一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制系统及方法

本发明涉及储能装置控制，尤其涉及一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制系统及方法。

背景技术：

1、近年来，随着太阳能和风能等可再生能源的快速发展，加上储能技术成熟度的日益提高，用户侧储能市场也在快速扩大，越来越多的家庭和企业安装储能系统，以利用可再生能源并实现自给自足。大量储能系统的应用和并网，也会给电网的稳定性带来影响，以及可能造成电压波动和电能损失。现有的用户侧储能装置的充放电行为控制，通常具有一定自主性，往往是用户根据自身需求和选择，基于电价和能源政策等因素，自主决定储能装置的充放电行为。例如，用户可能选择在电力费用较低或可再生能源产量较高时充电，以便在高峰期使用储备能量。

2、现有的储能装置管理控制往往是通过人工调节，由用户根据自身的用电需求和经验自主决定储能装置的充放电行为，这存在一定风险和缺陷：

3、1)储能装置的充放电行为不受电网控制，这可能造成电网的波动，导致电网的稳定性问题，增加了电网管理和运营的难度。

4、2)当大量用户侧储能装置同时放电或充电时，可能导致电网上负荷的突然增加或减少，会对电网的负荷平衡带来挑战，因为电网需要实时调整发电和传输电能来满足变动的需求。

5、3)用户缺乏储能系统操作和控制的专业知识，存在误操作风险，若过度放电导致设备故障、电池过热等，会对用户本身的安全产生影响，并有潜在的火灾、爆炸等风险。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制系统及方法，用以解决现有技术中用户根据自身的用电需求和经验自主决定储能装置的充放电行为的缺陷，实现用户侧储能装置的自动控制。

2、本发明提供一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制系统，包括：采集装置、网关和储能装置，这三个组件通过通信技术相互配合交互；还包括：逆变器、储能控制器与管理系统、传感器与监测设备以及连接设备接口。采集装置使用非侵入式的方法安装在用户入户处，以获取用户用电信息，从中提取特征进行负荷预测。网关负责接收采集装置上传的信息并打包，然后下发至储能系统。储能装置制定策略优化充放电行为，以从电网侧获取电能和释放能量供用户的使用。若用户长时间未使用储能装置进行供电，网关也可以获取储能装置的信息，及时反馈采集设备调整工作策略，而不必要再进行持续长时期预测，此时采集装置可充当电量智能统计和负荷监测的功能等，即通过总用电量，同样通过相关算法模型，精细化了解用户各个设备工作状态、功耗等，为居民制定节电措施。

3、根据本发明提供的一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制系统，采集装置内部搭载wifi、蓝牙或zigbee等无线通信模块，能通过无线方式进行数据传输交互，数据的传输速率较快，以满足实时性的要求。

4、网关(gateway)：在不同网络或协议之间进行通信和数据交换的设备或系统，作为连接采集装置和储能装置的中间节点，充当数据转发和协议转换的桥梁。

5、储能装置：用于存储电能，用到的常见储能装置类型包括锂离子电池、流动电池、超级电容器等。

6、逆变器：将储存的直流电转换为交流电，将储能装置输出的电转化为符合用户需求的电压。

7、储能控制器与管理系统：负责控制能量流动、实施能量调度策略，并通过下发命令对储能装置进行控制。

8、传感器与监测设备：监测和获取储能系统的状态数据，例如电池的电量、电流、温度等信息。

9、连接设备接口：相关的连接设备和接口确保储能系统能够与其他组件进行数据和能量传递。

10、本发明还提供一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法，包括以下步骤：

11、s1在家庭入户配电箱处安装带负荷预测功能的采集装置，采集装置通过wifi连接互联网，与其他设备通信，进行数据和信息传输。

12、s2采集装置采集入户处电压、电流数据，提取相应的用电特征信息，通过已训练好参数的预置预测模型进行实时负荷预测。

13、s3模型根据家庭历史负荷数据的趋势和规律，预测未来一段时间内的用电需求。

14、s4网关通过无线方式接收预测的用电趋势数据信息，并将数据信息打包转发。

15、s5网关下发数据至储能装置，储能控制器根据信息分析制定控制策略，控制储能装置的充放电行为，在非高峰期将储能装置充电或存储多余电能，以备在用电高峰期供电。

16、根据本发明提供的一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法，数据采集包括：为保证采集到的用户用电数据的实时性以及数据连续完整性，最大程度保留原始数据信息，需要对电流、电压波形进行高频采样。将采集装置采样频率设置为8khz，采用定时器不断外部触发采样，采样精度为12位，采样周期为15个时钟周期，转换时间为1微秒左右。同时，使用dma搬运数据，将ad转换的数据通过dma成批从ad转换寄存器搬运到临时存储数据的数组，实现ad转换和数据存储同时进行，确保数据连续性。

