一种基于光储系统的能量管理装置的制作方法

1.本发明涉及光储系统技术领域，尤其涉及一种基于光储系统的能量管理装置。


背景技术：

2.由于国家光伏补贴政策的鼓励，有些用电量大的居民(尤其是别墅居民)本身具有安装条件，在自家屋顶安装光伏电板和逆变器接入电网并网发电，随后又安装了锂电池储能变流器来存储用不完的光伏发电量，当前系统中包含有负荷(普通负荷和应急负荷)、光伏发电逆变器和储能变流器带锂电池储电等设备，目前很多此类系统中的光伏逆变器和储能变流器都是处于不受调控的运行状态，频繁出现白天光伏发电充足情况下锂电池却是满充状态导致多余光伏发电倒送到电网，傍晚是家庭用电高峰时段却用电网给锂电池充电存储等不合理用能现象。


技术实现要素：

3.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于光储系统的能量管理装置，对负载用电、光伏发电、储能电池进行管理和优化，杜绝上述不合理用能现象，提高用能效率，达到较好的经济性。
4.本发明提出一种基于光储系统的能量管理装置，包括：控制器、一端与电网连接第一电流传感器、一端与光伏逆变器连接的第二电流传感器、一端与负载连接的第三电流传感器、一端与储能变流器连接的第四电流传感器；第一电流传感器另一端分别与第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器另一端连接；控制器分别与第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器通讯连接；控制器还分别与光伏逆变器、储能变流器通讯连接；
5.所述控制器用于分别获取第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器检测的功率数据；
6.所述控制器还用于获取预设控制策略，根据预设控制策略与实时功率数据控制所述光伏逆变器和储能变流器的运行状态。
7.优选地，所述预设控制策略包括自用优先策略、定时充放电策略、防逆流策略、微电网策略、储能备电策略、电价最优策略。
8.优选地，所述自用优先策略具体包括：
9.s110：发送以mppt模式运行指令至光伏逆变器；
10.s120：获取第二电流传感器检测的功率值p2和第三电流传感器检测的功率值p3；判断是否p2》p3：若是转至步骤s130，反之转至步骤s140；
11.s130：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否满电：若是，则控制将多余光伏电能馈送至电网，并转至步骤s120；反之发送以不超过p2-p3功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s120；
12.s140：判断当前用电的时段类型，所述时段类型包括谷时段、平时段、峰时段；若为
平时段则使用电网供负载用电，并转至步骤s120；若为谷时段转至步骤s141；若为峰时段转至步骤s142；
13.s141：判断储能电池电量是否满电，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s120；反之则使用电网供负载用电，并发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s120；其中，表示储能变流器额定功率值；
14.s142：判断储能电池电量是否为空，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s120；反之则发送以不超过p3-p2功率使储能电池放电的指令至储能变流器，并转至步骤s120。
15.优选地，所述定时充放电策略具体包括：
16.s210：发送以mppt模式运行指令至光伏逆变器；
17.s220：获取第二电流传感器检测的功率值p2和第三电流传感器检测的功率值p3；判断是否p2》p3：若是转至步骤s230，反之转至步骤s240。
18.s230：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否满电：若是，则控制将多余光伏电能馈送至电网，并转至步骤s220；反之转至步骤s231；
19.s231：判断当前用电的时段类型，所述时段类型包括谷时段、平时段、峰时段；若为平时段或者峰时段，则发送以不超过p2-p3功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s220；若为谷时段，则发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s220；其中，表示储能变流器额定功率值；
20.s240：判断当前用电的时段类型，所述时段类型包括谷时段、平时段、峰时段；若为平时段则使用电网供负载用电，并转至步骤s220；若为谷时段转至步骤s241；若为峰时段转至步骤s242；
