一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统

技术领域

本申请涉及配电领域分布式电源运营管控技术领域，具体涉及一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统。

背景技术

大规模分布式电源接入配电网，对配电网的运行管理造成了巨大的影响，然而，我国配电网调度控制系统尚未形成成熟的且具备远程调节、控制功能的控制体系，目前只有较少部分中压接入分布式电源实现了可监测、可调度，而配网调度尚未形成专门针对分布式电源应用的专用控制功能。传统采用由电网调度对区域内所有分布式电源通常不进行调度，为了应对高渗透率地区分布式电源大量接入场景，往往引入单独直接控制的模式，点多面广，对配网调度系统和通讯的要求很高，传统调控系统采用顺控方式管理数十甚至上百个分布式电源站点的效率是低下的，从目前电力系统范围内已实施的示范工程应用效果来看，控制效果较差。

发明内容

本申请提供一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统，包括：边缘管控装置、智能测控装置、分布式电源逆变器和云服务平台，

分布式电源逆变器，用于将所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，发送给所述智能测控装置；

智能测控装置，与分布式电源逆变器连接，监测所述分布式电源逆变器的运行状态，并将所述边缘管控装置下达的控制指令下发给所述分布式电源逆变器；接收所述分布式电源逆变器发送的所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，并发送给所述边缘管控装置；

边缘管控装置，与智能测控装置和云服务平台连接，采集计量电表数据，根据所述云服务平台的控制指令向智能测控装置下达控制指令；将接收的所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，以及所述计量电表数据发送给云服务平台；

云服务平台，接收所述边缘管控装置发送的所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息以及所述计量电表数据，根据所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，以及所述计量电表数据，对所述计量电表数据、分布式电源进行监控和分析。

优选的，所述分布式电源逆变器的运行数据，包括：

分布式电源逆变器的三相或单相的电压、电流和功率。

优选的，智能测控装置，与分布式电源逆变器连接，包括：

智能测控装置，通过RS485线直接与多个逆变器进行通信。

优选的，智能测控装置的功能，还包括：

对并网分布式电源用户的有功功率、无功功率、有功可调裕度、无功可调裕度、储能荷电状态进行测量；

对分布式电源设备进行功率调节或启停控制；

当电力系统出现故障造成系统供电电源停电时，智能测控装置的反孤岛保护功能及时检测到孤岛状态并自动与系统解列。

优选的，边缘管控装置的功能，还包括：采集智能测控装置的监测数据、遥信数据、遥调数据、遥控数据；

实时展示分布式电源的电能；

当台区出现功率倒送时，向智能测控装置下达功率调节指令，调整逆变器出力，或下达控开指令，断开逆变器；若负荷允许控制，可在台区过载或重载时，调整或切除部分负荷；

根据云服务平台的控制指令控开控合逆变器或调整逆变器出力。

优选的，根据所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，对分布式电源进行监控和分析，包括：

云服务平台，实时监控所述分布式电源逆变器的遥测数据、上网电量数据、数值气象数据、功率预测数据和运行状态；

根据多维度评价指标体系，分析所述分布式电源逆变器的运行数据。

优选的，所述云服务平台的功能，还包括：渗透率分析、节能效应分析、接纳能力评估与预警；

渗透率分析，按照管理单位、线路、台区统计各区域范围内的光伏电站当前渗透率，结合安全阀值,对渗透率指标进行安全裕度评估；

节能效应分析，根据光伏电站在统计期内实际消耗的各种能源，按照物理学电热当量、热功当量、电功当量换算的各种能源所含的实际能量，进行综合计算所得的能源消耗量；通过光伏电站管理单位、资源类型、发电类型、发电量，按照物理当量方法，计算光伏电站的节能减排值；

接纳能力评估与预警，根据现有区域配电网接纳能源站的能力，分析配网适应性改造后接纳能源站的能力，对超过接纳能力的配网区域给出预警。

附图说明

图1是本申请提供的一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统的结构示意图；

图2是本申请例涉及的基于云边协同的分布式电源运行控制电气信息拓扑图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本申请提供的一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统，包括：边缘管控装置、智能测控装置、分布式电源逆变器和云服务平台，其结构如图1所示，下面结合图1本申请提供的系统进行详细说明。

