基于5G物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统的制作方法

基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统
技术领域
1.本发明属于新能源技术发电技术领域，具体涉及基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统。


背景技术：

2.当今社会的发展对电力的需求越来越大，随着低碳园区用电源端和终端不断增加和大量新能源的接入，如何对园区电力系统进行智能运行管理、电能质量监测和节能减排评估，实现对园区能源系统的智慧用能，是目前亟待解决的问题；面对具有小数据包、低功耗、海量连接等特点的智慧用电系统，传统的通信技术难以保证高连接数密度的同时还要保证终端的超低功耗和超低成本，面对这类复杂的智能用电系统通信问题，5g物联网技术可以保证10毫秒以内的延迟和99.99％的可靠性；现有的技术，侧重于对已发生的问题进行显示和报警，但针对有些故障无法实现智能处理，并提供相应的解决方案，无法形成完整的采集、分析、监测、预警、诊断成套设计方案；同时现有的技术不能针对电能质量监测和在线节能减排进行评估，并给出具体的优化调度方案，因此，提供一种基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统是很有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种基于5g物联网技术，可对故障实现智能处理，提供完整的采集、分析、监测、预警、诊断解决方案，并可对电能质量监测和在线节能减排进行评估，并给出具体的优化调度方案的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统。
4.本发明的目的是这样实现的：基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，它包括运行监测管理模块、电能质量分析模块和节能减排评估模块，所述风-光-储多能互补智慧用电系统以5g物联网技术取代传统的通信技术；所述运行监测管理模块对用电源端和终端进行全面运行管理，以增强管理范围，并对风光发电互补、多种蓄电池储能容量和负荷进行合理配置优化；
5.所述电能质量分析模块用于监测并改善电能质量，对电能质量进行分析，防止谐波、电压波动以及不平衡并网对风-光-储多能互补智慧用电系统的影响，以满足高科技敏感负荷对高电能质量的要求；
6.所述节能减排评估模块用于辅助作人员结合合理的运行管理和监测数据，选择最优的设计方案，提高能源的使用效率，以解决传统用电系统的环保和经济性问题。
7.所述运行监测管理模块、所述电能质量分析模块和所述节能减排评估模块以现场监控设备、5g超密集线路、监控计算机和5g云服务器等设备为核心实现其功能。
8.所述运行监测管理模块采集安装在配电柜(箱)内的用电终端和基于所述监控计算机的源端的容量和负载参数，通过所述5g超密集线路传至云端，实时管理和预测风-光-储多能互补智慧用电系统的负荷和容量等参数并进行合理分配。
9.所述电能质量分析模块通过卡尔曼滤波算法采集和分析三相三线、三相四线的电压、电流、频率、有功功率、视在功率、无功功率、功率因数、电压及电流不平衡度、电压、电流的基波及2-50次谐波，及其总谐波失真并记录其变化趋势，将相关数据通过所述5g超密集线路传至云端，使用卷积神经网络在所述5g云服务器进行预测，通过预测结果做出诊断。
10.所述节能减排评估模块结合电能质量监测数据和风-光-储多能互补智慧用电系统的负荷和容量合理分配，做出合理的节能减排节费换算，进行经济性分析。
11.所述现场监控设备通过所述5g超密集线路与所述监控计算机连接，所述监控计算机与所述5g云服务器连接，所述监控计算机从所述现场监控设备获取的风-光-储多能互补智慧用电系统的监控数据并进行显示。
12.所述5g云服务器内部预设用电终端监控参数阈值，接收并计算所述监控数据，在计算结果超出所述监控参数阈值时通过所述监控计算机发出报警信息。
