一种外置的EMS能量管理系统的制作方法

本发明涉及外置ems能量管理系统，更具体地说，它涉及一种外置的ems能量管理系统。

背景技术：

1、随着分布式光伏和储能系统的广泛应用，用户侧并网点普遍存在功率倒送电网的风险。为防止逆流，外置式ems能量管理系统通常独立于储能变流器设置，通过采集关口电表的关口有功功率，并据此对储能变流器的充放电功率进行调节，使并网点功率保持在允许范围内。

2、现有外置ems的防逆流控制方式一般为：以固定采样周期读取关口电表的关口有功功率当前值，将该当前值与预设的防逆流阈值进行比较；当关口有功功率当前值低于防逆流阈值时，限制储能变流器的放电功率，以防止功率倒送电网。

3、然而，现有防逆流措施中仅依据关口功率的当前采样值进行单点判断，无法识别关口功率的变化趋势，负载瞬时波动、光伏出力短时变化或采样噪声均可能导致关口功率在某一采样点短暂低于阈值，从而引起误动作；并且该防逆流措施中仅能进行单次防逆流控制，不具备对多次逆流事件的分析，当系统在一段时间内反复出现逆流情况时，运维人员难以快速判断问题来源，排查效率低，现提出一种外置的ems能量管理系统，以改善现有存在的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种外置的ems能量管理系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种外置的ems能量管理系统，所述外置ems独立于储能变流器设置，并与关口电表及储能变流器通信连接，包括关口功率采集模块、逆变状态获取模块、时序分析模块、控制决策模块、恢复判断模块、电池状态获取模块、电池管理协调模块、自适应采样控制模块、逆流事件记录模块、统计分析模块以及故障诊断模块。各模块均设置于外置ems内部，通过内部数据总线或软件接口进行数据交互和指令传递。

4、所述关口功率采集模块的输出端与时序分析模块的输入端连接。所述时序分析模块的输出端与控制决策模块的输入端连接。所述逆变状态获取模块的输出端与控制决策模块的输入端连接。所述电池状态获取模块的输出端分别与控制决策模块和电池管理协调模块的输入端连接。所述控制决策模块的输出端与电池管理协调模块的输入端连接。所述电池管理协调模块的输出端与电池管理系统连接。

5、所述关口功率采集模块用于按照预设采样周期获取关口有功功率的时序数据。所述逆变状态获取模块用于获取储能变流器的运行状态，至少区分逆变状态与非逆变状态。所述时序分析模块用于对滑动时间窗口内的关口有功功率时序数据进行前后趋势分析，提取关口功率变化特征。所述控制决策模块用于在储能变流器处于逆变状态时，根据所述关口功率变化特征判断是否存在逆流风险，并在判定存在逆流风险时生成防逆流控制指令。所述电池管理协调模块用于发送电池侧功率限制指令。所述恢复判断模块用于根据关口功率变化特征解除防逆流限制。

6、本发明进一步设置为：所述关口功率变化特征至少包括：当前关口功率、窗口平均变化率、预测关口功率、窗口内连续低于第一阈值的采样点个数。所述窗口平均变化率为窗口末端时刻关口功率与窗口起始时刻关口功率之差除以窗口时间跨度。所述预测关口功率为当前关口功率加上窗口平均变化率与预设超前时间的乘积。

7、本发明进一步设置为：所述控制决策模块在以下条件同时满足时判定存在逆流风险：

8、储能变流器处于逆变状态；窗口平均变化率小于第一变化率阈值；当前关口功率小于等于第一阈值，或者预测关口功率小于等于第一阈值；窗口内连续低于第一阈值的采样点个数达到预设次数条件。

9、本发明进一步设置为：所述恢复判断模块在以下条件同时满足时解除防逆流限制：当前关口功率大于第二阈值，且连续持续预设数量的采样周期。窗口平均变化率大于第二变化率阈值。其中，所述第二阈值大于所述第一阈值。

10、本发明进一步设置为：所述电池状态获取模块用于从电池管理系统获取电池允许最大放电功率。所述控制决策模块在判断逆流风险时，还根据所述电池允许最大放电功率进行联合判断，当储能变流器当前实际放电功率超过电池允许最大放电功率时，不判定存在逆流风险或降低逆流风险等级。所述电池管理协调模块在生成防逆流控制指令的同时，向电池管理系统发送电池侧功率限制指令，使储能变流器与电池管理系统协同动作。