在常规边缘管控装置+云服务的模式下，加装智能测控终端，控制架构如图1所示，在分布式电源三相接入时，新增智能测控装置，计量电表和智能测控装置分别通过HPLC与边缘管控装置通信；在分布式电源单相接入时，新增智能测控装置接入多个逆变器运行数据，计量电表和智能测控装置分别通过HPLC与边缘管控装置通信。

计量电表，计量光伏电量，包括正和或反向有功电能、4象限无功电能；通过HPLC将电量数据传送给边缘管控装置。

分布式电源逆变器，用于将所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，发送给所述智能测控装置；

智能测控装置，与分布式电源逆变器连接，监测所述分布式电源逆变器的运行状态，并将所述边缘管控装置下达的控制指令下发给所述分布式电源逆变器；接收所述分布式电源逆变器发送的所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，并发送给所述边缘管控装置；

边缘管控装置，与智能测控装置和云服务平台连接，采集计量电表数据，根据所述云服务平台的控制指令向智能测控装置下达控制指令；将接收的所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，以及所述计量电表数据发送给云服务平台；

云服务平台，接收所述边缘管控装置发送的所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息以及所述计量电表数据，根据所述分布式电源逆变器的运行数据和运行状态信息，以及所述计量电表数据，对所述计量电表数据、分布式电源进行监控和分析。

分布式电源逆变器的运行数据，包括：分布式电源逆变器的三相或单相的电压、电流和功率。分布式电源逆变器，将逆电器三相或单相的电压、电流、功率、逆变器运行状态、故障告警等信息通过智能测控装置传送给边缘管理装置。

智能测控装置，通过RS485线直接与多个逆变器进行通信，监测逆变器的电压、电流、功率和逆变器的实时运行状态数据，可以接收上层边缘管控装置的指令，并通过485线下发給各逆变器。同时，对并网分布式电源用户的有功功率、无功功率、有功可调裕度、无功可调裕度、储能荷电状态等进行测量；对分布式电源设备进行功率调节或启停控制；当电力系统出现故障造成系统供电电源停电时，智能测控装置的反孤岛保护功能及时检测到孤岛状态并自动与系统解列，具体功能如下：

1)、并网点测量与控制：支持并网点电参量采集和测量、并网开关位置采集，以及并网开关的分合闸控制；

2)、通信管理及规约转换：智能测控装置实现对云服务系统、用户终端的连接，实现光纤、以太网、485总线以及多种无线通信模块的灵活接口；并可完成基于Modbus的多用户通信规约的接入与数据转换；

3)、分布式电源集群管理：智能测控装置完成辖区各用户终端光储一体机、调控一体机、储能双向变流器等并网设备1-32路的通信控制管理，实现用户层集群的数据采集、汇总，并及时上传至边缘管控装置；

4)、智能的功率调度控制：智能测控装置实时接受主站的指令，通过功率调度协调控制技术，完成对用户终端的有功调节、无功调节以及相互之间的协调配合；

5)、自适应的无功电压控制：智能测控装置具有本地控制模式，可实现对测控点以下分布式电源及集中式储能等并网设备的有功功率、无功功率的自主调节与电压的自主控制；

6)、智能快速反孤岛保护：通过测量并网点的电参量，基于反孤岛保护算法，实现分布式电源孤岛状态的快速检测和保护。

边缘管控装置，接受上层云服务平台控制、数据调取指令，汇集计量电表电量数据，智能测控装置遥测(电压、电流、功率信息)、遥信(开关状态)、遥调(逆变器遥调指令，控制逆变器功率输出)、遥控(控制逆变器开关机)，根据APP功能向智能测控装置下达控开控合指令，具体功能如下：

