CN103872775B - 一种智能微网监控系统及监控方法 - Google Patents

一种智能微网监控系统及监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能微网监控系统及监控方法，综合考虑分布式能源和智能微网中各控制设备的特性，优化监控管理系统，保证微电网的安全可靠运行。本发明监控系统的架构分为三层，第一层是DG智能监控终端，含有若干多种微电源控制器和负荷控制器；第二层是保护及协调控制器XT，包含智能微网模式控制器和智能微网中央控制器；第三层是智能微网管理系统MEMS，保证整个微网系统的稳定经济运行。本发明可以广泛应用到由风、光、燃机、柴、储等多种分布式电源组成的智能微电网项目，用于在项目建设规划时确定优化监控管理系统。

Description

一种智能微网监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统控制技术，特别是涉及一种智能微网的电力系统输配电监控技术。
背景技术
智能微电网是指由分布式电源DG（DispersedGeneration）、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行，独立地为当地负荷提供电力需求。现有研究和实践已表明，将DG以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥DG效能的最有效方式。
目前，大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行，彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点，要求系统使用可靠的电源主接线和新的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。智能微网需要在不同运行模式切换过程中尽可能地平稳过渡，其控制过程十分复杂。如果要实现不同运行模式之间的无缝切换，则其控制响应速度要求更高。这对智能微网的监控系统提出了更高的要求。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种针对智能微电网的监控系统及监控方法，针对智能微电网的特点，综合考虑分布式能源和智能微网中各控制设备的特性，优化监控管理系统，保证微电网的安全可靠运行，利用现场总线技术对智能微网进行监控，达到最优。
为解决现有技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能微网监控系统，微网内设置含有多种分布式电源DG、储能单元和负荷，包含有交换机，监控系统的架构分为三层，第一层是DG智能监控终端，含有若干多种控制器，第二层是保护及协调控制器XT，第三层是智能微网管理系统MEMS；
第一层DG智能监控终端的控制器就地对各种分布式电源DG、储能单元和负荷进行控制，包含微电源控制器和负荷控制器等；
第二层的保护及协调控制器XT，实现智能微网在并网、孤网两种运行模式下完整的保护及协调控制功能，包含智能微网模式控制器和智能微网中央控制器；
第三层是智能微网管理系统MEMS，以各种DG的发电功率预测和负荷预测为基础，实现冷、热、电各种能源的综合优化和调度，保证整个微网系统的稳定经济运行，实现宏观意义上的微网综合优化和管理；
交换机提供通信网络，第一层、第二层、第三层接入通信网络实现连接；智能微网管理系统MEMS与DG智能监控终端之间由通信网络连接，智能微网管理系统MEMS位于微网监控系统的最上层。
在一些实施例中，所述A网交换机J1、B网交换机J2组成并行的两组通信网络，通信网络通过通信链路连接各系统、器件；智能微网管理系统MEMS设两个工作站，一用一备，服务器DCS/MEMS工作站DA作为工作服务器，服务器DCS/MEMS工作站DB作为备份服务器，通信网络通过通信链路连接服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT。
在一些实施例中，所述第一层DG智能监控终端包含若干支路，其中第一支路输出端连接现场总线FCS1，现场总线FCS1（控制系统）到通信管理机M1（转节点）的线路上连接有制冷机控制器NL，通信管理机M1接入通信网络，通信管理机M1通过通信网络连接服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT；
