一种多能物联协调控制终端装置

张志峰　桂勇华　张福兴

在能源领域，随着风、光、充、储的发展，促使能源管理系统综合运用嵌入式计算技术、边缘计算技术、物联网通信技术、能源优化协调控制技术、能量转换存储技术，将风力、光伏等间隙性可再生能源与储能系统、各类可控负载的友好互动，实现能源的稳定、高效、经济利用。一种多能物联协调控制装置，在能源管理系统中作为区域级“协管员”，在区域范围内承担场景进程推进的细粒度任务。

1系统结构

多能物联协调控制终端的系统结构如下图1所示.基于分布式插件架构，主要的功能插件包含：AI插件、L/O插件、通信插件、逻辑控制插件、远程管控插件。

AI插件实现模拟量信号采集。AI插件采集协调控制终端覆盖的区域电网与上级电网公共连接点的电压、电流、频率等工频信号量，实时测量区域电网的总的有功、无功负荷。

L/O插件实现开关量的采集和控制。I/O插件采集各个分布支路及并网支路的开关位置信息，作为区域电网及多能物联管控中区域控制的辅助依据。区域性电网内部系统在发生故障时，协调控制终端执行电网异常响应控制逻辑，通过I/O插件自动断开PCC处的控制器开关切除分布式电源，停止供电并对供电系统进行故障维护和检修，防止了停电区域范围的扩大，保证了配电网安全、稳定地正常运行：当上级电网侧线路发生短路故障或者停电时，协调控制终端迅速检测到孤岛，在上级电网线路自动重合闸之前切断PCC处的开关。在上级电网故障消除和恢复供电，或重点区域性电网故障消除后，根据多能物联管控平台下达的指令，通过L/O插件控制重新并网或恢复供电。

通信插件实现与区域电网内各层设备通信以进行信息交互和数据共享。通信插件设计HPLC高速电力载波通信接口，与多能物联通信终端连接：提供以太网口及光纤通信接口，可以经过交换机与区域内的设备实现以太网通信。通信插件核心是物联网通信技术，通过ModBus-RTU、HPLC高速电力载波等通信协议，协调控制终端借此实现对各类电力设备的通信和控制。

逻辑控制插件负责完成实时性的控制策略及控制算法的处理。逻辑控制插件对采集的工频信号量进行幅值、相位处理及分析，精准控制区域电网内开关实现设备的投切;对区域内负荷进行分析，可实现区域负荷的预测及削峰填谷;根据多能物联管控平台下发的交换功率，按预定策略调节可再生能源发电出力、调节储能充放电，最大化可再生能源利用并提高各储能电池的一致性。

远程管控插件接受多能物联管控平台的直接管控，完成本辖区各类设备的协调控制。远程管控插件运行适用于不同场景的APP（如实时交易APP、智能计量APP等），完成包括负荷管理、预测预警、费控管理等功能。

2功能描述

2.1数据采集功能

根据国家标准《电网监控系统技术规范》关于在数据采集和信号处理中对量测工程项目的技术要求，多能物联协调控制终端采集配电网侧、区域电网母线的工频信号量，得到电压电流的基波實时值，由FFT计算可获得各次谐波值，通过软件算法，可进一步计算得到有功功率、无功功率、功率因数等基础电气量，以及负序电压、零序电压、零序电流等用于保护的电气量，以及电压正负偏差、电压不平衡度等与电能质量密切相关的数据，并由硬件电路测得频率量。对于分布电源侧、储能侧、分级负荷侧的量测数据主要通过通信的方式从各支路的测控装置中获取。

2.2远程管理功能

多能物联协调控制终端的远程管控插件.基于Linux操作系统、ESDK开放平台、5G、物联网Agent等技术，搭建边缘计算环境。协调控制终端可基于边缘计算环境从多能物联管控平台下载、更新、卸载各类应用APP，实现装置运行控制策略的远程管控。

2.3智能计量功能

多能物联协调控制终端计量统APP，能够通过自动测量和分析读取区域性电网中的电、热、气、水等能源的平均消耗量和生产量，形成一个实时的用户资料，合理地管理计量数据，并将计量结果发送到有关各方，以此作为多能物联管控平台电源需求侧的信息来源。对于每一个用户来说，所有的测量数据均可以通过每一个用户的室内网在一台电脑上进行显示。因此，用户可以直观地查看自己正在消费或生产的电能以及相应的费用等信息，从而对其进行合理调整和控制。

2.4能源交易功能

多能物联管控平台根据电源运行参数、市场数据、终端采集的区域电网数据和智能计量数据，对各个电源进行控制，参与电力市场交易。协调控制终端实时交易APP响应多能物联管控平台的各种控制指令，执行对应的控制策略实现不同的业务运营。针能源交易业务，协调控制终端下辖的区域电网，可以作为一个整体参与多能物联管控平台的分级管理。管控平台可以根据对配电网的经济运营分析、需求侧管理分析等，给各区域协调控制终端下发交换功率确定值，从而实现整个配电网的最优运营。协调控制终端按管控平台下发的交换功率确定值，适当地控制区域分布式发电输出功率、储能系统充放电功率等，在保障区域电网内部的经济安全和正常运行条件的必要前提下按规定交换功率运行。

2.5调峰调频功能

针对虚拟电厂调峰、调频业务，多能物联协调控制终端，调节区域电网的出力提供给电力平衡市场。平时协调控制终端接收多能物联管控平台的综合出力分配，调节区域电网的储能形成备用，获取备用费补偿;当电网过载时，协调控制终端可以在几分钟内调整区域电网出力，控制区域电网中储能系统完成调频功能，并获得额外的调频服务费。

3应用场景

3.1小区电动汽车有序充电

小区电动汽车有序充电需要实现两个控制目标：第一，提高设备利用率，减少区域变压器装机容量建设：第二，以峰谷电费差，利用价格杠杆引导用户有序用电。

小区电动汽车大规模的充电需求.要求小区配电具有较大的容量。但老旧居民小区的配电容量有限，由于线路和规划原因，扩容困难：新建居民小区的配电容量基于经济性也不能无限增加。多能物联协调控制终端通过实时监测居民小区内的负荷状态，调拨闲置负荷提供给充电设备：在负荷紧张的情况下，建立充电队列：在其他设备负荷降低的情况下，安排充电设备有序充电;在闲置负荷不满足其他设备负荷需求的情况下，降低充电设备功率或退出充电，如果充电设备未按要求降低功率或退出充电，切断其电源输入，保障居民正常生活的使用负荷。通过协调控制终端的优化控制，平衡峰谷负荷，减少无序充电对电网的冲击，并减少居民小区配电容量的不必要增加。