專利名稱：一種微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式能源和電力網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，特別涉及微型電網(wǎng)控制與管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前電力網(wǎng)絡(luò)尤其是配電系統(tǒng)自動化管理在理論結(jié)構(gòu)上由配電自動化系統(tǒng)主站(即監(jiān)控中心)、配電自動化子站、變電站監(jiān)控系統(tǒng)、綜合監(jiān)控儀、抄表集中器和配電控制單元等組成。配電自動化主站負責(zé)整個地區(qū)配電網(wǎng)的監(jiān)視和控制，完成整個城區(qū)內(nèi)各個變電站和所有開閉所及饋線數(shù)據(jù)的收集、整理，并上傳至人機工作站，由運行人員完成系統(tǒng)的監(jiān)視和控制任務(wù)。配電自動化子站完成主站指定區(qū)域的故障診斷、故障隔離和供電恢復(fù)。配電終端設(shè)備和抄表系統(tǒng)完成各開關(guān)、開閉所、用戶的信息采集和處理功能。在子站以下的自動化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)松散，整個系統(tǒng)的運行和控制管理都需要帶人反饋執(zhí)行，即需要運行人員監(jiān)視運行狀態(tài)，控制網(wǎng)絡(luò)運行。
微型電網(wǎng)作為分布式能源系統(tǒng)的新型組織形式，使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本的變化，由原來的無源放射狀網(wǎng)絡(luò)變成一個有源的、結(jié)構(gòu)靈活的網(wǎng)絡(luò)。而且分布式能源可能具有多種形態(tài)和多種運行條件，微型電網(wǎng)地理范圍小，需實現(xiàn)自治運行，無人管理，對此，傳統(tǒng)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)底層的松散耦合結(jié)構(gòu)和有限的功能結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)如此復(fù)雜和靈活的有源網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)無法管理分布式能源的先天缺陷，為微型電網(wǎng)的監(jiān)控管理提供一套完善的、可靠的、規(guī)范的控制管理系統(tǒng)。
本發(fā)明采用一種分層遞階的控制管理結(jié)構(gòu)，共分三層，包括最高級組織層、中間協(xié)調(diào)層和低級執(zhí)行層。結(jié)構(gòu)為從上至下樹形結(jié)構(gòu)，中間協(xié)調(diào)層內(nèi)部為連通環(huán)狀結(jié)構(gòu)。各層從上至下控制精度遞階上升，人工智能遞階下降。
1、最高級組織層由微型電網(wǎng)管理中心組成，作為全系統(tǒng)的最高層，能夠?qū)W習(xí)并產(chǎn)生決策，分辨微型電網(wǎng)運行狀態(tài)，形成相應(yīng)的任務(wù)。主要功能分為數(shù)據(jù)采集處理、在線實時控制、高級自治管理和人機輔助管理四大部分。其中(1)數(shù)據(jù)采集處理，主要完成各個單元數(shù)據(jù)的收集、處理解釋、存儲和顯示，并把這些實時信息傳遞給其它應(yīng)用模塊。數(shù)據(jù)處理流程為可分為如下步驟前置接受、處理數(shù)據(jù)、存入實時數(shù)據(jù)庫、轉(zhuǎn)發(fā)給在線實時控制系統(tǒng)、存入歷史數(shù)據(jù)庫、轉(zhuǎn)發(fā)給高級自治管理系統(tǒng)和顯示處理。以上流程依次順序執(zhí)行。
(2)在線實時控制是根據(jù)測量數(shù)據(jù)和簡單反應(yīng)式規(guī)則來對微電網(wǎng)實時控制，其反應(yīng)式控制規(guī)則由高級自治管理動態(tài)修改。并且它在向中間協(xié)調(diào)層發(fā)出的指令后，同時把指令和該時間斷面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給后臺，由高級自治管理對指令是否正確進行校正。