其中第二支路输出端连接现场总线FCS2，现场总线FCS2经过燃机控制系统APS连接到通信管理机M2，现场总线FCS2到燃机控制系统APS的线路上并行连接有燃机控制器A1、燃机控制器A2与燃机控制器A3，通信管理机M2接入A网交换机J1、B网交换机J2组成的通信网络；
其中第三支路输出端连接现场总线FCS3，现场总线FCS3到通信管理机M3的线路上并行连接有10kV线路综保装置C1，10kV线路综保装置C2，10kV备自保装置BL，调度400V综保装置D1，调度400V综保装置D2，智能监控终端FL，通信管理机M3接入A网交换机J1、B网交换机J2组成的通信网络。
在一些实施例中，所述通信网络的通信链路上连接有共用的报表打印机JP。
一种智能微网监控方法，方法如下：
A网交换机J1、B网交换机J2组成并行的两组通信网络；
DG智能监控终端的控制器就地对各种分布式电源DG、储能单元和负荷进行控制，并获取微网实时量测的电气量数据、非电量数据，DG智能监控终端通过通信管理机接入通信网络；
智能微网管理系统MEMS接入通信网络，智能微网管理系统MEMS通过通信网络从DG智能监控终端处获取微实时量测的电气量数据和非电量数据，并进行必要的处理；
智能微网管理系统MEMS根据实时量测数据和当时的各种计划值和负荷预测值，再考虑各项能量优化约束条件，计算出对整个微网的控制结果；
智能微网管理系统MEMS通过通信网络将控制结果下发到保护及协调控制器XT，由保护及协调控制器XT的微网中央控制器根据控制结果，调节微网中各分布式电源DG的出力以及可控负荷的投切。
在一些实施例中，所述保护及协调控制器XT的微网中央控制器是整个微网控制体系的中枢，除了执行智能微网管理系统MEMS下达的控制结果外，还负责实现微网内部的高级控制策略；
微网中央控制器的微网高级控制策略包括：微网并网／孤网模式平滑切换、微网的频率／电压控制、DG与储能单元间的协调控制等。
在一些实施例中，所述微网中央控制器通过通信网络获取来自智能微网管理系统MEMS下发的各DG控制器和负荷控制器的各DG和负荷当前状态信息，作为高级控制策略的输入，并将高级控制策略的计算结果通过通信网络下发到各DG控制器和负荷控制器中执行。
本发明相对于传统电网，对微型电网实现监控是一个全新的方案。智能微网的管理对信息的实时性要求并不高，一般为数分钟到数十分钟，其通信的实时性能需求为分钟级。DG智能监控终端间的通信需求DG控制器和微网保护及协调控制器XT统称为DG智能监控终端。其中微网中央控制器是整个微网控制体系的中枢，除了执行智能微网管理系统MEMS下达的控制结果外，还负责实现微网内部的高级控制策略。典型的微网高级控制策略包括：微网并网／孤网模式平滑切换、微网的频率／电压控制、DG与储能单元间的协调控制等。微网中央控制器通过通信网络获取来自各DG控制器和负荷控制器的各DG和负荷当前状态信息，作为高级控制策略的输入，并将高级控制策略的计算结果通过通信网络下发到各DG控制器和负荷控制器中执行。微网高级控制策略对信息交互的实时性要求极高，其通信的实时性能需求为毫秒级。
本发明针对智能微电网的监控方案，可以广泛应用到由风、光、燃机、柴、储等多种分布式电源组成的智能微电网项目，尤其是智能微电网项目中，用于在项目建设规划时确定优化监控管理系统。
附图说明
图1所示为本发明一实施例的分层示意图；
图2所示为本发明一实施例的网络结构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
智能微网是经济和技术发展的必然结果，具体是利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。智能微网的基础是分布式数据传输、计算和控制技术，以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术。
本发明的监控系统网络结构参见附图2所示，采用DCS/MEMS（Micro-Electro-Energy-ManagementSystem智能微网管理系统）+现场总线方式。
DCS是分布式控制系统，是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的系统。DG是分布式电源，MEMS是智能微网管理系统。
现场总线方式采用就地设备安装总线模块或就近接入总线模块，解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，整个系统用总线进行连接。现场设备的信号通过现场总线与DCS/MEMS进行通信。智能微网管理系统MEMS设两个工作站，一用一备。
