CN117639248A - 一种用于能源枢纽的bms管理系统 - Google Patents

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CN117639248A CN202311614257.1A CN202311614257A CN117639248A CN 117639248 A CN117639248 A CN 117639248A CN 202311614257 A CN202311614257 A CN 202311614257A CN 117639248 A CN117639248 A CN 117639248A
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Abstract

本发明涉及BMS管理技术领域，具体是一种用于能源枢纽的BMS管理系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据可视模块、数据处理模块、数据分析模块和能源调度模块；数据采集模块用于获取数据信息；数据可视模块用于根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图；数据处理模块用于获取各分布式电网设备的运行可靠性；数据分析模块用于获取的分布式电网设备的待分配等级；能源调度模块获取选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配；本系统在考虑系统可靠性和能源效率的情况下解决了不同能源形式分布式电网设备之间的能源调配最优规划。

Description

一种用于能源枢纽的BMS管理系统
技术领域
本发明涉及BMS管理技术领域，具体是一种用于能源枢纽的BMS管理系统。
背景技术
推进基于可再生能源的分布式发电是当前电力工业发展的必然趋势。能源管理一直是分布式发电的研究重点之一，能量枢纽与传统能源系统的本质区别在于它可以利用不同能源形式的灵活性，例如电力负荷可由电力设施供应，也可由热电联产机组提供，同时在峰谷分时电价的场景下，运用合适的能源管理策略不仅可以提高光伏系统的经济性，还能对电网起到缓解负荷高峰的作用。
对比文件CN116365066A“基于BMS模块的电源管理系统”安全分析模块用于获取动力电池数据并进行电池负荷分析，判断电池充放电是否异常；以提醒管理人员对电池进行检修维护；运维管理模块用于对检修任务进行威胁等级评估，并分配至不同等级的维修人员；实现资源利用最大化；提高检修效率。
对比文件“一种基于BMS电池管理系统的数据传输方法”通过确定每个时刻的电压数据增量在时序增量集合中的局部重要程度；根据局部重要程度确定电压数据增量的编码优先度，根据编码优先度对电压数据增量进行编码处理得到增量数据编码，传输增量数据编码，本发明能够有效提升BMS电池管理系统数据传输的可靠性。
太阳能是一种储量近乎无限的可再生能源，具有广阔的应用前景。但是，太阳能受气候条件的影响具有波动性和随机性的特点，导致光伏发电系统承受扰动的能力较弱，且传统的能源设施的最优规划问题解决规划期内新增能源的最优容量、位置、投产时间等，但通常只优化单一形式的能源，而不考虑与其他类型能量的相互耦合，然而，随着各种形式能源的耦合逐渐加强，传统的分开规划和相对独立的运行并不能充分利用各种能源形式的灵活性，以达到能源最优配置的目的，如何利用BMS管理系统对负荷、电源及储能设备进行统一调度管理是我们亟需解决的问题，现提供一种用于能源枢纽的BMS管理系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于能源枢纽的BMS管理系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据可视模块、数据处理模块、数据分析模块和能源调度模块；
所述数据采集模块用于获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线；
所述数据可视模块用于根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图；
所述数据处理模块用于根据运行数据时序序列判断能源枢纽可视图中各分布式电网设备的运行可靠性；
所述数据分析模块用于获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级；
所述能源调度模块获取待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态，选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配。
进一步的，所述数据采集模块获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线的过程包括：
获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据信息和历史运行数据信息，所述运行数据信息包括光伏发电机组发电功率、燃料发电机组发电功率、热电联产发电机组发电功率、环境参数、电能储量、采集时刻和采集周期；
将目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的历史运行数据信息使用回归模型进行曲线拟合，获得所述分布式电网设备当前采集周期内随时间变化的运行数据预测曲线；
同时将目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据信息转化为随时间变化的实时运行数据曲线。
进一步的，所述数据可视模块根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图的过程包括：
通过GIS手段获取目标区域中不同能源形式的分布式电网设备所在的GIS地理数据和物理实体，构建目标区域二维坐标系，将分布式电网设备的物理实体进行三维建模处理，并根据GIS地理数据将生成的三维模型映射至目标区域二维坐标系中，得到场景图层；
获取各分布式电网设备之间的能源流通管道，根据各分布式电网设备之间的能源流通管道生成关于电网设备之间装配连接关系的拓扑网架模型，得到网架模型图层；
根据目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的随时间变化的运行数据预测曲线和实时运行数据曲线分别获得运行数据标准序列和运行数据时序序列，得到时间数据图层；
以场景图层为基础图层，在所述基础图层上叠加所述网架模型图层和时间数据图层，得到能源枢纽可视图。
进一步的，所述数据处理模块根据运行数据时序序列判断能源枢纽可视图中各分布式电网设备的运行可靠性的过程包括：
获取能源枢纽可视图中各分布式电网设备的当前采集周期的运行数据时序序列和运行数据标准序列，将所述运行数据时序序列与运行数据标准序列进行分段对比，获取各段子序列的的均方误差；
