CN112637311B - 一种基于iec61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法 - Google Patents

一种基于iec61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法，包括步骤1，对储能系统中的智能终端IED进行功能分解，输出功能模型；步骤2，根据所述功能模型输出各功能模型交互信息；步骤3，根据所述各功能模型交互信息建立智能终端IED的信息模型；步骤4，根据所述信息模型生成配置描述文件；步骤5，智能终端IED载入配置描述文件，储能装置和综合能源体系通过智能终端IED进行信息交互。本发明提出的方法与现有技术相比更为简洁、直观，便于现场部署人员理解和使用，可用于综合能源场景下对储能系统控制的大规模应用；能够有效控制储能装置资源，实现降低用户用能成本、提升能源使用效率、优化能源消费结构等综合经济效益。

Description

一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法
技术领域
本发明属于电力系统自动化与分布式发电领域，尤其涉及一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法。
背景技术
随着城镇化和电气化水平的不断提高，人们对能源的需求越来越大，同时，能源的清洁高效利用是实现绿色可持续发展的必然要求。随着分布式可再生能源(DistributedEnergy Resources，DER)的渗透率不断提高，储能系统已经成为解决分布式可再生能源DER快速增长和变化的一种解决方案，储能系统的安装需求及应用场景急速增长，储能系统包括智能终端IED、储能变流器和储能装置，对储能系统装置的有效调控和配置成为综合能源开展有功、无功综合控制及开展需求相应实践的重要途径。综合能源体系包含综合能源控制中心，用于与储能系统通信，当前由于综合能源控制中心与储能系统的通信缺乏统一标准。
已有的储能装置与综合能源控制中心的通信及控制通用接口设计方法都是简单的单一信息控制，尚未有统一的通信标准和接口设计方法对其进行统一调控，储能系统在综合能源体系下难以进行统一的通信互动。各类针对储能变流器智能控制的实现是通过对特定产系统或产品定制化开发的方式完成，这种方式不但效率低下，而且设备互换性、互操作性差，难以实现大规模应用。因此，如何设计一个更为通用、便于理解和实现的储能系统和综合能源控制中心的通信方法是需要解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法，包括如下步骤：
步骤1，对储能系统中的智能终端IED进行功能分解，输出功能模型；所述储能系统位于IEC61850标准中的间隔层，智能终端IED能够向综合能源体系下的综合能源控制中心上报储能装置运行工况，所述综合能源控制中心位于IEC61850标准中的站控层，所述综合能源控制中心根据运行工况，向智能终端IED下发控制指令，智能终端IED通过储能变流器对储能装置进行控制；
步骤2，根据所述功能模型输出各功能模型交互信息；
步骤3，根据所述各功能模型交互信息建立智能终端IED的信息模型；
步骤4，根据所述信息模型生成配置描述文件；
步骤5，智能终端IED载入配置描述文件，储能装置和综合能源体系通过智能终端IED进行信息交互。
在一种实现方式中，所述步骤1中输出的功能模型包括一次设备功能模型和二次设备功能模型，所述二次设备功能模型包括控制功能模型、测试功能模型和保护功能模型。
在一种实现方式中，所述步骤2中各功能模型交互信息包括储能控制器信息、蓄电池系统信息、直流开关断路器信息、保护功能信息、测量信息和储能变流器信息；
所述储能控制器信息包括储能系统的类型、电气特性、手动/自动运行方式、本地/远程控制方式和监视控制功能信息；
所述蓄电池系统信息包括蓄电池组特性以及蓄电池充电工作特性；
所述直流开关断路器信息包括直流开关连接直流变换器与蓄电池系统的功率主电路以及断路器与储能系统、电网、其他分布式可再生能源DER及负荷之间的连接；
