一种基于能量路由器的储能分配系统和方法

1.本发明涉及能量路由器技术领域，尤其是一种基于能量路由器的储能分配系统和方法。


背景技术：

2.由于分布式电源的深入渗入，配电网将从现在的“一对多”架构逐渐向“多对多”的形式转变，电能流动的多样化大大增加。同时，以5g基站、充电桩/站为代表的新型不确定性的负载加入，使电能的流动和管理变得更加复杂。为了将电能定量、定点、定时地准确调度，电网的各个终端和节点均需要实现能量的主动调度管理，实现能量流的准确可控，传统电力系统的配电运行方式很难胜任这样复杂的要求。
3.基于电力电子变换的能量路由器带有智能能量管理的多端口变流器系统，它借鉴了信息路由器的理念和功能，能够将新能源发电、储能、负荷便捷的接入，实现能量的高效供给；以能量路由器为核心组建的电能路由网，能够充分发挥能量路由器的“路由”功能，兼具能量管理、柔性接入、深度感知、调节电能质量、全网络信息互联互通等优势，为“高弹电网”理念逐步推行，实现能源利用多样化提供的坚实的技术支撑。
4.在中国专利文献上公开的“一种光储充能量路由器的日前经济优化调度方法”，其公开号为cn110289622b，本发明涉及电力系统调度技术领域，具体涉及一种光储充能量路由器的日前经济优化调度方法，包括以下步骤：步骤一：建立光储充能量路由器及其组件的数学模型；步骤二：将全天划分为等长的n个时段；步骤三：建立经济最优的目标函数；步骤四：建立约束条件；步骤五：对优化问题进行求解，获得日前经济优化调度结果。本发明的实质性效果是：在综合考虑多种能源因素的情况下，对电网及能源路由器各端口资源进行合理规划调度；本发明优化了电动汽车充电行为，提了升配电网电压质量，发掘了储能装置潜力，获得了经济最优的日前优化调度结果，与传统方案相比，具有较大优势。但是并未涉及对下层用电单元的调度方法。


技术实现要素：

5.本发明解决了现有技术对下层用电单元的调度方案缺少研究的问题，提出一种基于能量路由器的储能分配系统和方法，依据能量路由器的总调度，建立用电单元和低价储能站之间的联系，用电单元的即时信息反馈至能量路由器，预估每个储能车组合完成对单个用电单元的总用电量，由建立的低价储能站和多个储能车进行配电充电操作，本发明的调度快速灵活，能应对不同的缺电情况，在保证获取经济利益的同时，减轻了用电单元的用电负担。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于能量路由器的储能分配系统，包括能量路由器，对整个储能分配系统起总调度作用，对各用电单元的用电量进行统计，计算出需求量，并对此作出调度；能进行电能价格的定时更新；低价储能站，收集并储存低价电能，所述低价电能主要为新能源发电设备的输出
电能和电网谷电时段收集的电能；低价储能站能依据储能车的路径信息、电能信息以及用电单元的信息对储能车作出调配；用电单元：包括5g基站和充电桩，依据耗电量进行分类；新能源发电设备：低价储能站的主要电能来源。本发明中，能量路由器在获得授权后，实时监测各个用电单元的用电情况，若用电单元出现缺电情况，即可选择是否购买低价储能站的电能，低价储能站中的电能均为低价收购的电能，即能保证一定的经济效益，售出的价格介于电网波峰期的价格与波谷期的价格之间，根据与用电单元的路程远近和需求量灵活定价，用电单元也可选择所需电能的充电时间进行预约，经预约后，低价储能站会按时间和省电的顺序进行调度安排，本发明的方案缓解了用电单元在用电高峰情况下电能不足的情况，且调度灵活。
7.作为优选，所述能量路由器包括：电能统计模块，用电单元同意购买电能后，模块分别统计汇总用电单元的用电量，记录用电单元的实时功率；价格储存模块，收集有新能源发电设备的电能价格和电网谷电价格，且定时更新；电能需求调度模块，依据统计用电单元的用电量情况和实时功率，判断用电单元是否缺电，若缺电，获取需求量，并将推断出的信息传输至低价储能站。本发明中，能量路由器中包括有的电能统计模块需要在与用电单元签署购买协议后开始工作，签署协议后，该模块对用电量进行统计和汇总，并能收集到用电单元的实时功率，之后在价格储存模块中，会有低价储能站的购入价格和售出价格，该模块设置有专门的对比显示装置，利于操作人员的查看；电能需求量调度模块内含有专门的调度程序，可将用电单元的需求量发送至低价储能站，由低价储能站执行后续操作。
