CN103678779A - 一种储能系统iec61850数据建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能系统的IEC61850建模方法，用于实现将CAN数据模型映射为IEC61850数据模型，首先通过数据模型的映射将CAN标准协议中的数据模型转换为IEC61850标准协议的数据初始模型，在通过数据模型的扩展修改进一步转换为IEC61850标准协议的数据模型。本方法综合考虑电池厂家和电力二次设备厂家的业务需求，直接将电池厂家所熟悉、常用的电池单元模块和电池充电器的数据模型映射成电力二次设备厂家所熟悉的数据模型。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种储能系统IEC61850数据建模方法。
背景技术
随着城市电网的快速发展，负荷峰谷差日益扩大，为应对尖峰负荷，每年都要新增大量投资用于火电厂建设和电网扩容，大大降低能源使用效率和设备利用率。另一方面，由于电能质量和供电可靠性问题导致通信、电子、交通等行业的损失越来越大，这些用户对供电质量提出了越来高的要求。此外，各种并网的可再生能源的波动性和间歇性对电网稳定运行构成了威胁。在这一背景下，储能技术得到了越来越广泛的研究与应用。
储能系统主要由蓄电池、能量转换系统（PCS）、蓄电池管理系统（BMS）和监控系统等关键设备组成。蓄电池由于单体电池电压低、容量小，需要由成千上万个进行串并联。由于串并联电池数量众多，需要电池管理系统对其电压、电流、温度、告警信号进行实时监测。所有这些信息量最终都需要通过通信系统统一上传到监控系统。目前，储能系统的通信系统主要面临三大技术难题：（1）通信量大；（2）实时要求高；（3）通信规约各异。储能系统中，电池厂家延续了电动汽车相关标准，依据CAN标准协议，建立电池单元模块和电池充电器的数据模型。而电力设备厂家则大多采用IEC104、IEC61850等电力系统专用通信协议，从而使得储能系统中必须进行快速、实时的通信规约转换。然而，由于电池厂家和储能系统二次设备厂家的出发点和视角的差异，除通信规约不一致外，两者的数据建模也缺乏一致性，最终导致电池厂家所需的数据信息无法在储能系统二次设备厂家的监控系统中获取或显示，储能系统二次设备厂家所需的数据又无法由电池厂家提供。
IEC61850通信规约7-420部分已对电池单元模块(ZBAT)和电池充电器(ZBTC)的数据模型进行了定义。但是电池单元模块(ZBAT)和电池充电器(ZBTC)的数据模型是为满足储能系统二次设备厂商的实际需求，难以甚至无法同时兼顾电池厂商的需求。因此对电池厂商而言重要的数据信息在后台监控系统中无法获取和显示。另外，电池厂商和二次设备厂商的数量都很多，二次设备厂商无法为各家电池厂商的特有要求，特意修改电池单元模块和电池充电器的数据模型。
在实际应用中，无论是大容量大功率储能系统还是分布式模块化储能系统，均是由后台监控系统、能量转换系统、电池管理系统和电池堆组成。后台监控系统、能量转换系统和电池管理系统直接接入储能系统的监视控制网络，如果不支持监视控制网络所用通信方式的话，需使用规约转换器间接接入。通常，电池管理系统和电池堆之间的通信规约是CAN，电池管理系统和能量转换系统通过Modbus/TCP通信规约接入监视控制网络，监视控制网络本身采用IEC61850通信规约。
电池管理系统实现CAN通信规约和Modbus/TCP通信规约之间的转换，而Modbus/TCP通信规约和IEC61850通信规约之间的转换需经过专用的规约转换器实现。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够实现CAN和IEC61850两标准中电池单元模块和电池充电器的数据模型的相互映射和变换、从而消除电池厂家和储能系统二次设备厂家的数据模型分歧的储能系统IEC61850数据建模方法。
为解决上述技术问题，本发明的出发点是将电池厂商所熟悉的数据模型直接映射、修改为二次设备厂家所需的数据模型，以满足二者共同的需要。本发明采用的技术方案如下：
一种储能系统IEC61850数据建模方法，用于将CAN通信规约中的电池单元模块和电池充电器的数据模型映射成IEC61850通信规约中的数据模型，具体是：将CAN标准协议中的数据模型映射到IEC61850标准协议的数据初始模型；将数据初始模型修改完善成IEC61850标准协议的数据模型。
采用该数据建模方法实现了CAN和IEC61850两标准中电池单元和电池充电器的数据模型的相互映射和变换，自动实现数据模型的生成和完善。该建模方法既符合电池单元和电池充电器的本身特征，又符合储能监控系统的要求，跨越并整合了电池厂家和电力二次设备厂家的业务领域和专业领域，实现了两者的相互融合和贯通。因此更加适合于实现电池的监视和控制功能，更加符合实际。
