用于电网分布式能源管理的智能电网操作系统技术方案

一种电网配电系统，其将多个分布式能源(DER)的能源聚合起来并利用作为单一市场资源的DER为一个或多个能源市场提供服务。DER可创建数据实时显示DER的本地需求和本地能量容量。该系统可基于DER信息和实时市场信息计算出根据DER能量容量的数据聚合为电网提供一项或多项服务的方式。

Smart Grid Operating System for Distributed Energy Management in Power Grid

A power distribution system that aggregates energy from multiple distributed energy sources (DERs) and uses DERs as a single market resource to serve one or more energy markets. DER can create data to display DER's local demand and local energy capacity in real time. Based on DER information and real-time market information, the system can calculate how to aggregate data according to DER energy capacity to provide one or more services for power grid.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电网分布式能源管理的智能电网操作系统优先权本申请基于2016年6月6日提交的第62/346,541号美国临时专利申请并要求该临时专利申请的优先权。
本专利申请主要涉及一种电网，具体涉及分布式能源的聚合管理和本地管理。版权声明/许可本专利申请文件的部分公开内容可能包含受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人按照其在美国专利商标局的专利文档或记录中的形式对本专利文档或专利公开内容进行复制，但在其他方面保留所有版权。此版权声明适用于下文所描述的所有数据和本专利申请附图中的所有数据以及下文描述的任何软件：版权所有2016、2017年，ApparentInc.，保留所有权利。背景我们正处于一个依赖于能源的科技时代。能源为机器、家用电器和电子器具提供动力，让我们的生活更加高效、更加美好。尽管能源依然是一种有限资源，然而其却是创新的无形推动者。能源是推动数字经济加速发展的资源，不仅促进全球互联互通，而且赋予子孙后代迎接更大挑战的能力。可是却少有人知道能源的运作方式以及如何才能拥有稳定的电网来向我们提供电力。通常只有在出现以下两种情况之一时，用户才会意识到能源的有限性：停电时突然断电或能源使用量明显增多(出现令人费解的高额电费帐单)。否则，人们往往将能源视为理所当然并期望公共事业公司负责能源的方方面面。然而，随着能源需求的增长，关于如何满足需求的争论也日益增多。这种能实现发电、配电和输电且在基础设施、监管和经济方面相互依赖的复杂系统统称为“电网”。长久以来，电网集中在一个公用事业设施上。从发电商到作为能源消费者的能源用户，人们对电网中的能量流动进行集中发电和集中管理。所述电网由许多为用户提供电力的组件组成，包括进行发电的火力发电厂、核电厂、水电站发电机、风力发电场和太阳能发电场；用于电力传输的输电线路、变电站和互连设备；以及负责制定和监管可靠性标准的政府监管机构。传统上，所述电网以一个或多个大型发电机为基础，该发电机能够提供充足电力，满足联网用户的电力峰值需求。用户可包括住所、企业、蜂窝站或其他变电箱或者其他电力用户或用户建筑物。不同用户可能具有不同的峰值需求，从最小的电力用户到因重型商用设备而具有很高电力需求的大型企业。传统电网结构包括电网中有功功率和无功功率的集中管理。自100多年前首次问世以来，电网结构几乎没有任何变化。电网以中央发电机为基础，旨在将来自中央发电机的电力向“下游”输送至用户建筑物的电力消费点。从发电机到用户的传输距离可达数百英里，需要建设和维护费用十分高昂的基础设施，如变电站及街区变压器，以保持电压与电网上输送的电流同相，并保持电压水平处于稳定水平。最新的技术进步给电网带来巨大压力。大多数现代电子产品中的开关式电源需要无功功率并对电网产生谐波噪声。电动机使用的增加会导致电网功率因数下降，致使电网相位和电压控制发生偏移，从而降低了能量传输效率。最近用户建筑物所采用的被称为“绿色能源”的发电装置(如通过太阳能发电系统或风力发电系统进行发电)，也给电网带来了压力。鉴于所述电网专为顺流流动而设计，用户发电装置试图在电网上“逆流”输送回集中管理处的有功功率须由公用事业部门集中管理处控制的附加无功功率进行补偿。附图说明下文的描述包含对图示的阐述，这些图示以示例的方式说明本专利技术之实施例的实施方式。这些附图应视为示例性的，而非限制性的。如本文所使用，本专利申请中提及的一个或多个“实施例”应理解为描述本专利技术的至少一个实施例所包含的某一特定功能、结构和/或特征。因此，本专利申请中出现的诸如“在一个实施例中”或“在一个替代实施例中”之类的语句描述本专利技术的各种实施例和实施方式，也不一定均指同一实施例。然而，它们也不一定相互排斥。图1示出了一种电网分布式能源管理系统的框图。图2示出了一种控制中心的一个实施例的框图，其中该控制中心用于管理电网的分布式能源。图3示出了一种分布式电网系统的一个实施例的框图。图4A示出了一种聚合DER电网的一个实施例的框图。图4B示出了一种聚合DER电网的另一实施例的框图。图4C示出了一种聚合DER电网的另一实施例的框图。图4D示出了一种聚合DER电网的另一实施例的框图。图5示出了一种在多个街区之间进行DER监测和控制的系统的一个实施例的框图。图6示出了一种分布式电网系统的网关装置的一个实施例的框图。图7示出了一种网关聚合器系统的一个实施例的框图。图8示出了一种DER节点的一个实施例的框图。图9示出了分布式电网的一种DER节点的一个实施例的框图。图10示出了一种智能电网操作系统的一个实施例的框图。图11示出了一种采用智能电网操作系统的四象限电能表的一个实施例的框图。