一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统及方法 |
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| 申请号 | CN201710693689.4 | 申请日 | 2017-08-14 | 公开(公告)号 | CN107453380A | 公开(公告)日 | 2017-12-08 |
| 申请人 | 杭州中恒云能源互联网技术有限公司; | 发明人 | 李峰; 段江曼; 范运飞; 毛涛涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于分布式控 制模 式的储能 能量 管理系统及方法。该系统包括能量管理父模 块 、若干个分布式储能子系统以及与每个分布式储能子系统对应的分布式能量管理子模块，所述分布式储能子系统包括储能 电池 、储能监控单元BMS和储能变流器PCS，所述储能电池经储能变流器PCS连接至配 电网 系统，所述储能监控单元BMS与储能电池电连接，所述分布式能量管理子模块分别通过通讯网络与储能监控单元BMS、储能变流器PCS、能量管理父模块相连。本发明能够控制各个储能子系统工作，解决了储能电站实时控制难，数据量大，策略复杂的问题，可实现高效运维和运营。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统，其特征在于，包括能量管理父模块（1）、若干个分布式储能子系统（3）以及与每个分布式储能子系统（3）对应的分布式能量管理子模块（2），所述分布式储能子系统（3）包括储能电池（4）、储能监控单元BMS（5）和储能变流器PCS（6），所述储能电池（4）经储能变流器PCS（6）连接至配电网系统（7），所述储能监控单元BMS（5）与储能电池（4）电连接，所述分布式能量管理子模块（2）分别通过通讯网络与储能监控单元BMS（5）、储能变流器PCS（6）、能量管理父模块（1）相连。 |
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| 说明书全文 | 一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及储能能量管理技术领域，尤其涉及一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统及方法。 背景技术[0002] 我国当前电网运营面临着最高用电负荷持续增加、间歇式能源接入占比扩大、调峰手段有限等诸多挑战。而优质、自愈、安全、清洁、经济、互动是我国智能电网的设定目标，储能技术尤其大规模储能技术具备的诸多特性得以在发电、输电、配电、用电四大环节得到广泛应用，可以说储能环节是构建智能电网及实现目标不可或缺的关键环节。 [0004] 储能电站是由储能电池、电池管理系统、变流器、能量管理系统等组成。目前主流的储能电池类型有：铅酸/铅炭电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池等，由于不同种类电池特性各异，在应用中需根据其不同特性制定不同充放电管理策略。 [0005] 在大规模分布式储能电站中，由于储能单体电池数量较多，能量管理系统需采集海量的数据量，且多为现有技术的简单综合，没有完全按照大规模分布式储能系统的特点而设计研发，结构复杂、成本较高且可靠性较低。 发明内容[0006] 本发明为了解决上述技术问题，提供了一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统及方法，其能够控制各个储能子系统工作，解决了储能电站实时控制难，数据量大，策略复杂的问题，可实现高效运维和运营。 [0007] 为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：本发明的一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统，包括能量管理父模块、若干个分布式储能子系统以及与每个分布式储能子系统对应的分布式能量管理子模块，所述分布式储能子系统包括储能电池、储能监控单元BMS和储能变流器PCS，所述储能电池经储能变流器PCS连接至配电网系统，所述储能监控单元BMS与储能电池电连接，所述分布式能量管理子模块分别通过通讯网络与储能监控单元BMS、储能变流器PCS、能量管理父模块相连。 [0008] 在本技术方案中，储能监控单元BMS用于采集对应储能电池的各单体电池的电压、最高/最低电压及编号、单体电池温度、最高/最低温度及编号、系统SOC、SOH、剩余容量、本次充/放电量、历史充/放电量等，上传至相应分布式能量管理子模块中。储能变流器PCS用于实时监测自身运行状态数据，运行状态数据包括PCS直流电压、交流电压、直流功率、交流功率、充放电电量，并上传至对应的分布式能量管理子模块中。 [0009] 分布式能量管理子模块管理储能监控单元BMS、储能变流器PCS工作，上传数据至能量管理父模块，执行来自于能量管理父模块的控制指令。能量管理父模块实时采集及分析各分布式储能子系统实时工况，根据一定的评价指标及高级应用程序为各分布式储能子系统某一时段制定相应的控制策略，使系统经济、高效运行。 [0010] 作为优选，所述分布式能量管理子模块包括控制终端、人机交互模块和通讯模块，所述控制终端分别与人机交互模块和通讯模块电连接，所述通讯模块分别通过通讯网络与储能监控单元BMS、储能变流器PCS、能量管理父模块相连。人机交互模块用于工作人员查看数据、输入指令。通讯模块用于与储能监控单元BMS、储能变流器PCS、能量管理父模块进行通讯。 [0011] 作为优选，所述储能监控单元BMS采集储能电池的各单体电池的电压、最高/最低电压及编号、单体电池温度、最高/最低温度及编号、系统SOC、SOH、剩余容量、本次充/放电量、历史充/放电量，上传至对应的分布式能量管理子模块中。 [0012] 作为优选，所述储能变流器PCS实时监测自身运行状态数据，运行状态数据包括PCS直流电压、交流电压、直流功率、交流功率、充放电电量，并上传至对应的分布式能量管理子模块中。 [0013] 本发明的一种基于分布式控制模式的储能能量管理方法，包括以下步骤：分布式能量管理子模块采集对应分布式储能子系统内储能电池状态及储能变流器PCS运行状态，执行相应的控制策略，执行来自于能量管理父模块的控制指令； 能量管理父模块管理策略库，采集各子分布式能量管理子模块的实时运行数据，分析各个分布式储能子系统的运行指标，根据各个分布式能量管理子模块的实时运行数据及各个分布式储能子系统的运行目标，制定各个分布式储能子系统的运行策略。 [0014] 作为优选，当能量管理父模块故障时，剩余分布式能量管理子模块中的一个被指定成为临时能量管理父模块，或者剩余分布式能量管理子模块中优先级最高的分布式能量管理子模块成为临时能量管理父模块，临时能量管理父模块执行能量管理父模块的功能。使得系统在能量管理父模块故障时，仍能够正常运行。 [0015] 作为优选，所述分布式能量管理子模块包含有：策略管理功能，包括：新建策略，包括策略名称定义、策略参数整定、策略优先级设定/保存/取消；修改现有策略，包括策略优先级修改，策略参数修改/保存/取消；进行策略执行及策略删除操作； 子系统运行在线监测功能，包括：保存/处理储能电池中各单体电池电压、温度、最高/最低电压及编号、最高/最低温度及编号，分析分布式储能子系统中单体电池的薄弱环节，并进行智能提示；监控分布式储能子系统的运行状况、效率、收益； 历史数据查询与存储功能，包括：历史数据存储在本地分布式能量管理子模块中，通过能量管理父模块人机界面可进行相应数据的读取及曲线、报表分析； 系统告警及故障处理功能，包括：通过人机界面，通过声音及闪烁实时显示告警及故障信息，提醒运维人员进行系统运维。 [0016] 作为优选，所述能量管理父模块包含有：策略库管理功能，策略库中保存着各策略名称、相关程序，可通过能量管理父模块的人机界面实现策略库的管理，也可通过分布式能量管理子模块编辑策略，并上传至能量管理父模块中；策略库管理功能包括：各策略名称定义、策略程序设计、关键参数设置、策略优先级设置； 系统运行在线监测功能，包括：能量管理父模块接收来自于各个分布式能量管理子模块的实时数据，对各个分布式储能子系统运行数据进行不同维度的分析及展示，分析各个分布式储能子系统的运行健康状态、技术指标、经济指标、效率指标； 历史数据的存储与查询功能，包括：能量管理父模块将实时数据打包、存储至历史数据库中，并可根据人机界面的筛选条件，以曲线或报表形式实现数据分析； 系统告警及故障处理功能，包括：通过人机界面的声音及闪烁实时显示告警及故障信息，提醒运维人员进行系统运维。 [0017] 作为优选，所述能量管理父模块还包含有高级应用功能，包括：基于各个分布式储能子系统的实时运行状况及历史数据分析，实现高精度负荷预测；根据各个分布式储能子系统运行目标及电网调度指令，实现系统经济优化运行，下发相应控制策略指令至每一分布式能量管理子模块中。 [0018] 作为优选，能量管理父模块控制各个分布式能量管理子模块运行在特定策略下，当分布式储能子系统状态或调度指令发生变化时，能量管理父模块切换相应能量管理子模块的运行策略。 [0019] 本发明的有益效果是：（1）能够控制各个储能子系统工作，解决了储能电站实时控制难，数据量大，策略复杂的问题，可实现高效运维和运营。（2）当能量管理父模块故障时，系统仍能够正常运行。附图说明 [0020] 图1是本发明的系统结构示意图。 [0021] 图2是能量管理父模块的功能示意图；图3是分布式能量管理子模块的功能示意图。 [0022] 图中：1、能量管理父模块，2、分布式能量管理子模块，3、分布式储能子系统，4、储能电池，5、储能监控单元BMS，6、储能变流器PCS，7、配电网系统，8、网络交换机。 具体实施方式[0023] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 [0024] 实施例：本实施例的一种基于分布式控制模式的储能能量管理系统，如图1所示，包括能量管理父模块1、若干个分布式储能子系统3以及与每个分布式储能子系统3对应的分布式能量管理子模块2，分布式储能子系统3包括储能电池4、储能监控单元BMS5和储能变流器PCS6，储能电池4经储能变流器PCS6连接至配电网系统7，储能监控单元BMS5与储能电池4电连接，分布式能量管理子模块2分别通过通讯网络与储能监控单元BMS5、储能变流器PCS6相连，分布式能量管理子模块2通过网络交换机8与能量管理父模块1相连。 [0025] 储能监控单元BMS用于采集对应储能电池的各单体电池的电压、最高/最低电压及编号、单体电池温度、最高/最低温度及编号、系统SOC、SOH、剩余容量、本次充/放电量、历史充/放电量等，上传至相应分布式能量管理子模块中。 [0026] 储能变流器PCS用于实时监测自身运行状态数据，运行状态数据包括PCS直流电压、交流电压、直流功率、交流功率、充放电电量，并上传至对应的分布式能量管理子模块中。 [0027] 各分布式储能子系统中的储能电池种类可不同，可以是不同容量/功率等级的铅炭、锂离子电池、退役电池、钛酸锂电池等。 [0028] 分布式能量管理子模块（子EMS）管理储能监控单元BMS、储能变流器PCS工作，根据储能电池及储能变流器PCS运行状态，执行相应的控制策略，上传数据至能量管理父模块，执行来自于能量管理父模块的控制指令。 [0029] 系统正常运行时，能量管理父模块（父EMS），实时采集及分析各分布式储能子系统实时工况，根据一定的评价指标及高级应用程序为各分布式储能子系统某一时段制定相应的控制策略，使系统工作经济、高效。 [0030] 能量管理父模块（父EMS）通过网络交换机下发策略执行指令至各个分布式能量管理子模块（子EMS），各分布式能量管理子模块接收指令，并在相应时段执行相应策略。 [0031] 各分布式储能子系统可同时执行相同的策略，也可各自执行不同策略，且相互不影响。 [0032] 分布式能量管理子模块2包括控制终端、人机交互模块和通讯模块，控制终端分别与人机交互模块和通讯模块电连接，通讯模块分别通过通讯网络与储能监控单元BMS、储能变流器PCS，通讯模块通过网络交换机8与能量管理父模块1相连。