CN211207384U

CN211207384U - 一种野战机动微电网能量管理系统

Info

Publication number: CN211207384U
Application number: CN201921020417.9U
Authority: CN
Inventors: 姚承勇; 张进滨; 姚海强
Original assignee: Beijing Qunling Energy Resources Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Qunling Energy Resources Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-07-03

Abstract

本实用新型提供一种野战机动微电网能量管理系统，所述野战机动微电网能量管理系统包括人机操作界面、信息交换总线、用能管理模块、用能接口、能量管理模块、电源接口，所述用能管理模块和所述能量管理模块通过所述信息交换总线向所述人机操作界面发送数据，所述用能管理模块控制所述用能接口，所述能量管理模块控制所述电源接口，所述电源接口接入多种类型微电网电源，所述用能接口采用通用接口。该能量管理系统对多途径可再生能源、间歇性分布式电源的接口均兼容，且可根据系统状态进行电能资源的就地集中管理和调度，保证了机动作业过程中微电网系统可靠供电。

Description

一种野战机动微电网能量管理系统

技术领域

本实用新型专利涉及微电网领域，具体为一种野战机动微电网能量管理系统。

背景技术

随着全球能源、环境问题的凸显，风能、太阳能等可再生能源得到较大的发展。与此同时，微电网作为一种包含可再生能源等分布式电源的综合集成技术得到了广泛的关注。微电网具有灵活的运行特性，可以并网或脱网运行，能同时满足本地用户的电能和热能需求。为了保证微电网高效稳定地运行，微电网通常由能量管理系统进行智能控制和自动调度决策。

微电网能量管理系统是一套具有发电优化调度、负荷管理、实时监测并自动实现微电网同步等功能的能量管理软件。但是，现有的微电网能量管理系统多途径可再生能源、间歇性分布式电源的接口多样，不易匹配和接入系统，也无法根据系统状态进行电能资源的就地集中管理和调度。在这种特殊情况需要进行机动作业时，传统的能量管理系统效率低和接口不匹配等问题极易造成任务难以顺利执行。为此需要开发能够保证机动作业过程中，微电网系统供电可靠性和稳定运行的能量管理系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种野战机动微电网能量管理能量管理系统，实现将各类分布式电源的能量在机动作业中高效、稳定的输出。

为实现上述目的，本实用新型采用一种野战机动微电网能量管理能量管理系统，所述野战机动微电网能量管理系统包括如下技术方案：人机操作界面、信息交换总线、用能管理模块、用能接口、能量管理模块、电源接口，所述用能管理模块和所述能量管理模块通过所述信息交换总线向所述人机操作界面发送数据，所述用能管理模块控制所述用能接口，所述能量管理模块控制所电源接口，所述电源接口接入多种类型微电网电源，所述用能接口向外部负载供电。

优选地，所述用能管理模块和所述能量管理模块内置有独立控制算法，所述独立控制算法配置有初始控制指令，所述独立控制算法在不接收所述人机操作界面的控制指令时通过所述初始控制指令自行控制微电网运行。

优选地，所述人机操作界面通过所述信息交换总线向所述用能管理模块和所述能量管理模块发送控制指令进行微电网的集中控制，所述人机操作界面内置有能源预测算法进行微电网的集中控制。

优选地，所述用能接口采用串行接口和HDSL通信。

优选地，所述能量管理模块的接口采用自适应滤波算法，所述电源接口的输入信号所述自适应滤波算法发送至所述能量管理模块。

优选地，所述能量管理模块配置有大容量常备用电源。

优选地，所述能量管理模块根据运行情况确定运行模式，所述能量管理模块根据所述运行模式管理所述电源接口的能量输入。

优选地，所述信息交换总线采用多路独立总线接口，所述人机操作界面分别向所述用能模块和所述能量管理模块发送交互信息。

本实用新型还提供了一种根据所述野战机动微电网能量管理系统的新型工作方法，所述方法包括步骤如下：

(1)所述用能管理模块通过自适应滤波算法将负载信息进行提取；

(2)所述所述能量管理模块通过所述用能接口的通信信息明确接入电源类型和信息；

(3)所述用能管理模块和所述能量管理模块采集电源信息和运行情况，并将这些信息上传至所述信息交换总线；

(4)所述人机操作界面根据所述信息交换总线上传的信息运行能源预测算法进行微电网的集中控制；

(5)所述人机操作界面将预测能量发送至所述用能管理模块和所述能量管理模块进行控制。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本实用新型方法对多途径可再生能源、间歇性分布式电源的配置与多途径能源综合接入，“即插即用”的通用化标准接口。

