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CN107404125A - 多能互补配电系统及其能量管理方法和装置 - Google Patents

多能互补配电系统及其能量管理方法和装置 Download PDF

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CN107404125A CN201710619199.XA CN201710619199A CN107404125A CN 107404125 A CN107404125 A CN 107404125A CN 201710619199 A CN201710619199 A CN 201710619199A CN 107404125 A CN107404125 A CN 107404125A
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Abstract

本发明涉及一种多能互补配电系统及其能量管理方法和装置，所述方法步骤包括：在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数，根据电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据第一指令控制配电系统中的电转氢气装置开启，在所述氢气输出流量达上限值时，生成第二指令，根据第二指令控制配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。本发明能够将间歇式分布式电源过剩的能量转换为其他形式的能量，有利于提高多能互补系统运行时的效率。

Description

多能互补配电系统及其能量管理方法和装置
技术领域
本发明涉及综合能量管理技术领域，特别是涉及一种多能互补配电系统及其能量管理方法和装置。
背景技术
近年来，清洁可再生能源成为人们讨论的话题，对于光伏分布式电源等间歇式分布式电源的清洁能源的合理利用，成为一个研究的方向，其中，含间歇式分布式电源和“气电”的区域多能互补分布式能源配电系统是一种典型形式，同时间歇式分布式电源和“气电”联合运行时，由于间歇式分布式电源和“气电”之间往往缺少协调，导致运行效率低。
发明内容
基于此，提供一种多能互补配电系统的能量管理方法和装置，解决多能互补配电系统运行效率低的问题。
一种多能互补配电系统的能量管理方法，包括以下步骤：
在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数；
根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启；其中，所述电转氢气装置将电能转换为氢气输出；
在所述氢气的输出流量达预设的上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。
一种多能互补配电系统，包括：间歇式分布式电源、电转氢气装置、电转甲烷装置以及控制终端；
所述各个间歇式分布式电源、电转氢气装置和电转甲烷装置均连接所述控制终端；所述电转甲烷装置还连接天然气网络；
所述间歇式分布式电源用于为负荷以及所述配电系统供电；
所述电转氢气装置用于将间歇式分布式电源的电能转换为氢气；所述电转甲烷装置用于将间歇式分布式电源的电能转换为甲烷并将所述甲烷输入所述天然气网络；
所述控制终端用于控制所述电转氢气装置和电转甲烷装置的开启和关闭，以及控制所述间歇式分布式电源的输出功率。
一种多能互补配电系统的能量管理装置，包括：
电网参数获取模块，用于在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数；
电转氢气装置开启模块，用于根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启；其中，所述电转氢气装置将电能转换为氢气输出；
电转甲烷装置开启模块，用于在所述氢气的输出流量达设定的上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
上述多能互补配电系统及其能量管理方法和装置，在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数；根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启；在所述氢气输出流量达上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。本发明的上述方案，本发明能够将间歇式分布式电源过剩的能量转换为其他形式的能量，有利于提高多能互补系统的运行效率。
附图说明
图1为一实施例中多能互补配电系统的能量管理方法的示意性流程图；
图2为一实施例中多能互补配电系统的能量管理方法具体的示意性流程图；
