CN103926911B - 一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，具备实现储能系统在电力系统应用的主要监测控制功能，包括：含储能电力系统实时运行状态信息的数据采集和录波、储能系统在电力系统应用中不同工作方式的灵活控制及其匹配电力系统动态特性的功率控制。在结构上，监控装置通过多微处理器协调配合，既保证了整个装置的功能实现，又提高了装置的运行速度和响应实时性，同时达到储能系统很好匹配电力系统动态特性功率的控制目的。

Description

一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置

技术领域

本发明属于监控技术领域，涉及一种监控装置，具体涉及一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置。

背景技术

储能技术已被视为电网运行过程中“采–发–输–配–用–储”六大环节中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

然而，在将储能系统投入实际应用的实践中，常常会出现因监控系统设计不合理导致控制实时性不好的问题，使得储能设备不能与电力系统动态特征匹配，极大的影响了储能系统效率的发挥。因此，研制开发新型功率型储能装置监控系统，提高储能装置控制效果，具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置。

本发明所采用的技术方案是：一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，由上位机和下位机两部分构成；其特征在于：所述的上位机包括录波控制模块、储能系统运行状态查询模块和储能系统运行状态控制模块，所述的下位机包括用于实现含储能电力系统实时运行状态信息的数据采集和录波的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块、用于实现储能系统在电力系统应用中不同工作方式的灵活控制的储能系统工作方式控制模块和用于实现储能系统匹配电力系统动态特性的功率控制的储能系统功率控制模块；所述的上位机通过网络通信接口与所述的下位机进行通信，所述的上位机各模块集成在所述的上位机内，所述的下位机各模块之间通过DPRAM芯片进行实时信息数据交换。

作为优选，所述的下位机的三个模块的核心芯片为ARM芯片；其中所述的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块的核心芯片为第二ARM芯片；所述的储能系统工作方式控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，第一ARM芯片接受来自上位机的命令，通知第二ARM芯片和第三ARM芯片进行工作方式控制；所述的储能系统功率控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，第二ARM芯片传送数据到第一ARM芯片、第一ARM芯片传送数据到第三ARM芯片，从而实现储能系统功率控制。

作为优选，所述的储能系统工作方式控制模块的第一ARM芯片分别通过串行通信接口和光纤完成监控装置与储能系统的低温子系统的数据通信，实现监控装置对低温系统的状态查询和控制，以及低温系统的失超保护控制。

作为优选，所述的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块的第二ARM芯片通过A/D转换器和SRAM实现含储能电力系统实时运行状态信息的数据采集和录波。

作为优选，所述的储能系统工作方式控制模块的第三ARM芯片通过全双工串行通信接口实现监控装置与储能系统的功率调节子系统的数据通信，实现储能系统工作方式控制。

作为优选，所述的储能系统功率控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，在每个同步控制信号到来时，第二ARM芯片使用最近工频周期的采样数据完成含储能电力系统的实时状态量计算，然后通过第一DPRAM芯片向第一ARM芯片传送计算完成信息，以及计算值，第一ARM芯片在同步控制信号到来时，轮询第二ARM芯片计算完成信息，检测到第二ARM芯片计算完成信息后，通过第二DPRAM芯片通知第三ARM芯片状态传送信息，并且完成含储能电力系统状态量更新，第三ARM芯片在同步控制信号到来时，轮询第一ARM芯片状态传送信息，检测到第一ARM芯片状态传送信息后，完成含储能电力系统实时状态量传送，用于储能系统功率控制输入量，实现储能系统匹配电力系统状态控制需求的功率控制。

本发明所提出的基于嵌入式技术的储能装置的监控系统，打破了传统单一处理器完成所有功能的模式，在多微处理器基础上，明确划分各微处理器功能，降低了每个微处理器的运行负担，从而提高了整个监控装置的运行速度。并且不同功能之间相对独立，可以实现灵活组合。通过同步信号，完成微处理器之间的协调配合，保证含储能电力系统状态量计算与传输的实时性，进而实现储能系统功率控制很好地匹配电力系统状态特征。

附图说明

图1：为本发明的系统功能示意图。

图2：为本发明实施例的系统整体运行结构图。

图3：为本发明实施例的第二ARM芯片运行流程图。

图4：为本发明实施例的第一ARM芯片运行流程图。

图5：为本发明实施例的第三ARM芯片运行流程图。

具体实施方式

随着计算机技术、网络技术、通信技术、微电子技术的发展，特别是各种高性能SOC(SystemOnChip)的设计开发和嵌入式操作系统的出现，嵌入式系统在工业控制特别是现代电力行业中得到广泛的应用。嵌入式系统具有可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，提高了设备运行速度，减少了处理时间，从而保证其在电力行业中应用的实时性要求。嵌入式系统的硬件核心是嵌入式微处理器，ARM芯片处理器是目前公认的业界领先的32位嵌入式微处理器。它具有体系结构可扩展、功耗低、成本低和支持处理实时多任务等特点，成为设计嵌入式系统时32位芯片的首选。

