CN105305482A - 基于b/s架构的分布式电源并网监控系统 - Google Patents

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李健
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Abstract

本发明提供一种基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，属于分布式电源监控系统领域，包括物理设备层、Web功能层和Web监控层，物理设备层包括并网点的隔离开关、断路器和控制设备，控制设备连接到隔离开关和断路器的电动操作接点，实现对断路器和隔离开关的自动控制和远程控制；在主网故障时将分布式电源进行切除的孤岛检测单元；借用现有的以太网，采用浏览器到智能终端的直接访问，省去监控主站、子站及专用通信网络的建设，确保监控系统的灵活性和经济性。

Description

基于B/S架构的分布式电源并网监控系统
技术领域
本发明提供一种基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，属于分布式电源监控系统领域。
背景技术
目前电网架构通常以大机组、高电压、集中式为主，某一节点出现故障会影响整个电网的安全运行。智能配电网的提出，特别是支持分布式电源(DistributedElectricResources,DER)的大量接入，可弥补大电网运行模式的不足。DER受自然因素影响较大，具有明显的波动性和间歇性。DER的大量接入会给电力系统调峰调频、并网控制、运行调度、功率预测、供电质量等带来挑战。目前较为常用的做法是通过计算配电线路的承载能力，限制DER的并网容量，这违背了DER发展初衷。针对DER并网，相关工作者做出了大量研究，先后提出了一种依赖通信网络和监控主站的集中式监控模式，一种依赖GPRS通信网络的集散控制方案，一种基于多Agent的监控模式等；这几种监控模式虽然能够对DER安全运行起到良好的监控作用，然而存在投资过大，性价比低，互动性差，不适用于家庭式小容量的DER并网监控。目前家庭式DER并网系统通常不加监控装置，主要由并网逆变器或公共连接点(PointofCommonCoupling,PCC)自身的计量保护装置代替，这为DER的大量并网埋下了安全隐患。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，借用现有的以太网，采用浏览器到智能终端的直接访问，省去监控主站、子站及专用通信网络的建设，确保监控系统的灵活性和经济性。
本发明所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，包括以下部件：
物理设备层：物理设备层包括并网点的隔离开关、断路器和控制设备，控制设备连接到隔离开关和断路器的电动操作接点，实现对断路器和隔离开关的自动控制和远程控制；
Web功能层：Web功能层包括测量线路实时状态参数的测量单元；对控制设备下发动作控制命令的控制单元；提供并网点运行保护信息的保护单元；计量分布式电源发电量的计量单元；监测各部分是否正常运行的状态监测单元；记录事件发生顺序的事件顺序记录单元；在发生故障时，记录故障波形的故障录波单元；在主网故障时将分布式电源进行切除的孤岛检测单元；
Web监控层：Web监控层构架为Boa服务器、CGIC标准库和MiniSQL嵌入式数据库，Web监控层将Web功能层提交的信息通过Boa服务器和CGIC标准库发布在Web界面上，并将运行数据保存在MiniSQL嵌入式数据库内，使用Web界面通过Boa服务器、CGIC标准库向下发送Web功能层命令和MiniSQL嵌入式数据库参数修改。