图3为一实施例中多能互补配电系统的能量管理系统的示意性结构图；
图4为一实施例中多能互补系统的示意性结构图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。
图1为一实施例中多能互补配电系统的能量管理方法的示意性流程图，如图1所示，所述方法的步骤包括：
S101，在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数。
在本步骤中，间歇式分布式电源的定义是在一定时间周期内，分布式电源在一段时间工作，一段时间不工作；其中，本实施例的间歇式分布式电源可以是分布式光伏发电电源，也可以是分布式风力发电电源。
S102，根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启。
在本步骤中，电网参数可以是电网电压、电网电流、分支线路电流以及各分支的线路功率等，预设的参数阈值是根据具体的电网参数分别设计得到的。
其中，所述电转氢气装置将电能转换为氢气输出。
S103，在所述氢气的输出流量达设定的上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。
在本步骤中，第二指令可以为一种通讯指令，或者一种开关指令，具体的，能够生成且可以控制电转甲烷装置的指令，均可达到本发明的技术效果，同理，第一指令与第二指令的生成和控制原理相同。
本实施例中的多能互补配电系统的能量管理方法，在间歇式分布式电源输出过剩时，将多出的电量输入到配电系统中，若多出电量超过配电系统的吸纳能力，则选择性开启与配电网连接的电转氢气装置和电转甲烷装置，从而将间歇式分布式电源多出的能量以其他形式的能量储存，提高了多能互补配电系统的运行效率。
在一实施例中，所述电网参数具体包括电网母线电压和电网线路电流，所述根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，包括：若所述线路电流大于线路电流阈值上限，和/或，当所述母线电压大于母线电压阈值上限，生成所述第一指令。通过电网母线电压，反映配电系统母线的参数情况，通过电网线路电流，反映配电系统各支路的功率情况，因此，在配电系统的母线电压大于母线电压阈值上限时或者线路电流大于线路电流阈值上限时，判定间歇式分布式电源多出的电量超过了配电系统吸纳的上限值，则生成第一指令。
在一实施例中，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络之后，还包括：在所述天然气网络的管道流量达流量上限值时，控制所述电转甲烷装置关闭；检测当前线路电流值是否大于线路电流阈值上限，或，当所述母线电压是否大于母线电压值的阈值上限，若任一检测结果为是，则生成第三指令，根据所述第三指令控制所述间歇式分布式电源降低输出功率。在甲烷输入天然气网络时，要考虑天然气网络的流量值，若流量越限，则应该减小甲烷的输入，因此，在本实施例中，在所述天然气网络的管道流量达流量上限值时，控制所述电转甲烷装置关闭，防止天然气网络管道流量越限产生的安全事故，同时检测当前线路电流值是否大于线路电流阈值上限，或，当前所述母线电压是否大于母线电压值的阈值上限，如果满足其中一个条件，则生成第三指令，根据所述第三指令控制所述间歇式分布式电源降低输出功率，此时，间歇式分布式电源输出功率过高，超过整个多能互补系统的吸纳能力，采取降低间歇式分布式电源出力的方式，维持多能互补系统的稳定。
在一实施例中，多能互补配电系统的能量管理方法还包括步骤：通过氢储存装置存储所述电转氢气装置输出的氢气，获取所述氢储存装置中的氢气能量；在所述氢储存装置中氢气能量达存储上限值时，生成第四指令，根据所述第四指令控制所述电转氢气装置关闭。在本实施例中，将电转氢气装置输出的氢气储存在请储存装置中，实现电能向化学能的转化，并在氢储存装置达容量上限时，关闭电转氢气装置，保证氢储存装置的安全。
优选的，在所述线路电流小于线路电流阈值上限，且所述母线电压小于母线电压阈值上限时，生成第五指令，根据第五指令控制与所述氢储存装置连接的氢燃料电池开启，以将氢储能装置中的氢输送到氢燃料电池中发电，并将所述氢燃料电池产生的电能输入所述配电系统。在本实施例中，可能发生的场景是在间歇式分布式电源没有功率输出，或者功率输出不足时，配电系统的供电不足，则启动氢燃料电池，以氢储存装置中的氢为燃料进行发电，并将产生的电能输出至配电系统中，在间歇式分布式电源输出不足时，维持配电系统的稳定，从而进一步提高多能互补系统的运行效率。
进一步的，上述实施例中，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数的步骤，包括：根据前推回代法计算所述配电系统的潮流，根据所述潮流得到所述电网参数。采取前推回代法可以得到整个配电系统的潮流，根据所述潮流可以得到想到获取的所述电网参数。
结合上述实施例的多能互补配电系统的能量管理方法，下面以一具体实施例对本发明多能互补配电系统的能量管理方法进行说明。
