CN211790786U - 一种客户侧储能能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种客户侧储能能量管理系统，包括：服务器、交换机和工作站；工作站与远程维护中心连接，工作站还通过交换机连接服务器；服务器，通过交换机与客户侧储能系统及电网调度系统连接；工作站，用于管理客户侧储能系统的运行数据，并基于运行数据进行设备运行诊断、数据统计分析和系统运行评价；服务器，用于对客户侧储能系统进行监控与维护。本实用新型提供的客户侧储能能量管理系统，实现对客户侧储能监视、控制和能量管理，确保客户侧储能系统的安全、可靠运行，同时能量管理系统承担储能电站的本地控制和调度转发，不需要另外配置远动装置。

Description

一种客户侧储能能量管理系统

技术领域

本实用新型属于电力储能应用技术领域，具体涉及一种客户侧储能能量管理系统。

背景技术

电力生产过程是连续进行的，发-输-变-配-用电必须时刻保持平衡，要求生产与消费同时完成，瞬间的不平衡就有可能导致安全稳定问题。然而电网中用户对电力的需求在白天和黑夜、不同的季节之间存在较大的差别，这使得电力系统必须留有很大的备用容量，系统设备运行效率低。应用储能技术可以达到削峰填谷、提高系统可靠性和稳定性、减少系统备用需求及停电损失的作用。另外，随着新能源发电规模的日益扩大和分布式发电技术的不断发展，电力储能系统的重要性也日益凸显。

储能技术的应用是在传统电力系统生产模式基础上增加一个“存储”电能的环节，使得原来几乎完全“刚性”的系统变得“柔性”起来，电网运行的安全性、可靠性、经济性、灵活性也会因此得到大幅度的提高。因此有人将储能技术誉为电力生产过程中的“第六环节”，电力储能技术的应用前景非常广阔。

化石能源的使用还会带来严重环境污染，并使气候异常。能源供应不足已成为全球经济发展的瓶颈。同时，使用化石能源造成的环境污染问题已受到全球的高度重视，积极开发替代新能源和储能技术，减少人类对化石资源的依赖，已成为业界和科技界研究的热门课题。在可再生能源中，特别引起业界关注的是风能和太阳能。一是来源丰富，取之不尽、用之不竭，二是它们在利用过程中无环境污染或污染很小。但是它们也存在共同的缺陷，即间歇性、不稳定性和不可控性，为保证供电的均衡和连续，储能成为风光发电系统的关键配套部件。因此，在利用太阳能和风能的同时，必须重视储能技术的开发。

当今社会对能源和电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高，传统的大电网供电方式由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。在大型互联电力系统中，局部事故易扩散，而且集中式大电网不能灵活跟踪电力负荷的变化。目前，大电网与分布式发电相结合被世界上很多能源电力专家公认为是能够节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的主要方法，是21世纪电力工业的发展方向。分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的配置较小的发电机组，以满足特定用户的需要或支持现存配电网的经济运行。分布式发电包括微型燃气轮机、燃料电池、可再生能源如太阳能发电和风力发电等。基于系统稳定性和经济性的考虑，分布式发电系统要存储一定数量的电能，用以应付突发事件。随着电力电子学、材料学等学科的发展，现代储能技术已经得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用，比如：改善电能质量、维持系统稳定；在分布式电源不能发电期间向用户提供电力；提高分布式发电单元投资者的经济效益。储能系统具有良好的充放电性能、功率调度、频率调整、抑制闪动等特点，可以为电网移峰填谷，提高地方电能供给的稳定性和安全性。此外，储能设备还可扩大电网输配能力的富余空间，减少或延缓对区域输配电网的投资。

储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)等，本实用新型主要面向建设在客户(用户)侧的化学或电磁储能系统(电站)在电力系统的应用。

