基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法

摘要

本发明公开了一种基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法，属于微电网领域，用于隧道设备供电，其在电网侧状态处于供电正常时，系统控制器从电网侧获取电网数据，并判定高峰与闲时用电时间，在闲时用电时间中控制PCS为电池组充电，在高峰用电时间内控制电池组经PCS并入隧道内的供电网络，为隧道内的用电设备提供电力供应；4)、在步骤1)至步骤3)中，系统控制器根据获取的BMS数据、PCS数据、电表数据、工作温度湿度中的一种或多种，获取电池组的充放电状态、系统通讯状态、设备故障信息。其能够根据地区电网的定价策略，采用备用电池组的方式在用电低谷时段进行充电，在用电高峰时段进行辅助电力供应，以降低与节约隧道设备的用电成本。

说明书

技术领域

本发明属于微电网领域，具体地说，尤其涉及一种基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法。

背景技术

随着我国经济的不断发展，我国电力设施的建设及电力供应情况得到了明显的改善，人们的生活质量因为电力供应情况的改善也有了明显的提高，这就造成了用电结构发生了很大的变化。当人们在正常的工作生活环境中集中用电时，电网的用电高峰就会出现，电网侧的负荷率升高，而当人们在非工作生活的过程中，则会降低对用电设备的需求，从而造成电网侧负荷率的降低，出现用电低谷。为了鼓励用电客户合理安排用电时间、提高电力资源的利用率，我国不同地方采用了用电高峰时段与用电低谷时段分别计费的方式，即根据各个时段制定不同的电价水平。

例如在福建删去，隧道公里数超过五千，隧道集中用电时间多为用电高峰期，且耗电量极大，如果隧道照明采用传统的市电照明，其使用及维护成本较高。而如果在隧道内配置相应容量的柴油发电机系统，虽然建设成本相对较低，但是由于柴油机的维护工作量大、小功率柴油发电机无法实现自动切换而需要工人现场手动投运、柴油发电机投运时噪音及烟雾污染较大，发电成本较高，不适宜作为隧道照明的补充系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法，其能够根据地区电网的定价策略，采用备用电池组的方式在用电低谷时段进行充电，在用电高峰时段进行辅助电力供应，以降低与节约隧道设备的用电成本。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法，该方法包括以下步骤，

1)、系统控制器首先判断电网侧状态，在电网侧状态处于供电正常时，系统控制器从电网侧获取电网数据；

2)、系统控制器分析从电网侧获取的电网数据并判定高峰与闲时用电时间，在闲时用电时间中控制PCS为电池组充电；

3)、系统控制器分析从电网侧获取的电网数据，在高峰用电时间内控制电池组经PCS并入隧道内的供电网络，为隧道内的用电设备提供电力供应；

4)、在步骤1)至步骤3)中，系统控制器根据获取的BMS数据、PCS数据、电表数据、工作温度湿度中的一种或多种，获取电池组的充放电状态、系统通讯状态、设备故障信息。

进一步地讲，本发明中所述的步骤1)从电网侧获取的电网数据包括含有真实用电价格的用电时间数据和/或供电侧定义的峰平谷时间段。

进一步地讲，本发明中所述的步骤1)中系统控制器判断电网侧处于停电状态时，系统控制器控制PCS不间断自动切换到电池供电模式并启动后备电源。

进一步地讲，本发明中所述的系统控制器将获取的信息通过远程云平台推送到本地客户端。

进一步地讲，本发明中所述的本地客户端包括手机APP、微信公众号。

进一步地讲，本发明中所述的系统控制器在步骤2)、步骤3)中采用双向计费电表采集电压、电流、功率、电能等数据，并通过上述数据监测系统用电情况，计算总用电量、高峰用电时间的用电量、闲时用电量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过采用电化学储能系统，采用高稳定性高用电转换率的磷酸铁锂电池，替换采用铅酸电池的UPS和柴油发电机备电，绿色环保，减少维护。

2、储能系统具有削峰填谷、延时用电、电能质量优化等特性，削峰填谷就是在电力处于“平”“谷”时段充电，电力位于“峰”时段放电，通过平滑用户负荷曲线可以减少电力处于“峰”值时段的功率订购额，实现减少以相对高价格购入电能的需求，降低总电费。当电网停电时，储能系统可以作为后备电源为用户持续供电。此外，通过储能系统的安装与应用能够滤除来自电网的扰动，可以作为一种特殊的电能质量控制装置来改善重要负荷的供电质量。从节能减排角度来看，储能系统在非峰负荷时段将低碳排放电源的电能转移到峰荷时段使用，从而减少对高排放能源的消耗，有利于节能减排。

3、峰谷电价差获得经济效益，提供储能云数据管理接口，随时随地管理收益；满足电网公司需求侧响应，增加电力需求侧管理的收益。

4、为高速公路单电源隧道提供第二路电源，满足高速公路500米以上隧道双电源供电要求，当电网停电时，完全可以开启正常照明模式且续航时间可达8小时，为隧道提供更加可靠的行车安全条件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明所述的技术方案作进一步地描述说明。