13.所述运行监测管理模块包括有用电源端数据采集模块、用电终端数据采集模块、数据信息分析模块、用电设备监控模块、设备故障诊断预警模块、源端、用户端功率预测模块和出力调控模块；
14.用电源端数据采集模块借助安装在园区内各分布式电源场站以及储能设备内的高压柜多功能仪表、低压柜多功能仪表和温控仪采集风-光-储设备运行数据，对设备的拓扑数据、电压、电流、功率、相位角、运行温度等基本状态数据资源进行全面采集，依托5g物联网技术的高速信息传输能力，将采集的数据上传至云端；用电终端数据采集模块获取供电系统中用户的用电数据并上传云端，数据信息分析模块利用大数据等方法对用电源端数据采集模块和用电终端数据采集模块上传的数据进行整理分类，并通过分析数据得到当前各设备的运行情况并将各项运行指标信息传输至用电设备监控模块，由用电设备监控模块将各类指标数据通过智慧app界面进行显示，使得运行管理人员能够直观的观测各设备的运行情况，当数据信息分析模块通过分析处理数据诊断出设备故障时，将异常信息传送至设备故障诊断预警模块，由设备故障诊断预警模块中的专家库匹配正确的故障信息并通过电气安全移动值班室、声光报警、短信报警等方式告知相关负责人并与运维中心站端紧密结合，快速进行故障排查及巡检分工；同时数据信息分析模块还将处理好的数据同步传输至用户端功率预测模块，用户端功率预测模块中利用lstm-bp神经网络对数据信息分析模块传输的功率数据进行预测，获取不同时刻下风-光-储发电侧与用户端的功率趋势，同时将数据信息分析模块中的数据共通传输给出力调控模块，出力调控模块将接收到的数据通过训练好的深度卷积神经网络决策库匹配正确的出力调控方案，并将出力调控数据传输至各场站，完成对系统供电的出力调控。
15.所述电能质量分析模块包括数据采集模块、数据分析模块、系统运行监控模块和故障诊断预警模块；数据采集模块对供电系统中三相三线、三相四线的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数，谐振等参数数据进行采集并上传至云端，数据分析模块记录数据采集模块上传数据的变化趋势并通过卡尔曼滤波算法分析采集的数据，分析当系统的运行情况并将各项指标参数传输至系统运行监控模块，由系统运行监控模块将当前系统的运行情况通过智慧app直观显示；当数据分析模块中分析出系统异常运行数据时，会第一时间将数据信息传送至故障诊断预警模块，由故障诊断预警模块中的专家系统对数据进行诊断，匹配对应的系统故障及时进行预警，并匹配合适的解决方案，同步将信息传输至运行调
度人员，对系统运行出现的故障进行处理。
16.所述节能减排评估模块包括风光储发电数据采集模块和节能减排分析计算模块，风光储发电数据采集模块采集风-光-储各设备发电数据并记录其变化趋势，节能减排分析计算模块将记录的数据进行分类管理，当系统中风力光伏出力的总功率已经大于当前用户用电负荷情况时，发电的余额部分将为储能设备进行充电，提高能源的利用率；当系统中风力光伏出力的总功率已经小于当前用户用电负荷情况时，储能设备此时处于放电状态，将风力光伏的发电量换算成节约标准煤炭的质量，再换算成减排的二氧化碳质量得到风力光伏的减排量，针对储能设备计算在削峰填谷时节约的电价，综合得到风-光-储发电节能减排数据结果。
17.本发明的有益效果：本发明的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，通过运行监测管理模块、电能质量分析模块和节能减排评估模块，可对故障实现智能处理，提供完整的采集、分析、监测、预警、诊断解决方案，并可对电能质量监测和在线节能减排进行评估，并给出具体的优化调度方案；基于5g物联网技术保证了系统10毫秒以内的延迟和高度的可靠性；有效增加了园区用电源端和终端的覆盖范围，提高了对于园区风-光-储多能互补电力系统的运行管理能力，对其电能质量进行分析，减小了谐波、电压波动以及不平衡并网对电网产生的影响，对节能减排水平进行评估并对其计量分析等；使管理员可以通过终端发出控制命令，让现场主机做各项功能任务切换操作。
附图说明
18.图1为本发明基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统的整体功能框架图。