随着储能技术的进步和度电成本的降低以及需求侧响应的演化发展，客户侧分布式储能是加强现代配电网清洁能源消纳能力、优化需求侧电能质量、提高电力系统设备使用效率、突破传统配电网规划运营方式的重要途径，因此，客户侧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。

客户侧储能产品既可以协助电网解决削峰填谷和需求侧响应等多个难题，又能满足客户侧能量管理、电能质量优化、应急供电等各项需求，有着广阔的市场前景。随着客户储能系统的不断应用，需要通过能量管理系统对储能电站/系统实现监视、控制和管理，确保储能电站/系统的安全、可靠运行。但以居民、商业、小企业等用户所在地部署的小型分布式储能数量大、地域分布广，且分散性较强，开展能量管理具有较高难度，同时，能量管理系统的控制和调度需要经过转发，需要在用户所在地配置远动装置。

实用新型内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种客户侧储能能量管理系统，其改进之处在于，包括：

包括：服务器、交换机和工作站；

所述工作站与远程维护中心连接，所述工作站还通过所述交换机连接所述服务器；

所述服务器，通过所述交换机与客户侧储能系统及电网调度系统连接；

所述工作站，用于管理客户侧储能系统的运行数据，并基于所述运行数据进行设备运行诊断、数据统计分析和系统运行评价；

所述服务器，用于对所述客户侧储能系统进行监控与维护。

优选的，所述服务器包括数据服务器和采集服务器；

所述数据服务器和采集服务器，均分别基于所述交换器与所述工作站、电网调度系统以及客户侧储能系统连接；

所述数据服务器和采集服务器互为备份，与所述工作站和交换机组成双网结构。

优选的，所述工作站包括：能量管理工作站与维护工作站；

所述能量管理工作站与维护工作站，均分别基于交换器与所述服务器连接；

所述维护工作站，与远程维护中心连接；

所述能量管理工作站，用于提供人机交互界面和监控手段；

所述维护工作站，用于进行客户侧储能系统的维护，包括：客户侧储能中数据库的维护、图形的绘制及修改、报表的生成及维护、系统功能及权限维护以及资料的录入及管理。

优选的，还包括防火墙；

所述维护工作站经由所述防火墙后连接至远程维护中心。

优选的，还包括无线路由器；

所述无线路由器与所述防火墙连接，并通过无线方式连接远程维护中心。

优选的，所述交换机包括主交换机和数采交换机；

所述主交换机设置在所述工作站与服务器之间，用于为所述工作站与服务器间提供数据交互通道；

所述数采交换机设置在所述服务器与客户侧储能系统之间，用于为所述服务器与客户侧储能系统中的设备间提供数据交互通道。

优选的，所述数采交换机为具备三层交换功能的交换机，所述数采交换机与所述客户侧储能系统间采用冗余交换式以太网结构。

优选的，还包括终端服务器；

所述终端服务器一侧连接客户侧储能系统中的串口通信型就地设备，一侧与所述数采交换机连接；

所述终端服务器，用于在所述服务器与所述串口通信型就地设备间进行网络数据与串口数据的转换。

优选的，还包括纵向隔离装置；

所述服务器经过所述纵向隔离装置与电网调度系统进行连接；

所述纵向隔离装置，用于为所述系统提供隔离认证服务。

优选的，还包括定位设备：

所述定位设备与所述交换机连接，用于提供所述系统的位置信息。

与最接近的现有技术相比，本实用新型具有的有益效果如下：

1)针对客户侧储能提出一种储能能量管理系统，包括：服务器、交换机和工作站；工作站与远程维护中心连接，工作站还通过交换机连接服务器；服务器，通过交换机与客户侧储能系统及电网调度系统连接；工作站，用于管理客户侧储能系统的运行数据，并基于运行数据进行设备运行诊断、数据统计分析和系统运行评价；服务器，用于对客户侧储能系统进行监控与维护。本实用新型提供的客户侧储能能量管理系统，实现对客户侧储能监视、控制和能量管理，确保客户侧储能系统的安全、可靠运行，同时能量管理系统承担储能电站的本地控制和调度转发，不需要另外配置远动装置。

