CN117277413A - 基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，包括EMS管理单元、系统内部能量发生单元、系统内部储能单元、系统内部用能单元以及外部能量系统，系统内部能量发生单元通过第二电控开关和第二能量转换单元连接外部能量系统，系统内部能量发生单元通过能量转换单元连接系统内部储能单元，并通过第三电控开关和第三能量转换单元连接系统内部用能单元，系统内部储能单元通过第四电控开关和第四能量转换单元连接系统内部用能单元，第二能量转换单元通过第一电控开关连接系统内部用能单元，EMS管理单元同时与各个电控开关和系统内部储能单元信号连接，进而通过持续读取系统内部储能单元的能量变化最大限度地利用系统内部能量，工作稳定性更强。
Description
技术领域
本发明涉及能量管理技术领域，尤其涉及基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统。
背景技术
随着光伏、风电等新能源以及以锂电、液流电池为代表的新型储能技术的发展，以“光储直柔”为代表的能量微网系统不仅技术上日渐成熟，经济性价比也超越了煤电、天然气发电、核电等传统能源，为自给自足的能量微网系统创造了条件。虽然和西电东送等大电网相比，能量微网系统可提供的能量难以相提并论，但是微网系统有其自身的优势，一是传输距离近，减少了巨额线路投资和长距离传输引发的大量线路损失；二是自带储能设备，不仅彻底化解了风、光等新能源功率变化较大的劣势，而且即使用能设备存在功率变化较大的问题也得以顺利化解；三是随着电子产品和新能源车的普及，和传统用电设备大都是交流电器的时代不同，直流电的用电设备所用电量在所有用电环境中所占的比例会越来越高，可以高效提供不同能量形式之间相互转换的能量微网必将为大力推广直流供电创造条件。
一般情况下，在能量管理过程中进行功率监测时需要同时监测能量发生侧和用能侧的功率变化，以“光储直柔”为例就需要同时监测发电侧、用电侧和电网侧的电压和电流。如果用电侧既有交流电，又有直流电，那就需要同时监测两种电力形式的电压和电流，而发电侧同样存在这种情况。这样一来，需要监测的数据就会很多，监测设备和操作步骤繁冗，不利于节能降耗，同时，一旦一个监测设备出现问题就会影响整个系统的监测结果，继而影响整个系统的能量管理，工作稳定性较差。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其通过持续读取系统内部储能单元的能量变化，包括升降变化和具体的储能数据范围，能够精确并自动的对系统内部用能单元、系统内部能量发生单元、系统内部储能单元与外部能量系统进行管理，达到优化能量使用的目的，能够最大限度地利用系统内部能量，特别是系统内部新能源设施设备所产生的能量，并最终达到节能高效和减碳的目标，工作稳定性更强。
为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供一种基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，包括EMS管理单元、系统内部能量发生单元、系统内部储能单元、系统内部用能单元以及外部能量系统，其中所述系统内部能量发生单元通过第二电控开关和第二能量转换单元连接所述外部能量系统，所述系统内部能量发生单元通过能量转换单元连接所述系统内部储能单元，并通过第三电控开关和第三能量转换单元连接所述系统内部用能单元，所述系统内部储能单元通过第四电控开关和第四能量转换单元连接所述系统内部用能单元，所述第二能量转换单元通过第一电控开关连接所述系统内部用能单元，所述EMS管理单元同时与所述第一电控开关、所述第二电控开关、所述第三电控开关、所述第四电控开关信号连接，并与所述系统内部储能单元信号连接。
根据本发明一实施例，在初始状态下，所述EMS管理单元控制所述第二电控开关、所述第三电控开关和所述第四电控开关处于断路状态，并控制所述第一电控开关处于闭合状态，所述系统内部能量发生单元给所述系统内部储能单元补能，且不对所述系统内部用能单元提供能量，此时所述系统内部用能单元由所述外部能量系统保障用能供应。
根据本发明一实施例，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元所存储的能量达到总额的45％～75％时，控制所述第三电控开关和所述第四电控开关闭合，控制所述第一电控开关和所述第二电控开关保持在断路状态，使所述系统内部用能单元处于所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元的双重能量供应保障中。
根据本发明一实施例，在所述系统内部能量发生单元所产出能量超出所述系统内部用能单元所使用能量时，超出部分储存至所述系统内部储能单元内；当所述系统内部能量发生单元所产出能量小于所述系统内部用能单元所使用能量时，不足部分由所述储能设备补充。
根据本发明一实施例，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元所存储的能量达到总额的75％～95％时，控制所述第二电控开关、所述第三电控开关以及所述第四电控开关闭合，控制所述第一电控开关保持在断路状态，此时，所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元在保障所述系统内部用能单元的用能需求的基础上，通过所述第二电控开关和所述第二能量转换单元将结余的能量反馈至所述外部能量系统。
根据本发明一实施例，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元的能量由高至低降至75％～45％时，控制所述第三电控开关和所述第四电控开关闭合，控制所述第一电控开关和所述第二电控开关保持在断路状态。
