CN105591469A - 一种社区微网分布式控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微网控制技术，具体地说，是一种社区微电网分布式控制系统；包括依次相连的单元控制系统、园区管理系统、数据服务器系统和网络服务系统；其中：单元监控系统：负责对现场设备进行实时监控；园区管理系统：负责整个园区微电网的协调控制与运行优化；数据服务系统：负责系统的数据存储、管理与维护；网络服务系统：负责与外网进行数据通信并保证系统的网络安全；本发明能够实现：全面监控功能；区域运行控制功能；冗余功能；故障检测与保护功能；功率平衡控制功能；还可实现智慧社区微电网管理控制和智能楼宇用电需求侧控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种微网控制技术，具体地说，是一种社区微电网分布式控制系统。
背景技术
目前无论国际还是国内都没有成熟的微电网的智能控制系统产品，基本都是在原有大电网控制系统或过程控制系统，如通用的现场总线控制系统、DCS和PLC控制系统的的基础上进行改进形成的示范系统，而适合微电网控制的智能控释与优化算法基本上还处于研究阶段。我方根据微电网实现智能控制的需求，在自主研发的DLCS3000e、实时数据库、数字化电厂优化控制系统、能源管理平台、远程数据采集安全终端、企业信息管理系统、智能管控系统等产品的基础上优势整合出具有国内领先水平的社区微网分布式控制系统。智能微电网就是将可再生能源发电技术（光伏发电、风力发电、生物质能、潮汐能等）、智能能量管控系统和智能直流输、配、储电基础设施以及智能直流负载形成的新型社区用户需求侧直流电网，它具有提高分布式能源效率、提高供电的安全性和可靠性、减少交流逆变的电能损耗、减小对环境的影响、实现区域内用户用电自给等多种优点。
发明内容
本发明为了实现以上的技术效果，提供一种可以在社区进行分布式控制的微网控制器。
以下是具体技术方案：一种社区微网分布式控制系统，包括依次相连的单元控制系统、园区管理系统、数据服务器系统和网络服务系统；其中：单元监控系统：负责对现场设备进行实时监控；园区管理系统：负责整个园区微电网的协调控制与运行优化；数据服务系统：负责系统的数据存储、管理与维护；网络服务系统：负责与外网进行数据通信并保证系统的网络安全；
其中所述的网络服务系统包括外部网络系统和无线通讯系统，所述的数据服务系统包括数据服务器、执行终端和交换机，所述的园区管理系统包括设备监控与管理设备、能源管理系统和视频服务器，所述的单元监控系统包括监控模块和视频监控设备；
其中无线通讯系统与外部网络系统分别与数据服务器通过单向数据连接桥相连接，其中数据服务器通过工业以太网与视频服务器、能源管理系统相连接，其中视频服务器通过工业以太网与监控设备相连接；其中数据服务系统中的执行终端与交换器通过工业以太网与设备监控与管理系统、能源管理系统、视频服务器相连接；其中单元监控系统中的监控模块将检测到的数据上传至工业以太网。
进一步的，监控模块包括光伏监控模块、风电监控模块、CHP监控模块、地源热泵监控模块、燃气锅炉模块、储能监控模块，其中个监控模块将采集到的数据通过工业以太网上传至能源管理系统中并保存。
进一步的，视频监控设备包括视频与图像采集设备、视屏分配器、硬盘录像机、监视器、显示墙，其中各个设备将采集到的视频与图像数据通过工业以太网上传至视频服务器中。
进一步的，外部网络系统包括外部网络服务器与网站管理计算机，其中外部网络服务器与网络信息计算机通过TPC/IP架构相连接；所述的无线通讯系统包括无线通讯服务器和智能终端，其中智能终端包括智能手机、笔记本电脑，其中无线通讯服务器通过GPRS/3G传输模式与智能手机相连接，通过WI-FI传输模式与笔记本电脑相连接。
进一步的，外部网络服务器通过TPC/IP通信构架并通过单向数据桥接器与数据服务器相连接；所述的无线通讯服务器通过TPC/IP通信模式并通过单向数据桥接器与数据服务器相连接。
进一步的，能量管理系统为一种通过负荷与发电功率预测算法和运行优化调度算法对控制系统进行优化的系统。
进一步的，负荷预测包括基于模糊模型的短期负荷预测方法，其中模糊模型包括输入数据和输出数据，其中输入数据包括天气类型、日类型、气温、当前月份和最近时间段的历史负荷数据，输出数据包括一天中各小时的负荷。