2)对储能电站可进行人工控制和自动控制，人工控制设定储能电站整体或每个储能回路的充放电工作模式，充放电功率，启停储能支路；自动控制包括削峰填谷、需量管理、辅助服务等功能，能够接收电网调度指令或根据电站整体充放电计划曲线，经优化计算给出各个储能回路的充放电计划曲线，按曲线控制各个储能子系统的充放电，实现在线自动闭环控制。

3)可通过监视储能支路电池堆/电池串个单元电池电压，给出异常运行告警信息；通过监视储能电池堆温度分布，给出温度告警信息；通过监视电池堆/电池串的SOC(剩余容量)、SOH(监控状况)，充放电次数，给出过充，过放、运行寿命以及经济型评价指标；通过监视AC/DC和DC/DC储能变流器设备运行情况，给出异常运行告警信息。

4)符合相关技术标准，并可以移植到其他监控系统，比如分布式发电等。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种客户侧储能能量管理系统基本结构示意图；

图2为本实用新型提供的一个客户侧储能能量管理系统实施例的结构示意图；

图3为本实用新型涉及的客户侧储能系统主回路与通信回路结构图示意图；

图4为本实用新型涉及的客户侧储能能量管理系统软件层次结构；

图5为本实用新型提供的一个客户侧储能能量管理系统实施例的拓扑图；

图6为本实用新型涉及的储能削峰填谷控制策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

本实用新型提供的一种客户侧储能能量管理系统基本结构示意图如图1所示，包括：

一种客户侧储能能量管理系统，其特征在于，包括：服务器、交换机和工作站；

工作站与远程维护中心连接，工作站还通过交换机连接服务器；

服务器，通过交换机与客户侧储能系统及电网调度系统连接；

工作站，用于管理客户侧储能系统的运行数据，并基于运行数据进行设备运行诊断、数据统计分析和系统运行评价；

服务器，用于对客户侧储能系统进行监控与维护。

具体的，一个客户侧储能能量管理系统的实施例包括服务器、交换机、工作站、显示器、GPS、终端服务器、无线路由器、防火墙、纵向隔离装置以及通信网络等组成，典型如图2所示，可以根据储能电站的大小增加或减少设备，能量管理软件运行载体最小可以是一台工作站，甚至是一台嵌入式计算机或工控机，进行集中控制；最大计算机数一般不超过10台，实现分散式计算、处理与存储。在保证可靠性的前提下，为降低成本，本专利采用数据服务器和采集服务器互为备份的做法，是为本专利特色和亮点。

数据服务器与采集服务器构成冗余互备用系统，运行Linux系统，与工作站和交换机组成双网结构。服务器一方面要运行商用应用数据库管理系统，实现对系统运行参数、储能系统模型数据以及历史运行数据的管理职能；另一方面要承担数据处理、存贮、分发、检索以及双服务器之间数据同步功能。应用分析要进行设备运行诊断，数据统计分析，系统运行评价等。

维护工作站主要供值班人员进行系统维护用，进行各种数据库的维护、各种图形的绘制及修改、报表的生成及维护、系统功能及权限维护、资料的录入及管理等，配置双屏，运行Linux操作系统。

能量管理工作站提供友好的、丰富多彩的人机交互界面和监控手段，如显示各种画面，包括系统图、接线图、曲线图、地理图、棒图、饼图和仪表图，以及报表、告警信息和管理信息。值班人员可以检索各种历史数据，进行遥控、遥调操作和查询各种参数，配置双屏，运行Linux操作系统。

前置数据采集和实时数据传输采用冗余交换式以太网结构，采用具备三层交换功能的交换机，网络交换速率采用100M/1000M自适应。能量管理系统经纵向认证装置后可转发地方调度中心。