19.图2为本发明基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统运行监测管理模块的功能结构示意图。
20.图3为本发明基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统lstm-bp功率预测的流程示意图。
21.图4为本发明基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统电能质量分析模块的功能结构示意图。
22.图5为本发明基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统节能减排评估模块的功能结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
24.基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，它包括运行监测管理模块、电能质量分析模块和节能减排评估模块，所述风-光-储多能互补智慧用电系统以5g物联网技术取代传统的通信技术；所述运行监测管理模块对用电源端和终端进行全面运行管理，以增强管理范围，并对风光发电互补、多种蓄电池储能容量和负荷进行合理配置优化；
25.所述电能质量分析模块用于监测并改善电能质量，对电能质量进行分析，防止谐波、电压波动以及不平衡并网对风-光-储多能互补智慧用电系统的影响，以满足高科技敏感负荷对高电能质量的要求；
26.所述节能减排评估模块用于辅助作人员结合合理的运行管理和监测数据，选择最优的设计方案，提高能源的使用效率，以解决传统用电系统的环保和经济性问题。
27.所述运行监测管理模块、所述电能质量分析模块和所述节能减排评估模块以现场监控设备、5g超密集线路、监控计算机和5g云服务器等设备为核心实现其功能。
28.所述运行监测管理模块采集安装在配电柜(箱)内的用电终端和基于所述监控计算机的源端的容量和负载参数，通过所述5g超密集线路传至云端，实时管理和预测风-光-储多能互补智慧用电系统的负荷和容量等参数并进行合理分配。
29.所述电能质量分析模块通过卡尔曼滤波算法采集和分析三相三线、三相四线的电压、电流、频率、有功功率、视在功率、无功功率、功率因数、电压及电流不平衡度、电压、电流的基波及2-50次谐波，及其总谐波失真并记录其变化趋势，将相关数据通过所述5g超密集线路传至云端，使用卷积神经网络在所述5g云服务器进行预测，通过预测结果做出诊断。
30.所述节能减排评估模块结合电能质量监测数据和风-光-储多能互补智慧用电系统的负荷和容量合理分配，做出合理的节能减排节费换算，进行经济性分析。
31.所述现场监控设备通过所述5g超密集线路与所述监控计算机连接，所述监控计算机与所述5g云服务器连接，所述监控计算机从所述现场监控设备获取的风-光-储多能互补智慧用电系统的监控数据并进行显示。
32.所述5g云服务器内部预设用电终端监控参数阈值，接收并计算所述监控数据，在计算结果超出所述监控参数阈值时通过所述监控计算机发出报警信息。
33.所述现场监控设备包括变电所内智能设备和各个楼层内智能设备；所述变电所内智能设备包括高压柜多功能仪表、低压柜多功能仪表和温控仪；所述各个楼层用电终端内智能设备包括各楼层配电箱内智能电力仪表和安全用电探测器；所述各个楼层用电终端内智能设备还包括电磁门开关，所述监控计算机与所述电磁门开关通讯连接获取电磁门开关状态与开关次数。
34.风-光-储多能互补智慧用电系统还包括5g数据网关，所述5g数据网关联接所述现场监控设备和所述监控计算机；风-光-储多能互补智慧用电系统还包括网络交换机，所述监控计算机至少一个，在所述监控计算机数量为多个时通过所述网络交换机互相连接；风-光-储多能互补智慧用电系统还包括ups，所述ups连接所述监控计算机和所述5g云服务器；所述5g超密集线路为rs485总线；风-光-储多能互补智慧用电系统还包括规约转换器，所述规约转换器用于连接外部智能用电设备。
35.所述运行监测管理模块包括有用电源端数据采集模块、用电终端数据采集模块、数据信息分析模块、用电设备监控模块、设备故障诊断预警模块、源端、用户端功率预测模块和出力调控模块；
