CN104184210B - 适用于园区型微电网的一体化智能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于园区型微电网的一体化智能控制方法及系统，其特征在于：1)根据SOA架构体系构建园区型微电网一体化智能控制系统，该园区型微电网一体化智能控制系统包括支撑平台模块、业务应用模块和综合应用模块三大功能模块；2)利用支撑平台模块，完成模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面基础功能；3)利用业务应用模块，完成微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控功能；4)利用综合应用模块，完成综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警功能。本发明具有建设投资少、运行维护成本低等有益效果，有利于微电网在我国的推广和应用。

Description

适用于园区型微电网的一体化智能控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种适用于园区型微电网的一体化智能控制方法及系统。属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

随着微电网技术不断进步，微电网的建设规模和实用化水平不断提高，已由含单一分布式电源和较小负荷的小型低压(0.38kV)家庭型微电网逐渐向含多种分布式电源和较大负荷的大型中压(10kV)园区型微电网发展，其作用也由早期的试验性和示范性逐渐向实用性和商业化运营过渡。对于这些规模较大且将商业化运营的园区型微电网系统而言，其内部包括了传统电力系统中的发电、输电、变电、用电等所有环节，是一种规模相对较小但功能齐全的供电系统。园区型微电网系统内部既有微电网监控，又包含配电自动化、计量自动化、保护信息监视等功能，若按传统电网的建设思路，需根据其不同的业务功能分别建设多个子系统，如分别建设调度监控系统、配电自动化系统、计量系统等，不仅将在建设过程中耗费大量人力物力，并且在投产后给系统的运营和维护带来极大不便，这给园区型微电网的投资、建设和运营方造成很大压力，也不利于微电网在我国的推广和应用，因此需从园区型微电网建设和运营的集约化角度考虑，在确保微电网安全稳定运行的前提下，构建适应园区型微电网的一体化的智能控制系统。

目前的微电网控制系统一般只考虑微电网监控功能，重点关注微电网的稳定运行，并不包括配电自动化、计量自动化、视频监控、综合能源管理等功能，缺乏系统运行的实用性，不便应用于商业化运营。

发明内容

本发明的目的之一，是为了从园区型微电网建设和运营的集约化考虑，提供一种适用于园区型微电网的一体化智能控制方法。采用该方法可以在确保微电网安全稳定运行的同时，将微电网系统运行的多种业务功能集成到统一的控制平台，从而降低微电网建设、运营和维护成本，并有效提高微电网的实用化和商业化水平。

本发明的目的之二，是为了提供一种适用于园区型微电网的一体化智能控制系统。

本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：

适用于园区型微电网的一体化智能控制方法，其特征在于：

1)根据SOA架构体系构建园区型微电网一体化智能控制系统，该园区型微电网一体化智能控制系统包括支撑平台模块、业务应用模块和综合应用模块三大功能模块；

2)利用支撑平台模块，完成模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面基础功能；

3)利用业务应用模块，完成微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控功能；

4)利用综合应用模块，完成综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警功能。

本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，将系统的控制架构分为三层控制结构，自下往上具体分为就地控制层、集中控制层和系统控制层，分别负责完成不同时间尺度的业务功能：

1)利用就地控制层实现对微电网组成单元的保护与控制，实现对分布式电源、负荷、开关及线路的监测、保护与控制；

2)利用集中控制层实现微电网稳定控制，当微电网处于孤岛运行状态时，通过对各就地控制层设备的协调控制，实现对微电网的稳定控制；

3)利用系统控制层实现综合数据采集与处理、微电网能量管理、配网自动化、计量自动化和综合能源管理，并将智能用电系统和视频及环境监测系统通过防火墙接入系统控制层。

进一步地，就地控制层通过Goose/Sv与微电网中央控制器进行快速通信，或通过MMS与后台的系统控制层进行通信；微电网中央控制器向下通过Goose/Sv与就地控制层快速通信，向上通过MMS与后台的系统控制层进行通信；系统控制层所需的数据主要通过MMS监控网进行采集，其指令经过微电网中央控制器下达到就地控制层，或直接向就地控制层设备直接下达控制指令。

