本實用新型涉及基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)，屬于新能源及分布式光伏儲能調(diào)峰應用領域。

背景技術：

能源環(huán)境問題是制約經(jīng)濟、社會發(fā)展的重要因素，傳統(tǒng)能源利用具有極大的環(huán)境代價，光伏發(fā)電屬于新能源發(fā)電領域，其具有的環(huán)境友好特征是解決能源環(huán)境問題的突破口。近年，我國打造了一大批大型地面光伏發(fā)電站，在推進光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時也留下了一些負面影響，受土地使用的限制，大型光伏電站多建設在西北部人煙稀少、多荒漠、荒灘的地區(qū)，當?shù)仉娔芟{能力有限，外送輸電線路鋪設進度明顯跟不上光伏電站建設速度，導致多地棄光問題突出，光伏發(fā)電存在極大的浪費，光伏發(fā)電企業(yè)收益得不到有效保障，甚至存在嚴重的財務虧損，嚴重的影響了光伏發(fā)電持續(xù)健康發(fā)展。光伏電站的棄光現(xiàn)象已經(jīng)引起國家層面的重視，為保護光伏發(fā)電持續(xù)健康發(fā)展，保護光伏發(fā)電企業(yè)發(fā)展光伏發(fā)電的積極性，國家發(fā)改委、國家能源局于2016年5月27日出臺關于做好風電、光伏發(fā)電全額保障性收購管理工作的通知，發(fā)改能源[2016]1150號，核定了部分存在棄風、棄光問題地區(qū)規(guī)劃內(nèi)的風電、光伏發(fā)電最低保障收購年利用小時數(shù)。光伏電站所在地光伏電能的消納能力和外送能力是當?shù)毓夥a(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本性制約因素，發(fā)改能源[2016]1150號能夠在政策上保護已建光伏電站的收益，但不能從根本上解決光伏發(fā)電與消納能力不足、輸電建設進度嚴重滯后的根本性矛盾。

分布式光伏發(fā)電由于能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電就近消納，減少輸配電環(huán)節(jié)的損耗，受到越來越多的關注和重視，國家層面上陸續(xù)出臺了相關政策推進分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，目前分布式光伏發(fā)電主要有“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”和“全額上網(wǎng)”兩種模式，“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式企業(yè)收益主要有，按全額發(fā)電量獲得的國家補貼，自發(fā)自用節(jié)約的用電費用，以及余電上網(wǎng)部分獲得的發(fā)電收益三部分。

在我國現(xiàn)行電網(wǎng)體制中，用電價格遠高于發(fā)電價格，因此在“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式下，增加用戶端自發(fā)自用的比例，可以使分布式光伏發(fā)電企業(yè)獲得更高的發(fā)電收益，減少企業(yè)投資回收期，提高分布式光伏發(fā)電企業(yè)推廣分布式光伏的積極性，有利于整個光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，然而光伏發(fā)電高峰期與用電高峰期不完全同步，光伏發(fā)電高峰期發(fā)出的電能很大一部分按余電上網(wǎng)的計價方式賣給電網(wǎng)企業(yè)，無形中減少了光伏發(fā)電企業(yè)的收益水平。為了提高用戶端自發(fā)自用的比例，提出了一種基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)，該系統(tǒng)將并網(wǎng)、離網(wǎng)、儲能、功率預測、電能調(diào)度、負荷等有機結(jié)合，通過合理的功率預測及電能調(diào)度，可實現(xiàn)分布式光伏輸出100%自發(fā)自用，利用峰谷電價削峰填谷，以及作為備用電源提高供電可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型針對分布式光伏發(fā)電自發(fā)自用比例不足的問題，提出了一種基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)，主要目的是：通過合理的功率預測和電能調(diào)度，在解決分布式光伏自發(fā)自用比例不足問題的同時，可進一步實現(xiàn)利用峰谷電價削峰填谷，以及作為備用電源提高供電系統(tǒng)可靠性。本實用新型另外一個重要意義在于，通過應用本實用新型提供的基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)，可以在改動很小的情況下，極大的提高具備儲能裝置的供電系統(tǒng)，如通信基站供電系統(tǒng)、具有后備UPS的供電系統(tǒng)等的綜合利用率，除此之外，構(gòu)成本實用新型的大部分設備和裝置均是需求量大、產(chǎn)業(yè)化水平較高、規(guī)?；杀据^低的標準設備，因此通過本實用新型提供的方法，用戶或企業(yè)可以用很少的投資實現(xiàn)原供電系統(tǒng)的改造，改造之后的供電系統(tǒng)同時具備光伏并網(wǎng)發(fā)電及調(diào)峰、光伏離網(wǎng)發(fā)電、利用峰谷電價削峰填谷以及提高供電系統(tǒng)可靠性的功能。

