CN104166904A - 支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统与电力电子技术中的微型电网能量管理装置和方法，特别是一种支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置和方法。该方法的特征是，通过网络架构和远程网络终端客服软件在远程网络终端与后台服务器进行数据交互，在远程网络终端，特别是移动终端上对微网系统随时随地进行监测、调节、故障处理等。本发明能够节约运维成本、大大减轻调度员的日常操作负担、能够在移动终端上进行准确、高效、灵活便捷的远程监控，实现了真正意义上的移动办公，同时具有良好的开放性、可扩展性等性能，实现了“即插即用”的灵活集成。

Description

支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统与电力电子技术中的微型电网能量管理装置和方法，特别是一种支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置以基于该装置的一种支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法。

背景技术

由于传统能源资源的枯竭、当今社会许多部门对电能质量要求的提高以及世界各国对环保问题的日益关注，分布式发电系统已经被世界各国所重视。然而大量分布式电源的并网给电力系统的保护、实时调度和电网可靠性等各方面带来不可忽视的影响，微型电网(以下简称微网)的建立可以很好地解决这些问题。将分布式电源以微网形式接入大电网，能够系统、高效管理分布式电源，提升能源利用效率，提高供电可靠性，改善电能质量。

微网能量管理系统与传统电网有很大不同，传统电网能量管理系统是通过数据采集与监视控制(supervisory control and data acquisition，SCADA)系统采集实时电网信息，用于调度、管理和控制。微网能量管理系统除了具备以上基本功能，还需要包括可再生能源发电预测、实时功率平衡以及对重要负荷可靠供电等。另一方面，由于风电场与光伏电站等分布式电源的选址由地理条件及气候条件所决定，分布非常分散，尤其是对于海上风电场的情况，微网工作站与分布式电源之间的距离有时候甚至达到几百、上千千米。因此微网能量管理系统必须在传统电网SCADA系统的基础上进一步满足远距离数据通信的要求，以保证分布式电源的统一管理、运营及维护。

随着集成电路技术的飞速发展，移动终端的已拥有了强大的处理能力，正在从简单的通话工具变为一个综合信息处理平台。如果能够充分利用移动终端的灵活性，便可摆脱时间和场所的局限，显著提高生产管理效率。然而在传统电网的能量管理系统中，通常只能通过无线移动网短信息数据传输模式或语音功能平台完成向移动终端(通常是手机)的远程报警，而移动终端通常只能接收报警信号、对开关的状态进行控制(而且这种控制通常是盲控，即无法明确看到微网系统内具体的运行状况)等简单的操作，无法实现随时随地对微网系统进行准确、高效地监控难以实现真正意义上的移动办公。为节约运维成本，微网工作站多采用无人值守、免维护设计，对灵活便捷的远程操控需求尤为迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、节约运维成本、降低人力需求、能够远程随时随进行监控、支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置，包括至少一个微网系统，包括各分布式电源、负荷、智能开关、静态开关、微网控制器、微网保护装置、监控系统、储能系统、逆变系统；中央控制端，包括后台服务器、工作站和数据库系统，工作站和数据库系统分别与所述后台服务器通信相连；远程网络终端，包括计算机终端和移动终端，远程网络终端通过网络与所述中央控制端的后台服务器通信相连；数据交互设备，包括路由器、交换机，数据转发设备、数据接收设备、数据采集器、光纤及辅助设备。

基于所述装置的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，步骤如下：

第一步：中央控制端通过交换器获取微网系统内各个设备的实时运行数据，并将实时运行数据存储在数据库系统中，实时运行数据包括功率、负荷、电压、频率、电流、总发电量、供热量、供冷量；

第二步：在本地终端，或者通过网络在远程网络终端，显示微网系统的拓扑及微网系统内各个设备的实时运行数据，网络为虚拟专用网络、以太网或者互联网，远程网络终端包括位于远端的计算机终端和移动终端，远程网络终端通过远程网络终端客服软件实现在远端对微网内设备进行监控，移动终端通过对远程网络终端客服软件功能的定制实现随时随地对微网系统进行监控；