进一步地，利用园区型微电网的中央控制器作为微电网安全稳定运行的快速决策中心，将它接入微电网系统关键控制点电压、电流、开关状态以及关键设备运行状态，采取快速判据并确定微电网关键节点及微电源的运行模式，形成连续的功率闭环调节功能，以快速生成功率指令下发给微电源与就地智能终端执行，及保持微电网具有连续、稳定的工况；其主要功能包括：

1)分布式电源及储能协调发电控制；

2)实时功率平衡，实现动态调频调压；

3)微电网系统保护，主要包括广域式保护；

4)微电网紧急控制，如高频切机、低频减载、故障快速恢复、运行模式切换控制。

本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：

适用于园区型微电网的一体化智能控制系统，其特征在于：包括支撑平台模块、业务应用模块和综合应用模块三大功能模块；所述支撑平台模块，由模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面等基础功能构成；所述业务应用模块，由微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控等功能构成；所述综合应用模块，由综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警等功能模块构成。

本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，将系统的控制架构分为三层控制结构，自下往上具体分为就地控制层、集中控制层和系统控制层，分别负责完成不同时间尺度的业务功能：

1)就地控制层主要由分布式电源控制器、负荷控制器和测保装置组成，实现对分布式电源、负荷、开关及线路的监测、保护与控制；

2)集中控制层主要实现微电网稳定控制，当微电网处于孤岛运行状态时，通过对各就地控制层设备的协调控制，实现对微电网的稳定控制；

3)系统控制层主要实现综合数据采集与处理、微电网能量管理、配网自动化、计量自动化和综合能源管理，并将智能用电系统和视频及环境监测系统通过防火墙接入系统控制层。

进一步地，就地控制层通过Goose/Sv与微电网中央控制器进行快速通信，或者通过MMS与后台的系统控制层进行通信；微电网中央控制器向下通过Goose/Sv与就地控制层快速通信，向上通过MMS与后台的系统控制层进行通信；系统控制层所需的数据主要通过MMS监控网进行采集，其指令既可经过微电网中央控制器下达到就地控制层，也可直接向就地控制层设备直接下达控制指令。

进一步地，由微电网中央控制器作为微电网安全稳定运行的快速决策中心，它接入微电网系统关键控制点电压、电流、开关状态以及关键设备运行状态，采取快速判据并确定微电网关键节点及微电源的运行模式，形成连续的功率闭环调节功能，能够快速生成功率指令下发给微电源与就地智能终端执行，以保持微电网具有连续、稳定的工况；其主要功能包括：

1)分布式电源及储能协调发电控制；

2)园区型微电网实时功率平衡，实现动态调频调压；

3)园区型微电网的系统保护，主要包括广域式保护；

4)园区型微电网的紧急控制，包括高频切机、低频减载、故障快速恢复、运行模式切换控制。

进一步地，微电网中央控制器由高性能数据处理器芯片及外围电子元件连接而成。

微电网中央控制器能够满足微电网稳定控制的实时性要求；支持IRIG-B对时或IEEE1588V2对时，对时精度达到1us；硬件应满足智能化继电保护装置相关标准要求，装置的保护控制功能与人机界面、通信功能应能完全分开调试、维护和使用；具备多个标准以太网接口和丰富的通信归约库，以构成双快速控制网与监视网；支撑GOOSE的双重快速控制网。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明根据SOA架构体系构建园区型微电网一体化智能控制系统，该园区型微电网一体化智能控制系统包括支撑平台模块、业务应用模块和综合应用模块三大功能模块；利用支撑平台模块，完成模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面等基础功能；利用业务应用模块，完成微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控等功能；利用综合应用模块，完成综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警等功能；因此，无需分别建设调度监控系统、配电自动化系统、计量系统等，具有建设投资少、运行维护成本低等有益效果，有利于微电网在我国的推广和应用。

2、本发明涉及的园区型微电网一体化智能控制系统，将多个子系统业务功能整合到一体化控制平台，实现一体化建设和运行控制，不仅节省了人力物力，而且提高了效率，降低了运营维护成本。

3、本发明不但具有微电网监控功能，而且包括配电自动化、计量自动化、视频监控、综合能源管理等功能，具有较好的实用性，便于商业化运营。园区型微电网往往属于规模较大的中压供电系统，本发明能有效的降低园区型微电网建设投资，减轻运营维护的压力，提高园区型微电网实用化和商业化水平。