所述保护功能信息包括电网的过压、欠压、过频和欠频保护信息；
所述测量信息包括直流侧电压电流、交流侧电压电流、温度测量、热量测量以及储能系统统计和历史数据信息。
在一种实现方式中，所述步骤3包括：
步骤3.1，依据IEC61850-7-420标准，将所述步骤2输出的各功能模型交互信息中的每个具体功能抽象为一个逻辑节点LN和逻辑节点LN对应的通信服务；
步骤3.2，依据IEC61850-7-420标准，对所述步骤2输出的各功能模型交互信息构建逻辑设备LD；所述逻辑设备LD包括储能控制器逻辑设备、蓄电池系统逻辑设备、直流开关逻辑设备、并网断路器逻辑设备、并网变压器逻辑设备、保护功能逻辑设备、测量功能逻辑设备、环境管理逻辑设备、储能逆变器逻辑设备和电气连接点ECP(Electrical ConnectionPoint)逻辑设备；
步骤3.3，将步骤3.1中的逻辑节点LN根据功能划分到步骤3.2中对应的逻辑设备LD中，
所述储能控制器逻辑设备中包括逻辑节点DRCT、DRCS、DRCC和FSEQ；
所述蓄电池系统逻辑设备中包括逻辑节点ZBAT和ZBTC；
所述直流开关逻辑设备中包括逻辑节点CSWI、XSWI和XFUS；
所述并网断路器逻辑设备中包括逻辑节点CSWI和XCBR；
所述并网变压器逻辑设备中包括逻辑节点YLTC、YPSH和MMXU；
所述保护功能逻辑设备中包括逻辑节点PTUF、PTOF、PTUV和PTOV；
所述测量功能逻辑设备中包括逻辑节点MMTR；
所述环境管理逻辑设备中包括逻辑节点STMP和MHET；
所述储能逆变器逻辑设备中包括逻辑节点ZRCT和ZINV；
所述电气连接点ECP逻辑设备中包括逻辑节点DCRP、DOPR、DOPA、DPST、DCCT、DSCC、DSCH、CSWI、XCBR和MMXU；
步骤3.4，建立各逻辑节点的数据模型，所述数据模型包括逻辑节点的数据对象DO以及数据属性DA。
在一种实现方式中，所述步骤4包括：
步骤4.1，应用储能装置制造厂商所提供的智能终端配置工具将所有逻辑节点转换为符合工程实施规范的智能终端能力描述文件ICD；智能终端能力描述文件ICD采用变电站配置描述语言SCL实现，语义上包含智能终端配置所需要的各类对象，配置好的智能终端能力描述文件ICD主要包含服务器Server、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性，其中，服务器Server主要指示SCSM服务映射MMS的具体功能，站控层综合能源控制中心通过MMS实现与智能终端的数据交互；
步骤4.2，结合系统规范描述文件SSD，应用系统集成商所提供的系统配置工具形成系统配置描述文件SCD；
步骤4.3，应用智能终端配置工具将系统配置描述文件SCD转化为IED实例配置描述文件CID，所述IED实例配置描述文件CID记录储能系统所有逻辑节点域名和数据信息，并定义需要进行信息交互的具体DataSet及其RCB触发方式与通信服务属性。
在一种实现方式中，所述步骤5包括：
步骤5.1，智能终端IED工作时载入IED实例配置描述文件CID，创建所有状态输出信息量、模拟测量信息量、状态设置量、模拟设置量所对应的数据属性的内存映射空间，并初始化相关的通信服务，提取其中的状态信息、测量值以及控制数据对象DO的相关配置；
步骤5.2，智能终端IED启动ACSI服务，将储能装置实际运行工况的采样值SV定期更新至相应逻辑节点的DataSet对应的状态信息数据对象DO与测量值数据对象DO，并依据远程控制模块RCB(Remote Control Block)触发方式与通信服务属性触发相应报告；所述运行工况包括储能装置的各类型测量值与状态信息；
步骤5.3，智能终端IED采用制造报文规范MMS向能源控制中心传输储能装置运行工况；
步骤5.3，综合能源控制中心根据运行工况向智能终端IED下发设定值和控制指令，智能终端IED接收设定值和控制指令，通过DRCC.ModeSet响应并解析获取具体的控制指令方式并更新对应关联储能装置的设定与控制信息。
在一种实现方式中，所述步骤3.1中逻辑节点的通信服务包括文件传输、目录类服务、定值组控制、采样值报文、报告、日志和时间同步服务。
有益效果：