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，可应用现有配电自动化设备实现本发明功能层中各个单元的功能。监控系统的底层为物理设备层，主要包括DER并网系统的一次设备和控制设备。如分布式光伏发电并网PCC，分布式风力发电系统的并网PCC，蓄电池、超级电容器等储能系统的能量输出点以及小型燃气轮机并网电能输出点等，也包括并网系统的断路器和隔离开关及其控制设备等。物理设备层可为Web功能层提供在线物理监测载体，也可以执行上一层发送给开关的执行命令，如断路器的遥信变位；监控系统的中间层为Web功能层。主要用于对物理设备层的数据量和状态量采集和监控。主要功能有：测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、状态监测单元、事件顺序记录单元、历史数据单元、故障录波单元、孤岛监测单元。测量单元用于DER并网系统的电压、电流和功率测量以及对操作开关和储能系统充放电状态信号采集；控制单元接受Web监控层的遥信变位信息对相关设备进行操作控制；保护单元提供DER并网运行的保护信息，保障系统的安全可靠运行；计量单元用于提供一段时间内DER的发电量信息；状态监测单元用于提供并网系统的运行状态，监测系统是否处于不安全运行状态、故障状态和正常运行状态；事件顺序记录单元用于记录一段时间内断路器的遥信变位顺序记录；历史数据记录单元提供分布式电源发电量和盈利水平；故障录波单元记录系统发生故障时电气量参数和波形，用于故障分析；孤岛监测单元能够在主网故障时对DER进行快速切除，保障检修人员人身安全。Web功能层单元由相应算法通过程序实现，用于完成各项功能；监控系统的最高层为Web监控层，是该监控系统的核心。主要作用是将Web功能层提交的信息通过Boa服务器和CGIC标准库发布在Web界面上，将运行数据保存在MiniSQL嵌入式数据库中，同时提供DER运行的人机操作接口。Boa服务器通过主函数调用相关应用程序来实现数据共享和进程通信，避免了复杂的通信规约转化，满足低成本的特点。具有权限的用户可连接监控平台IP地址查看DER并网运行参数。管理者拥有所有权限，可以设置安全权限。普通用户只需拥有相关权限，便可随时随地通过联网的PC机、平板电脑、智能手机等移动终端的浏览器来访问该DER并网监控系统。分布式电源的管理人员和电网管控企业可通过PC机、平板电脑和智能手机等智能终端通过IP地址查看本发明的运行信息，并通过本发明对一次侧并网点设备进行操作。并网点即为分布式电源与供电网络的接点，保证了供电网络和分布式电源的安全和实时受控，即本发明在现有的配电自动化设备上进行程序改造即可，不需要再逐级设立子站，布设通讯网络，在任何可接入供电网络的位置即可实现监控和操作，实现了降低成本和提高灵活性。
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，Web功能层和Web监控层的载体包括监控平台和监控设备。监控平台包括测量装置、遥信变位继电器、信息获取I/O模块、CPU模块、通讯I/O模块和存储模块。信息获取I/O模块包括模拟量处理模块和数字量处理模块，测量装置、遥信变位继电器的输出端分别通过模拟量处理模块和数字量处理模块将其信号处理后发送给CPU模块进行处理，CPU模块将需要记录的信息记录在集成在存储模块中的MiniSQL嵌入式数据库中，CPU模块通过通讯I/O模块与外界进行通讯，Boa服务器和CGIC标准库程序安装在存储模块中，CPU模块使用Boa服务器和CGIC标准库程序通过通讯I/O模块接入互联网。监控设备为接入互联网的移动智能终端或计算机，通过IP地址与监控平台对接并进行监控。
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，CPU采用ARM嵌入式架构，包括处理数字信号的DSP，进行数据计算的MCU，以及大规模可编程逻辑阵列FPGA。
