分布式风光储一体化微电网智能控制系统的制作方法

本发明属于微电网控制系统，具体涉及一种分布式风光储一体化微电网智能控制系统。

背景技术

分布式发电主要包括各种可再生能源发电，其清洁环保的特点满足了低碳经济发展的要求，然而单独的分布式发电接入电网由于其自身的间歇性、波动性、随机性等特点给电网带来了一定的影响，不仅导致电网的潮流、故障机理特性等更加复杂，而且由于其抗扰动能力差，弃光现象十分严重，导致分布式发电年利用小时数下降，影响了分布式发电投资的经济性。

微网是由分布式电源、能源转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型电力系统。微网既可以与大型电力网并联运行，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。微网既可以并网运行，又可以离网运行，大大提高了负荷侧的供电可靠性。

然而目前的微网管理技术没有分布式电源优化控制，能源经济调度等功能，严重削弱了微网系统带来的环境效益和经济效益。

技术实现要素：

本发明要解决的是目前微网管理技术经济效益和环境效益差的技术问题，从而提供一种分布式风光储一体化微电网智能控制系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种分布式风光储一体化微电网智能控制系统，包括分布式发电单元、分布式储能单元、柔性负荷单元、控制单元和网络通讯单元；所述分布式发电单元包括发电部件和发电检测部件；发电部件包括光伏发电组件和分布式风机发电组件；发电检测部件安装在发电部件上并将检测信号通过网络通讯单元传输至控制单元内且发电部件通过网络通讯单元接收控制单元的控制命令；所述分布式储能单元，包括储能部件和储能检测部件，储能检测部件将储能部件的检测信息通过网络通讯单元传输至控制单元内且储能部件通过网络通讯单元接收控制单元的控制命令；所述柔性负荷单元，包括负荷部件和信号采集部件，信号采集部件将采集的负荷部件的信息通过网络通讯单元传输至控制单元内且负荷部件通过网络通讯单元接收控制单元的控制命令；所述控制单元包括监控平台、工作站、移动终端、数据库服务器、显示屏；监控平台通过网络通讯单元接收柔性负荷单元、分布式储能单元和分布式发电单元的采集信号，监控平台一方面将接收的采集信号存储在数据库服务器中，另一方面将接收的采集信号进行融合处理，处理后再通过网络通讯单元发送控制指令给柔性负荷单元、分布式储能单元和分布式发电单元；且监控平台将处理结果在显示屏上显示，并与工作站双向通讯供工程师控制监控平台，且监控平台通过internet网络与移动终端双向通讯。

所述发电构件包括光伏发电组件和分布式风机发电组件；所述光伏发电组件包括屋顶光伏面板、车棚光伏面板、光伏幕墙；屋顶光伏面板安装在规划区内建筑的屋顶，并在屋顶光伏面板的背面加装集热板、蓄热换热器和汇流水箱，充分吸收屋顶光伏面板表面废热，并将产生的热水储存在蓄热水箱内，为规划区建筑提供生活热水；车棚光伏面板安装在电动汽车充电处的车棚顶部。

所述分布式风机发电组件包括屋顶风机、逆变器、配电变压器；屋顶光伏电板和屋顶风机产生的电力通过直流汇流箱输入到直流总线上，光伏幕墙和光伏车棚产生的电力直接输入到直流总线上；直流总线经逆变器进行转换为交流电源后输入到交流总线上，交流总线一方面通过配电变压器进行并网，另一方面给柔性负荷单元供电。

所述发电检测部件包括温度传感器、风速传感器、转速传感器和功率表；温度传感器安装在光伏电板上，用于测量光伏电板的温度信息并将检测的温度信息通过网络通讯单元传输到监控平台上。

