一种可预测的光储分布式能源管理系统及其控制方法与流程

本发明属于光伏太阳能技术领域，具体涉及一种可预测的光储分布式能源管理系统及其控制方法。

背景技术：

分布式能源管理系统是一套集能源过程监控、能源调度、能源管理为一体的能源管控一体化的计算机系统。该系统采用分层分布式系统体系结构，实现对各种能源介质和各类供能用能系统进行集中监控和统一调度。同时，该系统可确保能源调度的科学性、及时性和合理性，通过能源计划，能源监控，能源统计，能源消费分析，重点能耗设备管理，能源计量设备管理等多种手段提高能源利用水平以及整体能源利用效率。

一方面，分布式能源与所在区域内工业、公建、居住和生活配套等具有各种不同能源需求的用户集中连接，形成相对独立的闭合回路，能源管理系统通过ict、人工智能等技术，对能源端和用户端进行内部调度；另一方面，分布式能源与外部电网接驳，通过分布式能源管理系统来随时应对负荷变化，加强电力保障。

对于光储能源管理系统来说，大多数情况下，是让光伏系统白天发电，储能单元夜间充电，白天放电，能源管理系统的管理负责调整光伏和储能的出力以削峰填谷。该策略的缺点在于电池每天充电的量都是固定的，无法根据第二天光伏的发电量做有效的匹配，有可能发生用电量大于光伏发电的时候，储能已经把电放完，无法削峰，或者光伏发电过多，而储能电池已经充满而无法填谷。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供可预测的光储分布式能源管理系统及其控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可预测的光储分布式能源管理系统，包括能源管理系统控制站，所述的能源管理系统控制站通过控制器分别连接光伏单元和储能单元，所述的能源管理系统控制站连接气象服务器，所述的气象服务器采集第二天的气象数据，传输给能源管理系统控制站，进行数据处理运算后，给光伏单元以及储能单元相应的运行指令。

进一步地，所述的气象服务器内存储至少一年以上的与云层运动情况对应的地面太阳能辐射量的历史数据。

进一步地，所述的能源管理系统控制站连接数据采集器，所述的数据采集器连接光伏单元电能表、储能单元电能表和负载端电能表，采集光伏单元、储能单元和负载端的电压、电流和用电量数据。

进一步地，所述的能源管理系统控制站连接数据存储服务器，所述的数据采集器采集的信息保存至数据存储服务器。

进一步地，所述的光伏单元包括光伏组件、光伏逆变器、并网控制柜以及母线，其中，光伏组件通过直流线缆与光伏逆变器相连，光伏逆变器通过交流电缆与并网控制柜相连，并网控制柜通过交流电缆与母线连接。

进一步地，所述的储能单元包括锂电池储能、铅酸储能、铅碳储能、水蓄能或冰蓄能。

所述的光储分布式能源管理系统的控制方法，具体包括以下步骤：

(1)通过气象服务器采集第二天的气象数据，获得第二天太阳能辐射量；

(2)计算第二天的预计日上网发电量和预计储能夜间充电量；

(3)能源管理系统控制站在白天电价峰平时控制光伏单元发电，在夜间电价谷时控制储能单元充电，若储能单元充电达到预计储能夜间充电量，则停止运行，否则一直进行充电；

(4)判断日上网发电量与用电负荷大小，若日上网发电量大于用电负荷，则向储能单元充多余的电量，储能单元充满后，则减小光伏单元发电功率，否则一直进行充电；若日上网发电量小于用电负荷，则转步骤(5)；

(5)日上网发电量小于用电负荷时，控制储能单元放电，若储能单元电量用完，则通过市电进行补充。

步骤(2)所述的预计日上网发电量计算公式为：

ep＝ha×paz×k/d

其中，ep为预计日上网发电量kw·h，ha为第二天太阳能辐射量kw·h/m²，paz为光伏单元安装容量kwp，k为综合效率系数，d为当年的天数。

步骤(2)所述的预计储能夜间充电量计算公式为：

ec＝we-ep-es

其中，ec为预计储能夜间充电量kw·h，we为白天平均用电量kw·h，ep为预计日上网发电量kw·h，es为电池剩余电量kw·h。

与现有技术相比，本发明通过收集气象数据预测第二天太阳能辐射量，并计算第二天光伏单元的发电量，并通过计算对储能单元配置相应的充电量，这样就大概率避免有可能发生用电量大于光伏发电量的时候，储能已经把电放完，无法削峰，或者光伏发电大于用电量，而储能单元已经充满而无法填谷这两种情况，实现充放电智能化，提升能源管理系统工作效率。此外，通过本发明方案，储能单元没必要每次都充满，若测得第二天光伏单元发电量较多，则可减少储能当天夜间充电量，这样尽可能减少对储能单元进行满充满放，可以使储能单元使用寿命增加。

