CN111736573B - 一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统 - Google Patents

一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，由监测模块、交换机、微电网模拟模块和中央控制器组成。其中，监控系统用于对微电网模拟模块中的分布式电源、负荷、开关的运行状态进行监测；通讯管理机用于提供监测模块、中央控制器和微电网模拟模块间的信息交互接口；中央控制器用于对微电网模拟模块的协调控制与稳定运行；微电网模拟模块用于实现对微电网系统中各分布式电源、负荷、开关等的数值模拟。本发明提供的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，可快速搭建适用于实际微电网通讯协议和拓扑结构的微电网模拟模块，用于微电网中央控制器控制策略的闭环测试与验证，具有较好的可拓展性。

Description

一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，具体地说，涉及一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统。
背景技术
随着化石能源日益消耗和环境保护意识的增强，可再生能源得到了广泛关注。随着可再生能源技术的快速发展，可再生能源并网运行的规模日益增大。由于可再生能源的随机性、波动性等特点，其规模化并网对电网的安全运行带来不利影响。微电网作为一种能源利用形式，可将分布式电源、储能、负荷等组合成一个独立的供电系统，可减少可再生能源并网对电网的不利影响，一经提出就得到了广泛关注。由于微电网系统内包含分布式电源、储能、负荷等设备，为实现微电网的安全、稳定运行，需要对分布式电源、储能和负荷进行协调控制，设计稳定可靠的协调控制策略非常关键。
微电网中央控制器作为微电网控制系统的核心设备，其协调控制策略的有效性需要通过不同工况测试进行确认，但在实际中采用真实硬件设备搭建微电网来测试不同工况下微电网中央控制器策略的有效性代价昂贵，其会使得开发周期变长，简单可行微电网中央控制器闭环测试的模拟系统的开发变得十分必要。目前常用的微电网中央控制器控制策略测试方法主要包含纯仿真环境下的测试方法、半实物仿真环境下的测试方法；纯仿真环境下的测试方法只是包含控制功能测试，未能结合通信模块与中央控制器进行联调；而半实物仿真环境下如结合RT-Lab或RTDS的仿真测试方法虽然可较好实现闭环测试，但所需硬件费用高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，用于微电网中央控制器的闭环测试，验证其控制策略的有效性。
本发明公开了一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，包括：监测模块、通信管理机、微电网模拟模块和中央控制器；其中，
监测模块连接微电网模拟模块，用于对微电网模拟模块的运行状态进行监测；
通讯管理机，用于提供监测模块、中央控制器和微电网模拟模块间的信息交互接口；
微电网模拟模块，用于实现对微电网系统中各分布式电源、负荷、开关进行数值模拟，同时，根据中央控制器和监测模块的数据要求，实现微电网模拟模块运行数据的上传及中央控制器的控制指令下发的数据通信处理功能；
中央控制器，基于采集的微电网模拟模块的运行数据，根据内嵌的控制策略，实现对微电网模拟模块的协调控制与稳定运行。
其中，监测模块包括数据库单元、设备监测单元、事件记录和曲线报表单元；其中，
设备监测单元用于对微电网模拟模块中的分布式电源、负荷、开关的运行状态进行监测；
数据库单元用于对微电网模拟模块中的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据进行存储；
事件记录和曲线报表单元用于根据数据库单元中存储的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据，生成事件记录和曲线报表。
其中，通讯管理机支持网口或串口的通信物理接口，用于实现监测模块、中央控制器和微电网模拟模块间的通讯连接。
其中，微电网模拟模块包括微电网仿真模型数值模拟部分和数据通讯处理部分，基于Python编程语言编写，采用不同的进程分别管理微电网仿真模型数值模拟部分和数据通讯处理部分。
其中，微电网仿真模型数值模拟部分根据数学模型搭建，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关和配电网模型的搭建；数据通讯部分根据通讯点表配置情况，采用modbus_tk模块进行模拟，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关的通讯从机的模拟。
其中，微电网模拟模块运行数据的获取是由中央控制器采用轮询方式对所模拟的通讯从机通讯来获得；中央控制器的控制指令的下发是由中央控制器对模拟的通讯从机的写操作来实现。
其中，中央控制器内嵌的控制策略包括并网控制策略和离网控制策略；并网控制策略包括联络线功率控制、新能源就地消纳控制和并网经济运行控制策略；离网控制策略为离网能量平衡控制策略。
区别于现有技术，本发明的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，基于Python编程语言开发，基于数据模型建立微电网及其底层设备模型，并对底层设备的通讯模块进行了模拟，微电网中央控制器通过网口或串口与所搭建模拟系统进行通讯，可实现对微电网中央控制器策略的闭环测试。通过本发明，能够搭建适合于实际需求的微电网模拟模块，进行微电网中央控制器控制策略的开发，并通过微电网模拟模块进行各种工况模拟，完成不同工况下微电网中央控制器的控制策略验证与闭环测试，缩短微电网控制系统的开发周期，进而获得较大效益。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统的结构示意图。
