面向客户侧能源互联的即插即用技术与接入终端研究

发布时间：2020-03-29 12:20

【摘要】：目前,可再生能源发电和分布式储能系统等智能供用能设备的发展,一定程度上模糊了能源产业的供需界限,用户由电能的消费者转变为生产消费者。然而由于可再生能源的间歇性和随机性,其大规模的接入会对电网的正常运行带来很大的冲击。相关研究表明,在需求侧能源互联的角度可以有效抑制可再生能源的并网功率,使之满足预期值,同时负荷的峰谷差也能明显减小。本文依托国家电网科技项目“面向客户侧能源互联的智能用电灵活接入与互动服务技术研究(YDB17201700249)”,构建了客户侧家庭能量管理系统,并设计开发了即插即用接入终端,实现客户侧的需求响应。本文的主要研究内容如下:首先,研究了家庭能量管理系统的主要功能,并对光伏发电系统、蓄电池储能系统、热水器和电动汽车进行数学建模。以4种典型的供用能设备为对象,采用粒子群算法,得出日前优化用电方案。利用模型预测控制理论,当实际光伏出力与日前预测存在偏差时,通过模型预测,以蓄电池的充放电功率为控制变量,使得被控制量尽可能的追踪日前预测。结果表明,用电习惯、供用能设备的互联互通等因素都可以降低用户的运行成本,用户参与需求响应业务既可以缓解用电高峰时期的供电压力,同时多余的电能也可以向电网售电,获得更多的经济效益。然后,用户参与需求响应业务需要在电网侧和客户侧建立交互通道,鉴于此,分析了即插即用接入终端的功能定位,并对即插即用的关键技术进行研究。终端作为外接设备与电网管理平台之间的通信桥梁,主要实现设备的协议识别、协议库的建立、需求响应命令的管理与执行等功能。基于此,本文研究了 3种即插即用的关键技术,分别是多协议自动识别柔性匹配技术、基于HeartBeat信息的实时监测技术以及基于XML的可扩展电子表单的设计方法。最后,本文完成了即插即用接入终端的硬件设计和软件开发,并进行试验验证。硬件方面,设计了终端的系统结构图,采用模块化和嵌入式的设计理念,模块间功能独立,有良好的可扩展性,且方便后期维护。软件方面,对系统的应用层进行研究,采用面向连接的socket编程建立通信线程,开发系统的上行通信、下行通信以及人机交互模块,实现外接设备和管理平台的双向互动。通过调研选择电动汽车充电桩、电热水器、光伏逆变器作为试验对象,接入中国电科院供需互动实验室的智慧能源管理系统,验证电网管理平台可以通过此终端实现客户侧的需求响应业务,证明本文所设计开发系统的有效性与可实施性。
【图文】：

电网图,能量管理系统,用电设备,电动汽车

２．２．２组成部分逡逑本文所构建的家庭能量管理系统主要由控制终端、用能设备、储能系统、分逡逑布式能源等部分组成，如图２－１所示。根据用能设备和电网的互动能力，客户侧的逡逑用能负荷分为可控负荷和不可控负荷两类。可控负荷如洗碗机、烘干机、电饭煲、逡逑热水器、空调等，在保证用户正常生活的前提下，可对这些设备的运行进行优化逡逑控制，从而实现客户侧的需求响应。不可控负荷如电脑、冰箱、打印机、电视机、逡逑照明系统等，对这些设备进行调控会直接影响用户正常使用，降低用户的满意度，逡逑因此这类负荷在需求响应中应得到优先满足。逡逑｜逦Ｉ逡逑分布式电源逦｜逡逑！逦＿邋丨葚义希浚樨柏湾澹″义希慑五遑板巍福呜义希慑危慑巍ⅰⅰⅲ灰灰弧呜味牡缤义厦佩澹福摺瑰危籒ｎ丨逡逑移ｙ＊逦Ｉ邋！Ｋ＊邋—邋ｉｒｉ邋！邋＾邋１｜邋■邋ｉ邋！＾＾！］逡逑］！邋＾０？｜邋！邋ｉ邋ｉ＾＞ｉ！逡逑可控负荷逦不可控负荷逦电动汽车逡逑图２－１家庭能量管理系统框图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＨＥＭＳ逡逑电动汽车是一种特殊的用电设备，既可以通过电网（ｇｒｉｄ邋ｔｏ邋ｖｅｈｉｃｌｅ，Ｇ２Ｖ）进逡逑行充电，又可以向家庭中其他用电设备放电（ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｔｏ邋ｈｏｍｅ，邋Ｖ２Ｈ），不仅提高了逡逑用户用电的可靠性和稳定性，还可以降低电费［４８，４９］。若局部配电网有大规模的电逡逑动汽车接入

电动汽车,约束条件,充电功率,充放电

式（２－１２）、式（２－１３）分别表示电动汽车蓄电池在ｒ时刻充电、放电状态的逡逑ＳＯＣ。此外，充放电循环次数和充放电的功率大小与电池的使用寿命息息相关。逡逑如图２－３所示，电池的ＳＯＣ和充放电功率需要有一组约束条件，如下所示：逡逑＾ＥＶ邋＾邋＾，ＥＶ邋＾邋＾ＥＶ逦（２－１４）逡逑ｄ逦（２－１５）逡逑（２－１６）逡逑式中，，５＾ＥＶ、５＾ＥＶ分别表示电动汽车最小允许ＳＯＣ、最大允许ＳＯＣ；邋ＰＥｎ0逡逑ＰＥ＝分别表示电动汽车最小充电功率、最大充电功率（ｋＷ）；邋ＰＥｍｖ＝表示电动汽逡逑车最大放电功率（ｋＷ）。逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73;TK01

【参考文献】