8.作为优选，所述低价储能站包括：接收模块，接收能量路由器的调度信息，具有错误信息自动清洗功能，；储能车状态监测模块，实时监测多个储能车的实时状态，并将可调度储能车进行集合划分；储能车控制模块，录入接收模块的调度信息，利用gps导航确定用电单元的具体位置信息、路况信息，综合可调度集合内的储能车信息，以及确定最优方案。在本发明中，低价储能站在接收到能量路由器的信息进行信息清洗处理后，储存至接收模块中，并开始进行巡检全部储能车的时刻状态，把可调度的储能车记录后划入可调度集合，随后会对可调度储能车再次进行功能检查，得到多个适宜的储能车组合，依照gps等信息，通过计算和筛选后，得到最佳的方案。
9.作为优选，还包括若干个储能车，若干个储能车按照电能储存量分为五种车型，五种车型的大小与电能储存量成正比。本发明中，具体的，储能车主要分为最大型储能车、大型储能车、中型储能车、小型储能车以及最小型储能车，五种储能车能应对不同的道路宽度，其中，最大型储能车能给其他种类储能车充电。
10.一种基于能量路由器的储能分配方法，采用上述的一种基于能量路由器的储能分配系统，包括以下步骤：s1，获取并统计各用电单元的用电量和实时功率；s2，判断用电单元的状态，将状态信息存至低价储能站；s3，监测储能车状态并将储能车划分集合；
s4，分析调度信息、gps导航信息以及储能车信息确定储能车最优方案。本发明中，在能量路由器、低价储能站以及用电单元三方达成协议后，能量路由器即开始统计用电单元的信息，用电单元在缺电时，电能需求调度模块会获取其需求量以及所需的时间段，信息传输至低价储能站进行处理，低价储能站的储能车状态监测模块会依据接收到的信息，划分可调度集合，在集合中选取适宜的储能车组合，最后通过有关信息，分析计算得到最佳的储能车分配方案，本发明的分配方法依据于灵活的储能车能节省大量的人力物力，同时储能站能获取大量的经济利益。
11.作为优选，所述用电单元的状态分为缺电状态和饱和状态，在缺电状态下，直接获取电能需求量，并将缺电信息和需求量信息存入低价储能站。本发明中，在饱和状态下，电能需求调度模块不做出下一步的处理步骤，只需电能统计模块保持统计即可。
12.作为优选，所述步骤s4包括以下步骤：s41，首先在集合内巡检并选择多个适宜的储能车组合；s42，预估每个储能车组合对单个用电单元的总用电量；s43，选择总用电量最少的五个储能车组合进行路况适配；s44，满足适配且总用电量最低的储能车组合即为储能车最优方案。本发明中，在步骤s41里，需从可调度集合中选取储能车组合，依据是储能车本身的功能检查，随后计算出单个储能车完成一次任务的用电量，在路况适配中，主要检测选出的储能车组合的车身大小是否符合道路的宽度要求，在以上均适配并且满足条件的情况下，若出现多个组合满足条件，则优先选择组合内的平均路程最短的组合，在灵活调度的同时，保证低耗能和省电运行。
13.作为优选，所述单个用电单元的总用电量包括对用电单元的输电量、赶往用电单元的路程电能消耗量以及返回目标地点的路程电能消耗量，目标地点为低价储能站或者最大型储能车的位置，具体为：es＝ex＝p
·
ttez＝es eg eb其中，es为储能车对用电单元的输电量，ex为用电单元的电能需求量，p为储能车的平均输电功率，t为输电时间，eg为储能车赶往用电单元的路程电能消耗量，pu为储能车的行驶平均功率，sd为储能车实时位置与用电单元的规划路程，v为储能车行驶的平均速度，eb为返回目标地点的路程电能消耗量，sf为储能车从用电单元位置返回目标地点的规划路程，ez为储能车组合内的单个储能车对单个用电单元供电的总用电量。本发明中，作为预估的重要步骤，在此步骤之中，当目标地点为低价储能站时，sf与sd相等，若目标地点为最大型储能车所在位置时，sf小于sd。