1)、数据采集，采集或汇集计量电表、智能测控装置的监测数据、遥信数据、遥调数据、遥控数据；

2)、分布式电源展示，实时展示分布式电源正和或反向有功电能、4象限无功电能、电压、电流、功率、智能测控装置状态等信息；

3)、潮流控制，当台区出现功率倒送时，向智能测控装置下达功率调节指令，调整逆变器出力，或下达控开指令，断开逆变器；若负荷允许控制，可在台区过/重载时，调整或切除部分负荷，部署方式类似；

4)、防孤岛保护，根据既定策略，当出现过/欠压、过/欠频时，断开智能并网开关，防止孤岛运行；

5)、监测状态上报，将分布式电源运行数据上传至原服务系统，并根据云服务系统控制指令控开控合逆变器或调整逆变器出力；

6)、电能质量监测、谐波治理、反孤岛等功能需要就地侧具备电能质量监测装置、谐波治理装置和防孤岛运行装置，并分别通过HPLC、HPLC+RF等通信方式与融合终端实现通信。

云服务平台，具备分布式电源运行数据全监控、运行数据分析诊断、运营分析评价、发展态势分析、智能故障诊断、智慧运维等功能。实时监控所述分布式电源逆变器的遥测数据、上网电量数据、数值气象数据、功率预测数据和运行状态；根据多维度评价指标体系，分析所述分布式电源逆变器的运行数据。具体功能如下：

1)、运行数据全监控

完善区域分布式电源电站的基础资料，实现对区域分布式电源运行数据的综合监视，包括遥测数据、上网电量数据、数值气象数据、功率预测数据等运行数据。

2)、运行数据精准研判

监测能源站的运行状态，掌握区域内能源站的运行情况。对能源站进行周期检查和专项检查，开展现场检查服务，保证能源站安全稳定运行。

3)、运营分析评价

综合考虑产能设备、供能网络、用能负荷可靠性，设备安全与系统安全裕度，产能设备与用能负荷经济性，节能率以及综合能源利用率等多个方面，建立适用于区域分布式电源系统的多维度评价指标体系。开展新形势下区域分布式电源系统工程投资及运营分析及全寿命周期技术经济评价工作，为区域分布式电源系统项目建设提供决策依据，从而指导区域分布式电源系统科学、有序发展，在满足国民经济和社会发展的基础上促进电网建设运营取得最大综合效益。

4)、发展态势分析

主要包括渗透率分析、节能效应分析、接纳能力评估与预警等功能。

渗透率分析：按照管理单位、线路、台区统计各区域范围内的分布式电源当前渗透率，结合安全阀值,对渗透率指标进行安全裕度评估，对安全裕度超标的项目给予异常标注,为不同渗透率下配电网接纳新能源的能力评估提供参考依据。

节能效应分析：根据分布式电源在统计期内实际消耗的各种能源，按照物理学电热当量、热功当量、电功当量换算的各种能源所含的实际能量，进行综合计算所得的能源消耗量。通过分布式电源管理单位、资源类型、发电类型、发电量等，按照物理当量方法，计算分布式电源的节能减排值(二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物)。

接纳能力评估与预警：根据现有区域配电网接纳能源站的能力，开展接纳能力评估，分析配网适应性改造后接纳能源站的能力，对超过接纳能力的配网区域给出预警提醒和配网适应性解决方案，为引导能源站发展、调整电网规划提供决策依据。

5)、故障智能诊断：梳理能源站典型故障类型和处理方案，构建基于卷积神经网络算法的故障诊断模型，利用训练数据完成对智能故障诊断模型的训练、优化及评估；进一步利用最优化算法实现模型参数最优化。基于最优化故障模型，研究系统故障原因、故障性质及故障影响范围的快速智能诊断方法。

6)、智慧运维：异常初步诊断、异常工单发送、短信告知等功能。主要包括异常初步诊断、异常工单发送、短信告知等功能。

异常初步诊断：根据分布式电源的电量数据异常信息，以及逆变器运行状态，初步分析电量异常的原因。

异常工单发送：推过邮箱发送工单至供电服务指挥系统，详细告知异常原因、故障点以及运维内容。

短信告知：通过公司供电服务指挥系统短信平台将工单内容发送至运维人员、分布式电源客户，告知异常原因以及客户/运维人员的联系方式。

具体应用的实施例如下：

常规分布式电源运行监测方案如图2所示：光伏逆变器通过加装4G模块，实现逆变器电压、电流、功率、故障信息，实时传送至用户光伏监控平台，开展数据采集、光伏监测、逆变器监测、故障告警等业务，实时传送的数据量大，通信运行成本高。