36.用电源端数据采集模块借助安装在园区内各分布式电源场站以及储能设备内的高压柜多功能仪表、低压柜多功能仪表和温控仪采集风-光-储设备运行数据，对设备的拓扑数据、电压、电流、功率、相位角、运行温度等基本状态数据资源进行全面采集，依托5g物联网技术的高速信息传输能力，将采集的数据上传至云端；用电终端数据采集模块获取供电系统中用户的用电数据并上传云端，数据信息分析模块利用大数据等方法对用电源端数据采集模块和用电终端数据采集模块上传的数据进行整理分类，并通过分析数据得到当前各设备的运行情况并将各项运行指标信息传输至用电设备监控模块，由用电设备监控模块
将各类指标数据通过智慧app界面进行显示，使得运行管理人员能够直观的观测各设备的运行情况，当数据信息分析模块通过分析处理数据诊断出设备故障时，将异常信息传送至设备故障诊断预警模块，由设备故障诊断预警模块中的专家库匹配正确的故障信息并通过电气安全移动值班室、声光报警、短信报警等方式告知相关负责人并与运维中心站端紧密结合，快速进行故障排查及巡检分工；同时数据信息分析模块还将处理好的数据同步传输至用户端功率预测模块，用户端功率预测模块中利用lstm-bp神经网络对数据信息分析模块传输的功率数据进行预测，获取不同时刻下风-光-储发电侧与用户端的功率趋势，同时将数据信息分析模块中的数据共通传输给出力调控模块，出力调控模块根据上传至物联网技术云平台的各类用电信息特征及光伏、风电等可再生分布式电源历史出力数据，研究光伏发电功率特性和风力发电功率特性，并对其时间序列出力数据进行层次聚类分析，同时考虑不同气象数据下多能源互补出力的最优配置并利用深度卷积网络针对风-光-储多能源互补策略与风-光-储调节拟合系统历史运行信息以及系统历史集群聚合方案间映射关系，其中网络输入为系统节点电压和功率信息，网络输出为系统集群聚合方案；出力调控模块将接收到的数据通过训练好的深度卷积神经网络决策库匹配正确的出力调控方案，并将出力调控数据传输至各场站，完成对系统供电的出力调控。
37.lstm-bp模型整体的预测流程如下：
38.(1)首先将初始数据进行异常值处理以及筛选主要气象数据的预处理得到初步处理后的数据集；
39.(2)按照预测点的气象特征，通过逐点加权欧氏距离计算得到相似点的样本数据，选取相似点，输入lstm模型，得到预测时刻的预测值
40.(3)将预测时刻的真实值yi和预测值作差，得到误差εi，即
41.(4)利用构建的bp预测模型对误差εi进行训练，纠正原有的误差值，从而得到新的预测误差
42.(5)将lstm模型的预测值与bp网络模型的误差预测值相加，即从而得到lstm-bp组合模型的最终预测效果。
43.所述电能质量分析模块包括数据采集模块、数据分析模块、系统运行监控模块和故障诊断预警模块；数据采集模块对供电系统中三相三线、三相四线的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数，谐振等参数数据进行采集并上传至云端，数据分析模块记录数据采集模块上传数据的变化趋势并通过卡尔曼滤波算法分析采集的数据，分析当系统的运行情况并将各项指标参数传输至系统运行监控模块，由系统运行监控模块将当前系统的运行情况通过智慧app直观显示；当数据分析模块中分析出系统异常运行数据时，会第一时间将数据信息传送至故障诊断预警模块，由故障诊断预警模块中的专家系统对数据进行诊断，匹配对应的系统故障及时进行预警，并匹配合适的解决方案，同步将信息传输至运行调度人员，对系统运行出现的故障进行处理。
44.所述节能减排评估模块包括风光储发电数据采集模块和节能减排分析计算模块，风光储发电数据采集模块采集风-光-储各设备发电数据并记录其变化趋势，节能减排分析计算模块将记录的数据进行分类管理，当系统中风力光伏出力的总功率已经大于当前用户用电负荷情况时，发电的余额部分将为储能设备进行充电，提高能源的利用率；当系统中风
力光伏出力的总功率已经小于当前用户用电负荷情况时，储能设备此时处于放电状态，将风力光伏的发电量换算成节约标准煤炭的质量，再换算成减排的二氧化碳质量得到风力光伏的减排量，针对储能设备计算在削峰填谷时节约的电价，综合得到风-光-储发电节能减排数据结果。