图2为一实施例中多能互补配电系统的能量管理方法具体的示意性流程图，如图2所示，以24小时为间歇式分布式电源的一个工作周期，所述方法的步骤包括：
S201，采用前推回代法计算多能互补配电系统潮流，执行S202。
S202，对系统进行初始化，并设置j＝0，i＝0，其中j表示氢储存装置的存储量。执行S203。
S203，令t＝t+1，其中，t表示当前时刻，执行S204。
S204，计算各场景t时刻，间歇式分布式电源的输出功率执行S205。
S205，判断输出功率是否小于负荷功率若大于则执行S206；若小于则执行S216。
S206，判断线路电流是否小于预设的线路电流阈值若是则执行S207；若否则执行S208。
S207，判断母线电压是否小于预设的母线电压阈值若是，则执行S214；若否，则执行S208。
S208，启动电转氢气装置，执行S209。
S209，通过公式 计算当前时刻氢储存装置的氢存储量。其中，表示上一时刻氢储存装置的氢存储量，t＝1时，为0，T为24小时的工作周期； 为耗电量，ηele-P2H为电转氢气装置的能量转换效率，为等效电功率； 为氢燃料电池发电量，为氢燃料电池耗氢气量，ηFC为氢燃料电池的综合转换效率。在该式中。Δt取一小时，执行S210。
S210，判断氢储存装置存储氢气是否储满，若是，则执行S212；若否，则执行S211。
S211，判断电转氢气装置的输出的氢气是否满发，即氢气输出达流量上限，若是，则执行S212；若否，则执行S216。
S212，启动电转甲烷装置，将间歇式分布式电源过剩的输出功率转换为甲烷，并将甲烷注入天然气网络中，执行S213。
S214，启动氢燃料电池，消耗氢储存装置中的氢气，并将转换的电能输入值配电系统中，执行S216的步骤。
S215，降低间歇式分布式电源的输出功率，执行S216。
S216，判断t是否小于24，若是，则执行S203；若否，则执行S217。
S217，结束。
上述实施例的多能互补配电系统的能量管理方法，以24小时为间歇式分布式电源的一个工作周期，通过每小时检测系统各个部分的状态，实现能源的管理，从而提高本发明多能互补系统的运行效率。
基于与上述实施例中的多能互补配电系统的能量管理方法，本发明还提供多能互补配电系统的能量管理装置，该装置可用于执行上述多能互补配电系统的能量管理方法。为了便于说明，多能互补配电系统的能量管理装置实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
图3为一实施例中多能互补配电系统的能量管理装置的示意性结构图，如图3所示，所述装置包括：
电网参数获取模块301，用于在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数。
电转氢气装置开启模块302，用于根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启；其中，所述电转氢气装置将电能转换为氢气输出。
电转甲烷装置开启模块303，用于在所述氢气的输出流量达设定的上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。
在一实施例中，所述电网参数包括电网母线电压和电网线路电流；所述电转氢气装置开启模块还用于若所述线路电流值大于线路电流阈值上限，和/或，当所述母线电压大于母线电压值的阈值上限，生成所述第一指令。
在一实施例中，还包括输出功率调节模块，用于在所述天然气网络的管道流量达流量上限值时，控制所述电转甲烷装置关闭；检测当前线路电流值是否大于线路电流阈值上限，或，当前所述母线电压是否大于母线电压值的阈值上限，若任一检测结果为是，则生成第三指令，根据所述第三指令控制所述间歇式分布式电源降低输出功率。
在一实施例中，还包括氢气存储模块，用于通过氢储存装置存储所述电转氢气装置输出的氢气，获取所述氢储存装置中的氢气能量；在所述氢储存装置中氢气能量达存储上限值时，生成第四指令，根据所述第四指令控制所述电转氢气装置关闭。
在一实施例中，还包括发电模块，用于在所述线路电流值小于线路电流阈值上限，且所述母线电压小于母线电压阈值上限时，生成第五指令，根据第五指令控制与所述氢储存装置连接的氢燃料电池开启，以将氢储能装置中的氢输送到氢燃料电池中发电，并将所述氢燃料电池产生的电能输入所述配电系统。
在一实施例中，所述电网参数获取模块301，还用于根据前推回代法计算所述配电系统的潮流，根据所述潮流得到所述电网参数。
基于多能互补配电系统的能量管理方法，还提供一种多能互补配电系统，所述多能互补配电系统可以实现多能互补配电系统的能量管理方法。
图4为一实施例中多能互补系统的示意性结构图，如图4所示，所述系统包括：间歇式分布式电源、电转氢气装置、电转甲烷装置以及控制终端；由于控制终端只需根据各个部分的状态信息，生成控制指令，因此并未在图示中体现。