17、根据本发明提供的一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法，负荷预测包括：从收集到的电压电流数据中提取有用的特征，包括平均值、标准差、峰值等。此外，还可以考虑添加其他特征，如时间戳、天气信息等，这些可能对负荷预测有影响。对提取到的特征进行预处理，包括去除异常值、缺失值填充以及归一化处理等，最后将其转化为相应的特征向量，选择适合负荷预测的机器学习或深度学习模型，并通过训练好的模型进行预测。根据需要设置一个时间窗口，来获取某一固定时间段内的负荷预测结果。

18、根据本发明提供的一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法，通信方式包括：采集装置和储能系统具备wi-fi功能，搭载相应的wi-fi模块或芯片，通过无线方式进行通信，在采集装置和储能系统上配置wi-fi网络参数，包括ssid(网络名称)、安全协议(如wpa2)和密码等，确保两个设备拥有相同的网络参数，以便能够正确连接到同一个网关。通过wi-fi模块扫描可用的wi-fi网络，并找到目标wi-fi网络。使用设备上的api或库函数，将设备连接到目标网络。在wi-fi网络中，为设备分配ip地址，可以通过dhcp(动态主机配置协议)自动获取ip地址。也可以设置固定的静态ip地址，确保设备在同一网络下互相识别和通信。最后，通过wi-fi网络进行数据传输，可以使用tcp/ip协议栈或其他网络通信协议。设备之间通过发送和接收数据包来实现通信，使用已有的网络通信库或框架，确保数据传输的可靠性和安全性。

19、根据本发明提供的一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法，网关通信，负责接收来自采集装置的数据包，并将其转发到储能装置。它根据网络地址和路由表进行数据包的转发和路由决策，确保数据能够正确地到达目标设备，此外，网关设备具备数据压缩和加速功能，可以提高数据传输的效率和性能，对数据进行压缩、优化和加速处理，减少数据传输的延迟和带宽消耗。

20、根据本发明提供的一种基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法，储能充放电控制策略，根据对当前用电用户的负荷预测的结果，由储能控制系统控制储能装置充放电，如预测将来一段时间内存在用电高峰，系统自动调节储能装置释放电能，对各用电设备供电，满足用户的用电需求，若预测当前用户的用电量较少，则储能系统控制，将太阳能或电网电能转化为储能装置能量存储，以在供电压力大或停电时供电。

21、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法。

22、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于负荷预测的用户侧储能装置管理控制方法。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、(1)自动控制用户侧储能装置的充放电行为，减去人工操作的繁杂和不便。

25、(2)采集装置与储能控制系统通过网关无线通信方式，进行快速信息交互传递，实现整个系统的动态紧密联系。

26、(3)储能装置充放电控制策略基于实时预测的用电峰谷，使储能电能的调配更加合理，减少用户电力使用成本。

27、(4)通过非侵入式的方法采集真实的电流电压，只需在入户处安装采集装置，操作实现更简便，基于获取的分析当前用电的电量特征，负荷预测的结果准确且具有可靠性，更具实际应用的可能。

28、(5)可以通过化智能化调度优化用户的用电体验，且不侵犯用户的用电数据隐私。

29、(6)负荷预测基于家庭用户实际用电数据，负荷预测的结果更能反应单个家庭的真实用电情况，不仅能对用户的储能装置进行合理控制，还能尽可能满足用户的用电体验，而且同样对电网有好处，减小电网的负载压力和波动。

30、(7)本发明针对有储能装置的单个家庭用户，而非大电网或者整片用户区域，从个体用户用电的舒适度、节能角度出发，避免了用户操作储能装置的安全风险，且装置和系统简单小巧，因此更有应用的前景。