CN117713165A - 一种能量管理装置和能量管理*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了，一种能量管理装置，包括：网关和储能装置。储能装置用于与负载和交流电网电连接，储能装置基于网关的控制信号调整充电功率或放电功率。网关用于，接收检测信号，检测信号用于指示交流电网的实际输出功率；响应于实际输出功率大于目标功率，向储能装置发送第一控制信号，第一控制信号用于指示储能装置减小充电功率或增加放电功率；响应于实际输出功率小于目标功率，向储能装置发送第二控制信号，第二控制信号用于指示储能装置减小放电功率或增加充电功率。通过交流电网的实时输出功率和目标功率调整储能装置的充放电功率，可以精准控制总负载功率，使得交流电网的输出功率逼近目标功率，提高供电的可靠性。

Description

一种能量管理装置和能量管理***

技术领域

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种能量管理装置和能量管理***。

背景技术

随着全球对于可再生能源的关注和需求增加，越来越多的分布式能源如太阳能、风力发电和储能***被广泛采用，例如大量通信基站中部署有锂电储能***。为了更好地整合和管理这些分散的能源资源，虚拟电厂(virtual power plants，VPP)技术应运而生。

部署有分布式能源的设备通过聚合方式控制设备中总负载功率变化来参与虚拟电厂的辅助服务，这些设备可以通过响应虚拟电厂需求，以获取收益及降低用电成本。为了参与虚拟电厂的辅助服务，部署有分布式能源的设备需要控制设备的总负载功率，其中，设备的总负载功率包括设备内部直流负载的功耗和储能装置的功率，具体的，当部署有分布式能源的设备接受到虚拟电厂的目标功率指令时，需要控制设备的总负载功率满足目标功率。

但是设备内部直流负载功耗存在实时变化，如何精准控制设备的总负载功率以满足目标功率，成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种能量管理装置和能量管理***，通过该能量管理装置和该能量管理***可以控制储能装置的充电和放电以控制设备的总负载功率，使得设备的总负载功率满足目标功率，从而参与虚拟电厂的辅助服务以降低用电成本。

第一方面，提供了一种能量管理装置，包括：网关和储能装置。储能装置用于与负载电连接且与交流电网电连接，储能装置用于基于网关的控制信号调整充电功率或放电功率。网关用于，接收检测信号，检测信号用于指示交流电网的实际输出功率；响应于实际输出功率大于目标功率，向储能装置发送第一控制信号，第一控制信号用于指示储能装置减小充电功率或增加放电功率；响应于实际输出功率小于目标功率，向储能装置发送第二控制信号，第二控制信号用于指示储能装置减小放电功率或增加充电功率。

应理解，本申请实施例中，储能装置可以被视为设备总负载的一部分，由于储能装置与交流电网和负载都连接，交流电网与负载电连接，所以交流电网的输出功率等于储能装置的充放电功率和负载的功率之和，储能装置的充放电功率指的是储能装置的充电功率或放电功率，储能装置在一个时间内只能是充电状态或放电状态。

本申请中，目标功率指的是交流电网的目标输出功率，目标功率可以根据实际需求进行设定，例如，在电价较高的时段，将目标功率设定为较小值，在电价较低的时段，将目标功率设定为较大值。

上述方案中，能量管理装置中的网关可以根据交流电网的实时输出功率和目标功率调整储能装置的充放电功率，通过调整储能装置的充放电功率可以精准控制设备的总负载功率，使得交流电网的输出功率逼近目标功率，提高基站供电的可靠性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在向储能装置发送第一控制信号或第二控制信号前，网关还用于，向储能装置发送第三控制信号，第三控制信号用于指示储能装置调整功率为0以保持储能装置处于不充电且不放电的状态，且指示储能装置调整剩余电量百分比为设定值。