设置误差阈值区间和误差阈值下限，判断所述均方误差是否大于误差阈值下限，若大于，则证明当前采集周期的运行数据不符合预设运行标准，将所述分布式电网设备标记为待调整状态，在误差阈值区间内选取阈值点划分不同待调整等级的子区间，将所述均方误差落点进行判断，生成所述分布式电网设备对应的运行待调整的待调整等级，并在能源枢纽可视图中将各分布式电网设备运行待调整变化进行可视化处理。
若所述均方误差小于等于误差阈值下限，则证明当前采集周期的运行数据符合预设运行标准，并将所述分布式电网设备标记为正常状态。
进一步的，所述数据分析模块获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级的过程包括：
获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备，获取所述待调整状态的分布式电网设备与所述其他正常状态的分布式电网设备之间的耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小，根据所述耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小确定其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级。
进一步的，所述能源调度模块获取待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态的过程包括：
获取待调整状态的分布式电网设备的能源需求持续时间曲线、电池组容量持续时间曲线和电力功率持续时间曲线，根据待调整状态的分布式电网设备的能源需求持续时间曲线、电力功率持续时间曲线和电池组容量持续时间曲线确定待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态；
构建以电力功率为纵轴，时间为横轴的二维坐标系，获取当前采集周期内当前时刻与当前采集周期开始时刻所述电力功率持续时间曲线在坐标轴内所围成的面积，将所述面积与当前时刻能源需求持续时间曲线数值与电池组容量持续时间曲线数值进行比较；
若所述面积大于所述当前时刻能源需求持续时间曲线数值与电池组容量持续时间曲线数值之和，则将待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态标记为待输出状态，并根据所述面积与所述当前时刻能源需求持续时间曲线数值与电池组容量持续时间曲线数值之和的差值获取能源待输出量；
若所述面积与当前时刻电池组容量持续时间曲线数值之和小于所述当前时刻能源需求持续时间曲线数值，则将待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态标记为待输入状态，并根据所述面积与当前时刻电池组容量持续时间曲线数值之和与当前时刻能源需求持续时间曲线数值的差值获取能源待输入量。
进一步的，所述能源调度模块选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配的过程包括：
根据待调整状态的分布式电网设备的待调整等级进行顺序排序，根据排序结果选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配。
进一步的，所述能源调度模块对选取完成的待调整状态的分布式电网设备进行能源调配的过程包括：
获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级，根据所述待分配等级其它正常状态的分布式电网设备进行顺序排序，获取待分配等级最高的分布式电网设备；
若待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态为待输出状态，则获取能源待输出量，获取所述分布式电网设备电池组冗余容量，将所述能源待输出量与电池组冗余容量进行对比，若能源待输出量大于电池组冗余容量，则待分配等级最高的分布式电网设备接收所允许的最大能源待输出量，之后待分配等级低一级的分布式电网设备重复上述能源待输出量接收过程，直至待调整状态的分布式电网设备的能源待输出量调配完成；
若待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态为待输入状态，则获取能源待输入量，获取所述分布式电网设备可调配能源量，将所述最大可调配能源量与能源待输入量进行对比，若最大可调配能源量小于能源待输入量，则待分配等级最高的分布式电网设备调配最大可调配能源量，之后待分配等级低一级的分布式电网设备重复上述最大可调配能源量调配过程，直至待调整状态的分布式电网设备的能源待输入量调配完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图，实现了不同能源形式的分布式电网设备能源调配的可视化，同时获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级，所述能源调度模块获取待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态，选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配，在考虑系统可靠性和能源效率的情况下解决了不同能源形式分布式电网设备之间的能源调配最优规划。
附图说明
图1为本申请实施例的一种用于能源枢纽的BMS管理系统的原理图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种用于能源枢纽的BMS管理系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据可视模块、数据处理模块、数据分析模块和能源调度模块；
所述数据采集模块用于获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线；
所述数据可视模块用于根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图；
所述数据处理模块用于根据运行数据时序序列判断能源枢纽可视图中各分布式电网设备的运行可靠性；
所述数据分析模块用于获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级；
所述能源调度模块获取待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态，选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述数据采集模块获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线的过程包括：
获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据信息和历史运行数据信息，所述运行数据信息包括光伏发电机组发电功率、燃料发电机组发电功率、热电联产发电机组发电功率、环境参数、电能储量、采集时刻和采集周期；