附图说明

图1为本发明涉及的园区型微电网一体化智能控制系统的总体结构示意图。

图2为本发明涉及的园区型微电网一体化智能控制系统的系统功能示意图。

图3为本发明涉及的园区型微电网一体化智能控制系统的系统架构结构示意图。

图4为本发明涉及的园区型微电网一体化智能控制系统的配置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对发明作进一步的详细描述：

具体实施例1：

参照图1至图4，本实施例涉及的适用于园区型微电网的一体化智能控制系统，包括支撑平台功能、业务应用功能和综合应用功能三大功能模块；所述支撑平台模块，由模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面等基础功能构成；所述业务应用模块，由微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控等功能构成；所述综合应用模块，由综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警等功能构成。

本实施例中：

将系统的控制架构分为三层控制结构，自下往上具体分为就地控制层、集中控制层和系统控制层，分别负责完成不同时间尺度的业务功能，通过微电网中央控制器协调前述三层控制结构：

1)就地控制层主要由分布式电源控制器、负荷控制器和测保装置组成，实现对分布式电源、负荷、开关及线路的监测、保护与控制；

2)集中控制层主要实现微电网稳定控制，当微电网处于孤岛运行状态时，通过对各就地控制层设备的协调控制，实现对微电网的稳定控制；

3)系统控制层主要实现综合数据采集与处理、微电网能量管理、配网自动化、计量自动化和综合能源管理，并将智能用电系统和视频及环境监测系统通过防火墙接入系统控制层。

就地控制层通过Goose/Sv与微电网中央控制器进行快速通信，或者通过MMS与后台的系统控制层进行通信；微电网中央控制器向下通过Goose/Sv与就地控制层快速通信，向上通过MMS与后台的系统控制层进行通信；系统控制层所需的数据主要通过MMS监控网进行采集，其指令既可经过微电网中央控制器下达到就地控制层，也可直接向就地控制层设备直接下达控制指令。

由微电网中央控制器作为微电网安全稳定运行的快速决策中心，它接入微电网系统关键控制点电压、电流、开关状态以及关键设备运行状态，采取快速判据并确定微电网关键节点及微电源的运行模式，形成连续的功率闭环调节功能，能够快速生成功率指令下发给微电源与就地智能终端执行，以保持微电网具有连续、稳定的工况；其主要功能包括：

1)分布式电源及储能协调发电控制；

2)实时功率平衡，实现动态调频调压；

3)微电网系统保护，主要包括广域式保护；

4)微电网紧急控制，包括高频切机、低频减载、故障快速恢复、运行模式切换控制。

微电网中央控制器主要性能要求如下：采用高性能数据处理器，能够满足微电网稳定控制的实时性要求；支持IRIG-B对时或IEEE1588V2对时，对时精度达到1us；硬件应满足智能化继电保护装置相关标准要求，装置的保护控制功能与人机界面、通信功能应能完全分开调试、维护和使用；具备多个标准以太网接口和丰富的通信归约库，以构成双快速控制网与监视网；支撑GOOSE的双重快速控制网。

如图4所示为某园区微电网一体化智能控制系统的配置方案示意图。

如图4所示，该系统采用如图3所示的三层控制结构(集中控制层对应图中的微电网中央控制器)，并且根据该微电网系统规模大小和控制需求，将微电网监控、综合能量管理，保护信息、配网自动化、计量自动化、视频监控等业务的服务器整合到同一个服务器上，并将相关的工作站通过相互切换的方式实现共享，从而提高设备利用率，提高系统建设和运营的集约化水平。

本发明所描述的微电网一体化智能控制系统主要适应于规模较大且将商业化运营的微电网系统，如工业园区、住宅小区、海岛等微电网系统。

本实施例涉及的园区型微电网一体化智能控制系统，已经成功应用到“某市万山海岛新能源微电网示范项目”、“三沙市智能微电网规划项目”、“某省博鳌综合能源与智能电网项目”、“某市国际低碳城能源项目”等微电网建设项目中，其中“某市万山海岛新能源微电网示范项目”包括桂山岛、东澳岛和大万山岛的智能微电网建设，系统主网架电压等级10kV，建成后的海岛微电网系统即可孤岛运行，也可通过海缆与珠海主网并网运行，是我国目前覆盖面积最大、供电人口最多的微电网系统；而“某市国际低碳城能源项目”将建设50MW级的微电网系统，其中基荷由外部公共电网提供，调峰由本地提供，分布式电源主要包括内燃机、垃圾发电、山地式光伏、风电和储能，属于典型的园区型微电网系统，项目将力争建成生态优化、宜居宜业的全球标杆性低碳综合示范区。