具體的，本實用新型的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

本實用新型由光伏單元（100）、并網(wǎng)逆變器（101）、并網(wǎng)電能表（102）、關口電能表（103）、電網(wǎng)（137）、離網(wǎng)DC/DC控制器（104）、AC/DC控制器（105）、儲能管理系統(tǒng)（106）、離網(wǎng)DC/AC控制器（107）、直流負荷（108）、交流負荷（109）、儲能裝置（110）、功率預測裝置（111）、開關控制單元（112）、通信單元（113）、受控開關K0、K1、K2、K3、K4、K5等組成；光伏單元（100）與受控開關K1、K2相連，并網(wǎng)逆變器（101）的輸入與受控開關K1相連，并網(wǎng)逆變器（101）輸出與并網(wǎng)電能表（102）輸入相連，并網(wǎng)電能表（102）輸出與關口電能表（103）、受控開關K3、K5相連，關口電能表（103）輸出接電網(wǎng)（137）；離網(wǎng)DC/DC控制器（104）輸入與受控開關K2相連，其輸出連接到儲能管理系統(tǒng)（106）的輸入；AC/DC控制器（105）輸入與受控開關K3相連，其輸出連接到儲能管理系統(tǒng)（106）的輸入；離網(wǎng)DC/AC控制器（107）的輸入與儲能管理系統(tǒng)（106）的輸出相連，其輸出與受控開關K4相連；受控開關K4、K5在靠近交流負荷（109）側(cè)相連后與交流負荷（109）相連；直流負荷（108）的輸入通過K0與儲能管理系統(tǒng)（106）的輸出相連；儲能裝置（110）與儲能管理系統(tǒng)（106）直接相連；功率預測裝置（111）的輸出與開關控制單元（112）輸入相連，其RS485/422總線接口通過RS485/422總線分別與光伏單元（100）、儲能裝置（110）、直流負荷（108）、交流負荷（109）、關口電能表（103）、通信單元（113）的RS485/422總線接口相連。

本實用新型提供的系統(tǒng)可歸納總結(jié)為四層結(jié)構(gòu)，第一層結(jié)構(gòu)包括光伏單元（114），第二層結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)端（115）、并網(wǎng)裝置（116）、離網(wǎng)裝置（117），第三層結(jié)構(gòu)包括功率預測（121）、電能調(diào)度（118），第四層結(jié)構(gòu)包括儲能裝置（119）、負荷（120），其中電網(wǎng)端（115）由關口電能表（103）和電網(wǎng)（137）組成，并網(wǎng)裝置（116）由K1、并網(wǎng)逆變器（101）和并網(wǎng)電能表（102）組成，離網(wǎng)裝置（117）由K2、離網(wǎng)DC/DC控制器（104）組成，功率預測（121）由功率預測裝置（111）和通信單元（113）組成，電能調(diào)度（118）由K0、K3、K4、K5、開關控制單元（112）、儲能管理系統(tǒng)（106）、AC/DC控制器（105）、離網(wǎng)DC/AC控制器（107）組成，負荷（120）由直流負荷（108）、交流負荷（109）組成，系統(tǒng)將光伏單元、并網(wǎng)、離網(wǎng)、儲能、功率預測、電能調(diào)度、負荷等有機結(jié)合成一個整體。