网络通信型就地设备直接用以太网形式接入数采交换机，串口通信型就地设备先接入终端服务器，变换为网络数据后接入数采交换机。并可以通过无线通信通道经防火墙隔离后将信息远程传输到远程维护中心，实现远程维护与数据监视。

储能能量管理系统通过网络方式与就地控制器进行通信，接收就地控制器上送的各种运行数据，进行数据的处理和存贮，以及图形化展示功能；同时向储能系统各就地控制器下发相关调度控制命令，或下发功率交换计划曲线，或下发运行控制策略，对储能系统就地控制器的运行进行协调和管理。

本实用新型所指的储能系统是指以电化学或电磁形式存储电能的储能系统，主要考虑到目前中国配电网中应用的储能系统以电化学储能和电磁储能为主，如锂离子电池、钠硫电池、液流电池、铅酸电池、超级电容、超导储能等。

储能系统一般由储能单元、支路开关、无功补偿装置、升压变压器、并网开关、电能表、电能质量分析仪、能量管理系统、防雷及接地系统等部分组成，可以是以电源形式接入，也可以是以负荷形式接入，通过对电力的规模存储和释放在配电网中可起到削峰填谷(谷充峰发)、平抑可再生能源电源波动、提供紧急功率支撑等作用。系统通过峰谷电价、需量合同、增值服务等功能为客户创造经济价值。

储能单元由储能电池、电池管理系统BMS、储能变流器PCS构成，与支路开关一起构成一个储能支路。储能电池根据容量需求由一定数量的单体电池或电池堆串并联而成。电池管理系统根据电池特性，对电池实施有效管理，具有监测、运行报警、保护、自诊断、参数管理、历史数据记录等功能，对于保持电池性能、延长电池组寿命、提高电池使用效率有重要意义。储能变流器作为电网与储能装置之间的接口，是储能系统的重要组成部分，具有不同模式下的充电和放电、孤岛检测、低电压穿越、有功和无功控制、运行保护等功能。

储能系统或电站有多个即大于等于1的储能支路，在交流220/380V母线汇总，一般8kW以下容量接入220V，经升压变升压后接入10kV或35kV配电网。根据需要可以在升压变低压侧母线上配置无功补偿装置，起提高配电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。如果需要，还可以配置有源滤波器，用于改善公共连接点处电能质量。对于需要监控的智能电子设备，如BMS、PCS、无功补偿装置、支路开关、并网开关、测控保护装置、电能表、电能质量分析仪等，其通信信息汇总接入客户侧储能能量管理系统，实现对全系统的监视、控制和管理。能量管理系统与电网调度系统连接，接受调度指令，实现电网需求侧响应功能。实时监测用户负荷，控制用户侧需量值在合理范围以内，实现需量管理功能。网络通信型智能电子设备可以通过交换机进行信息汇总，串行例如RS485通信型智能电子设备，需经过串口服务器或终端服务器转换为以太网通信协议后接入交换机汇总，所有数据在储能能量管理系统进行采集、处理、存储、分析、显示和转发。储能电站主回路与通信回路结构图如图3所示，其特色是能量管理系统承担储能电站的本地控制和调度转发，不需要另外配置远动装置。

储能能量管理系统具备与电网调度部门之间进行数据通信的能力，电网调度部门能对储能系统的运行状况进行监控。通信功能满足继电保护、安全自动装置、自动化系统及调度电话等业务的要求。储能系统与电网调度部门之间通信方式和信息传输符合相关标准的要求，包括遥测、遥信、遥控、遥调信号，提供信号的方式和实时性要求等，一般采取基于DL/T 634.5101通信协议和104通信协议。储能能量管理系统向电网调度部门提供的信息包括：a)储能系统充放电状态；b)储能系统荷电状态；c)储能系统充放电的有功功率和无功功率；d)储能系统接入点的电压、电流；e)变压器分接头档位、断路器和隔离开关状态等。