根据本发明一实施例，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元的能量由高至低降至10％～25％时，控制所述第二电控开关、所述第三电控开关和所述第四电控开关处于断路状态，并控制所述第一电控开关处于闭合状态，使所述系统内部用能单元由所述外部能量系统供应所需能量，而所述系统内部储能单元处于等待或接受所述系统内部能量发生单元补能的状态。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。
附图说明
图1示出了本申请基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统的原理示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在说明书的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考图1，依本发明一较佳实施例的一种基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统将在以下被详细地阐述，其中所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统包括EMS管理单元、系统内部能量发生单元、系统内部储能单元、系统内部用能单元以及外部能量系统，其中所述系统内部能量发生单元通过第二电控开关S2和第二能量转换单元连接所述外部能量系统，其中所述系统内部能量发生单元通过能量转换单元连接所述系统内部储能单元，并通过第三电控开关S3和第三能量转换单元连接所述系统内部用能单元，其中所述系统内部储能单元通过第四电控开关S4和第四能量转换单元连接所述系统内部用能单元，其中所述第二能量转换单元通过第一电控开关S1连接所述系统内部用能单元，且所述EMS管理单元同时与所述第一电控开关S1、所述第二电控开关S2、所述第三电控开关S3、所述第四电控开关S4信号连接，并与所述系统内部储能单元信号连接。
所述系统内部能量发生单元包括但不限于太阳能、风能、生物质能等新能源以及油、天然气等传统能源设施设备。
所述外部能量系统包括但不限于电、热、燃气等能源系统。
所述系统内部用能单元即为能量微网系统内的能量使用设施设备。
此外，包括所述第二能量转换单元、所述第三能量转换单元和所述第四能量转换单元在内的各个能量转换单元包括但不限于DCDC、ACDC等设施设备；
包括第一电控开关S1、第二电控开关S2、第三电控开关S3和第四电控开关S4在内的各电控开关可以是继电器。
具体的，在初始状态下，所述系统内部储能单元所储存的能量基本为零，此时，所述EMS管理单元控制所述第二电控开关S2、所述第三电控开关S3和所述第四电控开关S4处于断路状态，并控制所述第一电控开关S1处于闭合状态。所述系统内部能量发生单元给所述系统内部储能单元补能，且不对所述系统内部用能单元提供能量，在这个状态下，所述系统内部用能单元由所述外部能量系统保障用能供应，该状态暂称为状态一。
值得一提的是，为最大限度地利用系统内的新能源，即所述系统内部能量发生单元产出的能量，所述外部能量系统不对所述系统内部储能单元补充能量；此外，所述系统内部储能单元所储存的能量在达到何种比例后进行调节，需要根据每个独立的能量微网系统的具体技术参数来定，而该具体技术参数主要基于所述系统内部储能单元所储存能量占该能量微网系统每天正常所发生能量的比例来确定。
比如：在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元所存储的能量达到总额的45％～75％时，所述EMS管理单元控制所述第三电控开关S3和所述第四电控开关S4闭合，同时控制所述第一电控开关S1和所述第二电控开关S2保持在断路状态，这样一来，所述系统内部用能单元同时连接所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元，以此能够通过所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元同时给所述系统内部用能单元提供能量供应，进而能够实现所述系统内部用能单元的的双重能量供应保障，确保能量微网系统内各能量使用设备的稳定性，该状态暂称为状态二。
此外，在所述系统内部能量发生单元所产出能量超出所述系统内部用能单元所使用能量时，超出部分储存至所述系统内部储能单元内；而当所述系统内部能量发生单元所产出能量小于所述系统内部用能单元所使用能量时，不足部分由所述储能设备补充，以此能够确保所述系统内部用能单元的用能需要。
另外，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元所存储的能量达到总额的75％～95％时，所述EMS管理单元控制所述第二电控开关S2、所述第三电控开关S3以及所述第四电控开关S4闭合，同时控制所述第一电控开关S1保持在断路状态，这样一来，所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元在保障所述系统内部用能单元的用能需求的基础上，还能够通过所述第二电控开关S2和所述第二能量转换单元将结余的能量反馈至所述外部能量系统，以避免能量的浪费，达到节能降耗的目的，该状态暂称为状态三。