第三步：分析微网系统内各个设备的实时运行数据，分析、分级和预估故障、报警事件、运行状态变化、变位信号；

第四步：若有报警事件出现，则及时显示并向本地终端或者远程网络终端报警和提供处理方法，同时在数据库系统中记录和存储报警事件信息，否则转到第七步；

第五步：在本地或者远程网络终端下发控制指令；

第六步：通过服务器统一将控制指令发送给各微网系统，微网系统内的设备执行控制指令，排除故障，若故障未排除，则转到第三步或第四步；

第七步：将微网系统内的重要运行数据进行记录和存储，记录和存储结束或者无需进行记录和存储则转到第一步。

远程网络终端客服软件采用面向对象的分布式组件化设计，提供通用的基于组件的网络管理能力，同时远程网络终端客服软件具有不同功能的组件模块。通过将远程网络终端客服软件配置在不同的节点上运行，实现在通用平台的基础之上通过统一的接口方式进行协作。远程网络终端客服软件的组件模块包括功率预测模块、状态估计模块、安全分析模块和电能质量管理模块，功率预测模块包括光伏发电预测模块和储能设备负荷或发电预测模块。本发明提供对主流关系数据库系统的支持，并在所述主流关系数据库系统的调用访问接口之上进行了统一封装，支持数据库、表、对象、集合的操作，向应用层提供统一的、易用的访问接口。

作为优选，本发明在软件设计上，采用面向对象的分布式组件化设计，其优点在于，提供通用的基于组件的网络管理能力，满足用户对开放性、可扩展性、可移植性、易维护性、可靠性和安全性等方面的要求。

作为优选，远程网络终端客服软件实现为不同的组件模块，配置在不同的节点上运行，其优点在于，能够在通用平台的基础之上通过统一的接口方式进行协作，从而实现“即插即用”的灵活集成。

作为优选，本发明提供对主流关系数据库系统的支持，并在各自的调用访问接口之上进行了统一封装，其优点在于，能够支持数据库、表、对象、集合的操作，屏蔽不同商用关系数据库系统对持久化数据的不同管理方式，向应用层提供统一的、易用的访问接口。

作为优选，本发明提供高效的实时数据库机制，是面向对象的、开放的、分布式大容量实时关系数据库管理系统，其优点在于，能够保证数据库对实时性、一致性、可预见性、及大吞吐量等方面的要求。

作为优选，本发明对图、模、库一体化建模，以图形方式完成微网系统一次模型的建立与维护，其优点在于，易于维护和使用。

作为优选，网络采用虚拟专用网络，其优点在于，降低建造和运行成本，具有很大的灵活性和可扩充性，同时，能够保证系统的安全性。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、由于将各微网系统和中央控制端组合成一个大的局域网，从而达到信息资源共享，使各微网系统能很好地集成在一起；

2、由于采用远程网络终端客服软件，实现在远程网络终端，包括移动终端，对微网进行监控，大大减轻调度员的日常操作负担，使得对微网的监控变得更加方便、快捷；

3、由于远程网络终端客服软件的功能可以定制化，从而能够实现在移动终端对微网随时随地进行监测、报警处理、功率预测、状态估计、安全分析或电能质量管理等中的一种或多种；

4、由于在软件设计上，采用面向对象的分布式组件化设计，提供通用的基于组件的网络管理能力，提高了软件的开放性、可扩展性、可移植性、易维护性、可靠性和安全性等性能；

5、由于远程网络终端客服软件可实现为不同的组件模块，配置在不同的节点上运行，在通用平台的基础之上通过统一的接口方式进行协作，从而实现“即插即用”的灵活集成；

6、由于通过控制与反馈的闭环管理方法，能够实现对微网系统进行实时地、有效地监控与管理；

7、由于具有远程报警、功率预测、状态估计、安全分析或电能质量管理等功能，从而保证了微网系统的正常运行，从而保证了微网系统内民用电、工业用电的稳定，从而保证了微网系统内居民的生活质量、工业的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置的结构示意图。

图2为支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法的流程示意图。

标号说明：

1：计算机终端  2：网络        3：移动终端

4：本地终端    5：后台服务器  6：数据库系统

7：主干交换器  8：子交换器    9：微网系统

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置，由至少一个微网系统9、中央控制端、远程网络终端和数据交互设备组成。

其中，中央控制端设有后台服务器5、本地终端4和数据库系统6，本地终端4和数据库系统6分别与后台服务器5通信相连。数据库系统6中的数据分为临时数据和永久数据，分别存放在不同区域，从而方便数据的存取。

远程网络终端为计算机终端1和移动终端2，远程网络终端通过网络2与所述中央控制端的后台服务器5通信相连。网络2可以为构建的虚拟专用网络，也可以为以太网或互联网。本地终端4和远程网络终端下发的对微网系统9内设备的控制指令由后台服务器5统一发送。

