CN105141037B - 一种储能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储能监控系统，其包含分别连通至网络数据传输平台的以下系统：实时运行系统，其位于第一安全区，对储能系统的相关数据进行采集及处理；电能量计费系统，其位于第二安全区，进行电网应用分析及电量采集统计；所述第二安全区与第一安全区之间设有防火墙；安全WEB发布系统，其位于管理信息大区，进行对外信息发布；所述管理信息大区与第一安全区之间设有正向电力专用安全物理隔离装置。该储能监控系统采用分层、分布、开放式网络结构框架，实现对风电场、储能电站的联合监控。

Description

一种储能监控系统

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及一种储能监控系统。

背景技术

风储联调系统通过结合风电场与电池储能系统各自优势，随着风电场内部风能分布的变化，风电场输出功率也随之发生波动。通常，风电场输出功率中频率在0.01Hz以上的分量对电网的影响较大。而在风电场升压变压器的低压侧安装储能装置，可以消除0.01Hz以上的功率波动分量，从而能够有效地平滑风电场的功率输出、改善风电场的并网运行性能。

电池储能系统的控制思想是通过电池储能系统快速的吞吐风电场输出有功功率中的高频波动成分，即：通过高通滤波器将风电场输出功率中频率0.01Hz以上的波动分量滤出，将其作为电池储能系统用于平滑风场输出的参考功率，与实时监测的储能系统输出功率进行比较，从而调节储能系统变流器输出电流d轴、q轴分量，达到控制储能系统输出有功功率、无功功率的目的。

在风储联调系统中，储能系统为可控单元，因此针对风储系统的控制实际上是通过调节储能系统实现对整个风储系统的出口控制。而风力发电系统的数据也是储能系统进行控制的依据，在整个联合运行过程中，风力发电数据、储能运行数据、变电站并网点数据都是必要的数据来源。目前，缺乏应用于风储联调系统的有效储能监控系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能监控系统，满足数据采集和处理、运行状态监视等方面的要求，采用分层、分布、开放式网络结构框架研究，实现对风电场、储能电站的联合监控。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种储能监控系统，其包含分别连通至网络数据传输平台的以下系统：

实时运行系统，其位于第一安全区，对储能系统的相关数据进行采集及处理；

电能量计费系统，其位于第二安全区，进行电网应用分析及电量采集统计；所述第二安全区与第一安全区之间设有防火墙；

安全WEB发布系统，其位于管理信息大区，进行对外信息发布；所述管理信息大区与第一安全区之间设有正向电力专用安全物理隔离装置。

优选地，所述网络数据传输平台，包含前置数据采集网段和实时数据传输网段，分别采用冗余交换式以太网结构，并使用具备三层交换功能的主交换机。

优选地，所述实时运行系统设置有数据通信与采集模块，其使用的所述前置数据采集网段，应用了主交换机的VLAN网段或配置有独立的工作组交换机；

所述数据通信与采集模块，其进一步包含：

多组数据采集服务器，对经由串行通道或网络通道收发的数据进行处理；每组内配置有若干台Unix服务器或PC服务器，互为热备用；

串行通信设备，连通串行通道与相应的数据采集服务器进行数据传输；

路由器，连通网络通道与相应数据采集服务器进行数据传输。

优选地，所述串行通信设备，其进一步包含：

终端服务器，对所辖厂站和相关主站进行串口通信的模拟/数字通道接口进行监管；

模拟/数字通道板，连通模拟/数字通道与终端服务器进行数据传输。

优选地，所述数据通信与采集模块，其进一步设置有天文时钟，为所述储能监控系统提供标准时钟、系统时钟和系统频率。

优选地，所述实时运行系统设置有连通实时数据传输网段的数据处理与存贮模块，其包含互为热备用的两台数据服务器，各自配置双CPU/双电源/双网卡；所述数据服务器是Unix服务器，对系统运行参数、CIM模型数据以及历史运行数据进行管理，并承担数据处理、数据存贮、数据分发、数据检索、双服务器之间数据同步。

优选地，所述实时运行系统设置有连通实时数据传输网段的人机界面交互模块，其包含以下任意一种人机工作站或其任意组合：

监控工作站，对电网进行实时监视和安全操作；

运方工作站，制定电网运行方式；

维护工作站，进行数据库录入、画面编辑、报表制作以及系统性能调整；

所述人机工作站是图形工作站。

优选地，所述实时运行系统设置有连通实时数据传输网段的数据安全交互模块，其包含一台网关服务器，与同等级别的其他监控系统之间进行透明的数据交换；所述网关服务器是Unix服务器或PC服务器。