(3)高級自治管理，它獲取最新的數(shù)據(jù)斷面，啟動分析用來評估微電網(wǎng)目前、未來的狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)控制規(guī)則；定時獲取歷史數(shù)據(jù)，制定發(fā)電計劃，評估可能發(fā)生的故障，制定安全和故障對策等等反應(yīng)規(guī)則，下發(fā)給在線實時控制；(4)人機輔助管理是提供運行人員介入微型電網(wǎng)管理的一個接口。一旦人機管理被啟動，高級自治管理將不再負責(zé)維持微型電網(wǎng)運行，它的分析結(jié)果只對運行人員指令提供參考。
2、中間協(xié)調(diào)層包括分布式能源并網(wǎng)接口和保護開關(guān)控制裝置。主要功能為互相協(xié)商和協(xié)調(diào)各控制器的控制作用，共同完成最高層微型電網(wǎng)管理中心下達的任務(wù)。當(dāng)微型電網(wǎng)管理中心發(fā)生崩潰或其他事故時，中間協(xié)調(diào)層的各個單元能夠互相協(xié)商和協(xié)調(diào)，共同維持微型電網(wǎng)正常運行。其中(1)分布式能源并網(wǎng)接口，在微型電網(wǎng)管理中心正常運行狀態(tài)下，它接受分布式能源控制器上傳的分布式能源相關(guān)數(shù)據(jù)，并采集分布式能源并網(wǎng)結(jié)點的三相電壓、電流和頻率，并計算有功功率、無功功率、諧波、功率因數(shù)、有功電度、無功電度，把相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至微型電網(wǎng)管理中心。它同時接受微型電網(wǎng)管理中心指令，根據(jù)分布式能源的運行情況解釋指令，得到具體的量化指令，下發(fā)至低級執(zhí)行層的分布式能源控制器。在微型電網(wǎng)管理中心崩潰或發(fā)生故障的時候，它將和同處于中間協(xié)調(diào)層的各個單元互相交換數(shù)據(jù)，以此判斷目前所處的環(huán)境，作出相應(yīng)的控制決策。
(2)保護開關(guān)控制裝置，保護開關(guān)控制裝置能夠在事故時自己判斷分合，并能夠與各個分布式能源并網(wǎng)接口及微型電網(wǎng)管理中心通信，接受和執(zhí)行微型電網(wǎng)管理中心的指令。在微型電網(wǎng)管理中心正常運行狀態(tài)下，它采集開關(guān)狀態(tài)和并網(wǎng)接口數(shù)據(jù)，把相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至微型電網(wǎng)管理中心。接受微型電網(wǎng)管理中心指令來分閘或合閘。在微型電網(wǎng)管理中心崩潰或發(fā)生故障的時候，它將和同處于中間協(xié)調(diào)層的各個單元互相交換數(shù)據(jù)，以此判斷目前所處的環(huán)境，作出相應(yīng)的控制。
3、低級執(zhí)行層包括各個分布式能源控制器和保護開關(guān)。主要功能為高精度執(zhí)行中間協(xié)調(diào)層指令。在微型電網(wǎng)并網(wǎng)狀態(tài)下，各個分布式能源控制器能夠通過控制其所對應(yīng)的分布式能源輸出有功功率和無功功率使其穩(wěn)定運行。在微型電網(wǎng)獨立運行狀態(tài)下，各個分布式能源控制器能夠通過控制其所對應(yīng)的分布式能源輸出電壓和頻率使其穩(wěn)定運行。同時分布式能源控制器能夠?qū)⒆陨頊y量和控制數(shù)據(jù)上傳給并網(wǎng)接口平臺，并能夠接受和執(zhí)行并網(wǎng)接口平臺的控制管理命令。
本發(fā)明在廣域網(wǎng)絡(luò)可以使用Ethernet、GPRS、電力線載波等多種通信方式，局域網(wǎng)絡(luò)可以使用CAN、HPI、串口等多種通信方式。
本發(fā)明可以在結(jié)構(gòu)上高效的、可靠的管理微型電網(wǎng)內(nèi)部各個分布式能源和保護開關(guān)，實現(xiàn)微型電網(wǎng)無人管理、自治運行。


圖1是本發(fā)明微型電網(wǎng)控制與管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明流程框圖。
