要求低,可满足商业集团客户,个人家庭用户需求,应用范围广。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解: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;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种分布式储能组网系统,其特征在于,所述分布式储能组网系统包括:储能云、智能网关和至少一个能源组件;所述智能网关与所述储能云进行通信连接,所述能源组件接入所述智能网关;所述储能云、智能网关和所述能源组件构成三级能量管理层;所述储能云作为第一级能量管理层确定能源管理模式;所述智能网关作为第二级能量管理层根据所述能源管理模式对接入的所述能源组件实施全局能源管理;所述能源组件作为第三级能量管理层根据所述智能网关的能源管理实施能量的具体分配。
2.根据权利要求1所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述能源组件包括第一类能源组件和第二类能源组件,所述第一类能源组件和所述第二类能源组件接入所述智能网关,接受所述智能网关的能源管理;其中,所述第一类能源组件包括电网组件,所述第二类能源组件包括电力变流系统、发电机、移动电源或V2X充电桩,其中,所述电力变流系统接入光伏组件和/或储能电池。
3.根据权利要求2所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述分布式储能组网系统包括若干个电力变流系统,其中一个为主电力变流系统,其他为从电力变流系统,所述主电力变流系统和所述从电力变流系统之间通过交流母线耦合组网后接入所述智能网关,所述主电力变流系统在所述智能网关管理下,协同管理所述从电力变流系统进行能量分担。
4.根据权利要求1所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述智能网关作为第二级能量管理层根据所述能源管理模式对接入的所述能源组件实施全局能源管理,包括:控制部分和监控部分,其中,所述控制部分用于通信处理、网络和设备管理、数据管理、能源分配;所述监控部分用于负载能源信息采集、能源路由、电网检测和并离网切换。
5.根据权利要求3所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述分布式储能组网系统包括并网工作模式和离网工作模式;其中,所述并网工作模式是所述智能网关接入所述第一类能源组件和所述第二类能源组件的工作模式;所述离网工作模式是所述智能网关只接入所述第二类能源组件的工作模式。
6.根据权利要求5所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述储能云用于确定能源管理模式,所述能源管理模式包括并网工作模式下的能源管理模式;所述并网工作模式下的能源管理模式的实施步骤包括:评估能源组件的自发电能力;根据所述自发电能力确定能源组件的功率分配。
7.根据权利要求6所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述并网工作模式下的能源管理模式包括最大自发自用能源管理模式;在所述最大自发自用下,所述根据所述自发电能力确定能源组件的功率分配的步骤包括:所述智能网关作为第二级能量管理层着重于能量方向的控制,根据优先级原则和余电功率确定第二类能源组件合理的能量分配,尽量实现电网功率零功率。
8.根据权利要求7所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述优先级原则,包括:确定第二类能源组件中能源组件的优先级,高优先级的能源组件先分配余电功率,剩余的功率由低优先级的能源组件分配。
9.根据权利要求6所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述并网工作模式下的能源管理模式还包括分时能源管理模式;在所述分时能源管理模式下,所述根据所述自发电能力确定能源组件的功率分配的步骤包括:所述智能网关作为第二级能量管理层进行分时能量控制,在高峰时段根据发电量检测进行能量管理,在低谷时段进行全功率充电的能量管理。
10.根据权利要求5所述的分布式储能组网系统,其特征在于,所述储能云用于确定能源管理模式,所述能源管理模式包括离网工作模式下的能源管理模式,所述离网工作模式下的能源管理模式包括:将第三级能量管理层切换到电压源模式,从第二类能源组件中选择其中一个能源组件进行工作,第二类能源组件中的其他能源组件作为负载。
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