风速传感器安装在屋顶处，用于检测风速并将检测信号通过网络传输到监控平台；转速传感器安装在风机处，用于检测风机的转速，并将检测信号通过网络通讯单元传输到监控平台。

功率表分别安装在风机处和光伏电板处，用于检测风机和光伏电板的发电功率，并将检测信号通过网络通讯单元传输到监控平台。

所述储能部件，包括配电网、配电变压器、配电屏、电动汽车充电桩、电动汽车、能源墙；分布式发电单元的光伏发电组件产生的直流电经直流总线一方面传输到能源墙内储存，一方面传输到交直流转换器内转换为交流电，转换后的交流电经交流总线一方面存储在电动汽车充电桩内，一方面经配电屏和配电变压器输送到配电网上，且电动汽车充电桩给电动汽车充电。

分布式发电单元的风力发电组件产生的直流电经整流器整流后再经直流总线一方面传输到能源墙内储存，一方面传输到交直流转换器内转换为交流电，转换后的交流电经交流总线一方面存储在电动汽车充电桩内，一方面经配电屏和配电变压器输送到配电网上，且电动汽车充电桩给电动汽车充电。

所述储能检测部件，包括在储能墙和电动汽车充电桩处安装有充电监控与调度装置，充电监控与调度装置分别经网络通讯单元传输到监控平台，充电监控与调度装置为储能墙和电动汽车充电桩本地的管理监控系统，一是对一次设备进行监视和控制；二是接收微电网能量管理系统的指令。

所述负荷部件包括规划区内建筑群的用电设备、用气设备、用水设备；所述信号采集单元包括能源usb和环境传感器，能源usb分别与用电设备、用气设备和用水设备连接并将采集的数据通过网络通讯单元传输到监控平台内，环境传感器安装在各建筑的房间单元以及走廊、大厅公共区域，实时采集工作范围内的温度、湿度、光照环境数据，并通过网络通讯单元传输到监控平台。

所述网络通讯单元，包括通讯前置机、集中器和无线接收器，柔性负荷单元、分布式储能单元和分布式发电单元分别通过一个无线接收器与集中器通讯连接，集中器与通讯前置机通讯连接，通讯前置机与监控平台通讯。

分布式发电单元、分布式储能单元、能源usb以及环境传感器通过规划区内搭建的通信前置机、集中器和专用通信网，统一并入到微电网智能管理系统的监控平台内，监控平台对接收到的数据进行异构融合分析，能够进行能耗分析、设备监管与控制、电力零售、用户用电行为的分析和大规模分布式设备的协同优化运行四个功能部分，可以进行微电网数据采集、能耗统计与分析、能源需量预测等功能，完成能量平衡优化、设备智能控制和协调调度等任务，通过制定售电策略来引导用户合理用电，最终实现能量和设备的优化管理，实现节能减排。

本发明主要由分布式风力发电与光伏发电单元、分布式储能单元以及柔性负荷单元三部分构成，通过统一的数据接口，利用网络通信层与微电网智能管理控制单元互联，并在控制单元的集中式管理下实现协同运行。分布式风机与光伏发电系统是主要的电能供应单元；分布式储能系统可以存储电能并消纳分布式新能源发电的随机性；柔性负荷系统支持分布式用电设备的接入，对接用户侧设备管理与服务。智能管理系统负责对上述三个系统进行数据采集，构建全方位立体式的综合性能源时空互补共享系统，对供能系统的能源结构、能量流、负荷需求等进行实时监控。通过合理优化、调度、协调，提高系统对清洁能源的利用率和消纳能力，实现微电网系统的最优功率匹配，达到高效节能的目的；智能地安排设备的工作时段，以最大化利用可再生能源，最小化能源浪费，最佳化用户舒适度体验；通过在规划区域内制定分时电价、电动汽车充放电补贴等激励手段，引导用户合理用电(包括合理安排)，最终实现能量和设备的优化管理，实现低碳与低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统架构图。