圖3是分布式能源并網(wǎng)接口結(jié)構(gòu)圖。
圖4是微型電網(wǎng)管理中心硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
圖1所示為本發(fā)明微型電網(wǎng)控制與管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，本發(fā)明結(jié)構(gòu)為從上至下樹形結(jié)構(gòu)，中間協(xié)調(diào)層內(nèi)部為連通環(huán)狀結(jié)構(gòu)。最高級組織層由微型電網(wǎng)管理中心組成；中間協(xié)調(diào)層由分布式能源并網(wǎng)接口、保護開關(guān)控制裝置以及現(xiàn)有的配電網(wǎng)保護裝置組成；低級執(zhí)行層包括各個分布式能源控制器和保護開關(guān)。各層從上至下控制精度遞階上升，人工智能遞階下降。
圖2所示為本發(fā)明微型電網(wǎng)控制與管理流程框圖。全系統(tǒng)由最高級組織層管理中心首先啟動，并向中間協(xié)調(diào)層各單元發(fā)送連接命令，要求建立通信管道。中間協(xié)調(diào)層各單元接受到最高組織層管理中心的連接命令后，開始啟動，并相應(yīng)連接命令與最高組織層建立通信管道。通信管道建立成功后，中間協(xié)調(diào)層各單元檢查各自的接口和分布式能源狀態(tài)，并判斷分布式能源是否符合并網(wǎng)條件。如果符合，則由低層控制器控制分布式能源并網(wǎng)，并開始與中間協(xié)調(diào)層通信，系統(tǒng)進入正常工作。如果不符合，則繼續(xù)等待并定時啟動判斷。
如圖3所示為分布式能源并網(wǎng)接口，包括DSP采集處理模塊、ARM通信模塊、液晶顯示以及鍵盤等外圍設(shè)備。DSP采集處理模塊負責(zé)采集接口數(shù)據(jù)，接受底層控制器上傳信息。并將分布式能源和接口的信息處理后通過局域網(wǎng)絡(luò)傳送給ARM通信模塊。同時又接收ARM通信模塊解釋的下發(fā)指令。圖3中采用CAN總線方式，可根據(jù)不同情況選擇不同的局域網(wǎng)絡(luò)。ARM通信模塊把上傳過來的數(shù)據(jù)重新打包，并通過廣域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給管理中心或是其他分布式能源接口。同時接收管理中心的命令，加以具體分析解釋后，下送至底層控制器。鍵盤、液晶顯示等外圍設(shè)備通過ARM通信模塊接口連接，用于對分布式能源接口進行人為設(shè)定等操作。
如圖4所示，微型電網(wǎng)管理中心包括前置數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、控制管理服務(wù)器與人機交互工作站。整個中心可根據(jù)系統(tǒng)實際情況配制成單機、雙機或雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，圖4中為雙機單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一主一備可保證管理可靠性。微型電網(wǎng)地理范圍小，所測量的設(shè)備、設(shè)施和數(shù)據(jù)量相對大型能量管理系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)小很多，所以無需專門設(shè)置前置機，由數(shù)據(jù)中心服務(wù)器兼作系統(tǒng)前置機，完成規(guī)約解釋、數(shù)據(jù)處理等任務(wù)。同時數(shù)據(jù)中心服務(wù)器完成數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)發(fā)布等任務(wù)?？刂乒芾矸?wù)器主要任務(wù)接受數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)，對所有數(shù)據(jù)進行分析，評估微電網(wǎng)目前、未來的狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)實時控制命令和長期控制規(guī)則；制定發(fā)電計劃，評估可能發(fā)生的故障，制定安全和故障對策等等。