45.本发明的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，通过运行监测管理模块、电能质量分析模块和节能减排评估模块，可对故障实现智能处理，提供完整的采集、分析、监测、预警、诊断解决方案，并可对电能质量监测和在线节能减排进行评估，并给出具体的优化调度方案；基于5g物联网技术保证了系统10毫秒以内的延迟和高度的可靠性；有效增加了园区用电源端和终端的覆盖范围，提高了对于园区风-光-储多能互补电力系统的运行管理能力，对其电能质量进行分析，减小了谐波、电压波动以及不平衡并网对电网产生的影响，对节能减排水平进行评估并对其计量分析等；使管理员可以通过终端发出控制命令，让现场主机做各项功能任务切换操作。

技术特征：
1.基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：它包括运行监测管理模块、电能质量分析模块和节能减排评估模块，所述风-光-储多能互补智慧用电系统以5g物联网技术取代传统的通信技术；所述运行监测管理模块对用电源端和终端进行全面运行管理，以增强管理范围，并对风光发电互补、多种蓄电池储能容量和负荷进行合理配置优化；所述电能质量分析模块用于监测并改善电能质量，对电能质量进行分析，防止谐波、电压波动以及不平衡并网对风-光-储多能互补智慧用电系统的影响，以满足高科技敏感负荷对高电能质量的要求；所述节能减排评估模块用于辅助作人员结合合理的运行管理和监测数据，选择最优的设计方案，提高能源的使用效率，以解决传统用电系统的环保和经济性问题。2.如权利要求1所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述运行监测管理模块、所述电能质量分析模块和所述节能减排评估模块以现场监控设备、5g超密集线路、监控计算机和5g云服务器等设备为核心实现其功能。3.如权利要求2所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述运行监测管理模块采集安装在配电柜（箱）内的用电终端和基于所述监控计算机的源端的容量和负载参数，通过所述5g超密集线路传至云端，实时管理和预测风-光-储多能互补智慧用电系统的负荷和容量等参数并进行合理分配。4.如权利要求2所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述电能质量分析模块通过卡尔曼滤波算法采集和分析三相三线、三相四线的电压、电流、频率、有功功率、视在功率、无功功率、功率因数、电压及电流不平衡度、电压、电流的基波及2-50次谐波，及其总谐波失真并记录其变化趋势，将相关数据通过所述5g超密集线路传至云端，使用卷积神经网络在所述5g云服务器进行预测，通过预测结果做出诊断。5.如权利要求1所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述节能减排评估模块结合电能质量监测数据和风-光-储多能互补智慧用电系统的负荷和容量合理分配，做出合理的节能减排节费换算，进行经济性分析。6.如权利要求2所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述现场监控设备通过所述5g超密集线路与所述监控计算机连接，所述监控计算机与所述5g云服务器连接，所述监控计算机从所述现场监控设备获取的风-光-储多能互补智慧用电系统的监控数据并进行显示。7.如权利要求6所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述5g云服务器内部预设用电终端监控参数阈值，接收并计算所述监控数据，在计算结果超出所述监控参数阈值时通过所述监控计算机发出报警信息。8.如权利要求1所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述运行监测管理模块包括有用电源端数据采集模块、用电终端数据采集模块、数据信息分析模块、用电设备监控模块、设备故障诊断预警模块、源端、用户端功率预测模块和出力调控模块；用电源端数据采集模块借助安装在园区内各分布式电源场站以及储能设备内的高压柜多功能仪表、低压柜多功能仪表和温控仪采集风-光-储设备运行数据，对设备的拓扑数据、电压、电流、功率、相位角、运行温度等基本状态数据资源进行全面采集，依托5g物联网