一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统具体包括云服务平台、边缘管控装置、智能测控装置、逆变器、负荷控制器等。融合终端为一种典型的边缘管控装置，具体内容如下：

(1)控制架构描述

在常规边缘管控装置+云服务的模式下，加装智能测控终端，具体的控制拓扑如图2所示，在分布式电源三相接入时，新增智能测控装置，计量电表和智能测控装置分别通过HPLC与边缘管控装置通信；在分布式电源单相接入时，新增智能测控装置接入多个逆变器运行数据，计量电表和智能测控装置分别通过HPLC与融合终端通信；各逆变器自带4G传输模块，将逆变器档案信息、运行状态传送至光伏监控平台；融合终端汇集的分布式电源信息经4G网络传输至上层云平台。

(2)各单元功能

1)计量电表：计量光伏电量，包括正和或反向有功电能、4象限无功电能；通过HPLC将电量数据传送给融合终端。

2)智能测控装置，可通过RS485线直接与多个逆变器进行通信，监测逆变器的电压、电流、功率和逆变器的实时运行状态数据，可以接收上层融合终端的指令，并通过485线下发給各逆变器。同时可对对并网光伏用户的有功功率、无功功率、有功可调裕度、无功可调裕度、储能荷电状态等进行测量，对光伏变流器等设备进行功率调节或启停控制。当电力系统出现故障造成系统供电电源停电时，反孤岛保护功能及时检测到孤岛状态并自动与系统解列。具体功能如下：

①并网点测量与控制：支持并网点电参量采集和测量、并网开关位置采集，以及并网开关的分合闸控制；

②通信管理及规约转换：智能测控装置实现对调度主站、用户终端的连接，实现光纤、以太网、485总线以及多种无线通信模块的灵活接口；并可完成基于Modbus的多用户通信规约的接入与数据转换；

③光伏储能集群管理：智能测控装置完成辖区各用户终端光储一体机、调控一体机、储能双向变流器等并网设备1-32路的通信控制管理，实现用户层集群的数据采集、汇总，并及时上传至融合终端。

④智能的功率调度控制：智能测控装置实时接受主站的指令，通过功率调度协调控制技术，完成对用户终端的有功调节、无功调节以及相互之间的协调配合。

⑤自适应的无功电压控制：智能测控装置具有本地控制模式，可实现对测控点以下光伏电站及集中式储能等并网设备的有功功率、无功功率的自主调节与电压的自主控制；

⑥智能快速反孤岛保护：通过测量并网点的电参量，基于反孤岛保护算法，实现分布式电源孤岛状态的快速检测和保护。

3)逆变器4G模块，将逆电器三相或单相的电压、电流、功率、逆变器运行状态、故障告警等信息通过4G传送给用户光伏监控平台。

4)融合终端，接受上层云服务平台控制、数据调取指令，汇集计量电表电量数据，智能测控装置遥测(电压、电流、功率信息)、遥信(开关状态)、遥调(逆变器遥调指令，控制逆变器功率输出)、遥控(控制逆变器开关机)，根据APP功能向智能测控装置下达控开控合指令。

①数据采集，采集或汇集各计量电表、智能测控装置的监测数据、遥信数据、遥调数据、遥控数据等；

②光伏展示，实时展示分布式光伏正/反向有功电能、4象限无功电能、电压、电流、功率、智能测控装置状态等信息；

③潮流控制，当台区出现功率倒送时，向智能测控装置下达控开指令，断开逆变器；若负荷允许控制，可在台区过/重载时，切除部分负荷，部署方式类似；

④防孤岛保护，根据既定策略，当出现过/欠压、过/欠频时，断开智能并网开关，防止孤岛运行；

⑤监测状态上报，将分布式光伏运行数据上传至配电自动化主站，并根据配电自动化主站控制指令控开控合逆变器；

⑥电能质量监测、谐波治理、反孤岛等功能需要就地侧具备电能质量监测装置、谐波治理装置和防孤岛运行装置，并分别通过HPLC、HPLC+RF等通信方式与融合终端实现通信。