附图说明

图1为本发明能源管理系统的结构示意图；

图2为本发明能源管理系统运行的流程框图；

图中：1-能源管理系统控制站；2-数据采集器；3-气象服务器；4-控制器；5-数据存储服务器；6-光伏单元电能表；7-储能单元电能表；8-负载端电能表；9-光伏单元；10-储能单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种可预测的光储分布式能源管理系统，如图1所示，包括能源管理系统控制站1，能源管理系统控制站1通过控制器4分别连接光伏单元9和储能单元10，能源管理系统控制站1连接气象服务器3，气象服务器3采集第二天的气象数据，传输给能源管理系统控制站1，进行数据处理运算后，给光伏单元9以及储能单元10相应的运行指令。气象服务器3内存储至少一年以上的与云层运动情况对应的地面太阳能辐射量的历史数据，能源管理系统控制站1连接数据采集器2，数据采集器2连接光伏单元电能表6、储能单元电能表7和负载端电能表8，采集光伏单元9、储能单元10和负载端的电压、电流和用电量数据，能源管理系统控制站1连接数据存储服务器5，数据采集器2采集的信息保存至数据存储服务器5。

可预测的光储分布式能源管理系统的控制方法，流程框图如图2所示。以配置太阳能分布式发电和储能单元的某办公楼为实施对象，白天用电时间8小时，属于电价高的峰平时间段，每小时平均负荷为500kw，每天的用电量约为4000kwh，负荷稳定，布置了光储发电系统，光伏单元装机量为500kw，储能单元容量为4000kwh，办公楼所在地区太阳能资源丰富但有时也有阴雨天气。

系统控制的具体步骤为：

1、气象服务器通过从气象站收集到的第二天气象资料送至能源管理系统控制站。

2、能源管理系统控制站对第二天气象资料进行分析，主要原则是采集地球同步卫星拍摄的卫星云图推测云层运动情况，气象服务器内已存储了至少一年以上的云层运动情况对应的到达地面的太阳能辐射量的历史数据，并进行每年的数据叠加更新，通过太阳能辐射量与发电量计算模型，从而对光伏单元预计日发电量进行预测，估算出第二天光伏单元的发电量。

预计日上网发电量计算公式为：ep＝ha×paz×k/d，其中，ep为预计日上网发电量kw·h，ha为第二天太阳能辐射量kw·h/m²，paz为光伏单元安装容量kwp，k为综合效率系数，d为当年的天数。

预计储能夜间充电量计算公式为：ec＝we-ep-es，其中，ec为预计储能夜间充电量kw·h，we为白天平均用电量kw·h，ep为预计日上网发电量kw·h，es为电池剩余电量kw·h

根据当天气象服务器内存储的云层运动情况对应的到达地面太阳能辐射量的历史数据，查找出气象数据最接近第二天情况的历史数据所对应的太阳能辐射量为1500kw·h/m²，paz为500kw，k一般为0.8，当年有365天，ep＝ha×paz×k/1000/365＝1500*500*0.8/365＝1643.8kw·h。

将办公楼的用电量减去估算的第二天光伏单元的发电量再减去储能残余电量便是储能单元当天夜间的充电量，用于第二天补充光伏单元的发电不足，办公楼每天的用电量约为4000kwh，当天储能单元残余电量为300kwh，储能充电量ec＝we-ep-es＝4000-1643.8-300＝2056.2kwh。

3、能源管理系统控制站将充电量信息发送至控制器，控制器在夜间电价谷时间段通过市电充入相应的电量。

4、第二天白天电价高的峰平时间段光伏单元启动，开始发电，若用电负荷小于光伏单元的发电功率，则控制器将多余光伏发电量存入储能单元，若储能单元电量存满，则减小光伏单元发电功率，以匹配负载；若用电负荷大于光伏单元的发电功率，则控制器由储能单元进行放电补充；如果电池内的电量用尽，仍不能满足用电量，则利用市电进行补充。

5、数据采集器可通过光伏单元电能表、储能单元电能表和负载端电能表收集光伏单元、储能单元和负载端的电压电流和用电量等数据，并保存至数据存储服务器，用于做报表和数据分析。