14.本发明的有益效果是：本发明的系统和方法，依据能量路由器的总调度，建立用电单元和低价储能站之间的联系，用电单元的即时信息反馈至能量路由器，预估每个储能车
组合完成对单个用电单元的总用电量，由建立的低价储能站和多个储能车进行配电充电操作，本发明的调度快速灵活，能应对不同的缺电情况，在保证获取经济利益的同时，减轻了用电单元的用电负担。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明能量路由器的示意图；图3是本发明低价储能站的示意图；图4是本发明的流程图。
具体实施方式
16.实施例：本实施例提出一种基于能量路由器的储能分配系统，参考图1，主要包括有能量路由器、低价储能站、用电单元以及新能源发电设备，能量路由器分别与新能源发电设备、用电单元和低价储能站连接。
17.在本发明中，低价储能站能实现收集低价电能的功能，并能进行储存，储存过程的损耗可计算，低价电能的主要来源主要是电网的谷电时期的电能以及新能源发电设备，在低价储能站中，主要根据储能车的电能信息以及路径信息，并综合发电单元的需求信息，使储能车作出相应的调配。同时，本发明的能量路由器能够对于整个分配系统的调度，在签署协议之后，获取并统计用电单元的用电信息包括用电量，得到用电单元的需求量，依据此并对调度应对，在能量路由器中，还设有专门的模块定时更新电能的价格，主要有低价储能站的购入和售出价格。用电单元包括多种，在本发明中，主要有5g基站以及充电桩。能按照用电单元的耗电量进行划分大类。新能源发电设备为低价储能站的主要电能购入来源，同时电网的波谷期的电能为另一大来源。本发明中，能量路由器在获得授权后，实时监测各个用电单元的用电情况，若用电单元出现缺电情况，即可选择是否购买低价储能站的电能，低价储能站中的电能均为低价收购的电能，即能保证一定的经济效益，售出的价格介于电网波峰期的价格与波谷期的价格之间，根据与用电单元的路程远近和需求量灵活定价，用电单元也可选择所需电能的充电时间进行预约，经预约后，低价储能站会按时间和省电的顺序进行调度安排，本发明的方案缓解了用电单元在用电高峰情况下电能不足的情况，且调度灵活。
18.参考图2，在能量路由器内部，主要包括有电能统计模块、价格储存模块以及电能需求调度模块，在电能统计模块之中，在签署购买协议即用电单元同意购买之后，该模块会统计用电单元的用电信息包括用电量和实时功率。在内部还设有的价格储存模块能够保存购入价格，即新能源发电设备的电能价格以及谷电时期的价格，两者每隔一定的周期更新。还设有的电能需求调度模块，能够根据用电单元的用电信息，判别用电单元的状态，如果处于缺电状态，则获得其需求量，同时把需求量以及相应信息发送到低价储能站之中进行后续处理。本发明中，能量路由器中包括有的电能统计模块需要在与用电单元签署购买协议后开始工作，签署协议后，该模块对用电量进行统计和汇总，并能收集到用电单元的实时功率，之后在价格储存模块中，会有低价储能站的购入价格和售出价格，该模块设置有专门的
对比显示装置，利于操作人员的查看；电能需求量调度模块内含有专门的调度程序，可将用电单元的需求量发送至低价储能站，由低价储能站执行后续操作。
19.参考图3，在本发明的低价储能站中，主要包括有接收模块、储能车状态监测模块和储能车控制模块，在接收模块中，能进行能量路由器的调度信息，即电能需求调度模块发出的需求量信息，在此模块中，模块还能够对传入的信息进行清洗，防止错误信息的传入。在储能车状态监测模块中，监测着低价储能站对应的全部储能车的实时状态，并根据是否可调度，将部分储能车划入至可调度集合。在储能车控制模块中，在其接受到接收模块的调度信息后，依据gps导航能够获取用电单元的具体位置，以及相应的路况信息，通过综合储能车之中的信息，计算并获取得到最优方案。在本发明中，低价储能站在接收到能量路由器的信息进行信息清洗处理后，储存至接收模块中，并开始进行巡检全部储能车的时刻状态，把可调度的储能车记录后划入可调度集合，随后会对可调度储能车再次进行功能检查，得到多个适宜的储能车组合，依照gps等信息，通过计算和筛选后，得到最佳的方案。