1、本发明提出的方法与现有技术相比更为简洁、直观，便于现场部署人员理解和使用，可用于综合能源场景下对储能系统控制的大规模应用；
2、本发明提出的方法能够有效控制储能装置资源，为实现分布式可再生能源间的信息交互以及实现与现有的基于IEC61850标准的智能换电站信息交互提供了方法。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明实施例储能系统与综合能源体系通信方法示意图；
图2为本发明实施例储能系统内的逻辑设备与逻辑节点示意图；
图3为本发明实施例智能终端IED载入IED实例配置描述文件CID提取相关配置流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本实施例的一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法，包括如下步骤：
步骤1，对储能系统中的智能终端IED进行功能分解，输出功能模型；如图1所示，所述储能系统位于IEC61850标准中的间隔层，所述综合能源控制中心位于IEC61850标准中的站控层(图中未标出)，智能终端IED能够向综合能源体系下的综合能源控制中心上报储能装置运行工况，所述综合能源控制中心根据运行工况，向智能终端IED下发控制指令，智能终端IED通过储能变流器对储能装置进行控制；
步骤2，根据所述功能模型输出各功能模型交互信息；
步骤3，根据所述各功能模型交互信息建立智能终端IED的信息模型；
步骤4，根据所述信息模型生成配置描述文件；
步骤5，智能终端IED载入配置描述文件，储能装置和综合能源体系通过智能终端IED进行信息交互。
本实施例，所述步骤1中输出的功能模型包括一次设备功能模型和二次设备功能模型，所述二次设备功能模型包括控制功能模型、测试功能模型和保护功能模型。
本实施例，所述步骤2中各功能模型交互信息包括储能控制器信息、蓄电池系统信息、直流开关断路器信息、保护功能信息、测量信息和储能变流器信息；
所述储能控制器信息包括储能系统的类型、电气特性、手动/自动运行方式、本地/远程控制方式和监视控制功能信息；
所述蓄电池系统信息包括蓄电池组特性以及蓄电池充电工作特性；
所述直流开关断路器信息包括直流开关连接直流变换器与蓄电池系统的功率主电路以及断路器与储能系统、电网、其他分布式可再生能源DER及负荷之间的连接；
所述保护功能信息包括电网的过压、欠压、过频和欠频保护信息；
所述测量信息包括直流侧电压电流、交流侧电压电流、温度测量、热量测量以及储能系统统计和历史数据信息。
本实施例，所述步骤3包括：
步骤3.1，依据IEC61850-7-420标准，将所述步骤2输出的各功能模型交互信息中的每个具体功能抽象为一个逻辑节点LN和逻辑节点LN对应的通信服务；
步骤3.2，依据IEC61850-7-420标准，对所述步骤2输出的各功能模型交互信息构建逻辑设备LD；所述逻辑设备LD包括储能控制器逻辑设备、蓄电池系统逻辑设备、直流开关逻辑设备、并网断路器逻辑设备、并网变压器逻辑设备、保护功能逻辑设备、测量功能逻辑设备、环境管理逻辑设备、储能逆变器逻辑设备和电气连接点ECP逻辑设备；
步骤3.3，将步骤3.1中的逻辑节点LN根据功能划分到步骤3.2中对应的逻辑设备LD中，
所述储能控制器逻辑设备中包括逻辑节点DRCT、DRCS、DRCC和FSEQ；
所述蓄电池系统逻辑设备中包括逻辑节点ZBAT和ZBTC；
所述直流开关逻辑设备中包括逻辑节点CSWI、XSWI和XFUS；
所述并网断路器逻辑设备中包括逻辑节点CSWI和XCBR；
所述并网变压器逻辑设备中包括逻辑节点YLTC、YPSH和MMXU；
所述保护功能逻辑设备中包括逻辑节点PTUF、PTOF、PTUV和PTOV；
所述测量功能逻辑设备中包括逻辑节点MMTR；
所述环境管理逻辑设备中包括逻辑节点STMP和MHET；
所述储能逆变器逻辑设备中包括逻辑节点ZRCT和ZINV；
所述电气连接点ECP逻辑设备中包括逻辑节点DCRP、DOPR、DOPA、DPST、DCCT、DSCC、DSCH、CSWI、XCBR和MMXU；
如图2所示为本实施例逻辑设备与逻辑节点示意图，逻辑设备与逻辑节点的划分和描述内容请参见下表：