其中，储能装置的剩余电量百分比的设定值可以根据具体的使用需求确定，示例性的，该设定值可以为50％。

上述方案中，在调整前保持储能装置的功率为0，储能装置的剩余电量百分比为设定值可以避免在调整储能装置充放电功率时调整的幅度太大引起调整不及时或调整量超出范围，提高供电的可靠性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，网关还用于，接收网管发送的调节信号，调节信号用于指示功率偏差量，功率偏差量是网管基于多个网关发送的调整储能装置充电功率或放电功率后交流电网的实际输出功率和多个网关对应的目标功率确定的，网管与多个网关通信连接；向储能装置发送第四控制信号，第四控制信号用于指示储能装置充电功率或放电功率的变化量为功率偏差量。

在一种可能的实现方式中，目标功率是网关发送给网关的。

上述方案中，网关可以在对储能装置进行调整后，根据其他设备的调整情况对储能装置的充放电功率作进一步调整，实现整个供电***内电能的合理分配，提高供电效率，降低用电成本。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，网关还用于获取调整储能装置充放电功率后交流电网的实际输出功率并发送给网管，网管覆盖多个基站。

通过上报调整后交流电网的输出功率，可以给网管反馈一个调整结果，以便于网管做后续的控制，提高控制的实时性和准确性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，网关与网管通过IP协议通信。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，网关通过CAN与储能装置通信连接。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，网关通过RS485与检测单元通信连接。

第二方面，提供了一种能量管理***，该能量管理***包括：网管和至少一个第一方面及其实现方式中的能量管理装置。其中，网管与能量管理装置通信连接。网管用于向至少一个能量管理装置发送控制信号，控制信号用于指示交流电网的目标功率。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，网管还用于接收至少一个能量管理装置发送的调整储能装置充放电功率后交流电网的实际输出功率。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，网管还用于向能量管理装置发送调节信号，调节信号用于指示功率偏差量，功率偏差量是基于至少一个能量管理装置发送的调整储能装置充放电功率后交流电网的实际输出功率和至少一个能量管理装置对应的交流电网的目标功率确定的。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，能量管理装置与网管通过IP协议通信。

附图说明

图1示出了本申请提供的应用场景的示意图。

图2示出了本申请提供的通信设备的示意性结构图。

图3示出了本申请提供的一调节储能装置的充放电功率的逻辑图。

图4示出了本申请提供的又一调节储能装置的充放电功率的逻辑图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

图1示出了本申请提供的应用场景的示意图。本申请可以是一种能量管理***，可以应用在VPP场景下，如图1所示，网管可以服务于多个第一设备，网管可以与多个第一设备建立通信，第一设备可以与交流电网电连接。

示例性的，网管与第一设备通过4G或IP协议建立通信连接。

本申请实施例中，网管包括聚合管理分布式站点网关的云平台。

示例性的，网管可以包括云端能量管理***(energy management system，EMS)。

本申请实施例中，网管可以监控、控制和优化第一设备中电能的分配和使用，它可以通过监控和控制各个第一设备中储能装置的运行状态和能量流动方式，以实现电能的有效管理。具体的，它可以根据可再生能源的供应情况和电网的需求情况，动态地调整储能装置的运行模式和能量分配方式，实现供需平衡，提高可再生能源的利用效率。它还可以监控电网的负荷状况和电力的供应情况，并根据需求自动调节储能装置的充放电时间和电流，以平衡供需关系，保障电力***的稳定运行。

示例性的，网管可以基于“削峰填谷”调整储能装置的运行模式和能量分配方式，当处于用电峰段时，电价较高，网管可以将储能装置调整为放电模式，并减小分配的交流电网的功率；当处于用电谷段时，电价较低，网管可以将储能装置调整为充电模式，并增加分配的交流电网的功率。

本申请实施例中，将部署有分布式能源的设备称为第一设备，示例性的，第一设备可以是包含储能装置的通信设备或包含光伏发电***的户用负载。下面以通信设备为例结合图2介绍第一设备的结构示意图。

图2示出了本申请提供的通信设备的示意性结构图，该通信设备包括但不限于基站等用于进行无线通信的设备。

如图2所示，通信设备包括能量管理装置、检测单元和负载。其中，能量管理装置用于控制通信设备的总负载功率，检测单元用于检测交流电网的实际输出功率，交流电网的实际输出功率等于通信设备的总负载功率。能量管理装置与图1中的网管通信连接，负载与交流电网电连接，能量管理装置与负载和交流电网的连接点电连接。