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，CPU模块是监控平台的核心，对整个监控系统起着决定性作用，由高性能处理器与辅助硬件构成。主要包括A/D转换电路、MCU与DSP、FPGA芯片、FLASHRAM。A/D转换采用16位高速A/D转换器，采样周期为128点/周波，时钟频率为40MHz，带通转换能力为1.23MHz；MCU用于协同整个硬件系统和进程控制；高性能DSP用于模拟量运算。MCU与DSP选用Blackfin微处理器芯片，该芯片采用由AD和INTEL公司联合开发的微信号架构(MicroSignalArchitecture,MSA)，集成32位RISC型指令集，主频可达756MHz。FPGA芯片用于程序开发，确定系统时序，多路选择控制和模拟量转换。处理器系统可将配置方式字、系统自检程序、中断现场以及配置等数据保存于FLASHRAM芯片中，保障数据的快速交换。I/O系统主要包括输入系统与输出系统。输入系统包含13路AC模拟量采集，2路DC量采集与24路状态量输入。其中AC模拟量为6路电压与7路电流，经互感器隔离、低通滤波处理后进入多路转换开关，由FPGA选择AC模拟量中的一路进入16位高速A/D转换器，经A/D转换后的数字量进入Blackfin微处理器。DC量采集为可校正的0V参考地电压与5V正参考电压，用于监控平台的漂移补偿与整点校验。状态量输入包括8路内部触点与16路外部触点。内部触点用于硬件系统的状态监视与保护，外部触点可供外部DC量输入。输出系统包含状态量输出与通信模块。状态量输出包括3路操作前选择和2路直接操作。通信模块用于监控平台通信和调试，包括以太网通信模块与串口模块。以太网通信模块设置RJ-45接口，用于监控平台与工业以太网互联。串口模块包括RS485、RS323接口与CAN接口，采用IECI60870-5-103规约，用于监控平台调试和维护。通信模块的核心是一个时钟循环，采用双口并行设计，在每个循环周期中，保证信号的上行下行独立传输。数据库模块采用FLASHRAM和SRAM的存储硬件，除了保存配置数据，该模块还采用嵌入式数据库技术。嵌入式数据库是一种安装在嵌入式设备中可单独运行的微型数据库系统，满足易于维护、强壮性、小巧性和可移植性等特点。该嵌入式数据库系统采用MiniSQL嵌入式数据库，支持Linux操作系统的微内核结构，具有移植性强、支持API程序和SQL92子集开发接口等特点，满足家庭式DER并网监控系统需求。使任何可以登录Web网页的设备均可进行监控，不需要建设子站和通讯网络，降低了监控成本，提高了监控系统的灵活性。
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，监控设备通过Web界面输入IP地址与监控平台连接后，首先会进入登陆界面，经键入用户名和密码匹配后方可进入观看数据。为本发明的监控安全起到了保障，避免任何人都可以通过IP地址进入并向监控平台下命令，提高了本发明的安全程度。
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，可以通过Web界面设置访问权限。普通用户通过IP地址与监控平台对接后，仅可以关开权限外数据，权限内数据需要键入用户名和密码匹配后方可观看。可对关键数据和通过Web界面对监控系统下达命令的部分进行权限设置，避免每次观看一些类似于电压、电流或电量等基本数据时，还需要输入用户名和密码登录，提高了方便程度。
本发明与现有技术相比有益效果为：
所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，可应用现有配电自动化设备实现本发明功能层中各个单元的功能。监控系统的底层为物理设备层，主要包括DER并网系统的一次设备和控制设备。如分布式光伏发电并网PCC，分布式风力发电系统的并网PCC，蓄电池、超级电容器等储能系统的能量输出点以及小型燃气轮机并网电能输出点等，也包括并网系统的断路器和隔离开关及其控制设备等。物理设备层可为Web功能层提供在线物理监测载体，也可以执行上一层发送给开关的执行命令，如断路器的遥信变位；监控系统的中间层为Web功能层。主要用于对物理设备层的数据量和状态量采集和监控。主要功能有：测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、状态监测单元、事件顺序记录单元、历史数据单元、故障录波单元、孤岛监测单元。