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种基于嵌入式技术的储能装置的监控系统，由上位机和下位机两部分构成；所述的上位机包括录波控制模块、储能系统运行状态查询模块和储能系统运行状态控制模块，所述的下位机包括用于实现含储能电力系统实时运行状态信息的数据采集和录波的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块、用于实现储能系统在电力系统应用中不同工作方式的灵活控制的储能系统工作方式控制模块和用于实现储能系统匹配电力系统动态特性的功率控制的储能系统功率控制模块；所述的上位机通过网络通信接口与所述的下位机进行通信，所述的上位机各模块集成在所述的上位机内，所述的下位机各模块之间通过DPRAM芯片进行实时信息数据交换。

请见图2，下位机的三个模块的核心芯片为ARM芯片；其中储能系统运行状态数据采集与状态录波模块的核心芯片为第二ARM芯片。第二ARM芯片通过A/D转换器和SRAM实现含储能装置的电力系统运行状态数据采集和状态录波，由A/D转换器实现电力系统多路电压电流遥测信息采样，并且利用ARM芯片的速度处理优势和A/D转换芯片的精度、速度，提高了采样的速度和精度。每次采样数据存储在固定地址空间，每工频周期完成更新，第二ARM芯片接收到由第一ARM芯片通过第一DPRAM芯片传送的录波启动命令时，将采样数据存储至SRAM中，录波完成后，经由第一DPRAM芯片向第一ARM芯片转送录波采样完成信息；储能系统工作方式控制模块的第一ARM芯片通过基于RS422的串行光纤通信接口完成监控装置与储能系统的低温子系统通信，实现监控装置对低温系统的状态查询和控制，以及低温系统失超保护；储能系统工作方式控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，第一ARM芯片接受来自上位机的命令，通知第二ARM芯片和第三ARM芯片进行工作方式控制；储能系统工作方式控制模块的第三ARM芯片通过RS422串行通信接口实现监控装置与储能系统的功率调节子系统之间的通信，第三ARM芯片每隔固定时间向功率调节子系统发送状态查询命令，功率调节子系统完成反馈，第三ARM芯片通过第二DPRAM芯片将状态信息传送至第一ARM芯片，实现变流器运行状态量更新，第三ARM芯片经由第二DPRAM芯片接收来自第一ARM芯片解析的控制命令报文和运行控制设置，通过RS22通信接口传送至功率调节子系统，实现储能系统工作方式控制；储能系统功率控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，第二ARM芯片传送数据到第一ARM芯片、第一ARM芯片传送数据到第三ARM芯片，从而实现储能系统功率控制，储能装置功率控制模块在每个同步信号到来时，第二ARM芯片使用最近工频周期的采样数据完成含储能电力系统实时遥测状态量的采集和计算，然后通过第一DPRAM芯片向第一ARM芯片传送计算完成信息，以及计算值，第一ARM芯片在同步控制信号到来时，轮询第二ARM芯片计算完成信息，检测到第二ARM芯片计算完成信息后，通过第二DPRAM芯片通知第三ARM芯片状态传送信息，并且完成含储能装置电力系统状态量更新，第三ARM芯片在同步信号到来时，轮询第一ARM芯片状态传送信息，检测到第一ARM芯片状态传送信息后，完成含储能电力系统实时状态量传送，用于储能系统功率控制输入量，实现储能系统匹配电力系统状态的功率控制。

上位机通过网络通信接口与下位机进行通信，当第一ARM芯片接收到上位机的控制命令和数据包后，根据自定义协议，对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析。当解析的报文属于上位机用于储能系统运行控制的命令报文，通过第一DPRAM芯片和第二DPRAM芯片别将信息传送至第二ARM芯片和第三ARM芯片微处理器，使3个微处理器按照命令进行协调配合，实现储能系统动作控制或者运行控制的设置。上位机每隔固定时间向第一ARM芯片发送状态查询命令，下位机完成反馈，实现含储能电力系统状态信息显示。

请见图3，第二ARM芯片启动后具体工作流程如下：

第一步：在A/D采样中断中完成含储能电力系统实时运行状态数据模拟量数据，并存储于计算用固定地址空间，用于电力系统实时运行状态量计算；

第二步：在同步中断控制信号到来时，取当前计算用固定地址空间中数据进行电力系统实时运行状态量计算。计算完成后，通过第一DPRAM芯片向第一ARM芯片传送计算完成信号以及实时运行状态量计算值；

第三步：在第一DPRAM芯片轮询中断中检测第一ARM芯片通信命令。检测到第一ARM芯片通信命令后，解析命令报文，然后经过第一DPRAM芯片向第一ARM芯片反馈通信命令传输完成信号；

第四步：当检测到录波启动命令后，将含储能电力系统实时运行状态数据遥测量数据同时存储于计算用固定地址空间和SRAM中，同时进行计数。计数完成后，通过第一DPRAM芯片向第一ARM芯片传送录波完成命令，经由第一ARM芯片反馈上位机。