储能系统接入配电网后公共连接点处的电能质量，在谐波、间谐波、电压偏差、电压不平衡、直流分量等方面应满足相关标准的要求。其电能质量数据能够通过能量管理系统远程传送，满足电网企业对电能质量监测的要求。储能能量管理系统具备就地充放电控制功能，同时具备远方控制功能，并能够遵循分级控制、统一调度的原则，根据电网调度部门指令，控制其充放电功率。

储能系统接入配电网前，应明确上网电量和用网电量计量点，计量点设置在储能系统的产权分界点。每个计量点均应装设电能表，具备双向有功和四象限无功计量功能、事件记录功能，配有标准通信接口，通信协议符合DL/T 645规定，可以将信息上送到储能能量管理系统。

本实用新型中的客户侧储能能量管理系统的软件体系结构由操作系统、支撑平台、应用功能共三个层次组成，层次结构图见图4。

其中：

(1)操作系统选用Linux或Windows操作系统。

(2)支撑平台为各种应用功能的实现提供通用的支撑服务，主要包括：

网络数据传输软总线：提供数据交互和进程管理服务，通过网络数据传输软总线可以监视整个系统的运行状况，通过平衡分流技术，保证网络数据流量的均衡。

实时数据库：提供系统的实时数据服务。实时数据库分布在系统所有结点上，并通过软同步技术保证数据的一致性。

商用数据库：提供整个系统的历史数据服务，包括数据采样、存储和查询。系统提供了完备的数据校验机制，保证多组数据库的数据同步。同时采用并行的处理技术，保证了系统数据处理的效率。

报表：采用java方式构建，采用模板定义和模板替换的方式来生成系统各类报表。报表系统兼容了Excel的各种操作特点，能够运行在各类操作系统上。

权限管理：提供系统的所有权限服务，权限内容包括了实时库读写，历史库读写，图形查看编辑等等，同时按照分层分区的原则在支撑平台上对数据进行过滤，简化了上层应用的处理过程。

告警服务：提供整个系统的告警服务，告警内容包括系统告警、微电网运行告警、人工操作告警等等。

系统管理：系统具备管理分布式系统环境下的硬件和软件、监视分布式系统设备的运行状态、检测故障以及自动或人工重构系统的功能。采应用客户机/服务器(C/S)等模式实现分布式系统功能，保证系统高效、可靠运行。分布式系统管理包括以下功能：分布式系统的配置管理、运行监视和在线管理。

图形界面：以Qt技术为基础，采用插件、脚本以及Qt设计器来实现对图形界面的整体管理，实现了人机画面风格的自定义并能动态地生成人机界面，满足用户对人机界面修改的需求。图形采用图模库一体化的方法设计，并考虑了其它行业的各类图形特色，采用矢量技术实现图形的无极缩放，采用svg格式进行不同系统间的图形交互。

通用服务：包括通用计算服务，通用查询服务，通用数据采样服务等。

(3)应用功能主要包含：

客户侧储能电站信息的数据采集和监控(SCADA)：与PCS、BMS、测控仪表、测控保护、计量仪表进行实时通信，采集就地设备实时运行信息，完成数据的预处理和存储、通信源码监视及转发、与远程维护中心交换数据等功能，能够对PCS进行遥控、遥调控制，对配电开关进行遥控。

客户侧储能电站数据和设备的信息展示：利用图形系统，从多个层面、多个角度进行数据的图形化展示，实现电站的全景信息展示，各回路、支路和设备的关键信息和详细信息展示。

客户侧储能电站运行控制：对储能电站可进行人工控制和自动控制，人工控制设定储能电站整体或每个储能回路的充放电工作模式，充放电功率，启停储能支路；自动控制包括削峰填谷(谷充峰发)、需量管理、辅助服务等功能，能够接收电网调度指令或根据电站整体充放电计划曲线，经优化计算给出各个储能回路的充放电计划曲线，按曲线控制各个储能子系统的充放电，实现在线自动闭环控制。