测量单元用于DER并网系统的电压、电流和功率测量以及对操作开关和储能系统充放电状态信号采集；控制单元接受Web监控层的遥信变位信息对相关设备进行操作控制；保护单元提供DER并网运行的保护信息，保障系统的安全可靠运行；计量单元用于提供一段时间内DER的发电量信息；状态监测单元用于提供并网系统的运行状态，监测系统是否处于不安全运行状态、故障状态和正常运行状态；事件顺序记录单元用于记录一段时间内断路器的遥信变位顺序记录；历史数据记录单元提供分布式电源发电量和盈利水平；故障录波单元记录系统发生故障时电气量参数和波形，用于故障分析；孤岛监测单元能够在主网故障时对DER进行快速切除，保障检修人员人身安全。Web功能层单元由相应算法通过程序实现，用于完成各项功能；监控系统的最高层为Web监控层，是该监控系统的核心。主要作用是将Web功能层提交的信息通过Boa服务器和CGIC标准库发布在Web界面上，将运行数据保存在MiniSQL嵌入式数据库中，同时提供DER运行的人机操作接口。Boa服务器通过主函数调用相关应用程序来实现数据共享和进程通信，避免了复杂的通信规约转化，满足低成本的特点。具有权限的用户可连接监控平台IP地址查看DER并网运行参数。管理者拥有所有权限，可以设置安全权限。普通用户只需拥有相关权限，便可随时随地通过联网的PC机、平板电脑、智能手机等移动终端的浏览器来访问该DER并网监控系统。分布式电源的管理人员和电网管控企业可通过PC机、平板电脑和智能手机等智能终端通过IP地址查看本发明的运行信息，并通过本发明对一次侧并网点设备进行操作。并网点即为分布式电源与供电网络的接点，保证了供电网络和分布式电源的安全和实时受控，即本发明在现有的配电自动化设备上进行程序改造即可，不需要再逐级设立子站，布设通讯网络，在任何可接入供电网络的位置即可实现监控和操作，实现了降低成本和提高灵活性。
附图说明
图1为本发明构架框图；
图2为监控平台结构示意图；
图3为Web界面逻辑图；
图4为Web界面与MiniSQL嵌入式数据库通讯图。
图中：1、物理设备层；2、Web功能层；3、Web监控层；4、Boa服务器；5、CGIC标准库；6、MiniSQL嵌入式数据库；7、Web界面；8、登陆界面；9、监控平台；10、监控设备；11、测量装置；12、遥信变位继电器；13、信息获取I/O模块；14、CPU模块；15、通讯I/O模块；16、存储模块。
具体实施方式
下面结合本发明对基于B/S架构的分布式电源并网监控系统做进一步说明：
实施例1：如图1所示，本发明所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，包括物理设备层1、Web功能层2和Web监控层3，物理设备层1包括并网点的隔离开关、断路器和控制设备，控制设备连接到隔离开关和断路器的电动操作接点，实现对断路器和隔离开关的自动控制和远程控制；Web功能层2包括测量线路实时状态参数的测量单元；对控制设备下发动作控制命令的控制单元；提供并网点运行保护信息的保护单元；计量分布式电源发电量的计量单元；监测各部分是否正常运行的状态监测单元；记录事件发生顺序的事件顺序记录单元；在发生故障时，记录故障波形的故障录波单元；在主网故障时将分布式电源进行切除的孤岛检测单元；Web监控层3构架为Boa服务器4、CGIC标准库5和MiniSQL嵌入式数据库6，Web监控层3将Web功能层2提交的信息通过Boa服务器4和CGIC标准库5发布在Web界面上，并将运行数据保存在MiniSQL嵌入式数据库6内，使用Web界面7通过Boa服务器4、CGIC标准库5向下发送Web功能层命令和MiniSQL嵌入式数据库6参数修改。
实施例2：在实施例1所述的结构基础上，如图2和图4所示，Web功能层2和Web监控层3的载体包括监控平台9和监控设备10，监控平台9包括测量装置11、遥信变位继电器12、信息获取I/O模块13、CPU模块14、通讯I/O模块15和存储模块16，信息获取I/O模块13包括模拟量处理模块和数字量处理模块，测量装置11、遥信变位继电器12的输出端分别通过模拟量处理模块和数字量处理模块将其信号处理后发送给CPU模块14进行处理，CPU模块14将需要记录的信息记录在集成在存储模块16中的MiniSQL嵌入式数据库6中，CPU模块14通过通讯I/O模块15与外界进行通讯，Boa服务器4和CGIC标准库5程序安装在存储模块16中，CPU模块14使用Boa服务器4和CGIC标准库5程序通过通讯I/O模块15接入互联网，CPU模块14采用ARM嵌入式架构，包括处理数字信号的DSP，进行数据计算的MCU，以及大规模可编程逻辑阵列FPGA。监控设备10为接入互联网的移动智能终端或计算机，通过IP地址与监控平台9对接并进行监控。