Figure BDA0002841194160000061
Figure BDA0002841194160000071
步骤3.4，建立各逻辑节点的数据模型，所述数据模型包括逻辑节点的数据对象DO以及数据属性DA。
本实施例，所述步骤4包括：
步骤4.1，应用储能装置制造厂商所提供的智能终端配置工具将所有逻辑节点转换为符合工程实施规范的智能终端能力描述文件ICD；智能终端能力描述文件ICD采用变电站配置描述语言SCL实现，语义上包含智能终端配置所需要的各类对象，配置好的智能终端能力描述文件ICD主要包含服务器Server、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性，其中，服务器Server主要指示SCSM服务映射MMS的具体功能，站控层综合能源控制中心通过MMS实现与智能终端的数据交互；
如图3所示为本实施例智能终端IED载入IED实例配置描述文件CID提取相关配置流程图；
步骤4.2，结合系统规范描述文件SSD，应用系统集成商所提供的系统配置工具形成系统配置描述文件SCD；
步骤4.3，应用智能终端配置工具将系统配置描述文件SCD转化为IED实例配置描述文件CID，所述IED实例配置描述文件CID记录储能系统所有逻辑节点域名和数据信息，并定义需要进行信息交互的具体DataSet及其RCB触发方式与通信服务属性。
本实施例，所述步骤5包括：
步骤5.1，智能终端IED工作时载入IED实例配置描述文件CID，创建所有状态输出信息量、模拟测量信息量、状态设置量、模拟设置量所对应的数据属性的内存映射空间，并初始化相关的通信服务，提取其中的状态信息、测量值以及控制数据对象DO的相关配置；
步骤5.2，智能终端IED启动ACSI服务，将储能装置实际运行工况的采样值SV定期更新至相应逻辑节点的DataSet对应的状态信息数据对象DO与测量值数据对象DO，并依据远程控制模块RCB触发方式与通信服务属性触发相应报告；所述运行工况包括储能装置的各类型测量值与状态信息；
步骤5.3，智能终端IED采用制造报文规范MMS向能源控制中心传输储能装置运行工况；
步骤5.3，综合能源控制中心根据运行工况向智能终端IED下发设定值和控制指令，智能终端IED接收设定值和控制指令，通过DRCC.ModeSet响应并解析获取具体的控制指令方式并更新对应关联储能装置的设定与控制信息。
本实施例，所述步骤3.1中逻辑节点的通信服务包括文件传输、目录类服务、定值组控制、采样值报文、报告、日志和时间同步服务。
本发明提供了一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种基于IEC61850标准的储能系统与综合能源体系通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对储能系统中的智能终端IED进行功能分解，输出功能模型；所述储能系统位于IEC61850标准中的间隔层，智能终端IED能够向综合能源体系下的综合能源控制中心上报储能装置运行工况，所述综合能源控制中心位于IEC61850标准中的站控层，所述综合能源控制中心根据运行工况，向智能终端IED下发控制指令，智能终端IED通过储能变流器对储能装置进行控制；
步骤2，根据所述功能模型输出各功能模型交互信息；
步骤3，根据所述各功能模型交互信息建立智能终端IED的信息模型；
步骤4，根据所述信息模型生成配置描述文件；
步骤5，智能终端IED载入配置描述文件，储能装置和综合能源体系通过智能终端IED进行信息交互；
所述步骤1中输出的功能模型包括一次设备功能模型和二次设备功能模型，所述二次设备功能模型包括控制功能模型、测试功能模型和保护功能模型；
所述步骤2中各功能模型交互信息包括储能控制器信息、蓄电池系统信息、直流开关断路器信息、保护功能信息、测量信息和储能变流器信息；
所述储能控制器信息包括储能系统的类型、电气特性、手动/自动运行方式、本地/远程控制方式和监视控制功能信息；
所述蓄电池系统信息包括蓄电池组特性以及蓄电池充电工作特性；