在本實用新型提供的系統(tǒng)中，分布式光伏以并網(wǎng)為主，離網(wǎng)為輔，只有當市電停電時，為最大化利用分布式光伏電能，分布式光伏才工作在離網(wǎng)狀態(tài)，K1閉合表明電網(wǎng)正常且分布式光伏工作或擬工作在并網(wǎng)狀態(tài)，K2閉合表明電網(wǎng)已停電且分布式光伏工作或擬工作在離網(wǎng)狀態(tài)，K2閉合時K3、K5即使閉合也無法為下行設備供電，定義K1、K2在任何時刻不能同時處于閉合狀態(tài)，K2閉合時K3、K5中任何一個不能為閉合狀態(tài)，K4、K5在任何時刻不能同時處于閉合狀態(tài)，K3、K4不同時處于閉合狀態(tài)，K0~K5構(gòu)成的64種開關狀態(tài)排除上述定義中不能實現(xiàn)的開關狀態(tài)后，剩余24種有效的開關狀態(tài)。

在本實用新型提供的系統(tǒng)中，功率預測裝置（111）的通過RS485總線獲取光伏單元歷史運行維護信息，直流負荷歷史運行維護信息、未來確定的功率分布信息，交流負荷歷史運行維護信息、未來確定的功率分布信息，儲能裝置歷史運行維護信息、當前剩余容量信息，電網(wǎng)調(diào)度、停電安排及分時峰谷電價信息，當?shù)毓夥l(fā)電歷史樣本信息，當?shù)貧庀箢A報信息等，功率預測裝置（111）綜合處理上述信息后給出K0~K5確定的開關狀態(tài)，并通過開關控制單元（112）控制K0~K5開關的斷開或閉合，以提前規(guī)劃儲能裝置剩余容量完成電能調(diào)度。

在本實用新型提供的系統(tǒng)中，其包含的通信單元（113）可完成系統(tǒng)與遠端服務器之間的信息交換，但其最主要功能是接收系統(tǒng)安裝地光伏發(fā)電歷史樣本信息、函數(shù)擬合方法及相關參數(shù)，并將其發(fā)送到功率預測裝置（111）用以擬合光伏發(fā)電功率與氣象信息的函數(shù)關系，功率預測裝置（111）利用未來氣象預報信息、擬合的函數(shù)關系以及光伏單元歷史運行維護信息等信息來確定系統(tǒng)未來光伏發(fā)電功率，同時收集電網(wǎng)調(diào)度、停電安排及分時峰谷電價，交直流負荷的未來功率分布以及儲能裝置剩余容量等的相關信息，通過開關控制單元（112）控制K0~K5開關的狀態(tài)可完成如下功能：使儲能裝置在分布式光伏峰值功率到來前提前預留足夠的存儲容量，以實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電100%自發(fā)自用；使儲能裝置在停電前儲備足夠的容量，以確保停電后可以利用分布式光伏離網(wǎng)發(fā)電和儲能裝置自身的存儲容量滿足負荷需求；使儲能裝置在低谷電價時儲備適量的電能，保證未來負荷利用光伏發(fā)電和預存電量獲得最大化收益。

本實用新型提供的方法適用于改造具有儲能裝置的供電系統(tǒng)，如通信基站供電系統(tǒng)、具有后備UPS的供電系統(tǒng)等，在不改變原系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)的前提下，通過適量增配光伏陣列（122）、并網(wǎng)逆變器（123）、并網(wǎng)電能表（124）、離網(wǎng)DC/DC控制器（125）、通信單元（126）、功率預測裝置（127）、開關控制單元（128）、以及用于實現(xiàn)電能調(diào)度的受控開關K6、K7、K8等，實現(xiàn)滿足用戶基本需求的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)原理圖；