11、本发明进一步设置为：所述电池侧功率限制指令包括以下至少之一：

12、将电池允许放电功率上限临时调整为限功率目标值。

13、当限功率目标值为零或负时，指令电池管理系统将电池侧切换为充电或待机状态。

14、调整电池放电电流上限，使电池输出功率不超过限功率目标值。

15、本发明进一步设置为：所述限功率目标值为当前关口功率减去第一阈值。

16、当所述限功率目标值为正时，控制储能变流器以不超过该限功率目标值的功率放电。

17、当所述限功率目标值为零或负时，控制储能变流器切换为待机或充电状态。

18、本发明进一步设置为：所述自适应采样控制模块的输出端分别与关口功率采集模块和时序分析模块连接。所述自适应采样控制模块用于根据风险裕度指标动态调整采样周期和滑动窗口长度。所述风险裕度指标根据当前关口功率与第一阈值的差值以及窗口平均变化率计算得到。当风险裕度指标越大时，采样周期越长、窗口长度越小。当风险裕度指标越小时，采样周期越短、窗口长度越大。

19、本发明进一步设置为：所述故障诊断模块用于根据事件特征参数和统计特征，通过分层决策树判断逆流问题部位。所述逆流事件记录模块用于在统计时间段内，将满足逆流风险判定条件或实际关口功率小于第一阈值持续至少一个采样周期的情形记录为一次逆流事件，并记录事件特征参数。所述统计分析模块用于对统计时间段内的多次逆流事件进行聚合统计，得到统计特征。

20、本发明进一步设置为：所述分层决策树包括：

21、第一层：判断是否存在储能变流器非逆变状态下的逆流事件，若存在，则根据光伏功率与负载功率的关系判定为光伏独立倒送、负载回馈或计量采样异常。

22、第二层：判断平均储能变流器响应延迟是否大于预设响应延迟阈值，若是，则判定为通信控制侧问题。

23、第三层：判断储能变流器功率变化率是否接近最大允许值且事件期间关口功率仍低于第一阈值，若是，则进入第四层。

24、第四层：判断事件与负载功率骤降或光伏功率骤增的关联性，判定为负载侧突变过快或光伏侧突变过快。

25、第五层：判断事件持续时间是否极短且关口功率存在异常跳变，若是，则判定为计量采样异常，否则判定为控制参数设置不合理。

26、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

27、（1）通过时序分析模块对滑动时间窗口内的关口功率进行前后趋势分析，提取窗口平均变化率、预测关口功率和连续低于阈值次数等特征，能够提前识别逆流趋势，在关口功率尚未穿越阈值时即发出预警并执行防逆流控制，显著减少因判断滞后导致的漏判；同时，通过要求连续多个采样点低于阈值才触发动作，有效滤除负载瞬时波动和采样噪声引起的误判，提高了防逆流控制的准确性。

28、（2）通过引入逆变状态获取模块，将储能变流器处于逆变状态作为逆流风险判定的必要条件，减少非逆变状态下关口功率下降导致的误动作，提高了储能系统的有效利用率；并且通过逆流事件记录模块和统计分析模块对多次逆流事件进行结构化记录和聚合统计，并通过故障诊断模块采用分层决策树自动判断问题部位，能够快速区分负载侧突变、光伏侧突变、通信控制滞后、计量采样异常或控制参数不合理等原因，降低了运维排查难度，提高了系统运维效率。

29、（3）通过电池状态获取模块和电池管理协调模块，在防逆流控制时同步向电池管理系统下发电池侧功率限制指令，从直流侧限制放电功率，使储能变流器限功率过程更加平稳，减少了直流母线电压骤变和电池管理系统保护误动作的风险，提高了系统运行稳定性。

30、（4）通过自适应采样控制模块计算风险裕度指标，根据风险水平动态调整采样周期和窗口长度，在高风险时提高采样频率和窗口密度以保证响应速度，在低风险时降低采样频率以节省通信带宽和计算资源，实现了系统性能与运行成本的动态平衡。