所述直流开关断路器信息包括直流开关连接直流变换器与蓄电池系统的功率主电路以及断路器与储能系统、电网、其他分布式可再生能源DER及负荷之间的连接；
所述保护功能信息包括电网的过压、欠压、过频和欠频保护信息；
所述测量信息包括直流侧电压电流、交流侧电压电流、温度测量、热量测量以及储能系统统计和历史数据信息；
所述步骤3包括：
步骤3.1，依据IEC61850-7-420标准，将所述步骤2输出的各功能模型交互信息中的每个功能抽象为一个逻辑节点LN和逻辑节点LN对应的通信服务；
步骤3.2，依据IEC61850-7-420标准，对所述步骤2输出的各功能模型交互信息构建逻辑设备LD；所述逻辑设备LD包括储能控制器逻辑设备、蓄电池系统逻辑设备、直流开关逻辑设备、并网断路器逻辑设备、并网变压器逻辑设备、保护功能逻辑设备、测量功能逻辑设备、环境管理逻辑设备、储能逆变器逻辑设备和电气连接点ECP逻辑设备；
步骤3.3，将步骤3.1中的逻辑节点LN根据功能划分到步骤3.2中对应的逻辑设备LD中，
所述储能控制器逻辑设备中包括逻辑节点DRCT、DRCS、DRCC和FSEQ；
所述蓄电池系统逻辑设备中包括逻辑节点ZBAT和ZBTC；
所述直流开关逻辑设备中包括逻辑节点CSWI、XSWI和XFUS；
所述并网断路器逻辑设备中包括逻辑节点CSWI和XCBR；
所述并网变压器逻辑设备中包括逻辑节点YLTC、YPSH和MMXU；
所述保护功能逻辑设备中包括逻辑节点PTUF、PTOF、PTUV和PTOV；
所述测量功能逻辑设备中包括逻辑节点MMTR；
所述环境管理逻辑设备中包括逻辑节点STMP和MHET；
所述储能逆变器逻辑设备中包括逻辑节点ZRCT和ZINV；
所述ECP逻辑设备中包括逻辑节点DCRP、DOPR、DOPA、DPST、DCCT、DSCC、DSCH、CSWI、XCBR和MMXU；
步骤3.4，建立各逻辑节点的数据模型，所述数据模型包括逻辑节点的数据对象DO以及数据属性DA；
所述步骤4包括：
步骤4.1，应用储能装置制造厂商所提供的智能终端配置工具将所有逻辑节点转换为符合工程实施规范的智能终端能力描述文件ICD；智能终端能力描述文件ICD采用变电站配置描述语言SCL实现，语义上包含智能终端配置所需要的各类对象，配置好的智能终端能力描述文件ICD主要包含服务器Server、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性，其中，服务器Server主要指示SCSM服务映射MMS的功能，站控层综合能源控制中心通过MMS实现与智能终端的数据交互；
步骤4.2，结合系统规范描述文件SSD，应用系统集成商所提供的系统配置工具形成系统配置描述文件SCD；
步骤4.3，应用智能终端配置工具将系统配置描述文件SCD转化为IED实例配置描述文件CID，所述IED实例配置描述文件CID记录储能系统所有逻辑节点域名和数据信息，并定义需要进行信息交互的DataSet及其RCB触发方式与通信服务属性；
所述步骤5包括：
步骤5.1，智能终端IED工作时载入IED实例配置描述文件CID，创建所有状态输出信息量、模拟测量信息量、状态设置量、模拟设置量所对应的数据属性的内存映射空间，并初始化相关的通信服务，提取其中的状态信息、测量值以及控制数据对象DO的相关配置；
步骤5.2，智能终端IED启动ACSI服务，将储能装置实际运行工况的采样值SV定期更新至相应逻辑节点的DataSet对应的状态信息数据对象DO与测量值数据对象DO，并依据远程控制模块RCB触发方式与通信服务属性触发相应报告；所述运行工况包括储能装置的各类型测量值与状态信息；
步骤5.3，智能终端IED采用制造报文规范MMS向能源控制中心传输储能装置运行工况；
步骤5.3，综合能源控制中心根据运行工况向智能终端IED下发设定值和控制指令，智能终端IED接收设定值和控制指令，通过DRCC.ModeSet响应并解析获取控制指令方式并更新对应关联储能装置的设定与控制信息；
所述步骤3.1中逻辑节点的通信服务包括文件传输、目录类服务、定值组控制、采样值报文、报告、日志和时间同步服务。
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