圖2為基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為通信基站供電系統(tǒng)改造圖；

圖4為實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電100%自發(fā)自用時電能調(diào)度流程圖；

圖5為實現(xiàn)停電滿足負荷需求時電能調(diào)度流程圖；

圖6為實現(xiàn)利用峰谷電價削峰填谷功能時電能調(diào)度流程圖；

圖7為受控開關通斷邏輯表。

具體實施方式

實施例一：

基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)包括：光伏單元（100）、并網(wǎng)逆變器（101）、并網(wǎng)電能表（102）、關口電能表（103）、電網(wǎng)（137）、離網(wǎng)DC/DC控制器（104）、AC/DC控制器（105）、儲能管理系統(tǒng)（106）、離網(wǎng)DC/AC控制器（107）、直流負荷（108）、交流負荷（109）、儲能裝置（110）、功率預測裝置（111）、開關控制單元（112）、通信單元（113）、受控開關K0、K1、K2、K3、K4、K5等。

各部分的連接方式如圖1所示，其具體連接方式如下：光伏單元（100）與受控開關K1、K2相連，并網(wǎng)逆變器（101）的輸入與受控開關K1相連，并網(wǎng)逆變器（101）輸出與并網(wǎng)電能表（102）輸入相連，并網(wǎng)電能表（102）輸出與關口電能表（103）、受控開關K3、K5相連，關口電能表（103）輸出接電網(wǎng)（137）；離網(wǎng)DC/DC控制器（104）輸入與受控開關K2相連，其輸出連接到儲能管理系統(tǒng)（106）的輸入；AC/DC控制器（105）輸入與受控開關K3相連，其輸出連接到儲能管理系統(tǒng)（106）的輸入；離網(wǎng)DC/AC控制器（107）的輸入與儲能管理系統(tǒng)（106）的輸出相連，其輸出與受控開關K4相連；受控開關K4、K5在靠近交流負荷（109）側(cè)相連后與交流負荷（109）相連；直流負荷（108）的輸入通過K0與儲能管理系統(tǒng)（106）的輸出相連；儲能裝置（110）與儲能管理系統(tǒng)（106）直接相連；功率預測裝置（111）的輸出與開關控制單元（112）輸入相連，其RS485/422總線接口通過RS485/422總線分別與光伏單元（100）、儲能裝置（110）、直流負荷（108）、交流負荷（109）、關口電能表（103）、通信單元（113）的RS485/422總線接口相連。

圖2所示為根據(jù)圖1歸納總結(jié)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，整個系統(tǒng)可歸納總結(jié)為四層結(jié)構(gòu)，第一層結(jié)構(gòu)包括光伏單元（114），第二層結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)端（115）、并網(wǎng)裝置（116）、離網(wǎng)裝置（117），第三層結(jié)構(gòu)包括功率預測（121）、電能調(diào)度（118），第四層結(jié)構(gòu)包括儲能裝置（119）、負荷（120），其中電網(wǎng)端（115）由關口電能表（103）和電網(wǎng)（137）組成，并網(wǎng)裝置（116）由K1、并網(wǎng)逆變器（101）和并網(wǎng)電能表（102）組成，離網(wǎng)裝置（117）由K2、離網(wǎng)DC/DC控制器（104）組成，功率預測（121）由功率預測裝置（111）和通信單元（113）組成，電能調(diào)度（118）由K0、K3、K4、K5、開關控制單元（112）、儲能管理系統(tǒng)（106）、AC/DC控制器（105）、離網(wǎng)DC/AC控制器（107）組成，負荷（120）由直流負荷（108）、交流負荷（109）組成，系統(tǒng)將光伏單元、并網(wǎng)、離網(wǎng)、儲能、功率預測、電能調(diào)度、負荷等有機結(jié)合成一個整體。