21.s241：判断储能电池电量是否满电，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s220；反之则使用电网供负载用电，并发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s220；
22.s242：判断储能电池电量是否为空，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s220；反之则发送以不超过p3-p2的功率使储能电池放电的指令至储能变流器，并转至步骤s220。
23.优选地，所述防逆流策略具体包括：
24.s310：获取第三电流传感器检测的功率值p0；
25.s320：发送以不超过p0功率的发电指令至光伏逆变器；
26.s330：预设第一延时时段，经过第一延时时段后获取第三电流传感器检测的功率值p3与第二电流传感器检测的功率值p2；
27.s340：判断是否p2≥p3；若是，则转至步骤s350；反之，则使用电网补足负载用电，并转至步骤s310；
28.s350：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否满电；若是，发送以不超过p3功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s310；反之，则发送以不超过功率的发电
指令至光伏逆变器，并转至步骤s360；其中，表示储能变流器额定功率值；
29.s360：预设第二延时时段，经过第二延时时段后获取第一电流传感器检测的功率值p1和第四电流传感器检测的功率值p4；
30.s370：判断是否p1＜0：若是，则发送以不超过p3+p4功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s360；反之则转至步骤s310。
31.优选地，所述第一电流传感器另一端通过第一控制开关k1分别与第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器另一端连接，所述控制器与第一控制开关k1通讯连接；所述微电网策略具体包括：
32.s410：控制打开第一控制开关k1；
33.s420：发送控制与储能变流器连接的储能电池为负载供电的指令至储能变流器；
34.s430：获取第三电流传感器检测的功率值p3，并发送以不超过p3功率的发电指令至光伏逆变器；
35.s440：预设第一延时时段，经过第一延时时段后获取第二电流传感器检测的功率值p2与第三电流传感器检测的功率值p3；
36.s450：判断是否p2≥p3；若是则转至步骤s460；反之则转至步骤s420；
37.s460：判断储能电池电量是否满电：若是，则转至步骤s420；反之则发送以不超过功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s470，其中，表示储能变流器额定功率值；
38.s470：预设第二延时时段，经过第二延时时段后转至步骤s460。
39.优选地，所述第一电流传感器与电网之间设有电压传感器，所述第一电流传感器另一端通过第一控制开关k1分别与第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器另一端连接，所述控制器与第一控制开关k1、电压传感器通讯连接；所述储能备电策略具体包括：
40.s510：控制闭合第一控制开关k1；
41.s520：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否为满电，若是，则转至步骤s540，反之则发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s530；其中，表示储能变流器额定功率值；
42.s530：获取第三电流器的检测的功率p3，发送以不超过功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s540；
43.s540：获取电压传感器检测的电压值，判断电网电压是否失压：若是，则控制断开第一控制开关k1，发送控制储能电池为负载供电的指令至储能变流器，并转至步骤s550；反之则转至步骤s520；
44.s550：再次获取电压传感器检测的电压值，判断电网失压是否恢复；若是，则控制闭合第一控制开关k1，并转至步骤s520；反之，持续控制储能电池为负载供电。
45.优选地，所述电价最优策略具体包括：
46.获取电价数据、光伏发电预测数据和负荷预测数据，建立最优电费调度模型；所述最优电费调度模型包括允许逆流模式和防逆流模式的最优电费调度模型；
47.根据所述最优电费调度模型确定执行策略，根据所述执行策略控制光伏逆变器和储能变流器运行状态。
48.优选地，所述所述第二电流传感器通过第二控制开关k2与光伏逆变器连接、第四电流传感器通过第四控制开关k4与储能变流器连接。
