基于数字孪生通信的源网荷储多能互补智能微电网系统项目概要为如期实现双碳战略目标，我国能源结构将迎来重大变革。未来，企业可能需要管理自身的碳资产，实现公司层面的碳中和。然而，目前市场上的风力发电机、大型光伏和储能系统存在诸多不足，应用范围受到限制。绿色能源不可能普及到所有企业园区等问题。因此，本产品采用电源、电网、负载、储能四位一体的技术，实现智能微电网的建设。通过风氢耦合提供能源，实现基于运维系统的智能微电网的数字化。、可视化和用电规划，为用户打造完整的智能微电网系统。一、项目背景2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是我国必须完成的科技目标之一。2015年7月，国家能源局发布《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》，标志着在我国，微电网项目建设正式提升到国家层面。在政策的大力支持下，微电网的布局和建设将加快。未来，我国微电网产业有四个发展方向，能效优先、弃垃圾、热电联产、多能互补、风光互补、清洁能源、必要储能保障安全。二、团队介绍我们的团队是来自郑州轻工业大学的校内创新创业团队。我们的团队成员来自不同专业的本科生，在项目开发上实现了跨学科、专业的融合。三、项目结构本产品采用电源、电网、负载、储能四位一体技术，实现智能微电网建设，通过风氢耦合互补提供能源，基于运维系统规划，实现智能微网的数字化、可视化、用电化，为用户打造完整的智能微网系统。项目核心优势：智能微电网设计采用仿生原理，实现发电终端高折叠比，实现基于伯努利效应的微风发电，获得最大发电效率，大大提高了适用性该设备同时保证了小巧便携的效果。云运维系统的设计基于源、网、荷、储的数字化，可视化设计思想，实现设备全生命周期监控、数据可视化、长短期发电量预测，为用户量身定制用电规划，降低能源消耗，提高发电效率。降低设备运行维护成本。氢能储能终端旨在实现氢能转化，实现长期储能效果。通过控制系统设计、流道优化、PEM改性等技术，大幅降低能量转换损耗，延长使用寿命15%-20%，实现从获取到输出的一站式绿色供应服务。规模部署灵活+适用性强可根据园区规模灵活部署，也可在小区园区分散部署。大规模分散、微主体聚合的新型智能微电网理念适用于大多数站点。四、应用场景1、产业园区我国产业园区经济增速远高于全国平均水平，已成为国家重要的产业生产空间和布局方式。但工业园区工业生产集中，能源需求大，污染物排放强度高，温室气体排放量大。近年来，工业园区一直是《大气污染防治行动计划》《水污染防治行动计划》等污染防治战略的重点对象。随着我国碳达峰和碳中和国家战略的出台，各部委相继出台了相应的政策和标准，推动园区绿色、低碳、循环发展。但由于我国产业园区数量众多，园区内企业、基础设施和园区之间存在产业共生网络、绿色供应链和自主可控的产业链，不可能安装大型风电机组和大型光伏。但是，我们采用了智能微电网的新概念，即大规模、分散、小型、微主体聚合，适用于大多数站点。可以根据企业的规模和用电量的多少进行量化规划，使规模与企业的需求等量齐观。2.居民用户2021年年底，国家能源局、农业农村部、国家乡村振兴局于?下发通知。明确提出支持县域清洁能源规模化发展。在中西部有资源条件的贫困地区，特别是乡村振兴重点县，优先规划建设集中式风电、光伏基地，打造贫困县支柱产业。我国农村资源丰富。通过部署我们的发电设备，可以帮助用户实现用电自用，多余的可以上网。农村家庭用户年增收1000-2000元。3.边防哨所我国幅员辽阔。为了保护国家安全，边防哨所将设置在远离电网的偏远地区。但边防哨所多设在高原深处，社会保障条件差。一些偏远的哨所距离最近的县城数百公里；常明电气一直是驻守哨所官兵的热切期盼。我们的产品基于仿生技术以实现高折叠率。完全折叠后，只有两个28寸行李箱那么大。设备运行噪音小于10dB，启动风速仅为3m/s，日发电量可达5kw/h。不仅能满足官兵日常用电需求，而且携带方便。它可以部署在所有边防哨所，为我国的边防哨所带来持久的电力。