一種多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端裝置

張志峰　桂勇華　張福興

在能源領(lǐng)域，隨著風(fēng)、光、充、儲的發(fā)展，促使能源管理系統(tǒng)綜合運用嵌入式計算技術(shù)、邊緣計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、能源優(yōu)化協(xié)調(diào)控制技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換存儲技術(shù)，將風(fēng)力、光伏等間隙性可再生能源與儲能系統(tǒng)、各類可控負(fù)載的友好互動，實現(xiàn)能源的穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟利用。一種多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制裝置，在能源管理系統(tǒng)中作為區(qū)域級“協(xié)管員”，在區(qū)域范圍內(nèi)承擔(dān)場景進(jìn)程推進(jìn)的細(xì)粒度任務(wù)。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示.基于分布式插件架構(gòu)，主要的功能插件包含：AI插件、L/O插件、通信插件、邏輯控制插件、遠(yuǎn)程管控插件。

AI插件實現(xiàn)模擬量信號采集。AI插件采集協(xié)調(diào)控制終端覆蓋的區(qū)域電網(wǎng)與上級電網(wǎng)公共連接點的電壓、電流、頻率等工頻信號量，實時測量區(qū)域電網(wǎng)的總的有功、無功負(fù)荷。

L/O插件實現(xiàn)開關(guān)量的采集和控制。I/O插件采集各個分布支路及并網(wǎng)支路的開關(guān)位置信息，作為區(qū)域電網(wǎng)及多能物聯(lián)管控中區(qū)域控制的輔助依據(jù)。區(qū)域性電網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)在發(fā)生故障時，協(xié)調(diào)控制終端執(zhí)行電網(wǎng)異常響應(yīng)控制邏輯，通過I/O插件自動斷開PCC處的控制器開關(guān)切除分布式電源，停止供電并對供電系統(tǒng)進(jìn)行故障維護(hù)和檢修，防止了停電區(qū)域范圍的擴大，保證了配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定地正常運行：當(dāng)上級電網(wǎng)側(cè)線路發(fā)生短路故障或者停電時，協(xié)調(diào)控制終端迅速檢測到孤島，在上級電網(wǎng)線路自動重合閘之前切斷PCC處的開關(guān)。在上級電網(wǎng)故障消除和恢復(fù)供電，或重點區(qū)域性電網(wǎng)故障消除后，根據(jù)多能物聯(lián)管控平臺下達(dá)的指令，通過L/O插件控制重新并網(wǎng)或恢復(fù)供電。

通信插件實現(xiàn)與區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)各層設(shè)備通信以進(jìn)行信息交互和數(shù)據(jù)共享。通信插件設(shè)計HPLC高速電力載波通信接口，與多能物聯(lián)通信終端連接：提供以太網(wǎng)口及光纖通信接口，可以經(jīng)過交換機與區(qū)域內(nèi)的設(shè)備實現(xiàn)以太網(wǎng)通信。通信插件核心是物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，通過ModBus-RTU、HPLC高速電力載波等通信協(xié)議，協(xié)調(diào)控制終端借此實現(xiàn)對各類電力設(shè)備的通信和控制。

邏輯控制插件負(fù)責(zé)完成實時性的控制策略及控制算法的處理。邏輯控制插件對采集的工頻信號量進(jìn)行幅值、相位處理及分析，精準(zhǔn)控制區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)開關(guān)實現(xiàn)設(shè)備的投切;對區(qū)域內(nèi)負(fù)荷進(jìn)行分析，可實現(xiàn)區(qū)域負(fù)荷的預(yù)測及削峰填谷;根據(jù)多能物聯(lián)管控平臺下發(fā)的交換功率，按預(yù)定策略調(diào)節(jié)可再生能源發(fā)電出力、調(diào)節(jié)儲能充放電，最大化可再生能源利用并提高各儲能電池的一致性。

遠(yuǎn)程管控插件接受多能物聯(lián)管控平臺的直接管控，完成本轄區(qū)各類設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。遠(yuǎn)程管控插件運行適用于不同場景的APP（如實時交易APP、智能計量APP等），完成包括負(fù)荷管理、預(yù)測預(yù)警、費控管理等功能。

2功能描述

2.1數(shù)據(jù)采集功能

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》關(guān)于在數(shù)據(jù)采集和信號處理中對量測工程項目的技術(shù)要求，多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端采集配電網(wǎng)側(cè)、區(qū)域電網(wǎng)母線的工頻信號量，得到電壓電流的基波實時值，由FFT計算可獲得各次諧波值，通過軟件算法，可進(jìn)一步計算得到有功功率、無功功率、功率因數(shù)等基礎(chǔ)電氣量，以及負(fù)序電壓、零序電壓、零序電流等用于保護(hù)的電氣量，以及電壓正負(fù)偏差、電壓不平衡度等與電能質(zhì)量密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，并由硬件電路測得頻率量。對于分布電源側(cè)、儲能側(cè)、分級負(fù)荷側(cè)的量測數(shù)據(jù)主要通過通信的方式從各支路的測控裝置中獲取。