人機交互工作站提供給運行人員介入微型電網(wǎng)管理的一個接口，并提供相關(guān)輔助服務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，其特征在于其為由最高級組織層、中間協(xié)調(diào)層和低級執(zhí)行層組成的從上至下的樹形結(jié)構(gòu)，中間協(xié)調(diào)層內(nèi)部為連通環(huán)狀結(jié)構(gòu)；各層從上至下控制精度遞階上升，人工智能遞階下降；最高級組織層由微型電網(wǎng)管理中心組成，主要功能為數(shù)據(jù)采集處理、在線實時控制、高級自治管理和人機輔助管理；中間協(xié)調(diào)層由分布式能源并網(wǎng)接口和保護開關(guān)控制裝置以及現(xiàn)有的配電網(wǎng)保護裝置組成，其主要功能為互相協(xié)商和協(xié)調(diào)各控制器的控制作用，共同完成最高層微型電網(wǎng)管理中心下達的任務(wù)；當(dāng)微型電網(wǎng)管理中心發(fā)生崩潰或其他事故時，中間協(xié)調(diào)層的各個單元能夠互相協(xié)商和協(xié)調(diào)，共同維持微型電網(wǎng)正常運行；低級執(zhí)行層包括各個分布式能源控制器和保護開關(guān)，主要功能為執(zhí)行中間協(xié)調(diào)層指令，在微型電網(wǎng)并網(wǎng)狀態(tài)下，各個分布式能源控制器通過控制其所對應(yīng)的分布式能源輸出有功功率和無功功率使其穩(wěn)定運行。
2.如權(quán)利要求1所述的微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)采集處理流程為如下步驟前置接受、處理數(shù)據(jù)、存入實時數(shù)據(jù)庫、轉(zhuǎn)發(fā)給在線實時控制系統(tǒng)、存入歷史數(shù)據(jù)庫、轉(zhuǎn)發(fā)給高級自治管理系統(tǒng)和顯示處理；在線實時控制是根據(jù)測量數(shù)據(jù)和簡單反應(yīng)式規(guī)則來對微電網(wǎng)實時控制，其反應(yīng)式控制規(guī)則由高級自治管理動態(tài)修改，并且它在向中間協(xié)調(diào)層發(fā)出的指令后，同時把指令和該時間斷面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給后臺，由高級自治管理對指令是否正確進行校正；高級自治管理獲取最新的數(shù)據(jù)斷面，啟動分析用來評估微電網(wǎng)目前、未來的狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)控制規(guī)則；定時獲取歷史數(shù)據(jù)，制定發(fā)電計劃，評估可能發(fā)生的故障，制定安全和故障對策等等反應(yīng)規(guī)則，下發(fā)給在線實時控制；人機輔助管理是提供運行人員介入微型電網(wǎng)管理的一個接口，一旦人機管理被啟動，高級自治管理將不再負責(zé)維持微型電網(wǎng)運行，它的分析結(jié)果只對運行人員指令提供參考。
3.如權(quán)利要求1所述的微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，其特征在于分布式能源并網(wǎng)接口在微型電網(wǎng)管理中心正常運行狀態(tài)下，接受分布式能源控制器上傳的分布式能源相關(guān)數(shù)據(jù)，并采集分布式能源并網(wǎng)結(jié)點的三相電壓、電流和頻率，并計算有功功率、無功功率、諧波、功率因數(shù)、有功電度、無功電度，把相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至微型電網(wǎng)管理中心；并同時接受微型電網(wǎng)管理中心指令，根據(jù)分布式能源的運行情況解釋指令，得到具體的量化指令，下發(fā)至低級執(zhí)行層的分布式能源控制器；在微型電網(wǎng)管理中心崩潰或發(fā)生故障的時候，它和同處于中間協(xié)調(diào)層的各個單元互相交換數(shù)據(jù)，以此判斷目前所處的環(huán)境，作出相應(yīng)的控制決策；保護開關(guān)控制裝置能在事故時自己判斷分合，并能夠與各個分布式能源并網(wǎng)接口及微型電網(wǎng)管理中心通