参见附图1所示，智能微网监控架构按功能可划分为三层。第一层是控制器，就地对各种DG、储能单元和负荷进行控制，如微电源控制器和负荷控制器等；第二层是智能微网保护及协调控制器XT，实现智能微网在并网、孤网两种运行模式下完整的保护及协调控制功能，如智能微网模式控制器和智能微网中央控制器；第三层是智能微网管理系统MEMS。以各种分布式电源DG的发电功率预测和负荷预测为基础，实现冷、热、电各种能源的综合优化和调度，保证整个微网系统的稳定经济运行智能微网管理系统MEMS与DG智能监控终端之间的通信需求智能微网管理系统MEMS位于微网监控系统的最上层，实现宏观意义上的微网综合优化和管理。智能微网管理系统MEMS通过通信网络从DG智能监控终端处获取微网各种实时量测数据（包括电气量数据和非电量数据），并进行必要的处理。然后根据实时量测数据和当时的各种计划值和负荷预测值，再考虑各项能量优化约束条件，计算出对整个微网的控制结果。最后通过通信网络将控制结果下发到微网中央控制器，由微网中央控制器根据控制结果调节微网中各DG和出力以及可控负荷的投切。
在其中一个具体实施例中，监控系统包括如下组件：现场总线FCS1，现场总线FCS2，现场总线FCS3，A网交换机J1，B网交换机J2，通信管理机M1（转节点），通信管理机M2，通信管理机M3，网络信道，报表打印机JP，服务器DCS/MEMS工作站DA，服务器DCS/MEMS工作站DB，保护及协调控制器XT，燃机控制系统APS，制冷机控制器NL，燃机控制器A1，燃机控制器A2，燃机控制器A3，10kV线路综保装置C1，10kV线路综保装置C2，10kV备自保装置BL，调度400V综保装置D1，调度400V综保装置D2，智能监控终端FL，现场总线FCS1（控制系统），现场总线FCS2，现场总线FCS3。
监控系统的架构分为三层，第一层是DG智能监控终端，含有若干多种控制器，第二层是保护及协调控制器XT，第三层是智能微网管理系统MEMS。服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT经过通信链路接入通信网络。通信网络的通信链路上连接有共用的报表打印机JP。
A网交换机J1、B网交换机J2组成并行的两组通信网络，通信网络通过通信链路连接各系统、器件；智能微网管理系统MEMS设两个工作站，一用一备，服务器DCS/MEMS工作站DA作为工作服务器，服务器DCS/MEMS工作站DB作为备份服务器，通信网络通过通信链路连接服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT。
第一层DG智能监控终端包含若干支路，支路输出端连接现场总线FCS（控制系统），第一支路，现场总线FCS1到通信管理机M1（转节点）的线路上连接有制冷机控制器NL，通信管理机M1接入通信网络，通信管理机M1通过通信网络连接服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT。
第二支路，现场总线FCS2经过燃机控制系统APS连接到通信管理机M2，现场总线FCS2到燃机控制系统APS的线路上并行连接有燃机控制器A1、燃机控制器A2与燃机控制器A3，通信管理机M2接入A网交换机J1、B网交换机J2组成的通信网络。
第三支路，现场总线FCS3到通信管理机M3的线路上并行连接有10kV线路综保装置C1，10kV线路综保装置C2，10kV备自保装置BL，调度400V综保装置D1，调度400V综保装置D2，智能监控终端FL，通信管理机M3接入A网交换机J1、B网交换机J2组成的通信网络。
通信网络由A网交换机J1、B网交换机J2支持，第一层、第二层、第三层之间通过通信网络连接。
本发明设计的智能微网监控系统的监控设备通过通讯网络将信息传送到DCS，并从DCS接收控制指令，个别设备通过硬接线与DCS传送信息。通过通讯网络传送信息，可以大大丰富DCS的信息量，减少连接电缆的用量，减少施工和调试的工作量。微型电网作为完整的小型电力系统，在功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护等方面都依靠自身的运行控制及管理功能实现，电源种类和智能设备较多，独立性及随机性较强。本专利微网监控系统除了具备运行控制、数据采集和运行操作等基本功能，还包括了对可再生电源发电预测、功率平衡控制、经济调度和优化运行、对现场设备即插即用的识别和管理等。相对于传统电网，对微型电网实现监控是一个全新的方案。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种智能微网监控系统，包含有：交换机，微网内设置含有多种分布式电源DG、储能单元和负荷，其特征在于，所述监控系统的架构分为三层，第一层是DG智能监控终端，含有若干多种控制器，第二层是保护及协调控制器XT,第三层是智能微网管理系统MEMS；
