一種多能物聯協調控制終端裝置

張志峰　桂勇華　張福興

在能源領域，隨著風、光、充、儲的發展，促使能源管理系統綜合運用嵌入式計算技術、邊緣計算技術、物聯網通信技術、能源優化協調控制技術、能量轉換存儲技術，將風力、光伏等間隙性可再生能源與儲能系統、各類可控負載的友好互動，實現能源的穩定、高效、經濟利用。一種多能物聯協調控制裝置，在能源管理系統中作為區域級“協管員”，在區域范圍內承擔場景進程推進的細粒度任務。

1系統結構

多能物聯協調控制終端的系統結構如下圖1所示.基于分布式插件架構，主要的功能插件包含：AI插件、L/O插件、通信插件、邏輯控制插件、遠程管控插件。

AI插件實現模擬量信號采集。AI插件采集協調控制終端覆蓋的區域電網與上級電網公共連接點的電壓、電流、頻率等工頻信號量，實時測量區域電網的總的有功、無功負荷。

L/O插件實現開關量的采集和控制。I/O插件采集各個分布支路及并網支路的開關位置信息，作為區域電網及多能物聯管控中區域控制的輔助依據。區域性電網內部系統在發生故障時，協調控制終端執行電網異常響應控制邏輯，通過I/O插件自動斷開PCC處的控制器開關切除分布式電源，停止供電并對供電系統進行故障維護和檢修，防止了停電區域范圍的擴大，保證了配電網安全、穩定地正常運行：當上級電網側線路發生短路故障或者停電時，協調控制終端迅速檢測到孤島，在上級電網線路自動重合閘之前切斷PCC處的開關。在上級電網故障消除和恢復供電，或重點區域性電網故障消除后，根據多能物聯管控平臺下達的指令，通過L/O插件控制重新并網或恢復供電。

通信插件實現與區域電網內各層設備通信以進行信息交互和數據共享。通信插件設計HPLC高速電力載波通信接口，與多能物聯通信終端連接：提供以太網口及光纖通信接口，可以經過交換機與區域內的設備實現以太網通信。通信插件核心是物聯網通信技術，通過ModBus-RTU、HPLC高速電力載波等通信協議，協調控制終端借此實現對各類電力設備的通信和控制。

邏輯控制插件負責完成實時性的控制策略及控制算法的處理。邏輯控制插件對采集的工頻信號量進行幅值、相位處理及分析，精準控制區域電網內開關實現設備的投切;對區域內負荷進行分析，可實現區域負荷的預測及削峰填谷;根據多能物聯管控平臺下發的交換功率，按預定策略調節可再生能源發電出力、調節儲能充放電，最大化可再生能源利用并提高各儲能電池的一致性。

遠程管控插件接受多能物聯管控平臺的直接管控，完成本轄區各類設備的協調控制。遠程管控插件運行適用于不同場景的APP（如實時交易APP、智能計量APP等），完成包括負荷管理、預測預警、費控管理等功能。

2功能描述

2.1數據采集功能

根據國家標準《電網監控系統技術規范》關于在數據采集和信號處理中對量測工程項目的技術要求，多能物聯協調控制終端采集配電網側、區域電網母線的工頻信號量，得到電壓電流的基波實時值，由FFT計算可獲得各次諧波值，通過軟件算法，可進一步計算得到有功功率、無功功率、功率因數等基礎電氣量，以及負序電壓、零序電壓、零序電流等用于保護的電氣量，以及電壓正負偏差、電壓不平衡度等與電能質量密切相關的數據，并由硬件電路測得頻率量。對于分布電源側、儲能側、分級負荷側的量測數據主要通過通信的方式從各支路的測控裝置中獲取。

2.2遠程管理功能

多能物聯協調控制終端的遠程管控插件.基于Linux操作系統、ESDK開放平臺、5G、物聯網Agent等技術，搭建邊緣計算環境。協調控制終端可基于邊緣計算環境從多能物聯管控平臺下載、更新、卸載各類應用APP，實現裝置運行控制策略的遠程管控。

2.3智能計量功能

多能物聯協調控制終端計量統APP，能夠通過自動測量和分析讀取區域性電網中的電、熱、氣、水等能源的平均消耗量和生產量，形成一個實時的用戶資料，合理地管理計量數據，并將計量結果發送到有關各方，以此作為多能物聯管控平臺電源需求側的信息來源。對于每一個用戶來說，所有的測量數據均可以通過每一個用戶的室內網在一臺電腦上進行顯示。因此，用戶可以直觀地查看自己正在消費或生產的電能以及相應的費用等信息，從而對其進行合理調整和控制。

2.4能源交易功能

多能物聯管控平臺根據電源運行參數、市場數據、終端采集的區域電網數據和智能計量數據，對各個電源進行控制，參與電力市場交易。協調控制終端實時交易APP響應多能物聯管控平臺的各種控制指令，執行對應的控制策略實現不同的業務運營。針能源交易業務，協調控制終端下轄的區域電網，可以作為一個整體參與多能物聯管控平臺的分級管理。管控平臺可以根據對配電網的經濟運營分析、需求側管理分析等，給各區域協調控制終端下發交換功率確定值，從而實現整個配電網的最優運營。協調控制終端按管控平臺下發的交換功率確定值，適當地控制區域分布式發電輸出功率、儲能系統充放電功率等，在保障區域電網內部的經濟安全和正常運行條件的必要前提下按規定交換功率運行。

2.5調峰調頻功能

針對虛擬電廠調峰、調頻業務，多能物聯協調控制終端，調節區域電網的出力提供給電力平衡市場。平時協調控制終端接收多能物聯管控平臺的綜合出力分配，調節區域電網的儲能形成備用，獲取備用費補償;當電網過載時，協調控制終端可以在幾分鐘內調整區域電網出力，控制區域電網中儲能系統完成調頻功能，并獲得額外的調頻服務費。

3應用場景

3.1小區電動汽車有序充電

小區電動汽車有序充電需要實現兩個控制目標：第一，提高設備利用率，減少區域變壓器裝機容量建設：第二，以峰谷電費差，利用價格杠桿引導用戶有序用電。

小區電動汽車大規模的充電需求.要求小區配電具有較大的容量。但老舊居民小區的配電容量有限，由于線路和規劃原因，擴容困難：新建居民小區的配電容量基于經濟性也不能無限增加。多能物聯協調控制終端通過實時監測居民小區內的負荷狀態，調撥閑置負荷提供給充電設備：在負荷緊張的情況下，建立充電隊列：在其他設備負荷降低的情況下，安排充電設備有序充電;在閑置負荷不滿足其他設備負荷需求的情況下，降低充電設備功率或退出充電，如果充電設備未按要求降低功率或退出充電，切斷其電源輸入，保障居民正常生活的使用負荷。通過協調控制終端的優化控制，平衡峰谷負荷，減少無序充電對電網的沖擊，并減少居民小區配電容量的不必要增加。