信，接受和執(zhí)行微型電網(wǎng)管理中心的指令；在微型電網(wǎng)管理中心正常運行狀態(tài)下，它采集開關(guān)狀態(tài)和并網(wǎng)接口數(shù)據(jù)，把相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至微型電網(wǎng)管理中心，接受微型電網(wǎng)管理中心指令來分閘或合閘；在微型電網(wǎng)管理中心崩潰或發(fā)生故障的時候，它和同處于中間協(xié)調(diào)層的各個單元互相交換數(shù)據(jù)，以此判斷目前所處的環(huán)境，作出相應(yīng)的控制。
4.如權(quán)利要求1或3所述的微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，其特征在于分布式能源并網(wǎng)接口主要包括DSP采集處理模塊、ARM通信模塊；DSP采集處理模塊負責(zé)采集接口數(shù)據(jù)，接受底層控制器上傳信息，并將分布式能源和接口的信息處理后通過局域網(wǎng)絡(luò)傳送給ARM通信模塊；同時又接收ARM通信模塊解釋的下發(fā)指令；ARM通信模塊把上傳過來的數(shù)據(jù)重新打包，并通過廣域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給管理中心或是其他分布式能源接口，同時接收管理中心的命令，加以具體分析解釋后，下送至底層控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，其特征在于在微型電網(wǎng)并網(wǎng)狀態(tài)下，低級執(zhí)行層的各個分布式能源控制器通過控制其所對應(yīng)的分布式能源輸出有功功率和無功功率使其穩(wěn)定運行；在微型電網(wǎng)獨立運行狀態(tài)下，各個分布式能源控制器通過控制其所對應(yīng)的分布式能源輸出電壓和頻率使其穩(wěn)定運行；同時分布式能源控制器將自身測量和控制數(shù)據(jù)上傳給并網(wǎng)接口平臺，并接受和執(zhí)行并網(wǎng)接口平臺的控制管理命令。
6.如權(quán)利要求1所述的微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，其特征在于本發(fā)明微型電網(wǎng)控制與管理流程如下最高級組織層管理中心首先啟動全系統(tǒng)，并向中間協(xié)調(diào)層各單元發(fā)送連接命令，要求建立通信管道；中間協(xié)調(diào)層各單元接受到最高組織層管理中心的連接命令后，開始啟動，并相應(yīng)連接命令與最高組織層建立通信管道；通信管道建立成功后，中間協(xié)調(diào)層各單元檢查各自的接口和分布式能源狀態(tài)，并判斷分布式能源是否符合并網(wǎng)條件；如果符合，則由低層控制器控制分布式能源并網(wǎng)，并開始與中間協(xié)調(diào)層通信，系統(tǒng)進入正常工作，如果不符合，則繼續(xù)等待并定時啟動判斷。
全文摘要
一種微型電網(wǎng)的控制與管理系統(tǒng)，系由最高級組織層、中間協(xié)調(diào)層和低級執(zhí)行層組成的從上至下的樹形結(jié)構(gòu)，中間協(xié)調(diào)層內(nèi)部為連通環(huán)狀結(jié)構(gòu)。各層從上至下控制精度遞階上升，人工智能遞階下降。最高級組織層管理中心首先啟動全系統(tǒng)，并向中間協(xié)調(diào)層各單元發(fā)送連接命令，要求建立通信管道。中間協(xié)調(diào)層各單元接受到最高組織層管理中心的連接命令后，開始啟動，并相應(yīng)連接命令與最高組織層建立通信管道。通信管道建立成功后，中間協(xié)調(diào)層各單元檢查各自的接口和分布式能源狀態(tài)，并判斷分布式能源是否符合并網(wǎng)條件，如果符合，則由低層控制器控制分布式能源并網(wǎng)，并開始與中間協(xié)調(diào)層通信，系統(tǒng)進入正常工作，如果不符合，則繼續(xù)等待并定時啟動判斷。
文檔編號H02J13/00GK1964152SQ20061011470
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者裴瑋, 鄧衛(wèi), 齊智平, 孔力 申請人:中國科學(xué)院電工研究所