该负载可以包括基站等需要通过电能工作的电子器件或设备，例如，该负载在直流电下工作，该负载的额定电压为48伏。

在一种可能的实现方式中，通信设备还包括功率变换器，交流电网通过功率变换器与负载电连接，交流电网还可以通过功率变换器与储能装置电连接，示例性的，功率变换器包括交流转直流(alternating current to direct current，AC/DC)变换器，从而将交流电网输入的交流电转换为直流电以供负载使用或将交流电网输入的交流电转换为直流电以存储在储能装置中，该功率变换器还可以包括直流转直流(direct current todirect current，DC/DC)变换器，一方面可以通过DC/DC变换器将AC/DC变换器输出的直流电的电压转换为负载或储能装置的工作电压，另一方面可以通过DC/DC变换器对AC/DC变换器输出的直流电进行稳压处理。

能量管理装置包括网关和储能装置，网关与储能装置通信连接，储能装置与负载和交流电网的连接点电连接。

本申请实施例中，通信设备的总功率由负载和储能装置共同决定，应理解，本申请实施例中，储能装置可以存储来自交流电网电能，也可以向负载释放电能，所以储能装置的功率可以分为充电功率和放电功率，简称为充放电功率。

在一种可能的情况下，交流电网给负载和储能装置提供电能，储能装置处于充电状态，通信设备的总负载功率为负载的功率加上储能装置的充电功率。

在一种可能的情况下，交流电网和储能装置给负载提供电能，储能装置处于放电状态，通信设备的总负载功率为负载的功率减去储能装置的放电功率。

储能装置可以与网关建立通信连接并根据网关的信号调整储能装置的充放电功率。

示例性的，储能装置包括智能锂电，储能装置和网关通过CAN建立通信连接。

储能装置包括电池侧功率变换器和多个电池(簇)，电池侧功率变换器包括多个DC/DC变换器，即，一个电池侧功率变换器也可以称为一个DC/DC变换器组。电池侧功率变换器用于对多个电池(簇)进行功率变换，例如，充电控制和放电控制。

在一种可能的实现方式中，储能装置还包括控制器，控制器用于基于网关的信号控制DC/DC变换电路器以调整储能装置的充电功率或放电功率。

本申请实施例中，网关指的是位于通信设备内部的设备或***，用于连接和协调通信设备内的边缘设备和网络，以实现数据的汇聚、处理和转发。网关可以与图1中的网管通信连接，还可以与检测单元建立通信连接。其中，网关可以从网管获取交流电网的目标功率，从检测单元获取交流电网的实际输出功率，进一步的，网管可以根据交流电网的目标功率和交流电网的实际输出功率调节储能装置的充放电功率。

示例性的，检测单元是电表，网关通过RS485与检测单元建立通信。

需要说明的是，图2中通信设备包括一个负载仅为示例，本申请对通信设备中负载的个数不做限定，示例性的，若通信设备包括多个负载，则通信设备中还可以包括功率分配器，功率分配器的输入端与功率变换器的输出端连接，该功率变换器的输入端与交流电网连接，并且功率分配器的输入端与电池侧功率变换器的母线侧端口连接。具体地说，功率分配器的输入端包括正极输入端和负极输出端，该功率分配器的正极输入端连接于上述正极母线，该功率分配器的负极输入端连接于上述负极母线。功率分配器的多个输出端分别与多个负载一一对应连接，从而，功率分配器能够将从输入端输入的直流电通过各输出端口输出至各负载。另外，该功率分配器还可以实现短路保护或过压保护等功能。