图2是本发明的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统的框架示意图。
图3是本发明的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统的实施案例中的微电网框架图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参考图1和图2，本发明公开了一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，包括：监测模块1、通信管理机2、微电网模拟模块3和中央控制器4；其中，
监测模块1连接微电网模拟模块3，用于对微电网模拟模块3的运行状态进行监测；
通讯管理机2，用于提供监测模块1、中央控制器4和微电网模拟模块3间的信息交互接口；
微电网模拟模块3，用于实现对微电网系统中各分布式电源、负荷、开关进行数值模拟，同时，根据中央控制器4和监测模块1的数据要求，实现微电网模拟模块3运行数据的上传及中央控制器4的控制指令下发的数据通信处理功能；
中央控制器4，基于采集的微电网模拟模块3的运行数据，根据内嵌的控制策略，实现对微电网模拟模块3的协调控制与稳定运行。
具体的，微电网模拟模块3具备对微电网系统中各分布式电源、负荷、开关进行数值模拟，运行过程中产生分布式电源、负荷、开关的运行数据，监测模块1连接至微电网模拟模块3，对微电网模拟模块3产生的运行数据进行采集、存储及监测；通讯管理机2连接于微电网模拟模块3和监测模块1之间，以进行数据交互及传输；如果微电网模拟模块3和监测模块1之间数据格式无法直接传输时，通讯管理器2还用于数据转换。同时通讯管理器2和连接于微电网模拟模块3和中央控制器4之间，以进行数据交互传输，必要时进行数据转换。中央控制器4则接收监测模块1采集的运行数据，并根据运行数据结合内嵌的控制策略，对微电网模拟模块3的运行状态进行协调控制。
其中，监测模块1包括数据库单元11、设备监测单元12、事件记录和曲线报表单元13；其中，
设备监测单元12直接通过通讯管理器2连接微电网模拟模块3，用于对微电网模拟模块3中的分布式电源、负荷、开关的运行状态进行监测；其中还包括对微电网模拟模块3的运行数据进行采集的步骤。
数据库单元11用于对微电网模拟模块3中的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据进行存储；数据库单元11连接设备监测单元12，将设备监测单元12采集的微电网模拟模块3的运行数据进行存储。
事件记录和曲线报表单元13用于根据数据库单元11中存储的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据，生成事件记录和曲线报表。在具体实施过程中，事件记录和曲线报表单元13可直接使用数据库自身功能，将导入数据库进行存储的运行数据进行分类整理，生成事件记录表格及曲线报表，直观显示微电网模拟模块3中的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据的变化情况，以供后续的中央控制器4结合事件记录表格及曲线报表进行调整控制。
其中，通讯管理机2支持网口或串口的通信物理接口，用于实现监测模块1、中央控制器4和微电网模拟模块3间的通讯连接。具体的，通讯管理器2连接于监测模块1和微电网模拟模块3之间，以对微电网模拟模块3进行运行数据监测和采集；此外，通讯管理器2还连接于监测模块1和中央控制器4之间，将监测模块1将运行数据生成表格及报表后，传输到中央控制器4进行后续的调整控制。
微电网模拟模块3包括微电网仿真模型数值模拟部分和数据通讯处理部分，基于Python编程语言编写，采用不同的进程分别管理微电网仿真模型数值模拟部分和数据通讯处理部分。
其中，微电网仿真模型数值模拟部分根据数学模型搭建，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关和配电网模型的搭建；数据通讯部分根据通讯点表配置情况，采用modbus_tk模块进行模拟，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关的通讯从机的模拟。
具体的，微电网模拟模块3运行数据的获取是由中央控制器4采用轮询方式对所模拟的通讯从机通讯来获得；中央控制器4的控制指令的下发是由中央控制器4对模拟的通讯从机的写操作来实现。中央控制器4控制监测模块1的设备监测单元12轮询每一通讯从机，在其中一个或多个通讯从机连接的模拟设备产生运行数据时，中央控制器4控制获取微电网仿真模型数值模拟部分的各类模型产生的运行数据。
监测模块1的设备监测单元12直接与微电网模拟模块3中搭建的数据通讯部分的通讯从机进行连接，通过与不同类型的通讯从机的连接，从而实现与对应的设备模拟模型的连接，当微电网模拟模块3运行时，其微电网仿真模型数值模拟部分构建的光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关和配电网模型产生运行数据，然后其运行数据通过对应的通讯从机传输至监测模块1，具体是通过设备监测单元12采集和传输，然后在数据库模块11中进行存储，然后由事件记录和曲线报表单元13根据数据库单元11中存储的运行数据类型生成对应事件记录和报表曲线，进一步存储于数据库单元11的数据库中。