本发明的储能监控系统，具有以下优点：

本发明的系统遵循一体化设计思想，采用分布式系统架构，在统一的数据服务平台基础上，可灵活扩展、集成和整合各种储能发电监控、分析和管理应用功能，各种应用功能的实现和使用具有统一的数据库模型、人机交互界面，并能进行统一维护。

本发明的系统按照Unix/Linux /Windows跨平台结构进行设计，主要的数据采集、数据处理、数据交换、数据发布节点选择Unix/Linux处理平台，人机交互界面操作可运行于Linux/Windows平台，确保了数据处理的稳定性和人机操作的灵活性。

本发明系统的重要单元和单元的重要部件采用冗余配置，通过自动切换机制实现故障的迅速隔离和切除，确保系统运行不受单个故障点的影响；主要硬件设备符合现代工业制造标准，是目前可选的主流系列产品并具有可靠的质量保证和完善的售后服务体系。遵循软件工程的开发流程，并有完备的功能测试流程；不同厂家的软、硬件产品遵循共同的国际/国内标准，以保证软件模块可靠地协调工作。

本发明的系统，保证风电场/储能系统端遥测、遥信、电量、设备状态等数据准确、快速地通过数据采集和数据处理，在人机工作站界面上显示出来，确保运行人员及时了解电网运行情况，并为应用功能实现提供可靠的基础数据。系统确保遥控、遥调等控制指令快速下达到厂站端，为风电场/储能电站的集群控制提供可靠的控制手段。数据实时性指标满足国家标准相关技术要求。

本发明的系统具有完善的权限管理机制，防止未授权应用户非法访问系统、非法获取信息或进行非法操作，确保网络数据交换的安全。系统采取严格的措施来确保数据存储、数据恢复、系统结构和其它操作的安全性，具有严格的病毒防范措施，及时更新操作系统安全补丁。

本发明的系统遵循国际国内标准，操作系统应采用Unix/Linux /Windows；数据模型设计应采用IEC 61970 CIM等标准，系统接口设计遵循CIS标准；配网自动化数据模型遵循IEC 61968模型规范；数据网络通信采应用TCP/IP协议，商应用数据库访问遵循ANSI SQL标准；人机界面GUI采应用X-Window/Windows和MOTIF/GDI/OpenGL/QT标准；通讯规约满足IEC标准或国家相关标准。

本发明的系统开放性好，实时数据服务平台的各服务模块和各应用功能提供统一标准接口，支持用户和第三方应用软件程序的开发，保证能和其它系统互联和集成。系统具有良好的软件和硬件在线可扩展性，可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级，不影响系统正常运行。系统容量可扩充，包括可接入的风电场数量、系统数据库的容量等，没有设计容量限制，从而能使系统可以整体设计、分步实施。

本发明的系统维护方便，系统具备图模库一体化技术，并能够实现电网和风电/储能相关模型的一体化设计，方便系统维护人员画图、建模、建库，保证三者数据的同步性和一致性。系统具备完整的使用技术文档资料，具有在线操作帮助功能，系统维护具有流程和向导功能。具备简便、易应用的维护诊断工具，使系统维护人员可以迅速、准确地确定异常和故障发生的位置和原因。

附图说明

图1是本发明所述储能监控系统与风储联调系统之间的数据依赖关系图；

图2是本发明所述储能监控系统的整体结构示意图；

图3是本发明所述储能监控系统中数据通信与采集模块的示意图。

具体实施方式

本发明提供的储能监控系统，作为风储联调系统的配套部分，其主要功能是采集储能系统上送的各种数据给诸如关键设备（PCS）、电池管理系统（BMS）、保护装置等设备，对数据进行存储、处理，提供对储能设备的人工操控接口，并具备平抑波动、跟踪计划、无功控制等高级应用。

储能监控系统的平抑波动、无功控制等功能的最终控制目标是整个风储系统的出口有/无功，并且其在控制过程中需要读取风电系统的有/无功数据，因此储能监控系统对于风储联调系统存在如图1所示的数据依赖：

平抑波动以系统出线有功为控制目标、以风电系统有功为输入参数、以储能系统有功为可调节参数进行控制；无功控制根据控制模式的不同可以系统出线无功/系统出线功率因数/系统出线电压为控制目标、以风电系统无功为输入参数、以储能系统无功为可调节参数进行控制。因此，图1中所列数据为储能系统的必要上送数据。而整个风储联合监控系统也需要储能系统的相关数据，主要包括PCS的运行数据（有功、无功、电压、电流、告警/故障信息等）、BMS的上送数据（单体电池电压、电流、温度，电池串的电压、电流、SOC、SOH、告警/故障信息等）。本发明的储能监控系统即用于相关数据的传送。

如图2所示，本发明的储能监控系统，分布在三个安全区中，分别为安全区Ⅰ、安全区Ⅱ和管理信息大区。其中，安全区Ⅰ与安全区Ⅱ之间采用防火墙，安全区Ⅰ与管理信息大区之间设置正向电力专用安全物理隔离装置。