本发明涉及的适用于园区型微电网的一体化智能控制方法，其特征在于：

1)根据SOA架构体系构建园区型微电网一体化智能控制系统，该园区型微电网一体化智能控制系统包括支撑平台功能、业务应用功能和综合应用功能三大功能模块；

2)利用支撑平台模块，完成模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面等基础功能；

3)利用业务应用模块，完成微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控等功能；

4)利用综合应用模块，完成综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警等功能。

进一步地，将系统的控制架构分为三层控制结构，自下往上具体分为就地控制层、集中控制层和系统控制层，分别负责完成不同时间尺度的业务功能：

1)就地控制层主要由分布式电源控制器、负荷控制器和测保装置组成，实现对分布式电源、负荷、开关及线路的监测、保护与控制；

2)集中控制层主要实现微电网稳定控制，当微电网处于孤岛运行状态时，通过对各就地控制层设备的协调控制，实现对微电网的稳定控制；

3)系统控制层主要实现综合数据采集与处理、微电网能量管理、配网自动化、计量自动化和综合能源管理，并将智能用电系统和视频及环境监测系统通过防火墙接入系统控制层。

进一步地，就地控制层通过Goose/Sv与微电网中央控制器进行快速通信，或者通过MMS与后台的系统控制层进行通信；微电网中央控制器向下通过Goose/Sv与就地控制层快速通信，向上通过MMS与后台的系统控制层进行通信；系统控制层所需的数据主要通过MMS监控网进行采集，其指令既可经过微电网中央控制器下达到就地控制层，也可直接向就地控制层设备直接下达控制指令。

进一步地，由微电网中央控制器作为微电网安全稳定运行的快速决策中心，它接入微电网系统关键控制点电压、电流、开关状态以及关键设备运行状态，采取快速判据并确定微电网关键节点及微电源的运行模式，形成连续的功率闭环调节功能，能够快速生成功率指令下发给微电源与就地智能终端执行，以保持微电网具有连续、稳定的工况；其主要功能包括：

1)分布式电源及储能协调发电控制；

2)实时功率平衡，实现动态调频调压；

3)微电网系统保护，主要包括广域式保护；

4)微电网紧急控制，包括高频切机、低频减载、故障快速恢复、运行模式切换控制。

进一步地，微电网中央控制器主要性能要求如下：采用高性能数据处理器，能够满足微电网稳定控制的实时性要求；支持IRIG-B对时或IEEE1588V2对时，对时精度达到1us；硬件应满足智能化继电保护装置相关标准要求，装置的保护控制功能与人机界面、通信功能应能完全分开调试、维护和使用；具备多个标准以太网接口和丰富的通信归约库，以构成双快速控制网与监视网；支撑GOOSE的双重快速控制网。

如图3所示，该系统采用如图1所示的三层控制结构(集中控制层对应图中的中央控制器)，并且根据该微电网系统规模大小和控制需求，将微电网监控、综合能量管理，保护信息、配网自动化、计量自动化、视频监控等业务的服务器整合到同一个服务器上，并将相关的工作站通过相互切换的方式实现共享，从而提高设备利用率，提高系统建设和运营的集约化水平。

本发明所描述的微电网一体化智能控制系统广泛适应于规模较大且将商业化运营的微电网系统，如工业园区、住宅小区、海岛等微电网系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.适用于园区型微电网的一体化智能控制方法，其特征在于：

1）根据SOA架构体系构建园区型微电网一体化智能控制系统，该园区型微电网一体化智能控制系统包括支撑平台模块、业务应用模块和综合应用模块三大功能模块；

2）利用支撑平台模块，完成模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时、人机界面基础功能；

3）利用业务应用模块，完成微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控功能；

4）利用综合应用模块，完成综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警功能；利用园区型微电网的中央控制器作为微电网安全稳定运行的快速决策中心，将它接入微电网系统关键控制点电压、电流、开关状态以及关键设备运行状态，采取快速判据并确定微电网关键节点及微电源的运行模式，形成连续的功率闭环调节功能，以快速生成功率指令下发给微电源与就地智能终端执行，及保持微电网具有连续、稳定的工况；其主要功能包括：