需要说明的是，图2中通信设备包括一个储能装置仅为示例，本申请对通信设备中储能装置的个数不做限定，并且对储能装置之间通过串联还是并联连接不做限定。

需要说明的是，图2中的通信设备仅为本申请中第一设备的示例，本申请对第一设备的具体种类不做限定。

图2中能量管理装置可以调整通信设备的总负载功率，具体的，能量管理装置通过调节储能装置的充放电功率调整通信设备的总负载功率，图3示出了本申请提供的一调节储能装置的充放电功率的逻辑图，该能量管理装置位于第一设备中。

如图3所示，网关获取交流电网的目标功率，交流电网的目标功率与第一设备的总负载功率等价。

在一种可能的实现方式中，网管向网关发送调整信号，调整信号包括该第一设备内交流电网的目标功率，示例性的，调整信号可以是调峰指令或调频指令，其中，若控制信号是调频指令，则网关控制储能装置的功率为0以保持储能装置处于不充电且不放电的状态，且控制储能装置的剩余电量(state of charge，SOC)百分比为设定值。

本申请中控制储能装置处于不充电且不放电的状态，且控制储能装置的SOC为设定值的目的是防止在调整储能装置充放电功率时调整的幅度太大引起调整不及时或调整量超出范围，其中，SOC百分比的设定值可以根据实际需要进行设定。

示例性的，储能装置的SOC百分比的设定值为50％。

需要说明的是，本申请实施例中，网关通过向储能装置发送控制信号以控制储能装置的充电功率或放电功率，储能装置可以基于控制信号调节其充电功率或放电功率。

示例性的，储能装置包括控制器、电池装置和DC/DC变换器，DC/DC变换器的一端与电池装置电连接，另一端用于与负载和交流电网电连接，控制器用于基于网关的控制信号控制DC/DC变换器以调整储能装置的充电功率或放电功率。

网关还获取交流电网的实际输出功率，在一种可能的实现方式中，网关接收检测单元发送的检测信号，检测信号用于指示交流电网的实际输出功率。

网关基于检测信号和调整信号调整储能装置充放电功率。具体的，若交流电网的实际输出功率大于交流电网的目标功率，则网关向储能装置发送第一控制信号，第一控制信号用于指示储能装置减小充电功率或增加放电功率；若交流电网的实际输出功率小于交流电网的目标功率，则网关向储能装置发送第二控制信号，第二控制信号用于指示储能装置减小放电功率或增加充电功率。

网关再通过检测单元获取调整后交流电网的实际输出功率，网关可以再根据调整后交流电网的实际输出功率重复上述动作，直到交流电网的实际输出功率等于交流电网的目标功率。

需要说明的是，本申请实施例对于确定交流电网的目标功率的方式和依据不做限定，例如，可以根据第一设备参与现货市场错峰、需求侧响应、调峰、调频和削峰填谷等确定交流电网的目标功率。

上述方案中，能力管理装置中的网关可以根据交流电网的实际输出功率和目标功率闭环控制储能装置的充放电功率，从而控制第一设备的总负载功率，使得交流电网的输出功率逼近目标功率，提高第一设备供电的可靠性。通过引入交流电网的实际输出功率，可以避免由于负载发送变化导致的控制精度降低，提高精确性。

图3针对的是交流电网在单个第一设备中的输出功率，在图1中可以看出，网管可以同时服务于多个第一设备，即网管可以与多个网关通信，在该多个网关中，可能会有部分网关因为故障未能及时调整交流电网的实际输出功率导致该多个第一设备构成的***中交流电网的总输出功率不满足预设目标。网管可以统筹多个第一设备中交流电网的输出功率以实现对该多个第一设备构成的***中交流电网的总输出功率的优化。图4示出了本申请提供又一的调节储能装置的充放电功率的逻辑图。

如图4所示，网管接收N个网关发送的交流电网的实际输出功率，其中，每个网关对应一个交流电网的实际输出功率。

在一种可能的实现方式中，N个网关发送的交流电网的实际输出功率是该N个网关通过图3调整后的交流电网的实际输出功率。

网管获取N个网关对应的交流电网的目标功率和。

在一种可能的实现方式中，网管从VPP获取N个网关对应的交流电网的目标功率和。

网管根据N个网关发送的交流电网的实际输出功率与N个网关对应的交流电网的目标功率和确定偏差量，具体的，将N个网关发送的交流电网的实际输出功率的和与N个网关对应的交流电网的目标功率和做差可以确定偏差量。