2.本方法能够实现对微电网的电能资源就地集中管理、接入和调度系统结构，优化运行状态和能源使用。

3.本实用新型方法由人机操作平台、总线通信、用能和电源模块组成，整套架构简易、方便，便于在偏远工程地区的现场等多种场所。

附图说明

图1是本实用新型实施例中微电网能源管理系统的示意图；

图2是实用新型专利人机操作界面的示意图；

图3是本实用新型实施例中五种运行状态的示意图；

图4是本实用新型实施例中通用接口的示意图；

图5是本实用新型实施例中初始化的示意图；

图6是本实用新型实施例中发送接收数据的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

请参照图1，本实用新型提供一种机动微电网的能量管理系统。该系统包括人机操作界面、电源接口、用能接口、信息交换总线、用能管理模块、能量管理模块。所述人机操作界面包括键盘与显示器；电源接口可以接入风电、光伏、燃料电池和储能装置等多种能量输入；用能接口采用通用接口；能量优化模块和能量管理模块通过信息交换总线向人机操作界面发送数据；用能接口上配置了用能管理模块；电源接口上配置了能量管理模块。各个模块间通信基于TCP/IP协议，通信接口采用RJ45接口。人机操作平台数据通信采用IEC61850通信协议，使用RS-232接口。

所述微电网能量管理系统对用能和能量接入采用分散式控制。所述综合能源管理采用集中控制。所述人机操作界面采用集中控制，通过对下级的用能模块和能源接入模块上传量测数据进行处理给出适应的能源优化调度和预测。所述用能模块和能量接入模块设置为局部控制器，局部控制器在不接收人机操作界面的控制指令时仍然可主决定所控微电源的运行状况。

图2实用新型专利人机操作界面的示意图，所述人机操作界面能够实现对历史数据的分析和对能源的预测，并将预测的信息下发给下位机能量管理系统和用能管理模块。所述人机操作界面内置了数据分析和预测能源算法，具体为：

步骤1：定义功率流入为正，流出为负，有量测装置测得各个接口上的功率流为Pc。

步骤2：各个接口上的功率流组成矩阵形式乘以修正因子A，所述修正因子 A为实测功率与额定功率的比值。

步骤3：根据预测功率与额定功率的比值将修正因子划分为很小、较小、中等、较大、很大几个区间。

步骤4：根据历史数据分别求出每个区间的区域的修正因子A划分很小、较小、中等、较大、很大区间的数值。

步骤5：根据预测结果，从模糊规则库中找到对应的修正因子阵，进而计算出各功率的修正预测结果。

步骤6：求得后可以得到整个设备的总配置功率预测值为：

P＝Pc(1+A) (2)

步骤7：根据求的预测值与实际值计算可再生能源出力不确定性最差情况的上限值。功率预测误差P’和预测功率值P可以获得弃风、弃光功率P^spill的范围，并借助由经验值获得的各类新能源的横向分布系数b_i和综合误差系统a_w计算获得的处理最差状态。

P^spill≤P’+P (3)

|P_i|≤b_i，i≤N (4)

所述用能接口通过能量管理模块控制各个电源接口的自动辨识，进而发出指令实现对各个能源的接入的兼容，具体为：

所述能量管理模块的接口采用的自适应滤波算法。所述自适应滤波算法根据接口信息自适应选择的LMS算法阶数，具体为：

步骤1：在n时刻根据权向量W(n)和自适应滤波输入向量X(n)计算获得输出信号：

y(n)＝W^T(n)X(n) (6)

步骤2：在n时刻根据期望信号d(n)与输出信号y(n)计算差值：

e(n)＝d(n)-y(n) (7)

步骤3：根据在n时刻计算差值e(n)更新步长因子误差：

步骤4：根据n时刻的权向量W(n)、输入向量X(n)、步长因子u(n)和计算差值e(n)计算第n+1时刻权向量W(n)：

W(n+1)＝W(n)+2ue(n)X(n) (9)