请见图4，第一ARM芯片启动后具体工作流程如下：

第一步：开启同步控制中断。在同步控制中断中，首先在第一DPRAM芯片中轮询第二ARM芯片计算完成信号。检测到第二ARM芯片计算完成信号后，读取实时运行状态量计算值，通过第二DPRAM芯片向第三ARM芯片传输状态量计算值传送完成信号以及实时状态量计算值。然后将实时运行状态量计算值存储于运行状态用固定地址空间，用于反馈上位机实时状态查询；

第二步：在与上位机通信线程中检测上位机通信报文。如果检测到上位机传送的报文，根据自定义协议，对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析。当解析的报文属于上位机用于储能系统运行控制的命令报文，通过第一DPRAM芯片和第二DPRAM芯片分别将信息传送至第二ARM芯片和第三ARM芯片微处理器。当解析的报文属于上位机状态查询命令时，反馈含储能装置电力系统运行状态数据；

第三步：在DPRAM传输线程中检测来自第二ARM芯片和第三ARM芯片的命令反馈。当检测得到来自第二ARM芯片和第三ARM芯片反馈的命令报文传输完成反馈信号后，向上位机发送命令下发完成信息；

第四步：在与低温系统通信线程中实现监控系统对低温系统的状态查询和控制，以及低温系统失超保护。

请见图5，第三ARM芯片启动后具体工作流程如下：

第一步：检测同步中断信号。在同步中断信号到来时，在第二DPRAM芯片中轮询状态量计算值传送完成信号。检测到状态量计算值传送完成信号后，读取实时状态量计算值，存储于功率控制用固定地址空间；

第二步：在DPRAM传输线程中检测来自第一ARM芯片的命令。检测到第一ARM芯片命令报文时，完成解析。当命令报文类型是储能系统运行控制设置时，完成控制参数设置。当命令报文类型是储能系统工作方式控制时，将命令报文传送至对功率调节系统进行控制的变流器通信线程；

第三步：在变流器通信线程中，完成与功率调节系统变流器的控制命令报文传输和变流器运行状态查询、反馈。变流器命令报文可分为含功率交换命令类型和不含功率交换命令类型。在含功率交换命令类型中，第三ARM芯片使用当前功率控制用固定地址空间中数据值作为输入值，经过PI控制器得到匹配电力系统状态的功率控制值。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，由上位机和下位机两部分构成；其特征在于：所述的上位机包括录波控制模块、储能系统运行状态查询模块和储能系统运行状态控制模块，所述的下位机包括用于实现含储能电力系统实时运行状态的数据采集和状态录波的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块、用于实现储能系统在电力系统应用中不同工作方式的灵活控制的储能系统工作方式控制模块和用于实现储能系统匹配电力系统动态特性的功率控制的储能系统功率控制模块；所述的上位机通过网络通信接口与所述的下位机进行通信，所述的上位机各模块集成在所述的上位机内，所述的下位机各模块之间通过DPRAM芯片进行实时信息数据交换；

所述的下位机的三个模块的核心芯片为ARM芯片；其中所述的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块的核心芯片为第二ARM芯片；所述的储能系统工作方式控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，第一ARM芯片接收来自上位机的命令，通知第二ARM芯片和第三ARM芯片进行工作方式控制；所述的储能系统功率控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，第二ARM芯片传送数据到第一ARM芯片、第一ARM芯片传送数据到第三ARM芯片，从而实现储能系统功率控制。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，其特征在于：所述的储能系统工作方式控制模块的第一ARM芯片分别通过串行通信接口和光纤完成监控装置与储能系统的低温子系统的数据通信，实现监控装置对低温子系统的状态查询和控制，以及低温子系统的失超保护控制。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，其特征在于：所述的储能系统运行状态数据采集与状态录波模块的第二ARM芯片通过A/D转换器和SRAM实现含储能电力系统运行状态数据采集和状态录波。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，其特征在于：所述的储能系统工作方式控制模块的第三ARM芯片通过全双工串行通信接口实现监控装置与储能系统的功率调节子系统的数据通信，实现储能系统工作方式控制。

5.根据权利要求1所述的基于嵌入式技术的储能系统的监控装置，其特征在于：所述的储能系统功率控制模块的核心芯片由第一ARM芯片、第二ARM芯片和第三ARM芯片组成，在每个同步控制信号到来时，第二ARM芯片使用最近工频周期的采样数据完成含储能电力系统的实时状态量计算，然后通过第一DPRAM芯片向第一ARM芯片传送计算完成信息，以及计算值，第一ARM芯片在同步控制信号到来时，轮询第二ARM芯片计算完成信息，检测到第二ARM芯片计算完成信息后，通过第二DPRAM芯片通知第三ARM芯片状态传送信息，并且完成含储能电力系统状态量更新，第三ARM芯片在同步控制信号到来时，轮询第一ARM芯片状态传送信息，检测到第一ARM芯片状态传送信息后，完成含储能电力系统实时状态量传送，用于储能系统功率控制输入量，实现储能系统匹配电力系统状态控制需求的功率控制。