进一步的，所述的发电功率预测包括基于模糊模型的RBF神经网络预测算法，其中模型包括输入数据和输出数据，其中输入数据包括每小时的太阳辐射量、环境温度、云量、风速和当前月份以及最近一段时间的历史发电功率数据，模型的输出数据包括一天中各小时的光伏、风力系统发电功率。
进一步的，运行优化模型为以一天为调度周期，一小时为最小时间单位，基于电价数据、负荷预测数据和发电功率预测数据的优化模型。
进一步的，控制系统中各网关使用的通信协议为IEEE1888通信协议。
有益效果：本发明一种社区微网分布式控制系统能够实现：全面监控功能；区域运行控制功能；冗余功能；故障检测与保护功能；功率平衡控制功能；还可实现智慧社区微电网管理控制和智能楼宇用电需求侧控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进一步的描述。
根据图1可知，一种社区微网分布式控制系统，包括依次相连的单元控制系统、园区管理系统、数据服务器系统和网络服务系统；其中：单元监控系统：负责对现场设备进行实时监控；园区管理系统：负责整个园区微电网的协调控制与运行优化；数据服务系统：负责系统的数据存储、管理与维护；网络服务系统：负责与外网进行数据通信并保证系统的网络安全；
其中所述的网络服务系统包括外部网络系统和无线通讯系统，所述的数据服务系统包括数据服务器、执行终端和交换机，所述的园区管理系统包括设备监控与管理设备、能源管理系统和视频服务器，所述的单元监控系统包括监控模块和视频监控设备；
其中无线通讯系统与外部网络系统分别与数据服务器通过单向数据连接桥相连接，其中数据服务器通过工业以太网与视频服务器、能源管理系统相连接，其中视频服务器通过工业以太网与监控设备相连接；其中数据服务系统中的执行终端与交换器通过工业以太网与设备监控与管理系统、能源管理系统、视频服务器相连接；其中单元监控系统中的监控模块将检测到的数据上传至工业以太网。
根据图1，监控模块包括光伏监控模块、风电监控模块、CHP监控模块、地源热泵监控模块、燃气锅炉模块、储能监控模块，其中个监控模块将采集到的数据通过工业以太网上传至能源管理系统中并保存。
根据图1，视频监控设备包括视频与图像采集设备、视屏分配器、硬盘录像机、监视器、显示墙，其中各个设备将采集到的视频与图像数据通过工业以太网上传至视频服务器中。
根据图1，外部网络系统包括外部网络服务器与网站管理计算机，其中外部网络服务器与网络信息计算机通过TPC/IP架构相连接；所述的无线通讯系统包括无线通讯服务器和智能终端，其中智能终端包括智能手机、笔记本电脑，其中无线通讯服务器通过GPRS/3G传输模式与智能手机相连接，通过WI-FI传输模式与笔记本电脑相连接。
根据图1，外部网络服务器通过TPC/IP通信构架并通过单向数据桥接器与数据服务器相连接；所述的无线通讯服务器通过TPC/IP通信模式并通过单向数据桥接器与数据服务器相连接。
其中的能量管理系统为一种通过负荷与发电功率预测算法和运行优化调度算法对控制系统进行优化的系统，其中负荷预测包括基于模糊模型的短期负荷预测方法，对于负荷预测，考虑到居民的生活习惯通常较为固定，在相同的季节、相同的天气条件和相同的日类型（工作日或节假日）下，同一用户的负荷情况基本相同。故结合历史经验，采用基于模糊模型的短期负荷预测方法。模型输入包括天气类型、日类型、气温、当前月份和最近一段时间的历史负荷，模型输出为一天中各小时负荷。而模糊规则的生成、影响因素的选取和隶属度的确定均采用正交最小二乘法从历史负荷数据中直接获取，使模型的复杂程度大为降低。最后，将预测值与真实值进行对比分析，得到预测方法的平均相对误差、误差范围、以及预测误差的概率分布，以此对预测算法进行持续改进。对于发电功率预测，采用RBF神经网络预测算法。模型的输入包括每小时的太阳辐射量、环境温度、云量、风速、当前月份和最近一段时间的历史发电功率数据，模型的输出为一天中各小时的光伏、风力系统发电功率。对于不同的天气类型，光伏与风电输出功率相差较大。因此，按照天气类型，将单一的神经网络转换为不同的子模型进行设计，既加快了模型的训练速度，又提高了预测精度。运行优化模型则以一天为调度周期，一小时为最小时间单位，基于电价政策、负荷预测和发电功率预测，以经济效益和环境效益最优为目标，建立优化模型。以安排各小时的调度计划，调整可控机组出力、储能装置充放电功率和公共电网交互功率。为保证系统运行的安全可靠性，模型考虑电功率平衡约束、热功率平衡约束、电网功率交互约束、可控机组功率约束、储能装置充放电功率约束、充放电电流约束、荷电状态约束和调度周期内充放电次数约束。同时，针对现场工况的实时变化与突发事件的发生，本项目采用滚动优化机制，根据实际情况不断调整运行计划，提高了运行优化算法的适应性。