所述储能监控系统中，包括：实时运行系统的数据处理与存贮模块，数据通信与采集模块，人机界面交互模块，数据安全交互模块等位于安全区Ⅰ；电能量计费系统设置的电量采集统计模块，位于安全区Ⅱ；用于向外信息发布的安全WEB发布系统位于管理信息大区。这些模块系统，连通至本发明构建的网络数据传输平台。

（一）网络数据传输平台：

为了实现网络数据传输，所述储能监控系统的FES前置数据采集网段和实时数据传输网段，均应用冗余交换式以太网结构，对于大型系统可考虑应用具备三层交换功能的企业级或部门级交换机，对于其它系统可以应用工作组级交换机。网络交换速率应用100M/1000M自适。重要服务器可应用1000M速率接入。

本发明的网络数据传输满足以下要求：

1）单网故障或单点网络故障不影响系统运行功能；

2）主干交换机可具备三层交换功能，应用VLAN技术，可划分出相对独立的VLAN子网应用于数据采集子系统或其它应用系统。网络交换机宜应用双电源配置。

3）主干交换机具有SNMP网络管理协议，可以对交换机运行共况进行在线监视，如每个端口的运行情况、端口网络流量，VLAN网段的划分情况，可以通过专用口输出网络交换机状态。

4） 安全区I与其他系统网络互联配置防火墙或正/反向物理隔离并制定网络访问安全策略。硬件防火墙和网络安全隔离装置选用经安全部门认证的设备。

（二）数据通信与采集：

配合参见图2、图3所示，所述数据通信与采集模块，是整个系统的数据来源与控制通道，其组成包括数据采集网段、数据采集服务器、串行通信设备、路由器、天文钟等。

其中，所述前置数据采集网段，可以应用主交换机的VLAN网段，也可以配置独立的工作组交换机。

所述数据采集服务器，可配置Unix服务器或PC服务器，按照组的形式来进行组织，每个组中可以配置单台或多台数据服务器，组内采集服务器互为热备用，可实现手动/自动切换。可以配置多组（1-4）数据采集服务器，各自完成对RTU/综自、配网自动化、电能量、继电保护和故障录波的数据采集，组相互之间互不干扰。数据采集服务器统一处理串行通道的收发数据和网络通道的收发数据，实现传统通道与网络通道的平滑过渡。

所述串行通信设备，包括模拟/数字通道板、切换装置、终端服务器；终端服务器应用于传统远动串行通道接入；所述路由器应用于与网络RTU、上下级控制中心之间的通信。

1）所述的终端服务器，负责管理应用串口通信的所辖厂站和相关主站的通道接口，应用运行稳定的高性能设备，建议每台设备具有两个以太网端口，并具有足够数量的串行接口（≥16口），满足与所辖厂站和相关主站进行串口通信的需要。每个RS-232端口支持4个 TCP/IP Socket链接，支持同时向两个数据采集服务器通过网络方式转发数据。所述终端服务器支持管理功能，能够监视终端服务器的运行状态，每个RS-232端口的工作状态。

2）所述模拟/数字通道板的技术要求，包含：具有模拟/数字手动切换跳线功能；能够实现输入与输出RS-232信号的有效隔离；通道机箱双电源供电，通道板具有热插拔功能；符合ITU-T标准，发送电平：0～-20dB可调；接收电平：-40～0dB可调，低于-40dB时产生告警，匹配阻抗：600Ω。能够通过面板指示灯指示通道的工作状态。

3）所述GPS天文时钟：配置一套主时钟设备，该时钟应用于对监控系统对时，保证系统的时钟统一，为系统提供标准时钟、系统时钟和系统频率。

（三） 数据处理与存贮：

所述数据处理与存贮模块，一般由两台Unix服务器组成，每台数据服务器可考虑配置双CPU/双电源/双网卡。数据服务器一方面要运行商用数据库管理系统，实现对系统运行参数、CIM模型数据以及历史运行数据的管理职能；另一方面要承担数据处理、数据存贮、数据分发、数据检索、双服务器之间数据同步功能。两台数据服务器应用主备热备用工作机制，可以实现无扰动自动/手动切换，在切换过程中保证数据不丢失。