由于能量微网系统主要是稳定保障能量微网系统内部的用能设施设备的用能，而所述系统内部能量发生单元产出能量的速率基本保持在一个稳定的水平，在将结余的能量持续反馈至所述外部能量系统的过程中，势必会造成所述系统内部储能单元所储存能量的减少，由此，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元的能量由高至低降至75％～45％时，所述EMS管理单元控制所述第三电控开关S3和所述第四电控开关S4闭合，同时控制所述第一电控开关S1和所述第二电控开关S2保持在断路状态，使该能量管理系统由状态三切换至状态二进行工作，此时，在所述系统内部能量发生单元所产出能量超出所述系统内部用能单元所使用能量时，超出部分储存至所述系统内部储能单元内；而当所述系统内部能量发生单元所产出能量小于所述系统内部用能单元所使用能量时，不足部分由所述储能设备补充，以此能够确保所述系统内部用能单元的用能需要。
当所述系统内部能量发生单元所产出能量小于所述系统内部用能单元所使用能量，不足部分由所述储能设备补充时，虽然能够确保所述系统内部用能单元的用能需要，但所述系统内部储能单元所储存能量会进一步持续降低，为避免所述系统内部用能单元面临用能匮乏的情况，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元的能量由高至低降至10％～25％时，控制所述第二电控开关S2、所述第三电控开关S3和所述第四电控开关S4处于断路状态，并控制所述第一电控开关S1处于闭合状态，使所述系统内部用能单元由所述外部能量系统供应所需能量，确保其稳定运行，而所述系统内部储能单元处于等待或接受所述系统内部能量发生单元补能的状态，或者说由状态二切换回状态一。
由此，本申请提供的能量管理系统基于系统内部储能设备的能量变化而直接进行灵活控制，能够始终确保系统内部用能单元稳定、持续用能，控制简单、灵活，并存有适当的冗余度，关键是可以减少各个子系统之间频繁的切换，在达到节能降耗、高效控制的基础上确保整个能量微网系统的工作稳定性，尤其是系统内部用能单元用能的稳定性。
需要说明的是，本发明中用语“第一、第二、第三以及第四”仅用于描述目的，不表示任何顺序，不能理解为指示或者暗示相对重要性，可将这些用语解释为名称。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (7)
1.基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，包括EMS管理单元、系统内部能量发生单元、系统内部储能单元、系统内部用能单元以及外部能量系统，其中所述系统内部能量发生单元通过第二电控开关和第二能量转换单元连接所述外部能量系统，所述系统内部能量发生单元通过能量转换单元连接所述系统内部储能单元，并通过第三电控开关和第三能量转换单元连接所述系统内部用能单元，所述系统内部储能单元通过第四电控开关和第四能量转换单元连接所述系统内部用能单元，所述第二能量转换单元通过第一电控开关连接所述系统内部用能单元，所述EMS管理单元同时与所述第一电控开关、所述第二电控开关、所述第三电控开关、所述第四电控开关信号连接，并与所述系统内部储能单元信号连接。
2.如权利要求1所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，在初始状态下，所述EMS管理单元控制所述第二电控开关、所述第三电控开关和所述第四电控开关处于断路状态，并控制所述第一电控开关处于闭合状态，所述系统内部能量发生单元给所述系统内部储能单元补能，且不对所述系统内部用能单元提供能量，此时所述系统内部用能单元由所述外部能量系统保障用能供应。
3.如权利要求2所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元所存储的能量达到总额的45％～75％时，控制所述第三电控开关和所述第四电控开关闭合，控制所述第一电控开关和所述第二电控开关保持在断路状态，使所述系统内部用能单元处于所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元的双重能量供应保障中。
4.如权利要求3所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，在所述系统内部能量发生单元所产出能量超出所述系统内部用能单元所使用能量时，超出部分储存至所述系统内部储能单元内；当所述系统内部能量发生单元所产出能量小于所述系统内部用能单元所使用能量时，不足部分由所述储能设备补充。
5.如权利要求4所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元所存储的能量达到总额的75％～95％时，控制所述第二电控开关、所述第三电控开关以及所述第四电控开关闭合，控制所述第一电控开关保持在断路状态，此时，所述系统内部能量发生单元和所述系统内部储能单元在保障所述系统内部用能单元的用能需求的基础上，通过所述第二电控开关和所述第二能量转换单元将结余的能量反馈至所述外部能量系统。
6.如权利要求5所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元的能量由高至低降至75％～45％时，控制所述第三电控开关和所述第四电控开关闭合，控制所述第一电控开关和所述第二电控开关保持在断路状态。
7.如权利要求6所述基于系统内储能设备能量变化的能量管理系统，其特征在于，在所述EMS管理单元监测到所述系统内部储能单元的能量由高至低降至10％～25％时，控制所述第二电控开关、所述第三电控开关和所述第四电控开关处于断路状态，并控制所述第一电控开关处于闭合状态，使所述系统内部用能单元由所述外部能量系统供应所需能量，而所述系统内部储能单元处于等待或接受所述系统内部能量发生单元补能的状态。
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