微网系统9中设有各分布式电源、负荷、智能开关、静态开关、微网控制器、微网保护装置、监控系统、储能系统和逆变系统，微网系统9内的各个设备分别与该微网内的微网控制器通信连接，并受该微网内的微网控制器的控制与调节。中央控制端的后台服务器5通过主干交换机7和子交换机8分别与各个微网系统9通信相连。

数据交互设备，包括路由器、交换机，数据转发设备、数据接收设备、数据采集器、光纤及辅助设备，这些数据交互设备主要负责数据的转发和通讯系统的组网。

如图2所示，基于上述装置的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，该方法的步骤如下：

第一步：后台服务器5通过交换器获取微网系统9内各个设备的实时运行数据，并将实时运行数据存储在数据库系统6的临时数据区域中。数据库系统6中的数据包括临时数据与永久数据，分别存放于不同的区域，从而保证高效地存取数据。实时运行数据存放于临时数据中，由于多个微网系统9的实时运行数据量较大，可以根据数据量自定义临时数据清理周期，如二十四小时或30天清理一次等，从而保证数据库系统的运行效率。同时，如果临时数据区域的数据为重要数据，也可以将其转存于永久数据区域中，永久数据区域中的数据一直累积并自动保存。实时运行数据包括功率、负荷、电压、频率、电流、总发电量、供热量、供冷量，通过这些实时运行数据，可以清晰地了解各个微网系统9内设备的运行状况。

第二步：在本地终端4，或者通过网络在远程网络终端，通过显示器或模拟屏用文字、动画显示微网系统9的拓扑及微网系统9内各个设备的实时运行数据，如各联络开关、负荷开关和保护装置分段状态，各分布式电源、储能电池运行状态和各负荷的能量消耗情况等。远程网络终端包括位于远端的计算机终端1和移动终端3，远程网络终端能够基于网络架构，通过远程网络终端客服软件实现在远端对微网系统9内的各个设备进行监控。本发明中，移动终端3能够通过对远程网络终端客服软件功能的定制，从而实现随时随地对微网系统进行准确、高效、可视化地监控。网络架构可以通过构建虚拟专用网络实现，也可以通过以太网和互联网实现。

第三步：分析微网系统9内各个设备的实时运行数据，分析、分级和预估故障、报警事件、运行状态变化及变位信号。分析、分级和预估故障、报警事件是保障微网系统9安全、正常运行的重要能够，本发明通过事先设置好故障诊断策略，比如根据电网频率和电压突变量和越限判别电网故障、根据微网系统的频率和电压突变量和越限判别微网故障、根据微网系统二次阻抗变化判别系统是否有电力故障、根据电网和微网的单相接地短路故障特征定义单相接地故障、根据电网和微网的两相接地短路故障特征定义两相接地故障、根据电网和微网的三相故障特征定义三相接地故障、根据电网和微网的相间短路故障特征定义相间短路故障、根据电网和微网的非全相故障特征定义非全相运行等，通过这些故障诊断策略对微网系统9的运行状况进行分析、分级和预估，从而保证微网系统的安全与正常运行。

第四步：若有报警事件出现，则及时显示并向本地终端或者远程网络终端报警和提供处理方法，同时在数据库系统中记录和存储所述报警事件信息，否则转到第七步。数据库系统6的永久数据区域中事先存储有故障集和处理方法集，一个故障对应有一个或多个可选的处理方法，后台服务器5根据诊断出来的故障在数据库系统6中索引故障处理方法，并通过网络，即虚拟专用网或以太网或互联网，将故障及可选的处理方法统一发送到本地终端或者远程网络终端。进一步地，用户可以事先设置出现故障时的报警对象，包括本地终端4、远程的计算机终端1和移动终端3。

第五步：位于本地终端4、远程的计算机终端1或移动终端3的用户接收到故障报警信号后，根据提供的处理方法下达控制指令，对故障进行处理。

第六步：用户下达的控制指令通过网络，即虚拟专用网或以太网或互联网，传输到后台服务器5，后台服务器5统一将控制指令发送给各微网系统9，微网系统9内的设备执行控制指令，进行排除故障；若控制指令未能成功将故障排除，则将执行结果数据反馈给后台服务器5，同时转到第三步进行数据分析，当然也可以直接转到第四步提供处理方法，但是先转到第三步进行分析更好，因为很可能在上一步的处理过程中出现了新的问题或者问题性质发生了变化。