實施例二：

基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)中，分布式光伏以并網(wǎng)為主，離網(wǎng)為輔，只有當市電停電時，為最大化利用分布式光伏電能，分布式光伏才工作在離網(wǎng)狀態(tài)，K1閉合表明電網(wǎng)正常且分布式光伏工作或擬工作在并網(wǎng)狀態(tài)，K2閉合表明電網(wǎng)已停電且分布式光伏工作或擬工作在離網(wǎng)狀態(tài)，K2閉合時K3、K5即使閉合也無法為下行設備供電，定義K1、K2在任何時刻不能同時處于閉合狀態(tài)，K2閉合時K3、K5中任何一個不能為閉合狀態(tài)，K4、K5在任何時刻不能同時處于閉合狀態(tài)，K3、K4不同時處于閉合狀態(tài)，K0~K5構(gòu)成的64種開關狀態(tài)排除上述定義中不能實現(xiàn)的開關狀態(tài)后，剩余24種有效的開關狀態(tài)。

基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)中，K0~K5全部可能的開關狀態(tài)及開關狀態(tài)說明如圖7所示，其中0表示對應開關處于斷開狀態(tài)，1表示對應開關處于閉合狀態(tài)。圖7給出的是受控開關K0~K5所有可能的開關狀態(tài)，K0~K5當前應該處于何種開關狀態(tài)由功率預測裝置（111）根據(jù)功率預測的結(jié)果來確定，具體實現(xiàn)方式如下：功率預測裝置（111）的通過RS485總線獲取光伏單元歷史運行維護信息，直流負荷歷史運行維護信息、未來確定的功率分布信息，交流負荷歷史運行維護信息、未來確定的功率分布信息，儲能裝置歷史運行維護信息、當前剩余容量信息，電網(wǎng)調(diào)度、停電安排及分時峰谷電價信息，當?shù)毓夥l(fā)電歷史樣本信息，當?shù)貧庀箢A報信息等，功率預測裝置（111）綜合處理上述信息后給出K0~K5確定的開關狀態(tài)，并通過開關控制單元（112）控制K0~K5開關的斷開或閉合，以提前規(guī)劃儲能裝置剩余容量完成電能調(diào)度。

基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)中，通信單元（113）可完成系統(tǒng)與遠端服務器之間的信息交換，但其最主要功能是接收系統(tǒng)安裝地光伏發(fā)電歷史樣本信息、函數(shù)擬合方法及相關參數(shù)，并將其發(fā)送到功率預測裝置（111）用以擬合光伏發(fā)電功率與氣象信息的函數(shù)關系，功率預測裝置（111）利用未來氣象預報信息、擬合的函數(shù)關系以及光伏單元歷史運行維護信息等信息來確定系統(tǒng)未來光伏發(fā)電功率，同時收集電網(wǎng)調(diào)度、停電安排及分時峰谷電價，交直流負荷的未來功率分布以及儲能裝置剩余容量等的相關信息，通過開關控制單元（112）控制K0~K5開關的狀態(tài)可完成如下功能：使儲能裝置在分布式光伏峰值功率到來前提前預留足夠的存儲容量，以實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電100%自發(fā)自用；使儲能裝置在停電前儲備足夠的容量，以確保停電后可以利用分布式光伏離網(wǎng)發(fā)電和儲能裝置自身的存儲容量滿足負荷需求；使儲能裝置在低谷電價時儲備適量的電能，保證未來負荷利用光伏發(fā)電和預存電量獲得最大化收益。

本案例中，為實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電100%自發(fā)自用，預先進行電能調(diào)度的具體過程如下：功率預測裝置（111）預測得到未來光伏發(fā)電量、負荷耗電量，并獲取當前儲能裝置剩余電量，然后判斷未來光伏發(fā)電量是否大于未來負荷耗電量，如果不大于，則K0~K5的當前開關狀態(tài)均可保持不變或切換到使儲能裝置當前容量保持不變的開關狀態(tài)，否則，則進一步判斷在K0~K5開關狀態(tài)不發(fā)生改變的情況下利用蓄電池能否全部吸收光伏多余發(fā)電量，如果蓄電池能夠吸收光伏多余發(fā)電量，則K0~K5當前開關狀態(tài)可保持不變或切換到使儲能裝置當前容量保持不變的開關狀態(tài)，否則，K0~K5當前開關狀態(tài)切換到使儲能裝置預先釋放容量的狀態(tài)。該過程的具體流程可參考圖4所示。