49.优选地，所述负载包括普通负载和应急负载；所述应急负载直接与第三电流传感器连接；所述普通负载通过第三控制开关k3与第三电流传感器连接。
50.本发明中，通过控制器分别获取第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器检测的功率；获取预设控制策略，根据预设控制策略与实时功率数据控制所述光伏逆变器和储能变流器的运行状态，实现了对负载、光伏发电、储能电池进行管理和优化，杜绝了不合理用能现象，提高家庭用能效率，达到较好的经济性。
51.本发明提出的预设控制策略，可以组合使用，控制实现多种模式下实现能量利用最佳化的管理。
52.本发明中，自用优先策略中，控制器控制光伏逆变器最大功率逆变输出，优先满足负载的需求，如光伏发电仍有余量且储能电池为非满充状态，余量给储能电池充电，如果充满电后仍有余量可以反送到电网出售。如果光伏发电功率较小不足以带载，可以和电网或者储能电池输出一起带载，实现了在保证经济性的前提下，充分利用光伏发电。
53.本发明中，定时充放电策略中，在谷时段在设定最大功率给储能电池充电、集中在峰时段释放给负载使用；一方面保证了用电的经济性，另一方面保证了储能电池在谷时段能够快速充满电。
54.本发明中，防逆流策略中，可以应用在自用优先策略、储能备电策略或者定时充放电策略的基础上，增加不可逆并网的要求；通过控制光伏限功率输出，检测负载功率；光伏逆变器发电如有余量，提升光伏输出功率，给储能电池充电，光伏输入不足带载时，可由电网给负载补充供电；保证了并光伏发电剩余能量不反送到电网，满足国网标准中对防逆流控制的要求。
55.本发明中，微电网策略中，无电网供电的场景下，储能电池以电压源方式离网输出带载；光伏发电充足，优先为负载供电，如有余量可给储能电池充电；如果光伏发电不足，光伏和电池一起为负载供电，实现了离网状态下，用电用能效率最大化。
56.本发明中，储能备电策略中，负载正常情况下由电网和光伏混合给电池和负载供电，电池如果非充满，随时补电确保处于满充状态；检测电网出现故障无法供电时，切换至离网状态，电池输出供电带载直至电量放空，一旦电网恢复供电，切回并网，给储能电池充电直至充满，本策略通过并离网模式切换控制供电，实现能量高效使用。
57.本发明中，电费最优策略中通过获取电价数据、光伏发电预测数据和负荷预测数据，建立最优电费调度模型，根据所述最优电费调度模型确定执行策略，在电费最优的情况下，最大化的提高光伏以及储能设备的利用率。
附图说明
58.图1为本发明提出的光储系统的能量管理装置结构示意图；
59.图2为本发明实施例提出的自用优先策略的流程示意图；
60.图3为本发明实施例提出的定时充放电策略的流程示意图；
61.图4为本发明实施例提出的防逆流策略的流程示意图；
62.图5为本发明实施例提出的微电网策略的流程示意图；
63.图6为本发明实施例提出的储能备电策略的流程示意图。
具体实施方式
64.如图1所示，图1为本发明实施例一种光储系统的能量管理装置结构示意图。
65.参照图1，本发明实施例提出的一种光储系统的能量管理装置2，包括：控制器205、与电网1依次连接的电压传感器200和第一电流传感器201、一端与光伏逆变器3连接的第二电流传感器202、一端与负载连接的第三电流传感器203、与储能变流器6连接的第四电流传感器204；第一电流传感器另一端通过第一控制开关k1分别与第二电流传感器202、第三电流传感器203、第四电流传感器204另一端连接；控制器205分别与电压传感器200、第一电流传感器201、第二电流传感器202、第三电流传感器203、第四电流传感器204通讯连接；控制器205还分别与光伏逆变器、储能变流器通讯连接；
66.本实施例中，光伏逆变器，可以是组串并网逆变器或者微型并网逆变器；储能变流器连接有储能电池。
67.本实施例中，第二电流传感器202一端通过第二控制开关k2与光伏逆变器3连接；第四电流传感器一端通过第四控制开关k4与储能变流器6连接的；负载包括普通负载4和应急负载5；应急负载5直接与第三电流传感器203连接；普通负载4通过第三控制开关k3与第三电流传感器203连接。
68.本实施例中，所述控制开关，可以采用接触器、继电器、可控硅、igbt、mosfet等器件实现。
69.本实施例中，第一电流传感器201、第二电流传感器202、第三电流传感器203、第四电流传感器204用于获取其位置的电流和功率，可以采用普通工频ct、罗氏线圈或者霍尔传感器等。
70.本实施例中，控制器205分别与电压传感器200、第一电流传感器201、第二电流传感器202、第三电流传感器203、第四电流传感器204通讯连接；本实施例中，控制器205获取预设时段内四个电流传感器位置的功率均值，分别为：第一电流传感器处p1表示电网功率，具体在电网供电时表示电网输出功率；余电上网时表示电网输入功率；第二电流传感器处p2表示光伏输出功率；第三电流传感器处p3表示负载功率、第四电流传感器处p4表示储能功率，具体在储能电池充电时表示充电功率，放电时表示放电功率。