5)云服务系统

云服务系统具备分布式电源运行数据全监控、运行数据分析诊断、运营分析评价、发展态势分析、智能故障诊断、智慧运维等功能。

①运行数据全监控

完善区域分布式电源电站的基础资料，实现对区域分布式电源运行数据的综合监视，包括遥测数据、上网电量数据、数值气象数据、功率预测数据等运行数据。

②运行数据精准研判

监测能源站的运行状态，掌握区域内能源站的运行情况。对能源站进行周期检查和专项检查，开展现场检查服务，保证能源站安全稳定运行。

③运营分析评价

综合考虑产能设备、供能网络、用能负荷可靠性，设备安全与系统安全裕度，产能设备与用能负荷经济性，节能率以及综合能源利用率等多个方面，建立适用于区域分布式电源系统的多维度评价指标体系。开展新形势下区域分布式电源系统工程投资及运营分析及全寿命周期技术经济评价工作，为区域分布式电源系统项目建设提供决策依据，从而指导区域分布式电源系统科学、有序发展，在满足国民经济和社会发展的基础上促进电网建设运营取得最大综合效益。

④发展态势分析

主要包括渗透率分析、节能效应分析、接纳能力评估与预警等功能。

渗透率分析：按照管理单位、线路、台区统计各区域范围内的光伏电站当前渗透率，结合安全阀值,对渗透率指标进行安全裕度评估，对安全裕度超标的项目给予异常标注,为不同渗透率下配电网接纳光伏电站的能力评估提供参考依据。

节能效应分析：根据光伏电站在统计期内实际消耗的各种能源，按照物理学电热当量、热功当量、电功当量换算的各种能源所含的实际能量，进行综合计算所得的能源消耗量。通过光伏电站管理单位、资源类型、发电类型、发电量等，按照物理当量方法，计算光伏电站的节能减排值(二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物)。

接纳能力评估与预警：根据现有区域配电网接纳能源站的能力，开展接纳能力评估，分析配网适应性改造后接纳能源站的能力，对超过接纳能力的配网区域给出预警提醒和配网适应性解决方案，为引导能源站发展、调整电网规划提供决策依据。

⑤故障智能诊断：梳理能源站典型故障类型和处理方案，构建基于卷积神经网络算法的故障诊断模型，利用训练数据完成对智能故障诊断模型的训练、优化及评估；进一步利用最优化算法实现模型参数最优化。基于最优化故障模型，研究系统故障原因、故障性质及故障影响范围的快速智能诊断方法。

⑥智慧运维：异常初步诊断、异常工单发送、短信告知等功能。主要包括异常初步诊断、异常工单发送、短信告知等功能。

异常初步诊断：根据光伏电站的电量数据异常信息，以及逆变器运行状态，初步分析电量异常的原因。

异常工单发送：推过邮箱发送工单至供电服务指挥系统，详细告知异常原因、故障点以及运维内容。

短信告知：通过公司供电服务指挥系统短信平台将工单内容发送至运维人员、光伏电站客户，告知异常原因以及客户/运维人员的联系方式。

本申请提供的一种基于云协同的分布式电源的运行控制系统，针对当前分布式电源点多面广、难监测、难调度的问题，通过云服务-边缘管控-智能测控装置的协同运行，实现分布式电源运行状态、电量数据的实时数据采集、运行监测、潮流控制、故障告警等功能。该系统的边缘管控装置具备边缘计算功能，可以实现台区下分布式电源的运行数据实时监测和安全稳定运行，降低了系统对上层云服务系统的依赖，减少配网管控节点个数，降低系统通信成本。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。