将目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的历史运行数据信息使用回归模型进行曲线拟合，获得所述分布式电网设备当前采集周期内随时间变化的运行数据预测曲线；
同时将目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据信息转化为随时间变化的实时运行数据曲线。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述数据可视模块根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图的过程包括：
通过GIS手段获取目标区域中不同能源形式的分布式电网设备所在的GIS地理数据和物理实体，构建目标区域二维坐标系，将分布式电网设备的物理实体进行三维建模处理，并根据GIS地理数据将生成的三维模型映射至目标区域二维坐标系中，得到场景图层；
获取各分布式电网设备之间的能源流通管道，根据各分布式电网设备之间的能源流通管道生成关于电网设备之间装配连接关系的拓扑网架模型，得到网架模型图层；
根据目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的随时间变化的运行数据预测曲线和实时运行数据曲线分别获得运行数据标准序列和运行数据时序序列，得到时间数据图层；
以场景图层为基础图层，在所述基础图层上叠加所述网架模型图层和时间数据图层，得到能源枢纽可视图。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述数据处理模块根据运行数据时序序列判断能源枢纽可视图中各分布式电网设备的运行可靠性的过程包括：
获取能源枢纽可视图中各分布式电网设备的当前采集周期的运行数据时序序列和运行数据标准序列，将所述运行数据时序序列与运行数据标准序列进行分段对比，获取各段子序列的的均方误差；
设置误差阈值区间和误差阈值下限，判断所述均方误差是否大于误差阈值下限，若大于，则证明当前采集周期的运行数据不符合预设运行标准，将所述分布式电网设备标记为待调整状态，在误差阈值区间内选取阈值点划分不同待调整等级的子区间，将所述均方误差落点进行判断，生成所述分布式电网设备对应的运行待调整的待调整等级，并在能源枢纽可视图中将各分布式电网设备运行待调整变化进行可视化处理。
若所述均方误差小于等于误差阈值下限，则证明当前采集周期的运行数据符合预设运行标准，并将所述分布式电网设备标记为正常状态。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述数据分析模块获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级的过程包括：
获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备，获取所述待调整状态的分布式电网设备与所述其他正常状态的分布式电网设备之间的耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小，根据所述耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小确定其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，根据所述耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小确定其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级的计算公式为
Ei＝Wi1*Gi1+Wi2*Gi2+Wi3*Gi3+Wi4*Gi4
其中，Ei表示第i个分布式电网设备的待分配等级；Gi1表示第i个分布式电网设备的与待调整状态的分布式电网设备的耦合系数；Gi2表示第i个分布式电网设备的与待调整状态的分布式电网设备的能源传输成本；Gi3表示第i个分布式电网设备的与待调整状态的分布式电网设备的位置关系；Gi4表示第i个分布式电网设备的与待调整状态的分布式电网设备的输送能量流大小；Wi1、Wi2、Wi3和Wi4表示权重因子。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，第i个分布式电网设备的与待调整状态的分布式电网设备的耦合系数Gi1的计算公式为
Gi1＝Eαi/Lβi
其中，Eαi表示第i个分布式电网设备向待调整状态的分布式电网设备能量输出量；Lβi表示待调整状态的分布式电网设备对应的能量输入量。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述能源调度模块获取待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态的过程包括：
获取待调整状态的分布式电网设备的能源需求持续时间曲线、电池组容量持续时间曲线和电力功率持续时间曲线，根据待调整状态的分布式电网设备的能源需求持续时间曲线、电力功率持续时间曲线和电池组容量持续时间曲线确定待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态；
构建以电力功率为纵轴，时间为横轴的二维坐标系，获取当前采集周期内当前时刻与当前采集周期开始时刻所述电力功率持续时间曲线在坐标轴内所围成的面积，将所述面积与当前时刻能源需求持续时间曲线数值与电池组容量持续时间曲线数值进行比较；
若所述面积大于所述当前时刻能源需求持续时间曲线数值与电池组容量持续时间曲线数值之和，则将待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态标记为待输出状态，并根据所述面积与所述当前时刻能源需求持续时间曲线数值与电池组容量持续时间曲线数值之和的差值获取能源待输出量；
若所述面积与当前时刻电池组容量持续时间曲线数值之和小于所述当前时刻能源需求持续时间曲线数值，则将待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态标记为待输入状态，并根据所述面积与当前时刻电池组容量持续时间曲线数值之和与当前时刻能源需求持续时间曲线数值的差值获取能源待输入量。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述能源调度模块选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配的过程包括：
根据待调整状态的分布式电网设备的待调整等级进行顺序排序，根据排序结果选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述能源调度模块对选取完成的待调整状态的分布式电网设备进行能源调配的过程包括：