图2为本发明发电部件的架构图。

图3为本发明分布式储能单元的架构图。

图4为本发明柔性负荷单元的架构图。

图5为本发明控制单元的架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种分布式风光储一体化微电网智能控制系统，包括分布式发电单元、分布式储能单元、柔性负荷单元、控制单元和网络通讯单元；所述分布式发电单元包括发电部件和发电检测部件；发电部件包括光伏发电组件和分布式风机发电组件；发电检测部件安装在发电部件上并将检测信号通过网络通讯单元传输至控制单元内且发电部件通过网络通讯单元接收控制单元的控制命令；所述分布式储能单元，包括储能部件和储能检测部件，储能检测部件将储能部件的检测信息通过网络通讯单元传输至控制单元内且储能部件通过网络通讯单元接收控制单元的控制命令；所述柔性负荷单元，包括负荷部件和信号采集部件，信号采集部件将采集的负荷部件的信息通过网络通讯单元传输至控制单元内且负荷部件通过网络通讯单元接收控制单元的控制命令；所述控制单元包括监控平台、工作站、移动终端、数据库服务器、显示屏；监控平台通过网络通讯单元接收柔性负荷单元、分布式储能单元和分布式发电单元的采集信号，监控平台一方面将接收的采集信号存储在数据库服务器中，另一方面将接收的采集信号进行融合处理，处理后再通过网络通讯单元发送控制指令给柔性负荷单元、分布式储能单元和分布式发电单元；且监控平台将处理结果在显示屏上显示，并与工作站双向通讯供工程师控制监控平台，且监控平台通过internet网络与移动终端双向通讯。

具体地，所述发电构件包括光伏发电组件和分布式风机发电组件；所述光伏发电组件包括屋顶光伏面板、车棚光伏面板、光伏幕墙；屋顶光伏面板安装在规划区内建筑的屋顶，并在屋顶光伏面板的背面加装集热板、蓄热换热器和汇流水箱，充分吸收屋顶光伏面板表面废热，并将产生的热水储存在蓄热水箱内，为规划区建筑提供生活热水；车棚光伏面板安装在电动汽车充电处的车棚顶部。

所述分布式风机发电组件包括屋顶风机、逆变器、配电变压器，屋顶风机安装于规划区域内的屋顶；并网控制器由斩波器和泄荷负载组成，起整流和保护作用，并网逆变器将直流变换为交流输出，并经隔离变压器上网。

屋顶光伏电板和屋顶风机产生的电力通过直流汇流箱输入到直流总线上，光伏幕墙和光伏车棚产生的电力直接输入到直流总线上；直流总线经逆变器进行转换为交流电源后输入到交流总线上，交流总线一方面通过配电变压器进行并网，另一方面给柔性负荷单元供电。

所述发电检测部件包括温度传感器、风速传感器、转速传感器和功率表；温度传感器安装在光伏电板上，用于测量光伏电板的温度信息并将检测的温度信息通过网络通讯单元传输到监控平台上。

风速传感器安装在屋顶处，用于检测风速并将检测信号通过网络传输到监控平台。转速传感器安装在风机处，用于检测风机的转速，并将检测信号通过网络通讯单元传输到监控平台。

功率表分别安装在风机处和光伏电板处，用于检测风机和光伏电板的发电功率，并将检测信号通过网络通讯单元传输到监控平台。

所述储能部件，包括配电网、配电变压器、配电屏、电动汽车充电桩、电动汽车、能源墙；分布式发电单元的光伏发电组件产生的直流电经直流总线一方面传输到能源墙内储存，一方面传输到交直流转换器内转换为交流电，转换后的交流电经交流总线一方面存储在电动汽车充电桩内，一方面经配电屏和配电变压器输送到配电网上，且电动汽车充电桩给电动汽车充电。

分布式发电单元的风力发电组件产生的直流电经整流器整流后再经直流总线一方面传输到能源墙内储存，一方面传输到交直流转换器内转换为交流电，转换后的交流电经交流总线一方面存储在电动汽车充电桩内，一方面经配电屏和配电变压器输送到配电网上，且电动汽车充电桩给电动汽车充电。