技术的高速信息传输能力，将采集的数据上传至云端；用电终端数据采集模块获取供电系统中用户的用电数据并上传云端，数据信息分析模块利用大数据等方法对用电源端数据采集模块和用电终端数据采集模块上传的数据进行整理分类，并通过分析数据得到当前各设备的运行情况并将各项运行指标信息传输至用电设备监控模块，由用电设备监控模块将各类指标数据通过智慧app界面进行显示，使得运行管理人员能够直观的观测各设备的运行情况，当数据信息分析模块通过分析处理数据诊断出设备故障时，将异常信息传送至设备故障诊断预警模块，由设备故障诊断预警模块中的专家库匹配正确的故障信息并通过电气安全移动值班室、声光报警、短信报警等方式告知相关负责人并与运维中心站端紧密结合，快速进行故障排查及巡检分工；同时数据信息分析模块还将处理好的数据同步传输至用户端功率预测模块，用户端功率预测模块中利用lstm-bp神经网络对数据信息分析模块传输的功率数据进行预测，获取不同时刻下风-光-储发电侧与用户端的功率趋势，同时将数据信息分析模块中的数据共通传输给出力调控模块，出力调控模块将接收到的数据通过训练好的深度卷积神经网络决策库匹配正确的出力调控方案，并将出力调控数据传输至各场站，完成对系统供电的出力调控。9.如权利要求1所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述电能质量分析模块包括数据采集模块、数据分析模块、系统运行监控模块和故障诊断预警模块；数据采集模块对供电系统中三相三线、三相四线的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数，谐振等参数数据进行采集并上传至云端，数据分析模块记录数据采集模块上传数据的变化趋势并通过卡尔曼滤波算法分析采集的数据，分析当系统的运行情况并将各项指标参数传输至系统运行监控模块，由系统运行监控模块将当前系统的运行情况通过智慧app直观显示；当数据分析模块中分析出系统异常运行数据时，会第一时间将数据信息传送至故障诊断预警模块，由故障诊断预警模块中的专家系统对数据进行诊断，匹配对应的系统故障及时进行预警，并匹配合适的解决方案，同步将信息传输至运行调度人员，对系统运行出现的故障进行处理。10.如权利要求1所述的基于5g物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统，其特征在于：所述节能减排评估模块包括风光储发电数据采集模块和节能减排分析计算模块，风光储发电数据采集模块采集风-光-储各设备发电数据并记录其变化趋势，节能减排分析计算模块将记录的数据进行分类管理，当系统中风力光伏出力的总功率已经大于当前用户用电负荷情况时，发电的余额部分将为储能设备进行充电，提高能源的利用率；当系统中风力光伏出力的总功率已经小于当前用户用电负荷情况时，储能设备此时处于放电状态，将风力光伏的发电量换算成节约标准煤炭的质量，再换算成减排的二氧化碳质量得到风力光伏的减排量，针对储能设备计算在削峰填谷时节约的电价，综合得到风-光-储发电节能减排数据结果。

技术总结
本发明属于新能源技术发电技术领域，具体涉及基于5G物联网技术的风-光-储多能互补智慧用电系统；包括运行监测管理模块、电能质量分析模块和节能减排评估模块；运行监测管理模块对用电源端和终端进行全面运行管理，对风光发电互补、多种蓄电池储能容量和负荷进行合理配置优化；电能质量分析模块用于监测并改善电能质量，对电能质量进行分析，防止谐波、电压波动以及不平衡并网对风-光-储多能互补智慧用电系统的影响；节能减排评估模块用于辅助作人员结合合理的运行管理和监测数据，选择最优的设计方案，解决传统用电系统的环保和经济性问题；本发明提供完整的采集、分析、监测、预警、诊断解决方案，对电能质量监测和在线节能减排进行评估。行评估。行评估。


技术研发人员：徐其山 徐峰亮
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司信阳供电公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/1