人机交互模块用于工作人员查看数据、输入指令。通讯模块用于与储能监控单元BMS、储能变流器PCS、能量管理父模块进行通讯。 [0033] 本实施例的一种基于分布式控制模式的储能能量管理方法，包括以下步骤：分布式能量管理子模块采集对应分布式储能子系统内储能电池状态及储能变流器PCS运行状态，执行相应的控制策略，执行来自于能量管理父模块的控制指令； 能量管理父模块管理策略库，采集各子分布式能量管理子模块的实时运行数据，分析各个分布式储能子系统的运行指标，根据各个分布式能量管理子模块的实时运行数据及各个分布式储能子系统的运行目标，制定各个分布式储能子系统的运行策略。 [0034] 当能量管理父模块故障时，剩余分布式能量管理子模块中的一个被指定成为临时能量管理父模块，或者剩余分布式能量管理子模块中优先级最高的分布式能量管理子模块成为临时能量管理父模块，临时能量管理父模块执行能量管理父模块的功能。使得系统在能量管理父模块故障时，仍能够正常运行。 [0035] 如图3所示，分布式能量管理子模块包含有：策略管理功能，包括：新建策略，包括策略名称定义、策略参数整定、策略优先级设定/保存/取消；修改现有策略，包括策略优先级修改，策略参数修改/保存/取消；进行策略执行及策略删除操作；策略变动后，上传至能量管理父模块，并与现有策略库校核，校核通过后，保存至策略库中； 子系统运行在线监测功能，包括：保存/处理储能电池中各单体电池电压、温度、最高/最低电压及编号、最高/最低温度及编号，分析分布式储能子系统中单体电池的薄弱环节，并进行智能提示；监控分布式储能子系统的运行状况、效率、收益； 历史数据查询与存储功能，包括：历史数据存储在本地分布式能量管理子模块中，通过能量管理父模块人机界面可进行相应数据的读取及曲线、报表分析； 系统告警及故障处理功能，包括：通过人机界面，通过声音及闪烁实时显示告警及故障信息，提醒运维人员进行系统运维。 [0036] 如图2所示，能量管理父模块包含有：策略库管理功能，策略库中保存着各策略名称、相关程序，可通过能量管理父模块的人机界面实现策略库的管理，也可通过分布式能量管理子模块编辑策略，并上传至能量管理父模块中；策略库管理功能包括：各策略名称定义、策略程序设计、关键参数设置、策略优先级设置； 系统运行在线监测功能，包括：能量管理父模块接收来自于各个分布式能量管理子模块的实时数据，对各个分布式储能子系统运行数据进行不同维度的分析及展示，分析各个分布式储能子系统的运行健康状态、技术指标、经济指标、效率指标； 历史数据的存储与查询功能，包括：能量管理父模块将实时数据打包、存储至历史数据库中，并可根据人机界面的筛选条件，以曲线或报表形式实现数据分析； 系统告警及故障处理功能，包括：通过人机界面的声音及闪烁实时显示告警及故障信息，提醒运维人员进行系统运维； 高级应用功能，包括：基于各个分布式储能子系统的实时运行状况及历史数据分析，实现高精度负荷预测；根据各个分布式储能子系统运行目标及电网调度指令，实现系统经济优化运行，下发相应控制策略指令至每一分布式能量管理子模块中。 [0037] 能量管理父模块控制各个分布式能量管理子模块运行在特定策略下，当分布式储能子系统状态或调度指令发生变化时，能量管理父模块切换相应能量管理子模块的运行策略。 [0038] 当现行策略库中的策略均不满足系统运行时，可通过能量管理父模块的人机界面新建控制策略，步骤为：选择新建控制策略、输入控制策略名称、制定控制策略充放电规则、设置策略优先级、策略保存/取消等。也可通过任意分布式能量管理子模块的人机界面新建控制策略，步骤为：选择新建控制策略、输入控制策略名称、制定控制策略充放电规则、设置策略优先级、策略保存/取消、上传至能量管理父模块、能量管理父模块校核等。当能量管理父模块校核新策略满足入库标准后，新建策略成为策略库中的新策略。 [0040] 当任一分布式储能子系统出现故障无法正常运行时，其他子系统不受影响正常运行。 |
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