20.此外，本发明中还包含有若干个储能车，低价储能站与若干个储能车连接，本发明中，储能车的个数可按低价储能站的规模灵活设置。储能车分为五种车型，主要依据电能储存量进行分类，车型大小和电能储存量成正比关系。本发明中，具体的，储能车主要分为最大型储能车、大型储能车、中型储能车、小型储能车以及最小型储能车，五种储能车能应对不同的道路宽度，其中，最大型储能车能给其他种类储能车充电。
21.本发明还提出一种基于能量路由器的储能分配方法，采用上述的任意一种基于能量路由器的储能分配系统，参考图4，主要包括以下多个步骤：步骤1，获取并统计各用电单元的用电量和实时功率；具体的，主要由能量路由器中的电能统计模块完成该项操作，该步骤的前提是用电单元签署了购买电能的协议以及给于能量路由器端授权信息服务。
22.步骤2，判断用电单元的状态，将状态信息存至低价储能站；具体的，主要由能量路由器中的电能需求调度模块执行该项操作，只有在缺电的状态下才能进行后续的需求量信息的传输。
23.步骤3，监测储能车状态并将储能车划分集合；具体的，在低价储能站控制中心的储能车状态监测模块中完成操作，集合为可调度的储能车集合，其根据储能车的实时状态决定。
24.步骤4，分析调度信息、gps导航信息以及储能车信息确定储能车最优方案；该步骤主要分为以下步骤：s41，在可调度集合内进行巡检，得到若干个适宜的储能车组合；s42，估算出适宜的储能车组合对用电单元进行供电的整个过程所需的总用电量；s43，路况适配，主要选择用电量最少的五个储能车组合来进行；s44，总用电量最低并且满足适配的储能车组合为最终的储能车最优方案。本发明中，在步骤s41里，需从可调度集合中选取储能车组合，依据是储能车本身的功能检查，随后计算出单个储能车完成一次任务的用电量，在路况适配中，主要检测选出的储能车组合的车身大小是否符合道路的宽度要求，在以上均适配并且满足条件的情况下，若出现多个组合满足条件，则优先选择组合内的平均路程最短的组合，在灵活调度的同时，保证低耗能和省电运行。
25.储能车组合内的单个储能车对单个用电单元供电的总用电量ez具体可表示为：ez＝es eg eb
es＝ex＝p
·
tt上式中，es表示为储能车对用电单元的输电量，ex表示为用电单元的电能需求量，p表示为储能车的平均输电功率，t表示为输电时间，eg表示为储能车赶往用电单元的路程电能消耗量，pu表示为储能车的行驶平均功率，sd表示为储能车实时位置与用电单元的规划路程，v表示为储能车行驶的平均速度，eb表示为返回目标地点的路程电能消耗量，sf表示为储能车从用电单元位置返回目标地点的规划路程。上式的ez为单个储能车的总用电量，要求得到储能车组合的总用电量只需将组合里的储能车的总用电量相加即可得到每个储能车组合对单个用电单元供电的总用电量，本发明中，作为预估的重要步骤，在此步骤之中，当目标地点为低价储能站时，sf与sd相等，若目标地点为最大型储能车所在位置时，sf小于sd。
26.本发明的方法，在能量路由器、低价储能站以及用电单元三方达成协议后，能量路由器即开始统计用电单元的信息，用电单元在缺电时，电能需求调度模块会获取其需求量以及所需的时间段，信息传输至低价储能站进行处理，低价储能站的储能车状态监测模块会依据接收到的信息，划分可调度集合，在集合中选取适宜的储能车组合，最后通过有关信息，分析计算得到最佳的储能车分配方案，本发明的分配方法依据于灵活的储能车能节省大量的人力物力，同时储能站能获取大量的经济利益。
27.上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。