实施例3：在实施例2所述的结构基础上，如图3所示，监控设备10通过Web界面7输入IP地址与监控平台9连接后，首先会进入登陆界面8，经键入用户名和密码匹配后方可进入观看数据。
实施例4：在实施例3所述的结构基础上，用户可以通过Web界面7设置浏览权限，通过IP地址与监控平台9对接后，仅可以关开权限外数据，权限内数据需要键入用户名和密码匹配后方可观看。

Claims (5)

1.一种基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，其特征在于，包括以下部件：
物理设备层：物理设备层(1)包括并网点的隔离开关、断路器和控制设备，控制设备连接到隔离开关和断路器的电动操作接点，实现对断路器和隔离开关的自动控制和远程控制；
Web功能层：Web功能层(2)包括测量线路实时状态参数的测量单元；对控制设备下发动作控制命令的控制单元；提供并网点的运行保护信息的保护单元；计量分布式电源发电量的计量单元；监测各部分是否正常运行的状态监测单元；记录事件发生顺序的事件顺序记录单元；在发生故障时，记录故障波形的故障录波单元；在主网故障时将分布式电源进行切除的孤岛检测单元；
Web监控层：Web监控层(3)构架为Boa服务器(4)、CGIC标准库(5)和MiniSQL嵌入式数据库(6)；Web监控层(3)将Web功能层(2)提交的信息通过Boa服务器(4)和CGIC标准库(5)发布在Web界面(7)上，并将运行数据保存在MiniSQL嵌入式数据库(6)内；使用Web界面(7)通过Boa服务器(4)、CGIC标准库(5)向下发送Web功能层(2)命令和MiniSQL嵌入式数据库(6)参数修改。
2.根据权利要求1所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，其特征在于，Web功能层(2)和Web监控层(3)的载体包括监控平台(9)和监控设备(10)；监控平台(9)包括测量装置(11)、遥信变位继电器(12)、信息获取I/O模块(13)、CPU模块(14)、通讯I/O模块(15)和存储模块(16)，信息获取I/O模块(13)包括模拟量处理模块和数字量处理模块，测量装置(11)、遥信变位继电器(12)的输出端分别通过模拟量处理模块和数字量处理模块将其信号处理后发送给CPU模块(14)进行处理，CPU模块(14)将需要记录的信息记录在集成在存储模块(16)中的MiniSQL嵌入式数据库(6)中，CPU模块(14)通过通讯I/O模块(15)与外界进行通讯，Boa服务器(4)和CGIC标准库(5)程序安装在存储模块(16)中，CPU模块(14)使用Boa服务器(4)和CGIC标准库(5)程序通过通讯I/O模块(15)接入互联网；监控设备(10)为接入互联网的移动智能终端或计算机，通过IP地址与监控平台(9)对接并进行监控。
3.根据权利要求2所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，其特征在于，CPU模块(14)采用ARM嵌入式架构，包括处理数字信号的DSP，进行数据计算的MCU，以及大规模可编程逻辑阵列FPGA。
4.根据权利要求2所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，其特征在于，监控设备(10)通过Web界面(7)输入IP地址与监控平台(9)连接后，首先会进入登陆界面(8)，经键入用户名和密码匹配后方可进入观看数据。
5.根据权利要求1所述的基于B/S架构的分布式电源并网监控系统，其特征在于，用户可以通过Web界面(7)设置浏览权限，通过IP地址与监控平台(9)对接后，仅可以关开权限外数据，权限内数据需要键入用户名和密码匹配后方可观看。
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