请参考图3，微电网仿真模型根据数学模型搭建，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关和配电网等模型。数据通讯部分根据通讯点表配置情况，采用modbus_tk模块创建modbus_tcp从机，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关等通讯从机。微电网仿真模型中的各类模型和数据通讯部分的通讯从机是一一对应的，对于存在同一类型的仿真模型存在多个数量的情况时，根据实际情况设定对应通讯从机的数量：若仿真模型对应的单一设备数据量较小时，可将多个同类的设备的仿真模型产生的运行数据发送至同一通讯从机；若仿真模块对应的单一设备数据量较大时，针对每一设备搭建其对应的通讯从机，并将对应数据通过通讯从机发送。具体到仿真模型设备中时，开关、负荷之类的仿真模型数据量较小，多个设备可对应使用同一通讯从机，其余数据量较大的仿真设备，单独构建使用通讯从机。本发明中，因为微电网模拟模块3是在电脑上仿真的，内部各设备部件是通过电脑软件构建的模型，为保证数据传输准确，针对每一仿真设备构建对应的通讯从机。
中央控制器4内嵌的控制策略包括并网控制策略和离网控制策略；并网控制策略包括联络线功率控制、新能源就地消纳控制和并网经济运行控制等策略；离网控制策略为离网能量平衡控制策略。中央控制器4采用可编程逻辑控制器PLC实现，控制策略采用结构化文本语言ST编写；通过中央控制器4控制策略，可实现微电网的安全、稳定、协调控制。
本发明公开的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统的有益效果是：通过所提的一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，可搭建适合于实际需求的微电网模拟模块，进行微电网中央控制器控制策略的开发，并通过微电网模拟模块进行各种工况模拟，完成不同工况下微电网中央控制器的控制策略验证与闭环测试，缩短微电网控制系统的开发周期，进而获得较大效益。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，其特征在于，包括：监测模块、通讯管理机、微电网模拟模块和中央控制器；其中，
所述监测模块连接微电网模拟模块，用于对微电网模拟模块的运行状态进行监测；
所述通讯管理机，用于提供监测模块、中央控制器和微电网模拟模块间的信息交互接口；
所述微电网模拟模块，用于实现对微电网系统中各分布式电源、负荷、开关进行数值模拟，同时，根据中央控制器和监测模块的数据要求，实现微电网模拟模块运行数据的上传及中央控制器的控制指令下发的数据通信处理功能；
所述中央控制器，基于采集的微电网模拟模块的运行数据，根据内嵌的控制策略，实现对微电网模拟模块的协调控制与稳定运行；
所述微电网模拟模块包括微电网仿真模型数值模拟部分和数据通讯处理部分；所述微电网仿真模型数值模拟部分根据数学模型搭建，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关和配电网模型的搭建；数据通讯部分根据通讯点表配置情况，采用modbus_tk模块进行模拟，包括光伏发电系统、储能系统、充电桩、负荷、AC/DC变换器、开关的通讯从机的模拟；
微电网仿真模型中的各类模型和数据通讯部分的通讯从机是一一对应的。
2.根据权利要求1所述的适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，其特征在于，所述监测模块包括数据库单元、设备监测单元、事件记录和曲线报表单元；其中，
设备监测单元用于对微电网模拟模块中的分布式电源、负荷、开关的运行状态进行监测；
数据库单元用于对微电网模拟模块中的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据进行存储；
事件记录和曲线报表单元用于根据数据库单元中存储的分布式电源、负荷、开关的运行状态数据，生成事件记录和曲线报表。
3.根据权利要求1所述的适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，其特征在于，所述通讯管理机支持网口或串口的通信物理接口，用于实现监测模块、中央控制器和微电网模拟模块间的通讯连接。
4.根据权利要求3所述的适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，其特征在于，所述微电网模拟模块运行数据的获取是由中央控制器采用轮询方式对所模拟的通讯从机通讯来获得；所述中央控制器的控制指令的下发是由中央控制器对模拟的通讯从机的写操作来实现。
5.根据权利要求1所述的适用于微电网中央控制器闭环测试的模拟系统，其特征在于，所述中央控制器内嵌的控制策略包括并网控制策略和离网控制策略；所述并网控制策略包括联络线功率控制、新能源就地消纳控制和并网经济运行控制策略；所述离网控制策略为离网能量平衡控制策略。
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Denomination of invention: A simulation system suitable for closed-loop testing of central controllers in microgrids

Effective date of registration: 20230619

Granted publication date: 20220329

Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Shenzhen branch

Pledgor: Qingke Youneng (Shenzhen) Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980044471

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