本案例中，為實現(xiàn)停電后利用分布式光伏離網(wǎng)發(fā)電和儲能裝置自身的存儲容量滿足負荷需求，預先進行電能調(diào)度的具體過程如下：功率預測裝置（111）預測未來停電后光伏發(fā)電量、負荷耗電量，并獲取當前儲能裝置剩余電量，然后判斷未來停電后光伏發(fā)電量與儲能裝置當前電量之和是否大于未來停電后負荷耗電量，如果不大于，則K0~K5的當前開關狀態(tài)切換到使儲能裝置通過市電預先儲備容量的狀態(tài)，否則，K0~K5的當前開關狀態(tài)可保持不變或切換到使儲能裝置容量保持不變的開關狀態(tài)。該過程的具體流程可參考圖5所示。

本案例中，為實現(xiàn)利用峰谷電價削峰填谷功能，預先進行電能調(diào)度的具體過程如下：功率預測裝置（111）首先獲取當前用電價格，并判斷當前是否為用電高峰期電價，如果當前不是用電高峰期電價，則進一步判斷當前是否為用電低谷期電價，如果當前也不是用電低谷期電價，則根據(jù)儲能裝置剩余容量和未來光伏發(fā)電量之和是否滿足未來負荷需求確定K0~K5當前開關狀態(tài)，如果當前是用電低谷期電價，則進一步核算存儲電價低谷期電量與存儲未來光伏剩余電量獲得最大收益時儲能裝置應該具有的剩余容量，并確定K0~K5當前開關狀態(tài)；如果當前恰好處于用電高峰期，則判斷儲能裝置進一步釋放容量是否能夠應對未來不時之需，如果能夠應對未來不時之需，則K0~K5當前開關狀態(tài)切換到使儲能裝置釋放容量的狀態(tài)以節(jié)約電能，否則如果儲能裝置進一步釋放容量不能保證應對未來不時之需，則K0~K5當前開關狀態(tài)可保持不變或切換到使儲能裝置容量保持不變的開關狀態(tài)。該過程的具體流程可參考圖6所示。

實施例三：

基于功率預測的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)，其提供的方法適用于改造具有儲能裝置的供電系統(tǒng)，如通信基站供電系統(tǒng)、具有后備UPS的供電系統(tǒng)等，在不改變原系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)的前提下，通過適量增配光伏陣列（122）、并網(wǎng)逆變器（123）、并網(wǎng)電能表（124）、離網(wǎng)DC/DC控制器（125）、通信單元（126）、功率預測裝置（127）、開關控制單元（128）、以及用于實現(xiàn)電能調(diào)度的受控開關K6、K7、K8等，實現(xiàn)滿足用戶基本需求的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)。圖3所示系統(tǒng)原理圖中，虛線框外部為標準通信基站供電系統(tǒng)配置圖，虛線框內(nèi)為利用本實用新型提供的方法改造該供電系統(tǒng)，需要增配或改造的部分，其中開關K8是將原供電系統(tǒng)中非受控開關替換成受控開關，上述改造后，原標準通信基站供電系統(tǒng)升級為具有功率預測功能的分布式光伏儲能調(diào)峰系統(tǒng)，可極大提高通信基站供電系統(tǒng)收益水平。

需要說明的是，上述實例僅僅是為了闡述本實用新型的構(gòu)思和實現(xiàn)方法，目的是使本領域內(nèi)的技術人員理解本實用新型的具體內(nèi)容，并可以照此實施此發(fā)明，并不能以此來限制本實用新型的保護范圍。因此，凡依照本實用新型原理、構(gòu)思、形狀所作的變化或修飾，均應涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。