所述储能检测部件，包括在储能墙和电动汽车充电桩处安装有充电监控与调度装置，充电监控与调度装置分别经网络通讯单元传输到监控平台，充电监控与调度装置为储能墙和电动汽车充电桩本地的管理监控系统，一是对一次设备进行监视和控制；二是接收微电网能量管理系统的指令。

所述负荷部件包括规划区内建筑群的用电设备、用气设备、用水设备；所述信号采集单元包括能源usb和环境传感器，能源usb分别与用电设备、用气设备和用水设备连接并将采集的数据通过网络通讯单元传输到监控平台内，环境传感器安装在各建筑的房间单元以及走廊、大厅公共区域，实时采集工作范围内的温度、湿度、光照环境数据，并通过网络通讯单元传输到监控平台。

所述网络通讯单元，包括通讯前置机、集中器和无线接收器，柔性负荷单元、分布式储能单元和分布式发电单元分别通过一个无线接收器与集中器通讯连接，集中器与通讯前置机通讯连接，通讯前置机与监控平台通讯。

分布式风力发电与光伏发电单元、分布式储能单元以及柔性负荷单元三部分构成，通过统一的数据接口，利用网络通信层与微电网智能管理控制单元互联，并在控制单元的集中式管理下实现协同运行。分布式风机与光伏发电系统是主要的电能供应单元；分布式储能系统可以存储电能并消纳分布式新能源发电的随机性；柔性负荷系统支持分布式用电设备的接入，对接用户侧设备管理与服务。智能管理系统负责对上述三个系统进行数据采集，构建全方位立体式的综合性能源时空互补共享系统，对供能系统的能源结构、能量流、负荷需求等进行实时监控。通过合理优化、调度、协调，提高系统对清洁能源的利用率和消纳能力，实现微电网系统的最优功率匹配，达到高效节能的目的；智能地安排设备的工作时段，以最大化利用可再生能源，最小化能源浪费，最佳化用户舒适度体验；通过在规划区域内制定分时电价、电动汽车充放电补贴等激励手段，引导用户合理用电(包括合理安排)，最终实现能量和设备的优化管理，实现低碳与低能耗。

下面对本发明的原理进行详细说明

该微电网系统主要由分布式风力发电与光伏发电系统、分布式储能系统、以及柔性负荷系统三部分构成，通过统一的数据接口，利用网络通信层与微电网智能管理系统互联，并在后者的集中式管理下实现协同运行，如图1所示。分布式风机与光伏发电系统是主要的电能供应单元；分布式储能系统可以存储电能并消纳分布式新能源发电的随机性；柔性负荷系统支持分布式用电设备的接入，对接用户侧设备管理与服务。智能管理系统负责对上述三个系统进行数据采集，构建全方位立体式的综合性能源时空互补共享系统，对供能系统的能源结构、能量流、负荷需求等进行实时监控。通过合理优化、调度、协调，提高系统对清洁能源的利用率和消纳能力，实现微电网系统的最优功率匹配，达到高效节能的目的；智能地安排设备的工作时段，以最大化利用可再生能源，最小化能源浪费，最佳化用户舒适度体验；通过在规划区域内制定分时电价、电动汽车充放电补贴等激励手段，引导用户合理用电(包括合理安排)，最终实现能量和设备的优化管理，实现低碳与低能耗。

分布式发电系统的容量由规划区域的实际情况而定。光伏组件安装在建筑的屋顶，背面加装集热板、蓄热换热器和汇流水箱，充分吸收光伏电板表面废热，并将产生的热水储存在蓄热水箱内，为建筑提供生活热水；同时为电动汽车充电处搭建光伏车棚。分布式风机发电系统由风力机、发电机、并网控制器、并网逆变器、隔离变压器组成，亦可安装于带规划区域内的屋顶。并网控制器由斩波器和泄荷负载组成，起整流和保护作用，并网逆变器将直流变换为交流输出，并经隔离变压器上网。整个分布式发电系统，如图2所示，将采用低压并网运行方式，自发自用、余电上网，一次系统由双玻双面光伏发电组件、直驱/双馈风机、直流汇流箱、直流配电及防雷装置、逆变器、配电及防雷装置、变压器等组成。

