[发明专利]一种基于数字孪生的微电网能量管理系统

说明书

一种基于数字孪生的微电网能量管理系统，其包括实体微电网层，虚拟空间建模层，能量管理层，智能控制层，以及人机交互层。利用基于MQTT协议的工业物联网技术进行层级间的通信，以数据驱动的方式建立与实体同生命周期的虚拟微电网系统，能量管理层通过实体系统运行数据制定初步方案，结合虚拟微电网系统执行初步方案的反馈信息对方案进行调整，将最终的方案应用于微电网系统，操作员也可以通过人机交互界面基于发布/订阅机制，对虚拟微电网系统和微电网系统下达控制指令。本发明完善了能量管理系统的功能，并制定更为准确的调度优化方案，从而有效的提高了能源利用率，实现了更多的人机物间的交互，提高了层级和系统间信息传输的安全性和可靠性。

技术领域

本发明专利涉及微电网能量管理领域，尤其涉及一种基于数字孪生的微电网能量管理系统的运行机制、管理方法和层级间的通信。

背景技术

随着化石燃料的日渐枯竭，环境污染等问题的不断加重，可再生能源分布式发电技术以其污染排放少，节约资源等特点受到越来越多国家的关注。但是，分布式发电具有随机性和间歇性的问题，大量的分布式电源接入会对配电网的电能质量造成影响。微电网是由分布式电源，储能系统，负荷组成的一种小型发配电的系统，具有灵活性强的鲜明特点，作为大电网的有效补充，在解决大规模分布式电源接入对电网造成的影响的同时，可以通过对负荷以及储能系统的合理控制，实现削峰填谷、调峰调频。微电网能量管理系统的作用是生成有效的能量调度策略，通过需求侧和发电侧的双向互动，提高可再生能源的利用率，实现不同时段资源的优化分配，在保证电能质量的同时可以提高微电网运行的经济性与可靠性。

目前的微电网能量管理系统存在如下问题：一是侧重于监控，这些信息大多是电压、频率等运行信息，对设备信息的采集较少，无法做到对设备健康状况及时反应；二是缺乏对微电网系统运行的整体仿真分析；三是在微电网内的信息传输较封闭，各系统间联系不强，传输的安全性较差；四是目前的能量管理系统中人机交互界面往往只停留在展示层次，并没有实现操作员对微电网系统运行的实时控制，人机交互功能实现较少，对资源的优化分配也不够准确。

发明内容

针对背景技术中所提到的目前微电网系统人机互动少、对设备健康不能准确分析、层级间通信安全性较差、调度以及运行策略不够准确等问题，本发明提出了一种基于数字孪生的微电网能量管理系统。

一种基于数字孪生的微电网能量管理系统，其特征在于，所述的能量管理系统包括实体微电网层、虚拟空间建模层、能量管理层、智能控制层、以及人机交互层。

所述实体微电网层包含微电网系统和数据采集与传输单元，其中，微电网系统包括分布式电源，整流器，逆变器，柴油发电机，储能系统，负荷。所述负荷分为关键负荷和可控负荷，可控负荷与电动汽车一同组成虚拟储能系统。所述数据采集与传输单元包含用于数据采集的智能传感器，摄像头，设备内的电子标签，以及用于数据处理与传输的FPGA，智能网关，光纤等设备。

进一步地，所述实体微电网层通过智能传感器完成对运行信息，设备信息等多种信息的采集，通过摄像头完成音频，视频等类信息的采集，通过安装在分布式电源中的电子标签，基于射频技术完成对分布式电源周围环境以及设备健康状况等信息的采集，基于上述采集技术完成对微电网系统各类信息的采集，上述采集的信息多为模拟量信息，利用基于型号为EP4CE10F17C8的FPGA所板载的A/D芯片型号为PCF8591芯片完成模拟量到数字量的转换，将转换完成的信息储存到FIFO模块中进行暂时保存，再利用其板载的RS232串口基于UART协议将数据依此串行传输至智能网关，基于MQTT协议，通过光纤等有线网络与系统建模层、能量管理层连接，实现实体微电网层信息的传输。