所述间歇式分布式电源、电转氢气装置和电转甲烷装置均连接所述控制终端；所述电转甲烷装置还连接天然气网络；所述间歇式分布式电源用于为负荷以及所述配电系统供电；所述电转氢气装置用于将间歇式分布式电源的电能转换为氢气；所述电转甲烷装置用于将间歇式分布式电源的电能转换为甲烷并将所述甲烷输入所述天然气网络；所述控制终端用于控制所述电转氢气装置和电转甲烷装置的开启和关闭，以及控制所述间歇式分布式电源的输出功率。
在一实施例中，所述多能互补系统还包括氢燃料电池和氢储存装置，所述氢储存装置用于存储所述电转氢气装置输出的氢气；所述氢燃料电池用于将氢储存装置中的氢气转换为电能，并将转换的电能输入配电系统的配电网中。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
在一实施例中，所述存储介质还可设置于计算机设备中，所述计算机设备还包括处理器。所述处理器执行所述存储介质中的程序时可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多能互补配电系统的能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数；
根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启；其中，所述电转氢气装置将电能转换为氢气输出；
在所述氢气的输出流量达设定的上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。
2.根据权利要求1所述的多能互补配电系统的能量管理方法，其特征在于，所述电网参数包括电网母线电压和电网线路电流；
所述根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，包括：
若所述线路电流大于线路电流阈值上限，和/或，当所述母线电压大于母线电压阈值上限，生成所述第一指令。
3.根据权利要求2所述的多能互补配电系统的能量管理方法，其特征在于，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络之后，还包括：
在所述天然气网络的管道流量达设定的流量上限值时，控制所述电转甲烷装置关闭；
检测当前线路电流值是否大于线路电流阈值上限，或，当前所述母线电压是否大于母线电压值的阈值上限，若任一检测结果为是，则生成第三指令，根据所述第三指令控制所述间歇式分布式电源降低输出功率。
4.根据权利要求2所述的多能互补配电系统的能量管理方法，其特征在于，还包括：
通过氢储存装置存储所述电转氢气装置输出的氢气，获取所述氢储存装置中的氢气能量；在所述氢储存装置中氢气能量达存储上限值时，生成第四指令，根据所述第四指令控制所述电转氢气装置关闭。
5.根据权利要求4所述的多能互补配电系统的能量管理方法，其特征在于，还包括：
在所述线路电流小于线路电流阈值上限，且所述母线电压小于母线电压阈值上限时，生成第五指令，根据第五指令控制与所述氢储存装置连接的氢燃料电池开启，以将氢储能装置中的氢输送到氢燃料电池中发电，并将所述氢燃料电池产生的电能输入所述配电系统。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多能互补配电系统的能量管理方法，其特征在于，所述获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数的步骤，包括：
根据前推回代法计算所述配电系统的潮流，根据所述潮流得到所述电网参数。
7.一种多能互补配电系统，其特征在于，包括：间歇式分布式电源、电转氢气装置、电转甲烷装置以及控制终端；
所述间歇式分布式电源、电转氢气装置和电转甲烷装置均连接所述控制终端；所述电转甲烷装置还连接天然气网络；
所述间歇式分布式电源用于为负荷以及所述配电系统供电；
所述电转氢气装置用于将间歇式分布式电源的电能转换为氢气；所述电转甲烷装置用于将间歇式分布式电源的电能转换为甲烷并将所述甲烷输入所述天然气网络；
所述控制终端用于控制所述电转氢气装置和电转甲烷装置的开启和关闭，以及控制所述间歇式分布式电源的输出功率。
8.一种多能互补配电系统的能量管理装置，其特征在于，包括：
电网参数获取模块，用于在间歇式分布式电源的输出功率大于负荷功率时，获取与间歇式分布式电源连接的配电系统的电网参数；
电转氢气装置开启模块，用于根据所述电网参数以及预设的参数阈值，生成第一指令，根据所述第一指令控制所述配电系统中的电转氢气装置开启；其中，所述电转氢气装置将电能转换为氢气输出；
电转甲烷装置开启模块，用于在所述氢气的输出流量达设定的上限值时，生成第二指令，根据所述第二指令控制所述配电系统中的电转甲烷装置开启，并将其转换的甲烷输入天然气网络。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6任一所述方法的步骤。
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