储能系统智能微网调峰控制器的制作方法

本发明涉及配电技术领域，具体是一种储能系统智能微网调峰控制器。

背景技术：

储能系统的主要功能之一是调峰，通过闲时充电、峰时放电，配合调度中心进行控制，能够对电网起到削峰填谷、无功补偿等作用，从而提升电能质量、提高供电可靠性。一个完整的储能系统由电池、bms电池管理系统、pcs储能变流器、规约转换器和ems电能管理系统组成，由ems电能管理系统实现调峰策略，同时对agc调度命令进行响应。ems系统一般在电脑后台实现，需要单独配置电脑，用户储能站还需要修建中控室放置ems后台，增加了项目成本和项目实施难度，而且ems系统运行在非实时操作系统上，对agc命令的响应具有一定的时延。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种储能系统智能微网调峰控制器，实现现场电气量采集、规约转换和调峰控制策略的功能集成，可以实现储能系统中的规约转换器和ems管理两大功能，在储能箱变布置较为分散或储能容量较小的应用场合具有较大优势，本发明的控制器可以就地安装在箱变开关柜上，具有完善的充放电控制策略，并能够实时响应agc调度控制命令。

本发明包括：通讯管理模块、数据采集模块和控制策略模块。通讯管理模块实现对pcs、bms的通讯集成，实时监测系统状态，并接收agc命令，在多机并列运行时，通过环网模式完成主从机之间的数据交互；数据采集模块采集进线、pcs、负荷电压电流，并计算出各路功率；控制策略模块是本发明的核心，对其它模块的数据进行汇总，实现削峰填谷、负荷跟踪、需量控制等策略，多机并列运行时，实现主机和各从机的控制策略，并将控制结果通过通讯管理模块输出至pcs执行。

所述的通讯管理模块，具体如下：

1、通过rs485、can和以太网接口连接pcs、bms、空调、电表等设备，读取设备电气量信息、并执行设置操作；

2、通过以太网接口连接调度，接收agc调度命令；

3、多机并列运行时，通过环网实现主从机数据交互；

4、可以通过rs485或以太网接口与后台通讯，将微网系统信息传输至后台，执行后台命令。

所述的数据采集模块，具体如下：

1、由fpga控制2片ad采集进线、pcs、负荷电流信号、母线电压信号，并发送至cpu；

2、通过fpga采集开入信号、控制开出等。

所述的控制策略模块，具体如下：

1、运行调峰策略；

2、多机并列运行时运行多机并联控制策略。

所述调峰策略有削峰填谷、需量控制和负荷跟踪，还有涓流充放电功能、动态需量控制功能和平时段充电量自学习功能；

多机并列运行时其中一台设置为主机，其他设置为从机，主从机之间的数据通过通讯控制模块的环网进行交互，主机根据本机和各从机的数据进行整体控制，并分配给各从机。

本发明有益效果在于：

一个完整的储能系统由电池、bms电池管理系统、pcs储能变流器、规约转换器和ems电能管理系统组成，由ems电能管理系统实现调峰策略，同时对agc调度命令进行响应。ems系统一般在电脑后台实现，需要配置单独的电脑，用户储能站还需要修建中控室放置ems后台，增加了项目成本和项目实施难度，而且ems系统都运行在非实时操作系统上，对agc命令的响应延时较长。本控制器可以实现储能系统中的规约转换器和ems管理两大功能，在储能箱变布置较为分散或储能容量较小的应用场合具有较大优势，本发明的控制器可以就地安装在箱变开关柜上，具有完善的充放电控制策略，并能够实时响应agc调度控制命令。

附图说明

图1是本发明实施例的硬件结构示意图。

图2是本发明实施例的单机系统示意图。

图3是本发明实施例的多机并联时的拓扑结构示意图。

图4是本发明实施例的多机并联时的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

本实施例的储能系统智能微网控制器，包括通讯管理模块、数据采集模块和控制策略模块。图1是本实施例的硬件结构示意图，各模块工作原理如下：

①通讯管理模块主要由cpu2和fpga2构成。

fpga2扩展出串口和can接口，串口用于集成pcs、空调等设备信息，can接口用于集成bms信息。cpu2读取信息后将其通过以太网接口发送至cpu1，用于策略控制；通过串口接4g模块转发至云端，用于远程监控。

cpu2具有3个以太网接口，一个用于与cpu1进行数据交换，一个用于接收agc命令，另一个用于多机并联时的联机接口。

cpu2接收到agc命令后立即发送命令至pcs执行，同时通知cpu1当前处于agc控制模式。

②数据采集模块由fpga1和ad构成。fpga1控制ad进行模拟量采样，实现母线电压、进线电流、负荷电流和pcs电流的数据采集；同时fpga1实现开入的采集和防抖处理，开出控制等功能。cpu1通过数据总线可以定时读取采集数据。

③控制策略模块主要由cpu1和外围存储器件flash、外部ram等构成。cpu1通过数据总线定时读取数据采集模块的采集数据，并通过计算得出进线功率、负荷功率、pcs功率，必要时控制开出跳闸。cpu1通过以太网读取通讯管理模块集成的pcs、bms实时数据，通过策略处理后将返回的执行结果再发送至通讯管理模块执行。

图2是单机系统示意图，装置实时监测m1点进线功率pm1，m2点充放电功率pm2，m3点负荷功率pm3。

调峰控制策略有：削峰填谷、需量控制、负荷跟踪；此外还具有涓流充放电功能、动态需量控制功能和平时段充电量自学习功能。

上述的动态需量控制实现方法为：首先根据数据采集模块采集的电压电流计算出进线功率，统计近一周内每天的最大进线功率作为当天的历史需量值。动态需量控制模式有日模式和周模式可选，周模式选用一周前的历史需量，日模式时选用前一天的历史需量进行需量控制，具体的控制方式如下：

实时监测进线功率pm1，负荷功率pm3,当pm1增大，超过选取的历史需量值pmax时，如果当前处于充电状态，则迅速降低充电功率pm2，使pm1控制在pmax之下；如果当前处于放电状态，则迅速提高放电功率pm2，同样控制pm1小于pmax。

上述的充电功率和放电功率pm2计算公式为pm2=pmax–pm3；假设充电功率为正，放电功率为负。

平时段充电量自学习功能的实现方法为：统计近一周内每天的第二放电时段的电池历史放电量△soc=进入该放电时段时的电量soc1–出该放电时段时的电量soc2，平时段需要充的电池电量达到该历史放电量时，即停止充电，保证平时段充电量与随后的放电时段放电量持平，实现经济效益的最大化。

上述的平时段充电量学习模式具有日模式和周模式可选，周模式下取一周前的第二放电时段的放电量，日模式取前一天第二放电时段的放电量，计算出当前的平时段充电停止阈值。

图3是多机并联时的拓扑结构示意图，多台控制器通过装置自带的环网板连接成一个环网局域网，设置其中一台为主机，其他为从机，主机接收所有从机的各自pcs功率和各从机状态，并根据进线功率计算出负荷功率。

图4是多机并联时的系统示意图。

本控制器最多支持33台主从机（1主32从）联机充放电。当多台储能柜在一个微网系统中时，为防止各储能柜独自运行时出现补偿总功率与负载不匹配的情况，由主机读取各从机的信息量，再对各从机的充放电功率按照各自设定的电池容量比例进行统筹分配。

图中m2点功率可以加装电流互感器由主机进行采集计算得出，在一些不方便加装互感器的现场可以通过各主从机的功率计算得出:pm2=pm21+pm22+…+pm2n。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。