网管选择M个网关，将偏差量分配给M个网关，M个网关根据偏差量向储能装置发送控制信号以指示储能装置调节充放电功率，调节的变换量为网管发送的偏差量，使得N个网关发送的交流电网的实际输出功率的和与N个网关对应的交流电网的目标功率和相等，M是小于或等于N的正整数。

需要说明的是，本申请中对于网管选择M个网关的方法不做限定，示例性的，网管可以根据优先级由低到高选择，也可以随机选择。

应理解，图4和图3并不冲突，图4可以在图3调整的基础上再进行微调。

上述方案中，网关可以根据其他第一设备的情况对储能装置的充放电功率作进一步调整，实现整个第一设备***内电能的合理分配，提高供电效率，降低用电成本。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，网管，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种能量管理装置，其特征在于，包括：

网关和储能装置；

所述储能装置用于与负载电连接且与交流电网电连接，所述储能装置用于基于所述网关的控制信号调整充电功率或放电功率；

所述网关用于，

接收检测信号，所述检测信号用于指示所述交流电网的实际输出功率，

响应于所述实际输出功率大于目标功率，向所述储能装置发送第一控制信号，所述第一控制信号用于指示所述储能装置减小充电功率或增加放电功率，

响应于所述实际输出功率小于所述目标功率，向所述储能装置发送第二控制信号，所述第二控制信号用于指示所述储能装置减小放电功率或增加充电功率。

2.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，在向所述储能装置发送所述第一控制信号或所述第二控制信号前，所述网关还用于，

向所述储能装置发送第三控制信号，所述第三控制信号用于指示所述储能装置调整功率为0以保持所述储能装置处于不充电且不放电的状态，且指示所述储能装置调整剩余电量百分比为设定值。

3.根据权利要求1或2所述的能量管理装置，其特征在于，所述网关还用于，

接收网管发送的调节信号，所述调节信号用于指示功率偏差量，所述功率偏差量是所述网管基于多个所述网关发送的调整所述储能装置充电功率或放电功率后所述交流电网的实际输出功率和多个所述网关对应的所述目标功率确定的，所述网管与多个所述网关通信连接；

向所述储能装置发送第四控制信号，所述第四控制信号用于指示所述储能装置充电功率或放电功率的变化量为所述功率偏差量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的能量管理装置，其特征在于，所述网关还用于，

获取所述储能装置调整充电功率或放电功率后所述交流电网的实际输出功率并发送给网管。

5.根据权利要求3或4所述的能量管理装置，其特征在于，所述网关与所述网管通过IP协议通信。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的能量管理装置，其特征在于，所述网关通过CAN与所述储能装置通信连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的能量管理装置，其特征在于，所述网关通过RS485与检测单元通信连接，所述检测单元用于检测所述交流电网的实际输出功率。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的能量管理装置，其特征在于，所述目标功率是网关发送给所述网关的。

9.一种能量管理***，其特征在于，包括：网管和至少一个如权利要求1至8中任一项所述的能量管理装置；

所述网管与至少一个所述能量管理装置通信连接；

所述网管用于向至少一个所述能量管理装置发送控制信号，所述控制信号用于指示交流电网的目标功率。

10.根据权利要求9所述的能量管理***，其特征在于，所述网管还用于接收所述至少一个能量管理装置发送的调整储能装置充放电功率后所述交流电网的实际输出功率。

11.根据权利要求10所述的能量管理***，其特征在于，所述网管还用于向所述能量管理装置发送调节信号，所述调节信号用于指示功率偏差量，所述功率偏差量是基于所述至少一个能量管理装置发送的调整储能装置充放电功率后所述交流电网的实际输出功率和所述至少一个能量管理装置对应的所述交流电网的目标功率确定的。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述能量管理装置与所述网管通过IP协议通信。