分布式发电系统的二次系统由计算机监测系统、远动系统、电能采集系统等组成，通过专用通信网络对接微电网的智能管理系统。计算机监测系统和电能采集系统负责监测并采集光伏电站与风力发电机的运行状态，包括面板温度、风速、风机叶片转速、发电功率、效率等，将采集到的信息上传至微电网智能管理系统，并在后者控制下，选择孤岛、并网运行方式，优化光伏与风机发电量，自动发现光伏电站与风机的异常情况并采取维护工作。

分布式储能系统的主要工作单元为电动汽车和powerwall（能源墙）储能。电动汽车主要包含混合动力和纯电动两种类型；powerwall是依靠成熟的软件技术，实现了锂电池的大规模分组整合与管理的先进储能设备，安装在包含重要负荷的规划区域建筑中。分布式储能系统的一次设备包括配电系统、交直流转换器、充电系统（支持快速充放电的充电桩）等，二次设备包括充电监控与调度装置等设备。分布式储能系统结构如图3所示。

分布式储能系统的二次设备通过专用通信网络对接微电网智能管理系统，并在后者的控制下安排电动汽车与powerwall的充放电时段和充电桩的充放电速度，同时完成电动汽车、powerwall与光伏系统的协同运作，就地消纳光伏发电与风机发电的随机波动，降低对规划区域内供用电质量的影响。分布式储能系统还将实时地智能地储存规划区域内多余的太阳能与风机发电量，在负荷高峰时回馈电能，并且可以在规划区供电系统故障和电网停电时，作为备用电源为重要建筑单独供电。

柔性负荷系统（柔性负荷是指具备灵活可变的柔性系统参数，可主动参与电网运行控制，能够实现电网的双向互动的一类负荷）主要由规划区内建筑群的用电/气/水设备组成，以空调、照明设备等可控负荷设备为主，柔性负荷系统的硬件主要包括能源usb和环境传感器，如图4所示。能源usb与规划区建筑群内的用电/气/水设备对接并采集运行数据，通过数据采集层的专用有线/无线网络传输至微电网智能管理系统，并接受后者的调度指令，对设备实现精准控制。环境传感器安装在各建筑的房间单元以及走廊、大厅等公共区域，可以实时采集工作范围内的温度、湿度、光照等环境数据，通过数据采集层的专用有线/无线网络向微电网智能管理系统传输。

微电网能量管理系统主要由综合能源管理数据平台与综合分析与决策系统两个部分组成，是一套具有协调优化分布电源出力、负荷管理、实时监测并自动实现微电网同步功能的能量管理软件，图5为微电网智能管理系统的功能架构。

微电网综合能源管理数据平台的硬件设备包括监控平台、工作站、应用服务器、数据库服务器、展示系统等，部署在规划区内的专用机房和工作室中。分布式发电系统与分布式储能系统的二次系统、能源usb以及环境传感器通过规划区内搭建的通信前置机、集中器、专用通信网，统一并入到微电网智能管理系统，由后者实现对分布式发电系统、分布式储能系统和柔性负荷系统的集中式监控和管理。

微电网综合分析与决策系统包括能耗分析、设备监管与控制、电力零售、用户用电行为的分析和大规模分布式设备的协同优化运行四个功能部分，可以进行微电网数据采集、能耗统计与分析、能源需量预测等功能，完成能量平衡优化、设备智能控制和协调调度等任务，通过制定售电策略来引导用户合理用电，最终实现能量和设备的优化管理，实现节能减排。