71.如图1所示，本实施例中，控制器205实时检测ct1-ct4处的电流，通过io或者通讯组网的方式，管理、调度上述一次k1-k4四个开关，实现预定的控制策略，还可以接收来自服务器端的控制策略直接运行。
72.本实施例中，p1、p2、p3、p4分别代表上述4个ct位置的前15分钟功率均值，为储能变流器额定功率值；
73.本实施例中，控制器205可依据适应多种预设控制策略，根据预设控制策略与实时功率数据控制所述光伏逆变器和储能变流器的运行状态。
74.本实施例中，预设控制策略包括：自用优先策略、定时充放电策略、防逆流策略、储能备电策略、微电网策略、电价最优策略。
75.如图2所示，本实施例中，自用优先策略，具体包括：
76.s110：发送以mppt模式运行指令至光伏逆变器；
77.需要说明的是，光伏逆变器接受指令后控制光伏以最大功率模式输出光伏电能；本实施例中，自用优先策略情况下，所有控制开关均为关闭状态。
78.s120：获取第二电流传感器检测的功率值p2和第三电流传感器检测的功率值p3；判断是否p2》p3：若是转至步骤s130，反之转至步骤s140；
79.s130：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否满电：若是，则控制将多余光伏电能馈送至电网，并转至步骤s120；反之发送以不超过p2-p3功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s120；
80.s140：判断当前用电的时段类型，所述时段类型包括谷时段、平时段、峰时段；若为平时段则使用电网供负载用电，并转至步骤s120；若为谷时段转至步骤s141；若为峰时段转至步骤s142；
81.s141：判断储能电池电量是否满电，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s120；反之则使用电网供负载用电，并发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s120；其中，表示储能变流器额定功率值；
82.s142：判断储能电池电量是否为空，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s120；反之则发送以不超过p3-p2功率使储能电池放电的指令至储能变流器，并转至步骤s120。
83.需要说明的是，图示中pcs为储能变流器。
84.本实施例中，控制器控制光伏逆变器最大功率逆变输出，优先满足负载的需求，如光伏发电仍有余量且储能电池为非满充状态，余量给储能电池充电，如果充满电后仍有余量可以反送到电网出售。如果光伏发电功率较小不足以带载，可以和电网或者储能电池输出一起带载，实现了在保证经济型的前提下，充分利用光伏发电。
85.如图3所示，本实施例中，定时充放电策略具体包括：
86.s210：发送以mppt模式运行指令至光伏逆变器；
87.s220：获取第二电流传感器检测的功率值p2和第三电流传感器检测的功率值p3；判断是否p2》p3：若是转至步骤s230，反之转至步骤s240。
88.s230：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否满电：若是，则控制将多余光伏电能馈送至电网，并转至步骤s220；反之转至步骤s231；
89.s231：判断当前用电的时段类型，所述时段类型包括谷时段、平时段、峰时段；若为平时段或者峰时段，则发送以不超过p2-p3功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s220；若为谷时段，则发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s220；其中，表示储能变流器额定功率值；
90.s240：判断当前用电的时段类型，所述时段类型包括谷时段、平时段、峰时段；若为平时段则使用电网供负载用电，并转至步骤s220；若为谷时段转至步骤s241；若为峰时段转至步骤s242；
91.s241：判断储能电池电量是否满电，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤
s220；反之则使用电网供负载用电，并发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s220；
92.s242：判断储能电池电量是否为空，若是，则使用电网供负载用电，并转至步骤s220；反之则发送以不超过p3-p2的功率使储能电池放电的指令至储能变流器，并转至步骤s220。
93.本实施例中，定时充放电策略，在谷时段在设定最大功率给储能电池充电、集中在峰时段释放给负载使用；一方面保证了用电的经济性，另一方面保证了储能电池在谷时段能够快速充满电。