五、产品功能1、搭建物理微电网自主研发仿生发电终端，折叠后只有一个普通手提箱大小。本发明先进的仿生发电设备发电连续性强，携带方便，资源利用效率高，经济，适合民用、易于推广等优点，解决了传统风光储微电网存在的固有问题。同时，我们采用大、分散、小的理念，根据园区规模和用电量大小进行量化规划，为用户提供一站式智能微电网服务。2.建设数字微电网。我们使用OpenHarmonyBear将采集到的数据上报，通过MQTT协议与华为云IOT平台对接，然后将传感器采集到的数据发送到华为云，再转发到OBSbucket中进行长期存储。最后调用数据反馈给前端展示页面，实现数字微电网的构建。3.发电量预测算法我们使用BP神经网络和LSTM建立深度学习模型来实现功率预测功能。传感器测量的环境数据用于实时功率预测。通过将实际功率与预测功率进行比较，可以辅助判断发电设备的健康状态。多变量时间序列预测，获取未来电力，为用户规划用电，提高能源利用率。4、前端展示为了实现发电设备的全生命周期监控，我们开发了基于OpenHarmony的智能运维系统。可通过手持设备实时监控发电设备所在环境，遇到恶劣天气会发出警报。开展用电规划，提高能源利用率。六、项目创新点1、基于双向数字孪生技术的发电优化方案。云端运维系统利用传感器获取智能终端的环境数据、物理数据、电量数据等，反馈给用户端，构建数字微电网；智能终端接收云端运维系统的指令反馈，利用KNN算法进行自适应捕风调整，实现更高的实际发电效率。(1)从物理微电网到数字微电网，我们使用BearPai上报采集到的数据，通过MQTT协议连接到华为云物联网平台，然后将传感器采集到的数据发送到华为云，以及然后转发到OBS桶中进行长期存储。最后调用数据反馈到前端展示页面，实现数字微电网的构建，完成发电设备全生命周期监控。(2)数字微网到物理微网的云端运维系统根据传感器数据进行FED评估。如果FED值超过阈值，就会给小熊派发一个名字，驱动电机自动折叠能量收集前端，实现自主保护；在不超过阈值的情况下，可以根据FED值将捕风器驱动到最佳的能量收集姿态，从而达到更高的风能捕获效率，增加发电量。2、基于结构仿生学的智能终端结构设计。我们自主研发的设计模仿了花朵的开花光能收集机制，风能收集机制设计模仿了吞咽鳗鱼的开口。可高度折叠携带方便，可独立折叠避免损坏。在智能终端设计方面，团队从深海生物张嘴吞鳗鱼和盛开的睡莲叶中汲取灵感，设计了折叠率极高的吸风口和硅太阳能电池板阵列。.主机净重55KG，折叠尺寸500500900mm。它具有出色的便携性和高发电效率。在太阳能电池板阵列的研究中，团队从花朵开放时的姿态变化中汲取灵感，在能量收集的前端设计了光伏发电子系统。芙蓉花开时，花瓣分三、四级展开，最大圆形截面的折叠率高达65%～75%。仿生光伏阵列通过绳索牵引和重力模拟花瓣的垂直伸展，通过伺服电机驱动仿生环面模拟花瓣的横向伸展，使太阳能板折叠机构的折叠率高达69.14%.在风口机构的研究中，团队研究了一种深海生物吞咽鳗的嘴部运动姿势特征，并在GeoGebra中构建了以零为原点的笛卡尔坐标系，构建了数学模型吞咽鳗鱼的嘴部运动模型。对鳗鱼嘴在变形过程中的运动轨迹进行简化，得到简化的运动方程。基于运动方程设计智能终端的捕风机构。风口机构的最终设计具有以下两个特点。首先，空气捕手可以双向旋转，通过空间联动机构可以折叠空间体积的高度。采用电机控制旋转牵引绳索实现宽度压缩，采用精密滚子链传动实现高度压缩。据计算，该仿生机构的折叠率高达81.12%。二是通过自主设计的刚柔混合机构，结合伺服电机驱动，可以调整捕风口的关键几何特征，实现自适应捕风。根据采集到的环境数据、风口立柱振动数据、风口内风压数据等，评估流场特性，控制风口变形量接近最优能量根据评估结果进行收割，使资源利用效率接近最大化。结合以上两点，气垫折叠率达到80%以上，便携性极佳；结合云端运维系统，可根据实时流场变化几何特征。这一特点结合团队对整机的优化，使得这项工作与传统的三叶水平轴风力发电机相比，风能利用效率提高了10%~25%。了解更多开源知识，请访问：开源基础软件社区https://ost.51cto.com。