获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级，根据所述待分配等级其它正常状态的分布式电网设备进行顺序排序，获取待分配等级最高的分布式电网设备；
若待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态为待输出状态，则获取能源待输出量，获取所述分布式电网设备电池组冗余容量，将所述能源待输出量与电池组冗余容量进行对比，若能源待输出量大于电池组冗余容量，则待分配等级最高的分布式电网设备接收所允许的最大能源待输出量，之后待分配等级低一级的分布式电网设备重复上述能源待输出量接收过程，直至待调整状态的分布式电网设备的能源待输出量调配完成；
若待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态为待输入状态，则获取能源待输入量，获取所述分布式电网设备可调配能源量，将所述最大可调配能源量与能源待输入量进行对比，若最大可调配能源量小于能源待输入量，则待分配等级最高的分布式电网设备调配最大可调配能源量，之后待分配等级低一级的分布式电网设备重复上述最大可调配能源量调配过程，直至待调整状态的分布式电网设备的能源待输入量调配完成。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于能源枢纽的BMS管理系统，包括监控中心，其特征在于，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据可视模块、数据处理模块、数据分析模块和能源调度模块；
所述数据采集模块用于获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线；
所述数据可视模块用于根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图。
2.根据权利要求1所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，所述数据处理模块用于根据运行数据时序序列判断能源枢纽可视图中各分布式电网设备的运行可靠性；
所述数据分析模块用于获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级；
所述能源调度模块获取待调整状态的分布式电网设备的能源输出状态，选取待调整状态的分布式电网设备进行能源调配。
3.根据权利要求2所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，所述数据采集模块获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线的过程包括：
获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据信息和历史运行数据信息，所述运行数据信息包括光伏发电机组发电功率、燃料发电机组发电功率、热电联产发电机组发电功率、环境参数、电能储量、采集时刻和采集周期。
4.根据权利要求3所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，所述数据采集模块获取目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据曲线和运行数据预测曲线的过程还包括：
将目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的历史运行数据信息使用回归模型进行曲线拟合，获得所述分布式电网设备当前采集周期内随时间变化的运行数据预测曲线；
同时将目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的实时运行数据信息转化为随时间变化的实时运行数据曲线。
5.根据权利要求4所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，所述数据可视模块根据目标区域中不同能源形式的分布式电网设备的位置关系，装配连接关系和运行数据时序序列构建能源枢纽可视图的过程包括：
通过GIS手段获取目标区域中不同能源形式的分布式电网设备所在的GIS地理数据和物理实体，构建目标区域二维坐标系，将分布式电网设备的物理实体进行三维建模处理，并根据GIS地理数据将生成的三维模型映射至目标区域二维坐标系中，得到场景图层。
6.根据权利要求5所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，还包括：
获取各分布式电网设备之间的能源流通管道，根据各分布式电网设备之间的能源流通管道生成关于电网设备之间装配连接关系的拓扑网架模型，得到网架模型图层；
根据目标区域内不同能源形式的分布式电网设备的随时间变化的运行数据预测曲线和实时运行数据曲线分别获得运行数据标准序列和运行数据时序序列，得到时间数据图层；
以场景图层为基础图层，在所述基础图层上叠加所述网架模型图层和时间数据图层，得到能源枢纽可视图。
7.根据权利要求6所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，所述数据处理模块根据运行数据时序序列判断能源枢纽可视图中各分布式电网设备的运行可靠性的过程包括：
获取能源枢纽可视图中各分布式电网设备的当前采集周期的运行数据时序序列和运行数据标准序列，将所述运行数据时序序列与运行数据标准序列进行分段对比，获取各段子序列的的均方误差。
8.根据权利要求7所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，还包括：设置误差阈值区间和误差阈值下限，判断所述均方误差是否大于误差阈值下限，若大于，则证明当前采集周期的运行数据不符合预设运行标准，将所述分布式电网设备标记为待调整状态，在误差阈值区间内选取阈值点划分不同待调整等级的子区间，将所述均方误差落点进行判断，生成所述分布式电网设备对应的运行待调整的待调整等级，并在能源枢纽可视图中将各分布式电网设备运行待调整变化进行可视化处理。
若所述均方误差小于等于误差阈值下限，则证明当前采集周期的运行数据符合预设运行标准，并将所述分布式电网设备标记为正常状态。
9.根据权利要求8所述的一种用于能源枢纽的BMS管理系统，其特征在于，所述数据分析模块获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级的过程包括：
获取与待调整状态的分布式电网设备具有装配连接关系的其他正常状态的分布式电网设备，获取所述待调整状态的分布式电网设备与所述其他正常状态的分布式电网设备之间的耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小，根据所述耦合关系、能源传输成本、位置关系和输送能量流大小确定其他正常状态的分布式电网设备的待分配等级。
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