（四） 人机界面交互：

所述人机界面交互模块，由相关的人机工作站组成，人机工作站选用主流图形工作站，可根据需要配置单屏或多屏显示器，并具有多媒体功能。

具体需要配置的工作站数量和类型根据具体情况确定相应的人机工作站：

1）监控工作站：完成对电网的各种实时监视和安全操作功能；

2）运方工作站：制定电网各种运行方式；

3）维护工作站：进行系统的数据库录入、画面编辑、报表制作以及系统性能调整工作。

（五） 数据安全交互：

所述数据安全交互模块，由一台Unix服务器或PC服务器组成，主要实现与同等级别的监控系统（地调AVQC系统，第三方监控系统等）之间的透明的数据交换。网关服务器与其它监控系统主要交换的数据包括：系统实时运行数据、历史运行数据、电网CIM数据模型、图形格式等。同时接收其它监控系统的数据输入和遥控命令并加以执行。在网关服务器上加装防火墙软件，实现系统互连的安全防范，减少或杜绝病毒危害和攻击。另外设有远程拨号维护功能的设备。

（六） 电量采集统计：

所述电量采集统计模块是电量采集统计工作站，主要用于电网应用分析，完成对电量的维护和数据浏览、电量报表打印功能。电量的存贮主要在数据服务器实现。

本发明的储能监控系统，针对储能系统的技术特点，构建了储能监控系统的基础平台，实现数据采集和处理、运行状态监视等方面的要求；当储能系统与风力发电系统配合运行时，实现必要信息的上传、调度命令的执行、对储能系统实时状态的反馈功能；监控系统能够达到监控电流、电压测量误差≤0.2，有功无功测量误差≤0.5的要求，并遵照最新版本的电力行业标准（DL）、国家标准（GB）和IEC标准及国际单位制（SI）的配置；该监控系统采用分层、分布、开放式网络结构框架，实现对风电场、储能电站的联合监控。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种储能监控系统，其特征在于，包含分别连通至网络数据传输平台的以下系统：

实时运行系统，其位于第一安全区，对储能系统的相关数据进行采集及处理；

电能量计费系统，其位于第二安全区，进行电网应用分析及电量采集统计；所述第二安全区与第一安全区之间设有防火墙；

安全WEB发布系统，其位于管理信息大区，进行对外信息发布；所述管理信息大区与第一安全区之间设有正向电力专用安全物理隔离装置；

其中，所述网络数据传输平台，包含前置数据采集网段和实时数据传输网段，分别采用冗余交换式以太网结构，并使用具备三层交换功能的主交换机；

所述实时运行系统设置有数据通信与采集模块来使用所述前置数据采集网段；所述实时运行系统还设置有连通实时数据传输网段的数据安全交互模块，其包含一台网关服务器，与同等级别的其他监控系统之间进行透明的数据交换；

所述储能监控系统对以下数据进行传送：

PCS设备的运行数据，BMS系统的上送数据，平抑波动所需的风电系统有功数据、储能系统有功数据、风储联调系统出线有功数据，以及无功控制所需的风电系统无功数据、储能系统无功数据、风储联调系统出线有功数据、风储联调系统出线无功数据、风储联调系统出线电压数据。

2.如权利要求1所述的储能监控系统，其特征在于，

所述前置数据采集网段，应用了主交换机的VLAN网段或配置有独立的工作组交换机；

所述数据通信与采集模块，其进一步包含：

多组数据采集服务器，对经由串行通道或网络通道收发的数据进行处理；每组内配置有若干台Unix服务器或PC服务器，互为热备用；

串行通信设备，连通串行通道与相应的数据采集服务器进行数据传输；

路由器，连通网络通道与相应数据采集服务器进行数据传输。

3.如权利要求2所述的储能监控系统，其特征在于，

所述串行通信设备，其进一步包含：

终端服务器，对所辖厂站和相关主站进行串口通信的模拟/数字通道接口进行监管；

模拟/数字通道板，连通模拟/数字通道与终端服务器进行数据传输。

4.如权利要求1所述的储能监控系统，其特征在于，

所述数据通信与采集模块，其进一步设置有天文时钟，为所述储能监控系统提供标准时钟、系统时钟和系统频率。

5.如权利要求2所述的储能监控系统，其特征在于，

所述实时运行系统设置有连通实时数据传输网段的数据处理与存贮模块，其包含互为热备用的两台数据服务器，各自配置双CPU/双电源/双网卡；所述数据服务器是Unix服务器，对系统运行参数、CIM模型数据以及历史运行数据进行管理，并承担数据处理、数据存贮、数据分发、数据检索、双服务器之间数据同步。

6.如权利要求2所述的储能监控系统，其特征在于，

所述实时运行系统设置有连通实时数据传输网段的人机界面交互模块，其包含以下任意一种人机工作站或其任意组合：

监控工作站，对电网进行实时监视和安全操作；

运方工作站，制定电网运行方式；

维护工作站，进行数据库录入、画面编辑、报表制作以及系统性能调整；

所述人机工作站是图形工作站。

7.如权利要求2所述的储能监控系统，其特征在于，

所述网关服务器是Unix服务器或PC服务器。