94.需要说明的是，本实施例中，当储能电池以最大功率充电时，在光伏发电满足负载的前提下，优先使用光伏发电余量为其充电，不足再使用电网补充充电。
95.如图4所示，本实施例中，防逆流策略具体包括：
96.s310：获取第三电流传感器检测的功率值p0；
97.s320：发送以不超过p0功率的发电指令至光伏逆变器；
98.s330：预设第一延时时段，经过第一延时时段后获取第三电流传感器检测的功率值p3与第二电流传感器检测的功率值p2；
99.s340：判断是否p2≥p3；若是，则转至步骤s350；反之，则使用电网补足负载用电，并转至步骤s310；
100.s350：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否满电；若是，发送以不超过p3功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s310；反之，则发送以不超过功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s360；其中，表示储能变流器额定功率值；
101.s360：预设第二延时时段，经过第二延时时段后获取第一电流传感器检测的功率值p1和第四电流传感器检测的功率值p4；
102.s370：判断是否p1＜0：若是，则发送以不超过p3+p4功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s360；反之则转至步骤s310。
103.本实施例中，防逆流策略中，可以应用在自用优先策略或者定时充放电策略的基础上，增加不可逆并网的要求；通过控制光伏限功率输出，检测负载；光伏逆变器发电如有余量，提升光伏输出功率，给储能电池充电，光伏输入不足带载时，可由电网给负载补充供电；保证了并光伏发电剩余能量不反送到电网，满足国网标准中对防逆流控制的要求。
104.如图5所示，本实施例中，微电网策略具体包括：
105.s410：控制打开第一控制开关k1；
106.需要说明的是，此时k2，k3，k4均处于闭合状态。
107.s420：发送控制与储能变流器连接的储能电池为负载供电的指令至储能变流器；
108.s430：获取第三电流传感器检测的功率值p3，并发送以不超过p3功率的发电指令至光伏逆变器；
109.s440：预设第一延时时段，经过第一延时时段后获取第二电流传感器检测的功率值p2与第三电流传感器检测的功率值p3；
110.s450：判断是否p2≥p3；若是则转至步骤s460；反之则转至步骤s420；
111.s460：判断储能电池电量是否满电：若是，则转至步骤s420；反之则发送以不超过功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s470，其中，表示储能变流器额定功率值；
112.s470：预设第二延时时段，经过第二延时时段后转至步骤s460。
113.如图6所示，本实施例中，储能备电策略具体包括：
114.s510：控制闭合第一控制开关k1；
115.需要说明的是，此时k2，k3，k4均处于闭合状态。
116.s520：判断与储能变流器连接的储能电池电量是否为满电，若是，则转至步骤s540，反之则发送以不超过功率为储能电池充电的指令至储能变流器，并转至步骤s530；其中，表示储能变流器额定功率值；
117.s530：获取第三电流器的检测的功率p3，发送以不超过功率的发电指令至光伏逆变器，并转至步骤s540；
118.s540：获取电压传感器检测的电压值，判断电网电压是否失压：若是，则控制断开第一控制开关k1，发送控制储能电池为负载供电的指令至储能变流器，并转至步骤s550；反之则转至步骤s520；
119.s550：再次获取电压传感器检测的电压值，判断电网失压是否恢复；若是，则控制闭合第一控制开关k1，并转至步骤s520；反之，持续控制储能电池为负载供电。
120.本实施例，所述电价最优策略具体包括：
121.获取电价数据、光伏发电预测数据和负荷预测数据，建立最优电费调度模型；所述最优电费调度模型包括允许逆流模式和防逆流模式的最优电费调度模型；
122.根据所述最优电费调度模型确定执行策略，根据所述执行策略控制光伏逆变器和储能变流器运行状态。
123.需要说明的是，在本实施例中，最优电费调度模型获取的是未来一天光伏的发电计划。
124.本实施例中，允许逆流模式下；控制光伏逆变器跑mppt最大功率输出，最优电费调度模型中光伏发电功率为一个常量，安排各时段储能设备的充放电策略，结合电网、光伏为负载供电策略，最大化的提高储能系统的使用效率；
125.本实施例中，防逆流模式下，采用动态调节模式控制光伏逆变器，在最优电费调度模型中光伏发电功率为一个变量，在保证用电费用最少、功率平衡的条件下得到未来一天内的光伏输出功率调节策略以及储能设备的充放电策略，最大化的提高光伏以及储能设备的利用率，并且降低弃光率。
126.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。