所述能量管理模块配置了接口输入开关，实现实时的调节控制。进一步，所述能量管理模块配置了一个常备用电源为大容量储能电池。如图3所示，所述能量管理模块根据运行情况划分5种运行模式，根据运行模式控制各个电源的接入。所述5种运行模式如下：

模式1：微电网与储能电源共同对负荷供电。

模式2：微网直接对负荷进行供电。

模式3：储能电源单独对负荷进行通电。

模式4：微网与储能电源全部断开。

模式5：微电网与储能电源都连接但是不对负荷供电。

所述用能接口配置的通用接口如图4所示，可兼容多种通信方式。主控板的 CPU通过串行口和HDSL模块进行通信，此外该CPU还通过通用异步收发器扩展了两个串口，一个用于和主控板的CPU通信，另一例提供对PC机的网管接口。信息通过总线在两板之间传输。主控板的CPU主要负责对本板上各功能模块的控制和指配，与用户板通信。主控板的E1接口芯片用于提供一个2M接口，主要完成E1成帧、模拟线路接口等功能。主控板的PLD负责时隙分配，并完成部分逻辑功能。HDSL成帧器和发送器用于完成HDSL成帧数据的发送和接收。用能接口在功能上相当于一个复接器，实现各类新能源信息的接入。此外，用能接口在信道时隙分配上采用按呼叫分配和准静态分配方法相结合的方法。即以 64K或32K信道为基础，每个用户无论是否使用都分配给固定信道。

图5为所述信息交互总线的CAN总线初始化程序。通过采用多路独立总线接口，所述人机操作界面可独立的操作所述用能模块和能量管理模块。所述总线利用CodeWarriorIDE编写。所述传出信息以扩展帧的方式阐述，采用ISO11783 通信协议。所述人机操作平台利用CAN进行初始化、发送和接收等操作。总线的通信速率设置为250kbps，在通信中各个节点发送的都是数据帧，由于采用IS011783通信协议，所以ID都是扩展帧格式。

图6为所述信息交互总线的程序流程。所述人机交互操作平台作用为对网络进行调度管理、监测及对其它节点的工作模式进行控制，因而要接收网络上其它节点发送的所有报文，读取报文信息，显示信息内容，并对信息进行逻辑处理；周期发送网络全局时间同步报文，使网络时间同步。采集外部输入信息，发送控制报文，对其它节点的进行控制。

本实用新型专利的微电网能量管理系统与现有技术相比有如下的积极效果：

1.能够兼容各类通信接口和电源接口，通用性强；

2.通过进行就地能量管理，适合机动作业。

以上所述仅为本实用新型的较佳的实施例，凡依本实用新型申请范围所做的均等变化与修饰，皆为本实用新型的涵盖范围。

Claims

1.一种野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述野战机动微电网能量管理系统包括人机操作界面、信息交换总线、用能管理模块、用能接口、能量管理模块、电源接口，所述用能管理模块和所述能量管理模块通过所述信息交换总线向所述人机操作界面发送数据，所述用能管理模块控制所述用能接口，所述能量管理模块控制所电源接口，所述电源接口接入多种类型微电网电源，所述用能接口向外部负载供电。

2.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述用能管理模块和所述能量管理模块内置有独立控制算法，所述独立控制算法配置有初始控制指令，用于自行控制微电网运行。

3.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述人机操作界面通过所述信息交换总线向所述用能管理模块和所述能量管理模块发送控制指令进行微电网的集中控制，所述人机操作界面内置有能源预测算法进行微电网的集中控制。

4.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述用能接口采用串行接口和HDSL通信。

5.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述能量管理模块的接口采用自适应滤波算法，所述电源接口的输入信号所述自适应滤波算法发送至所述能量管理模块。

6.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述能量管理模块配置有大容量常备用电源。

7.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述能量管理模块根据运行情况确定运行模式，所述能量管理模块根据所述运行模式管理所述电源接口的能量输入。

8.根据权利要求1所述的野战机动微电网能量管理系统，其特征在于，所述信息交换总线采用多路独立总线接口，所述人机操作界面分别向所述用能模块和所述能量管理模块发送交互信息。