在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法，该方法包括以下步骤，

1)、系统控制器首先判断电网侧状态，在电网侧状态处于供电正常时，系统控制器从电网侧获取电网数据；

2)、系统控制器分析从电网侧获取的电网数据并判定高峰与闲时用电时间，在闲时用电时间中控制PCS为电池组充电；

3)、系统控制器分析从电网侧获取的电网数据，在高峰用电时间内控制电池组经逆变器并入隧道内的供电网络，为隧道内的用电设备提供电力供应；

4)、在步骤1)至步骤3)中，系统控制器根据获取的BMS数据、PCS数据、电表数据、工作温度湿度中的一种或多种，获取电池组的充放电状态、系统通讯状态、设备故障信息；所述步骤1)从电网侧获取的电网数据包括含有真实用电价格的用电时间数据和/或供电侧定义的峰平谷时间段；所述步骤1)中系统控制器判断电网侧处于停电状态时，系统控制器控制 PCS不间断自动切换到电池供电模式并启动后备电源。

实施例2

一种基于削峰填谷策略的隧道节能供电控制方法，其中所述的所述系统控制器将获取的信息通过远程云平台推送到本地客户端；所述本地客户端包括手机APP、微信公众号；所述系统控制器在步骤2)、步骤3)中采用双向计费电表采集电压、电流、功率、电能等数据，并通过上述数据监测系统用电情况，计算总用电量、高峰用电时间的用电量、闲时用电量。其余部分的结构及连接关系与前述实施例中任意一项所述的结构及连接关系相同，为避免行文繁琐，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，本发明继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本发明中所起到的功能、作用进行详细的描述，以帮助本领域的技术人员充分理解本发明的技术方案并且予以重现。

对于用户来说，由于全天各时段的电价可能不同，因此可以利用这种电价差决定何时从电网购买何种价格的电。在非峰值负荷时间电价对储能系统充电，而在峰值负荷时段电价进行放电，从而将峰值时段的负荷“迁移”至非峰值时段。

在本发明中，作为储能系统主要核心部件的电池组采用锂电池，锂电池采用安全性高、可靠性高的磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池具有高温性能好、重量轻、环保、高效率输出等特点。

在储能系统中，还需要储能变流器(PCS)作为电池组充放电的重要装置，其功能和性能的好坏直接决定了储能系统的功能实现和性能优劣，对系统的安全性、可靠性具有决定性的影响。例如，在23点至次日7点谷时段采用低功率充电，至早上7点前储能系统电池组处于充满状态，早上8点30至11点30高峰时段储能系统跟随用能负荷满功率放电，11点 30前储能系统电量放空；11点30至14点30平时段储能系统进行第二次充电，3个小时内储能系统电量充满，14点30至17点30高峰时段满功率放电。

在上述段落中，所述储能系统中的电池组工作模式包括投运、运行、分切和维修四种模式，投运模式是指投运模式是指系统在冷备状态下，系统经过线路接入、PCS启动、并网、运行的过程；运行模式是指系统的削峰填谷运行(充电/放电)的工作过程；分切模式是指系统在正常工作状态下(运行模式)，关闭PCS、切断线路输入点的过程，是系统从运行状态转变到停止状态的过程；维护模式是指系统在停止状态下(热备和冷备)对系统维护、检修的过程。

由于在本发明中，所述储能系统中的电池组处于充放电的循环，其需要BMS采集电池组的数据，并且根据BMS采集上来的数据判断电池的状态，控制电池充放电电容，确保电池不过分充放电，达到保护电池使用寿命的功能。

同时，在系统控制器所接收的收据中还包括通过各种传感器采集上来的周围环境的温度、湿度、通过双向电表采集上来的系统充电、供电的数据、通过BMS采集的电池组充放电状态、通过PCS采集的工作状态等，判定系统是否需要启动保护程序来实现平稳运行。具体来讲，在发明中，所述的系统控制器应当能够实时监控电池管理系统(BMS)、PCS、其他辅助智能设备数据等，其中在对PCS的监控过程中需要监测PCS的运行数据，例如直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流频率、输出有功功率、输出无功功率等，监控PCS的运行状态，能够通过声光报警方式对出现的设备故障进行提示，并记录设备故障的原因及故障时间。

可查看BMS的运行数据，例如电池单体电压、电池温度、电池簇电压、电池簇SOC、电池可用容量等。监控BMS的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，例如电池单体过压、电池串过压、电池单体欠压、电池温度过高/过低、电池系统过流、BMS内部异常、通讯异常等。

本发明中的BMS为电池管理系统，其设计方案采用与电芯特性相匹配的储能电池管理系统，每套管理系统包含主电池管理单元(MBMU)、分电池管理单元(SBMU)、电池监控单元(CSC)、电流检测单元(CSU)、高压线路控制单元、储能柜预充电(并联)线路、高压检测单元、热管理单元等，本电池管理统用于检测电池柜内单体电池电压、温度、电流，计算电池柜电池SOC，存储相关电池柜制造信息及必要的运行历史数据，并与上一级电池管理系统进行实时通讯及时传送电池柜电池运行状态及报警信息给上一级管理系统，自动进行高压及热管理，统筹整个电池柜电池进行自动平衡，必要时，根据计算对SOC自动进行校准，实现智能化管理、控制。

最后，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。