4-1）分布式电源及储能协调发电控制；

4-2）实时功率平衡，实现动态调频调压；

4-3）微电网系统保护，主要包括广域式保护；

4-4）微电网紧急控制，如高频切机、低频减载、故障快速恢复、运行模式切换控制。

2.根据权利要求1所述的适用于园区型微电网的一体化智能控制方法，其特征在于：将系统的控制架构分为三层控制结构，自下往上具体分为就地控制层、集中控制层和系统控制层，分别负责完成不同时间尺度的业务功能：

1）利用就地控制层实现对微电网组成单元的保护与控制，实现对分布式电源、负荷、开关及线路的监测、保护与控制；

2）利用集中控制层实现微电网稳定控制，当微电网处于孤岛运行状态时，通过对各就地控制层设备的协调控制，实现对微电网的稳定控制；

3）利用系统控制层实现综合数据采集与处理、微电网能量管理、配网自动化、计量自动化和综合能源管理，并将智能用电系统和视频及环境监测系统通过防火墙接入系统控制层。

3.根据权利要求2所述的适用于园区型微电网的一体化智能控制方法，其特征在于：就地控制层通过Goose/Sv与微电网中央控制器进行快速通信，或通过MMS与后台的系统控制层进行通信；微电网中央控制器向下通过Goose/Sv与就地控制层快速通信，向上通过MMS与后台的系统控制层进行通信；系统控制层所需的数据主要通过MMS监控网进行采集，其指令经过微电网中央控制器下达到就地控制层，或直接向就地控制层设备直接下达控制指令。

4.适用于园区型微电网的一体化智能控制系统，其特征在于：包括支撑平台模块、业务应用模块和综合应用模块三大功能模块；所述支撑平台模块，由模型维护管理、图形维护管理、公式计算与统计、数据库维护管理、报表服务、系统对时和人机界面基础功能单元构成；所述业务应用模块，由微电网监控、微电网能量管理、保护信息监视、配电自动化、计量自动化、视频及环境监控功能单元构成；所述综合应用模块，由综合能效分析、综合负荷预测、智能协调控制、智能数据分析、智能诊断预警功能单元构成；由园区型微电网的中央控制器作为微电网安全稳定运行的快速决策中心，将它接入微电网系统关键控制点电压、电流、开关状态以及关键设备运行状态，采取快速判据并确定微电网关键节点及微电源的运行模式，形成连续的功率闭环调节功能结构，以快速生成功率指令下发给微电源与就地智能终端执行，及保持微电网具有连续、稳定的工况。

5.根据权利要求4所述的适用于园区型微电网的一体化智能控制系统，其特征在于：将系统的控制架构分为三层控制结构，自下往上具体分为就地控制层、集中控制层和系统控制层，分别负责完成不同时间尺度的业务功能，通过微电网中央控制器协调前述三层控制结构：

1）就地控制层主要由分布式电源控制器、负荷控制器和测保装置组成，实现对分布式电源、负荷、开关及线路的监测、保护与控制；

2）集中控制层主要实现微电网稳定控制，当微电网处于孤岛运行状态时，通过对各就地控制层设备的协调控制，实现对微电网的稳定控制；

3）系统控制层主要实现综合数据采集与处理、微电网能量管理、配网自动化、计量自动化和综合能源管理，并将智能用电系统和视频及环境监测系统通过防火墙接入系统控制层。

6.根据权利要求5所述的适用于园区型微电网的一体化智能控制系统，其特征在于：就地控制层通过Goose/Sv与微电网中央控制器进行快速通信，或者通过MMS与后台的系统控制层进行通信；微电网中央控制器向下通过Goose/Sv与就地控制层快速通信，向上通过MMS与后台的系统控制层进行通信；系统控制层所需的数据主要通过MMS监控网进行采集，其指令既经过微电网中央控制器下达到就地控制层，或直接向就地控制层设备直接下达控制指令。

7.根据权利要求5所述的适用于园区型微电网的一体化智能控制系统，其特征在于：微电网中央控制器由高性能数据处理器芯片及外围电子元件连接而成。