控制系统中各网关使用的通信协议为IEEE1888通信协议。IEEE1888通信协议是基于多协议网关的全IP架构，兼容主流工业控制总线系统以及多种无线接入技术，具有开放的体系架构，基于广域TCP/IP网络进行信息传输，该协议统一了平台与设备之间的通信协议和数据格式，智能微电网控制系统利用本协议实现了用户终端的可视化界面，并可以实时获取数据信息。
针对不同的应用情况，社区微网分布式控制系统细分出了社区/建筑内智能直流微电网控制系统，形成了系列产品，扩大应用领域；其关键技术主要包括：
1自适应技术
通过对感知、控制、用电智能终端的技术提升与有效管理，实现整个微网区域用电过程的节能优化运行，同时又可以为本地电网准确提供用能量供需水平，通过储电、控制装置，调节使用清洁能源的利用率和使用水平，逐步实现淘汰微网区域内的高污染的发电方式。比如，可以通过对环境、气象大数据的分析预测和现场实时数据感知，智能用户终端和储能系统能够提前预知智能微电网系统中发电部分的输出波动，在不影响本“微”网区域内生产生活的情况下，自动调整工作状态，实现整个“微”电网独立稳定的运行。
2图形化组态技术
采用图形化组态，利用状态空间、模糊控制、神经元算法等，支持客户自定义专用模块，并且提供用户在线组态功能：支持在线修改组态，可在设备运行情况下修改，并可及时生效而不影响其它设备。并设计了支持在线自诊断功能，可实时反馈组成智能微电网的各个控制点的状态等。
3多智能体系的分布式协调控制技术
在社区微电网架构中，存在多智能体系统，分布式协同控制技术是社区智能微网运行稳定的保障，通过对智能微电网运行中发电、输电、配电、用电、储电、调度、预约用能等环节进行协调、优化，实现整个微电网的智能化。从而实现区域内的可再生能源在区域内最大限度的利用，可有效减少线路损耗，实现削峰填谷，降低用能成本。
Claims (10)
1.一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，包括依次相连的单元控制系统、园区管理系统、数据服务器系统和网络服务系统；其中：
单元监控系统：负责对现场设备进行实时监控；
园区管理系统：负责整个园区微电网的协调控制与运行优化；
数据服务系统：负责系统的数据存储、管理与维护；
网络服务系统：负责与外网进行数据通信并保证系统的网络安全；
其中所述的网络服务系统包括外部网络系统和无线通讯系统，所述的数据服务系统包括数据服务器、执行终端和交换机，所述的园区管理系统包括设备监控与管理设备、能源管理系统和视频服务器，所述的单元监控系统包括监控模块和视频监控设备；
其中无线通讯系统与外部网络系统分别与数据服务器通过单向数据连接桥相连接，其中数据服务器通过工业以太网与视频服务器、能源管理系统相连接，其中视频服务器通过工业以太网与监控设备相连接；其中数据服务系统中的执行终端与交换器通过工业以太网与设备监控与管理系统、能源管理系统、视频服务器相连接；其中单元监控系统中的监控模块将检测到的数据上传至工业以太网。
2.根据权利要求1所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的监控模块包括光伏监控模块、风电监控模块、CHP监控模块、地源热泵监控模块、燃气锅炉模块、储能监控模块，其中个监控模块将采集到的数据通过工业以太网上传至能源管理系统中并保存。
3.根据权利要求1所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的视频监控设备包括视频与图像采集设备、视屏分配器、硬盘录像机、监视器、显示墙，其中各个设备将采集到的视频与图像数据通过工业以太网上传至视频服务器中。