图12A示出了一种管理DER节点电网互连的智能电网操作系统的一个实施例的框图。图12B示出了说明DER节点电网互连管理的表格数据的一个实施例。图13示出了一种系统中的电流分量的实施例的示意图，其中，电流的谐波分量具有相对于初级电流分量的角向偏移量。图14示出了一种系统中的电流分量的实施例的示意图，其中，电流矢量是初级电流分量和谐波电流分量的合成矢量。图15示出了负荷率控制的一个实施例的框图。图16示出了一种系统的一个实施例的框图，其中该系统利用无功功率注入将本地来源的电力传输给并网负载。图17示出了一种具备智能本地能量存储装置的用户节点的一个实施例的框图。图18示出了一个聚合本地信息和电网状态信息的过程的一个实施例的流程图。图19示出了一种电网中分布式能源管理过程的一个实施例的流程图。下文将描述某些细节和实施方式，包括对所述附图的描述，这些附图可能描述下文阐述的实施例中的部分或全部实施例，还可能探讨本专利申请提及的专利技术构思的其他潜在实施例或实施方式。详细说明如本专利申请所述，一个电网配电系统将多个分布式能源(DER)的能源聚合起来并利用作为单一市场资源的DER为一个或多个能源市场提供服务。DER可创建数据实时显示DER的本地需求和本地能量容量。该系统可基于DER信息和实时市场信息计算出根据DER能量容量的数据聚合为电网提供一项或多项服务的方式。电网系统以正弦电流波形和电压波形的交流(AC)电形式提供电能，可以看作是在一个周期内交替输送和提取电力。交流电能逆向流动及由操作人员监控的变压器实时上下调制的能力使其能在高压下通过电力线传输，同时尽可能减少因发热而造成的电力线损。当交流电能沿着输电线路“顺流”输送至变电站和电力线，最终到达最终用户时，它需要在有功功率和无功功率之间进行连续、平衡的控制。电网输出的功率通常包括两部分：有功功率分量和无功功率分量。有功功率以瓦为单位，是指用于做电功的有功电能。有功功率是电压波形和电流波形完全同相时输出的功率。为实现高效的有功功率传输，有功电能波形的需求时间应与电网上电能波形的传输时间相匹配。当二者时间不匹配时，能量传输中会存在功率损耗。无功功率以无功伏安(VAR)为单位，指的是保证这两个时间保持一致以减少功率损耗的电能。根据电流波形和电压波形之间的相位差，无功功率可能相对超前或滞后于有功功率。对电力用户而言，对功率的理解可能不同于用于计算功率的能源。功率通常以瓦时(W.h)或瓦小时来表示。用瓦小时数乘以公用事业单位的收费费率便可得出电力用户应向公用事业单位支付的金额。但是能源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式能源(DER)节点，其包括：一个硬件接口，用于收集来自一个或多个传感器的数据，该传感器监测DER节点的实时数据，包括电网用户建筑物处的负载的本地需求信息以及用户建筑物处的一个或多个能量源的发电量；一个网络接口，用于通过网络与控制中心相耦合，为DER节点向该控制中心提供实时数据；以及电网互连硬件，用于调节与电网的互连点处的DER的表观功率操作，包括根据电网调节DER的有功功率操作或无功功率操作或者有功功率和无功功率操作，以作为一个参与者向该电网提供服务，其中多个其他DER作为单一市场能量源，响应电网的实时市场需求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 US 62/346,5411.一种分布式能源(DER)节点，其包括：一个硬件接口，用于收集来自一个或多个传感器的数据，该传感器监测DER节点的实时数据，包括电网用户建筑物处的负载的本地需求信息以及用户建筑物处的一个或多个能量源的发电量；一个网络接口，用于通过网络与控制中心相耦合，为DER节点向该控制中心提供实时数据；以及电网互连硬件，用于调节与电网的互连点处的DER的表观功率操作，包括根据电网调节DER的有功功率操作或无功功率操作或者有功功率和无功功率操作，以作为一个参与者向该电网提供服务，其中多个其他DER作为单一市场能量源，响应电网的实时市场需求。2.权利要求1所述的DER节点，其中，所述网络接口装置用于从控制中心接收调度控制。3.权利要求1所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作以提供服务，包括根据电网调节DER的有功功率操作或无功功率操作或者有功功率和无功功率操作的组合。4.权利要求1所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作以提供辅助服务或黑启动服务。5.权利要求1所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作以非输出服务。6.权利要求1所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作以提供一个或多个电压支持、VAR支持、上调操作、下调操作、频繁支持或需求/响应服务。7.权利要求1所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作利用本地电池资源或本地发电资源提供能源响应，至少满足电网的部分实时市场需求。8.权利要求7所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作，包括利用电网供电满足本地需求或利用本地电池资源或本地发电资源至少满足电网的部分实时市场需求。9.权利要求1所述的DER节点，其还包括：四象限电能表，其根据有功功率和无功功率的流入或流出，确定用户建筑物处表观功率操作的一个象限。10.权利要求9所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作，包括根据电网市场需求实时改变表观功率操作的一个象限。11.权利要求9所述的DER节点，其中，所述电网互连硬件用于调节表观功率操作，包括根据一个或多个来自控制中心的控制信号实时改变表观功率操作的一个象限。12.权利要求1所述的DER节点，其还包括：一个提供本地能量存储的电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·马坦，F·霍顿，F·马罗内，
申请(专利权)人：艾克斯兰能源技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US