第七步：将微网系统9内的重要运行数据，比如运行日志、事故记录、报警信号、变位信号等进行记录和存储于数据库系统6的永久数据中。数据记录和存储结束，或者没有重要运行数据需要进行记录和存储，则转到第一步，从而实现对微网系统9进行循环、实时的监控。

本发明在软件设计上，考虑微网系统9部署用户和运营用户等对开放性、可扩展性、可移植性、易维护性、可靠性和安全性等方面的要求，采用面向对象的分布式组件化设计，提供通用的基于组件的网络管理能力，包括分布式组件管理、访问请求代理、及通信总线技术均采用面向对象技术。

本发明完成不同功能的远程网络终端客服软件，可实现为不同的组件模块，配置在不同的节点上运行，在通用平台的基础之上通过统一的接口方式进行协作，从而实现“即插即用”的灵活集成。

远程网络终端客服软件的组件模块包括功率预测模块、状态估计模块、安全分析模块和电能质量管理模块，功率预测模块包括光伏发电预测模块和储能设备负荷或发电预测模块。用户可在本地终端4或者远程的计算机终端1或者手机终端3随时随地调用这些功能模块，实现对个微网系统9更全面的安全分析、运行状况预测和管理。

功率预测模块的功能主要是对微网系统9内分布式可再生电源的出力进行预测，以便制定中期发电、用电计划和短期的控制策略等。

光伏发电模块的功能是根据天气、温度等自然情况变化规律和运行时间段的历史数据，结合天气预报对光伏发电短期和超短期出力进行预测。

储能设备负荷或发电模块的功能是根据储能设备并网/离网的不同工作模式，通过分析储能电池荷电状态，结合储能设备自身充放电约束条件，对储能设备负荷和发电进行预测。

状态估计模块的功能是利用实时测量系统的冗余性，应用估计算法来检测与剔除不良数据，提高数据精度及保持数据的前后一致性，为微网的运行状态分析提供可信的实时数据和状态评估算法，主要作用在以下三个方面：

(1)根据提供的实时信息和网络拓扑的分析结果及其他相关数据，实时给出微网内各母线电压，线路、变压器等支路潮流，各母线的负荷和各分布式电源的出力；

(2)为不良数据进行检测和辨识；

(3)实现功率预测模型的维护、量测误差统计、网络状态监视等。

安全分析功能模块的功能是对多种给定运行方式(状态)进行预想事故分析，对会引起线路过负荷、电压越限、电源和负荷功率越限等对电网安全运行构成威胁的故障进行警示，从而对微网系统9的安全水平进行评估，找出系统的薄弱环节，主要作用在以下三个方面：

(1)对多种微网系统9的运行方式进行预想事故分析，快速扫描预想事故集并进行分类；

(2)对微网系统9运行的安全水平进行评估，对微网系统9安全运行构成威胁的故障，如线路过载、电压超限和发电机功率超限等进行警示；

(3)提供方便的故障定义手段，可定义单或多重故障(多个元件同时断或合)，故障元件和线路元件。

电能质量管理功能模块的功能是能够对微网系统9内部的谐波进行抑制，控制电压波动与闪变，缓解电压暂降与短时中断，能够执行各种措施，这些措施依据具体目标的不同可以称为控制、抑制、缓解、减缓、消除等，用于保证微网系统9电能质量符合各设备的标准。

本发明提供对主流关系数据库系统的支持，并在主流关系数据库系统的调用访问接口之上进行统一封装，支持数据库、表、对象、集合的操作，屏蔽了不同商用关系数据库系统对持久化数据的不同管理方式，向应用层提供统一的、易用的访问接口。

本发明提供高效的实时数据库机制，是面向对象的、开放的、分布式大容量实时关系数据库管理系统。保证数据库系统6对实时性、一致性、可预见性、及大吞吐量等方面的要求。

本发明还可以通过对数据库系统6的操作进行历史数据查询，并能够提供灵活、方便的电子表格方式生成和输出报表，给出对历史信息的统计指标。该统计指标是指在时间上进行分类累计的不同历史数据，并可以进行对比分析，得出设备在不同运行工况下的运行情况。

本发明对图、模、库一体化建模，以图形方式完成微网系统一次模型的建立与维护，即以绘图为先导，实现微网内设备统一建模、建库，易于维护和使用。在图形绘制的过程中，通过画面中电力图元的定义及创建，完成电力应用系统中所需的电力设备及其应用属性的定义；通过电力图元之间的图形连接关系定义，完成设备与设备之间的电气连接关系定义；通过电气设备的量测量映射，建立一次设备与二次测量量之间的对应关系。并且，通过图形界面，可以对所有测量量进行层次化、分类、统一的管理、查询，并支持通过图形完成各设备连接关系合理性检查及微网拓朴分析。