所述第一层DG智能监控终端的控制器，就地对各种分布式电源DG、储能单元和负荷进行控制，包含微电源控制器和负荷控制器；
所述第二层的保护及协调控制器XT,实现智能微网在并网、孤网两种运行模式下完整的保护及协调控制功能，包含智能微网模式控制器、智能微网中央控制器；
所述第三层是智能微网管理系统MEMS,以各种分布式电源DG的发电功率预测和负荷预测为基础，实现冷、热、电各种能源的综合优化和调度，保证整个微网系统的稳定经济运行，实现宏观意义上的微网综合优化和管理；
所述交换机提供通信网络，第一层、第二层、第三层接入通信网络实现连接；所述智能微网管理系统MEMS与DG智能监控终端之间由通信网络连接，智能微网管理系统MEMS位于微网监控系统的最上层；
所述交换机包含A网交换机J1、B网交换机J2,所述A网交换机J1与B网交换机J2组成并行的两组通信网络，所述通信网络通过通信链路连接各系统、器件；
所述智能微网管理系统MEMS设两个工作站，一用一备,服务器DCS/MEMS工作站DA作为工作服务器，服务器DCS/MEMS工作站DB作为备份服务器，通信网络通过通信链路连接所述服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT；
所述第一层DG智能监控终端包含三条支路，第一支路输出端连接现场总线FCS1,所述现场总线FCS1到通信管理机M1的线路上连接有制冷机控制器NL,所述通信管理机M1接入通信网络，所述通信管理机M1通过通信网络连接服务器DCS/MEMS工作站DA、服务器DCS/MEMS工作站DB与保护及协调控制器XT；
第二支路输出端连接现场总线FCS2,所述现场总线FCS2经过燃机控制系统APS连接到通信管理机M2,所述现场总线FCS2到燃机控制系统APS的线路上并行连接有燃机控制器A1、燃机控制器A2与燃机控制器A3,所述通信管理机M2接入A网交换机J1、B网交换机J2组成的通信网络；
第三支路输出端连接现场总线FCS3,所述现场总线FCS3到通信管理机M3的线路上并行连接有10kV线路综保装置C1、10kV线路综保装置C2、10kV备自保装置BL、调度400V综保装置D1、调度400V综保装置D2、智能监控终端FL，所述通信管理机M3接入A网交换机J1、B网交换机J2组成的通信网络。
2.根据权利要求1所述的一种智能微网监控系统，其特征在于，所述通信网络的通信链路上连接有共用的报表打印机JP。
3.一种如权利要求1或2所述的智能微网监控系统的智能微网监控方法，其特征在于，方法如下：
A网交换机J1、B网交换机J2组成并行的两组通信网络；
DG智能监控终端的控制器就地对各种分布式电源DG、储能单元和负荷进行控制，并获取微网实时量测的电气量数据、非电量数据，DG智能监控终端通过通信管理机接入通信网络；
智能微网管理系统MEMS接入通信网络，智能微网管理系统MEMS通过通信网络从DG智能监控终端处获取微实时量测的电气量数据和非电量数据，并进行必要的处理；
智能微网管理系统MEMS根据实时量测数据和当时的各种计划值和负荷预测值，再考虑各项能量优化约束条件，计算出对整个微网的控制结果；
智能微网管理系统MEMS通过通信网络将控制结果下发到保护及协调控制器XT,由保护及协调控制器XT的微网中央控制器根据控制结果，调节微网中各分布式电源DG的出力以及可控负荷的投切。
4.根据权利要求3所述的一种智能微网监控方法，其特征在于，所述保护及协调控制器XT的微网中央控制器是整个微网控制体系的中枢，除了执行智能微网管理系统MEMS下达的控制结果外，还负责实现微网内部的高级控制策略；
所述微网中央控制器的微网高级控制策略包括：微网并网或孤网模式平滑切换、微网的频率或电压控制、DG与储能单元间的协调控制。
5.根据权利要求3所述的一种智能微网监控方法，其特征在于，所述微网中央控制器通过通信网络获取来自智能微网管理系统MEMS下发的各DG控制器、负荷控制器的当前状态信息，作为高级控制策略的输入，并将高级控制策略的计算结果通过通信网络下发到各DG控制器和负荷控制器中执行。
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