通过构建统一数据采集与交互平台，利用信息交互总线技术，可实现整个微电网内多源数据的汇集，支持能源生产、传输、消费等全过程的数据存储、分析、挖掘和管理。

构建微电网系统的数据云，基于信息交互总线技术实现多元异构数据的融合，采用大数据处理与挖掘分析、智能应用、智能消息推送、社会化协作、服务化架构等关键技术，把微电网数据平台建设成为全新一代的高效、高可用、高度可伸展、安全可靠的应用服务支撑平台，为综合分析与应用，提供统一的开发、运行和管理服务。

根据整体安全体系框架，将微电网服务器部署划分成不同的区域，分别提供相应的服务及安全解决方案，主要区域的功能如下。

1)互联网出口区域：主要是各边界接入，包括到网内资源的安全接入。为了保障数据平台安全，出口上必须配置防火墙、入侵防御系统等攻击防御、流量过滤设备。

2)核心交换区域：负责外网平台数据流汇聚、交换、处理及业务繁忙时服务质量的设置，保证核心业务的应用。

3)外网办公接入区：办公接入通过安全策略设置有权限的访问服务器资源，对互联网的访问通过上网行为管理进行控制，保证数据的安全。

4)外网安全管理区域：主要放置漏洞扫描，安全管理与审计设备等，保证数据平台内的访问和使用安全，并协助网络管理员完成数据平台下设备的日常维护任务。

总体来说，综合分析与决策层通过能源系统的实时状态感知和态势分析，提高微电网系统的可观性，在此基础上，通过协同优化调度提高能源系统的可优化性：建立协同优化调控的目标模型，通过柔直转供、柔性负荷自动需求响应以及新能源梯级调用，实现区域间能源的协调优化运行的同时，区域内根据设定的优化策略实现区域内分布式电源与负荷的自治优化。此外所建立的快速仿真系统则为微电网的运行方式分析、控制指令下发、风险分析等提供辅助决策的工具。最后，协同优化调度的结果下发给可控对象进行指令的执行，执行完毕后对效果进行效果评估，将结果进行反馈。以上过程的主要功能包括态势感知、协同优化调度和评价执行等几个层面。

１)态势感知：通过态势感知，实现运行可观，感知当前运行状态和预测未来态势。对量测数据和其他系统相关的数据进行提取、处理和挖掘，实现多源异构数据的信息融合；通过构建的在线评估与分析模型，实现实时感知微电网的运行风险与运行状态；根据发电功率和负荷的预测，对微电网的未来态势进行分析，通过构建的仿真分析模型为微电网的运行提供风险分析与预警。

2)协调优化调度：通过协调优化调度，实现系统的优化运行，建立协同优化调控的目标模型，通过柔直转供、柔性负荷自动需求响应以及新能源梯级调用的源、网、荷、储的协同优化策略，实现区域间微电网的协调优化运行，达到分布式电源、负荷、电网以及热网的协同优化调度；同时，区域内根据设定的优化策略实现区域内分布式电源与负荷的自治优化。

3）柔性负荷的最优调控：以数据为依据，精准控制柔性负荷系统中的设备合理工作，切除用电/气/水异常的设备；结合环境信息分析用户舒适度和需求，通过智能算法生成用电/气/水设备的优化调度方案，如控制中央空调在室温较高的时段自动执行制冷工作，将室温调整到最适宜的范围。

4）能源管理：最大化光伏系统运行效率，实现电网、光伏电站、储能系统和能耗设备之间的最优功率匹配；在用电高峰或光伏系统发电量不足时，从电网获取电能，关断不必要的负荷，安排非关键负荷设备至用电低谷时段运行，安排电动汽车和powerwall放电；在用电低谷或光伏系统发电量充足时，余电上网，安排电动汽车和powerwall充电。

5）需求响应：作为电力零售主体开展电力零售业务。在规划区内制定分时电价，引起负荷响应，减少无序用电现象，促使用户在规划区负荷高峰时段减少用电；激励用户在负荷低谷和光伏发电量充足的时段用电。制定电动汽车充放电补贴政策，鼓励电动汽车用户服从系统调度。此外，还支持用户的能耗账单管理、缴费、维护等各种服务。

上面所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。