IEC61850通信规约是一种面向对象的信息通信技术，在一种技术方案中，所述IEC61850标准协议的数据建模方式为：先将物理装置抽象为虚拟装置，然后将虚拟装置分解为逻辑节点。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明综合考虑电池厂家和电力二次设备厂家的业务需求，消除电池厂家和储能系统二次设备厂家的数据模型分歧，实现CAN和IEC61850两标准中电池单元和电池充电器的数据模型的相互映射和变换，跨越并整合了电池厂家和电力二次设备厂家的业务领域和专业领域，实现了两者的相互融合和贯通。
附图说明
图1是电池厂家的电池充电系统架构图。
图2是CAN标准协议中电池模块的数据模型。
图3是CAN标准协议中电池充电器的数据模型。
图4是储能系统的系统架构图。
图5是IEC61850标准中的电池单元模型(ZBAT)。
图6是IEC61850标准中的电池充电器模型(ZBTC)。
图7是CAN与IEC61850数据模型的映射与扩展流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
电池厂家的数据模型如图1所示：
101：电池模块
102：电池充电器
103：电池模块101和电池充电器102的接口。接口在物理层面都已标准化，所使用的通信协议大多为CAN。
电池厂家在数据建模和数据通信时遵循CAN协议的相关标准。
电池模块的数据模型如图2所示，在CiA418:Device Profile for battery modules中有所规定。
201:CAN标准协议中的电池模块
202:应用功能的数据对象模型
203:通信功能的数据对象模型
电池充电器的数据模型如图3所示，在CiA419:Device Profile for battery chargers中有所规定。
301：CAN标准协议中的电池充电器模块
302：应用功能的数据对象模型
303：通信功能的数据对象模型
无论是大容量大功率储能系统还是分布式模块化储能系统都是采用如图4所示的架构，由后台监控系统401、能量转换系统402、电池管理系统403和电池堆404组成。后台监控系统401 、能量转换系统402和电池管理系统403直接接入储能系统的监视控制网络406,如果不支持监视控制网络所用通信方式的话，需使用规约转换器405间接接入。通常，电池管理系统403和电池堆404之间的通信规约是CAN，电池管理系统403和能量转换装置402通过Modbus/TCP通信规约接入监视控制网络406，监视控制网络406本身采用IEC61850通信规约。
电池管理系统403实现CAN通信规约和Modbus/TCP通信规约之间的转换，而Modbus/TCP通信规约和IEC61850通信规约之间的转换需经过专用的规约转换器405实现。
监视控制网络406所用IEC61850通信规约是一种面向对象的信息通信技术，物理装置Physical Device需先抽象为虚拟装置Virtual Device，然后将虚拟装置Virtual Device分解为逻辑节点Logical Node来进行数据建模。
CAN与IEC61850数据模型的映射与扩展流程如图7所示，首先通过数据模型的映射将CAN标准协议中的数据模型转换为IEC61850标准协议的数据初始模型，在通过数据模型的扩展修改进一步转换为IEC61850标准协议的数据模型。
501：CAN标准协议中的数据模型；
502：将CAN标准协议中的数据模型映射到IEC61850标准协议的数据初始模型；
503：IEC61850标准协议的数据初始模型；
504：将数据初始模型修改完善成IEC61850标准协议的数据模型；
505：IEC61850标准协议的数据模型；
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种储能系统IEC61850数据建模方法，用于将CAN通信规约中的电池单元模块和电池充电器的数据模型映射成IEC61850通信规约中的数据模型，其特征在于，将CAN标准协议中的数据模型映射到IEC61850标准协议的数据初始模型；将数据初始模型修改完善成IEC61850标准协议的数据模型。
2.根据权利要求1所述的储能系统IEC61850数据建模方法，其特征在于，所述IEC61850标准协议的数据建模方式为：先将物理装置抽象为虚拟装置，然后将虚拟装置分解为逻辑节点。
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