2.2遠(yuǎn)程管理功能

多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端的遠(yuǎn)程管控插件.基于Linux操作系統(tǒng)、ESDK開放平臺、5G、物聯(lián)網(wǎng)Agent等技術(shù)，搭建邊緣計算環(huán)境。協(xié)調(diào)控制終端可基于邊緣計算環(huán)境從多能物聯(lián)管控平臺下載、更新、卸載各類應(yīng)用APP，實現(xiàn)裝置運行控制策略的遠(yuǎn)程管控。

2.3智能計量功能

多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端計量統(tǒng)APP，能夠通過自動測量和分析讀取區(qū)域性電網(wǎng)中的電、熱、氣、水等能源的平均消耗量和生產(chǎn)量，形成一個實時的用戶資料，合理地管理計量數(shù)據(jù)，并將計量結(jié)果發(fā)送到有關(guān)各方，以此作為多能物聯(lián)管控平臺電源需求側(cè)的信息來源。對于每一個用戶來說，所有的測量數(shù)據(jù)均可以通過每一個用戶的室內(nèi)網(wǎng)在一臺電腦上進(jìn)行顯示。因此，用戶可以直觀地查看自己正在消費或生產(chǎn)的電能以及相應(yīng)的費用等信息，從而對其進(jìn)行合理調(diào)整和控制。

2.4能源交易功能

多能物聯(lián)管控平臺根據(jù)電源運行參數(shù)、市場數(shù)據(jù)、終端采集的區(qū)域電網(wǎng)數(shù)據(jù)和智能計量數(shù)據(jù)，對各個電源進(jìn)行控制，參與電力市場交易。協(xié)調(diào)控制終端實時交易APP響應(yīng)多能物聯(lián)管控平臺的各種控制指令，執(zhí)行對應(yīng)的控制策略實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)運營。針能源交易業(yè)務(wù)，協(xié)調(diào)控制終端下轄的區(qū)域電網(wǎng)，可以作為一個整體參與多能物聯(lián)管控平臺的分級管理。管控平臺可以根據(jù)對配電網(wǎng)的經(jīng)濟運營分析、需求側(cè)管理分析等，給各區(qū)域協(xié)調(diào)控制終端下發(fā)交換功率確定值，從而實現(xiàn)整個配電網(wǎng)的最優(yōu)運營。協(xié)調(diào)控制終端按管控平臺下發(fā)的交換功率確定值，適當(dāng)?shù)乜刂茀^(qū)域分布式發(fā)電輸出功率、儲能系統(tǒng)充放電功率等，在保障區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的經(jīng)濟安全和正常運行條件的必要前提下按規(guī)定交換功率運行。

2.5調(diào)峰調(diào)頻功能

針對虛擬電廠調(diào)峰、調(diào)頻業(yè)務(wù)，多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端，調(diào)節(jié)區(qū)域電網(wǎng)的出力提供給電力平衡市場。平時協(xié)調(diào)控制終端接收多能物聯(lián)管控平臺的綜合出力分配，調(diào)節(jié)區(qū)域電網(wǎng)的儲能形成備用，獲取備用費補償;當(dāng)電網(wǎng)過載時，協(xié)調(diào)控制終端可以在幾分鐘內(nèi)調(diào)整區(qū)域電網(wǎng)出力，控制區(qū)域電網(wǎng)中儲能系統(tǒng)完成調(diào)頻功能，并獲得額外的調(diào)頻服務(wù)費。

3應(yīng)用場景

3.1小區(qū)電動汽車有序充電

小區(qū)電動汽車有序充電需要實現(xiàn)兩個控制目標(biāo)：第一，提高設(shè)備利用率，減少區(qū)域變壓器裝機容量建設(shè)：第二，以峰谷電費差，利用價格杠桿引導(dǎo)用戶有序用電。

小區(qū)電動汽車大規(guī)模的充電需求.要求小區(qū)配電具有較大的容量。但老舊居民小區(qū)的配電容量有限，由于線路和規(guī)劃原因，擴容困難：新建居民小區(qū)的配電容量基于經(jīng)濟性也不能無限增加。多能物聯(lián)協(xié)調(diào)控制終端通過實時監(jiān)測居民小區(qū)內(nèi)的負(fù)荷狀態(tài)，調(diào)撥閑置負(fù)荷提供給充電設(shè)備：在負(fù)荷緊張的情況下，建立充電隊列：在其他設(shè)備負(fù)荷降低的情況下，安排充電設(shè)備有序充電;在閑置負(fù)荷不滿足其他設(shè)備負(fù)荷需求的情況下，降低充電設(shè)備功率或退出充電，如果充電設(shè)備未按要求降低功率或退出充電，切斷其電源輸入，保障居民正常生活的使用負(fù)荷。通過協(xié)調(diào)控制終端的優(yōu)化控制，平衡峰谷負(fù)荷，減少無序充電對電網(wǎng)的沖擊，并減少居民小區(qū)配電容量的不必要增加。