4.根据权利要求1所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的外部网络系统包括外部网络服务器与网站管理计算机，其中外部网络服务器与网络信息计算机通过TPC/IP架构相连接；所述的无线通讯系统包括无线通讯服务器和智能终端，其中智能终端包括智能手机、笔记本电脑，其中无线通讯服务器通过GPRS/3G传输模式与智能手机相连接，通过WI-FI传输模式与笔记本电脑相连接。
5.根据权利要求1或4所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的外部网络服务器通过TPC/IP通信构架并通过单向数据桥接器与数据服务器相连接；所述的无线通讯服务器通过TPC/IP通信模式并通过单向数据桥接器与数据服务器相连接。
6.根据权利要求1所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的能量管理系统为一种通过负荷与发电功率预测算法和运行优化调度算法对控制系统进行优化的系统。
7.根据权利要求6所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的负荷预测包括基于模糊模型的短期负荷预测方法，其中模糊模型包括输入数据和输出数据，其中输入数据包括天气类型、日类型、气温、当前月份和最近时间段的历史负荷数据，输出数据包括一天中各小时的负荷。
8.根据权利要求6所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的所述的发电功率预测包括基于模糊模型的RBF神经网络预测算法，其中模型包括输入数据和输出数据，其中输入数据包括每小时的太阳辐射量、环境温度、云量、风速和当前月份以及最近一段时间的历史发电功率数据，模型的输出数据包括一天中各小时的光伏、风力系统发电功率。
9.根据权利要求6所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的运行优化模型为以一天为调度周期，一小时为最小时间单位，基于电价数据、负荷预测数据和发电功率预测数据的优化模型。
10.根据权利要求1所述的一种社区微网分布式控制系统，其特征在于，所述的控制系统中各网关使用的通信协议为IEEE1888通信协议。
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Denomination of invention: Community microgrid distributed control system Effective date of registration: 20200522 Granted publication date: 20190319 Pledgee: Bank of Tai'an Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: JINAN DALU MECHANISM & ELECTRON Co.,Ltd. Registration number: Y2020370000085 |
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Denomination of invention: A community microgrid distributed control system Effective date of registration: 20210715 Granted publication date: 20190319 Pledgee: Bank of Tai'an Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: JINAN DALU MECHANISM & ELECTRON Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000087 |
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