客户侧储能电站运行诊断：通过监视储能支路电池堆/电池串个单元电池电压，给出异常运行告警信息；通过监视储能电池堆温度分布，给出温度告警信息；通过监视电池堆/电池串的SOC(剩余容量)、SOH(健康状况)，充放电次数，给出过充，过放、运行寿命以及经济型评价指标；通过监视AC/DC和DC/DC储能变流器设备运行情况，给出异常运行告警信息。

其他：根据具体工程情况需要实现的其他功能，比如顺序控制、需求侧响应等等。

采用本实用新型的一个客户侧储能能量管理系统实施例的拓扑图如图5所示，为江苏某客户侧储能项目，客户侧储能能量管理系统通过多路以太网与调度中心进行数据交互，并通过2路以太网进行视频监控。

该系统还通过1路RS485与储能变流器进行数据交互，通过1路RS485与BMS进行数据交互，通过RS485分别与变压器柜、UPS、空调和储能侧电表进行数据交互。

该系统还通过干节点分别连接消防系统、水浸传感、变压器柜和负荷隔离。

该系统还分别与线路保护装置、谐波仪表、并网点电表和功率测控装置连接。

客户侧储能能量管理系统的储能削峰填谷策略如图6所示。包括：

步骤1：根据用户生成计划和负荷实时监测；

步骤2：设定负荷需量限值；

步骤3：进行峰谷时段判断；

步骤4：设备故障判断：当结果为是，则调整功率输出；否则参照配置参数充放电。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种客户侧储能能量管理系统，其特征在于，包括：服务器、交换机和工作站；

所述工作站与远程维护中心连接，所述工作站还通过所述交换机连接所述服务器；

所述服务器，通过所述交换机与客户侧储能系统及电网调度系统连接；

所述工作站，用于管理客户侧储能系统的运行数据，并基于所述运行数据进行设备运行诊断、数据统计分析和系统运行评价；

所述服务器，用于对所述客户侧储能系统进行监控与维护。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器包括数据服务器和采集服务器；

所述数据服务器和采集服务器，均分别基于所述交换机与所述工作站、电网调度系统以及客户侧储能系统连接；

所述数据服务器和采集服务器互为备份，与所述工作站和交换机组成双网结构。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工作站包括：能量管理工作站与维护工作站；

所述能量管理工作站与维护工作站，均分别基于交换器与所述服务器连接；

所述维护工作站，与远程维护中心连接；

所述能量管理工作站，用于提供人机交互界面和监控手段；

所述维护工作站，用于进行客户侧储能系统的维护，包括：客户侧储能中数据库的维护、图形的绘制及修改、报表的生成及维护、系统功能及权限维护以及资料的录入及管理。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括防火墙；

所述维护工作站经由所述防火墙后连接至远程维护中心。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括无线路由器；

所述无线路由器与所述防火墙连接，并通过无线方式连接远程维护中心。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交换机包括主交换机和数采交换机；

所述主交换机设置在所述工作站与服务器之间，用于为所述工作站与服务器间提供数据交互通道；

所述数采交换机设置在所述服务器与客户侧储能系统之间，用于为所述服务器与客户侧储能系统中的设备间提供数据交互通道。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数采交换机为具备三层交换功能的交换机，所述数采交换机与所述客户侧储能系统间采用冗余交换式以太网结构。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括终端服务器；

所述终端服务器一侧连接客户侧储能系统中的串口通信型就地设备，一侧与所述数采交换机连接；

所述终端服务器，用于在所述服务器与所述串口通信型就地设备间进行网络数据与串口数据的转换。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括纵向隔离装置；

所述服务器经过所述纵向隔离装置与电网调度系统进行连接；

所述纵向隔离装置，用于为所述系统提供隔离认证服务。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括定位设备：

所述定位设备与所述交换机连接，用于提供所述系统的位置信息。

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