本发明以图形方式完成系统模型、用户图形、历史数据的版本一致性管理，保证了历史的回溯性及系统的完整性。

本发明中数据的信道多种多样，包括有光缆、电缆超短波无线电、微波和电力线载波等，在不同的场合，不同的条件，充分利用现有资源因地制宜选择不同的信道，组成一个混合式的通信网，构建统一的微网运行公共信息平台。

综上，本发明通过网络架构、远程网络终端客服软件和面向对象技术、图形界面技术、一体化建模技术等技术实现在远程网络终端，即计算机终端1和移动终端3，特别是移动终端3上对微网系统9随时随地进行灵活、高效地监测、调控、处理故障等，从而克服现有技术的缺陷，实现真正意义上的移动办公。另一方面也节约了运维成本，大大减轻了调度员的日常操作负担，同时也保证了微网系统9的正常和安全运行，从而保证了微网系统内民用电、工业用电的稳定。更进一步地，由于能源是人民生活、国家和社会发展的重要因素，因此也保证了微网系统内居民的生活质量、工业的生产效率、国家的经济发展。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理装置，其特征是：包括

至少一个微网系统，设有各分布式电源、负荷、智能开关、静态开关、微网控制器、微网保护装置、监控系统、储能系统、逆变系统；

中央控制端，设有后台服务器、本地终端和数据库系统，所述的本地终端和数据库系统分别与所述后台服务器通信相连；

远程网络终端，包括计算机终端和移动终端，所述的远程网络终端通过网络与所述中央控制端的后台服务器通信相连；

数据交互设备，包括路由器、交换机、数据转发设备、数据接收设备、数据采集器、光纤及辅助设备，所述的中央控制端的后台服务器通过所述交换机与所述的微网系统通信相连。

2.一种基于权利要求1所述装置的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：中央控制端通过交换器获取微网系统内各个设备的实时运行数据，并将所述实时运行数据存储在数据库系统中；

第二步：在本地终端，或者通过网络在远程网络终端，显示所述微网系统的拓扑及所述的微网系统内各个设备的实时运行数据，所述的远程网络终端包括位于远端的计算机终端和移动终端；

第三步：分析所述的微网系统内各个设备的实时运行数据，分析、分级和预估故障、报警事件、运行状态变化、变位信号；

第四步：若有报警事件出现，则及时显示并向所述的本地终端或者远程网络终端报警和提供处理方法，同时在所述的数据库系统中记录和存储所述报警事件信息，否则转到第七步；

第五步：在所述的本地终端或者远程网络终端下发控制指令；

第六步：后台服务器统一将控制指令发送给所述微网系统，所述的微网系统内的设备执行所述控制指令，排除故障，若故障未排除，则转到第三步；

第七步：将所述的微网系统内的重要运行数据进行记录和存储，记录和存储结束或者无需进行记录和存储则转到第一步。

3.根据权利要求2所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的实时运行数据包括功率、负荷、电压、频率、电流、总发电量、供热量、供冷量。

4.根据权利要求2所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的远程网络终端通过远程网络终端客服软件实现在远端对所述微网系统进行监控。

5.根据权利要求4所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的移动终端通过对远程网络终端客服软件功能的定制实现随时随地对微网系统进行监控。

6.根据权利要求5所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的远程网络终端客服软件采用面向对象的分布式组件化设计，提供通用的基于组件的网络管理能力。

7.根据权利要求2或4或5或6所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的远程网络终端客服软件具有不同功能的组件模块，通过将所述远程网络终端客服软件配置在不同的节点上运行，实现在通用平台的基础之上通过统一的接口方式进行协作。

8.根据权利要求7所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的远程网络终端客服软件的组件模块包括功率预测模块、状态估计模块、安全分析模块和电能质量管理模块，所述的功率预测模块包括光伏发电预测模块和储能设备负荷或发电预测模块。

9.根据权利要求2所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的后台服务器提供对主流关系数据库系统的支持，并在所述主流关系数据库系统的调用访问接口之上进行了统一封装，支持数据库、表、对象、集合的操作，向应用层提供统一的、易用的访问接口。

10.根据权利要求2所述的支持远程网络终端客服软件的分布式能量管理方法，其特征是：所述的网络为虚拟专用网络、以太网或互联网。