CN114221443A - 一种虚拟电厂调控单元接入终端 - Google Patents

一种虚拟电厂调控单元接入终端 Download PDF

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程雪婷
李�瑞
暴悦爽
郑惠萍
王玮茹
张谦
李海峰
何宁波
康伟
张颖
邓化彬
郝捷
马春
张宇萌
王锬
曲莹
张一帆
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仲颖
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Abstract

本发明公开了一种虚拟电厂调控单元接入终端，包括：上层管理平台接口、下层设备接口以及位于中间层的协议库管理模块、外接设备管理模块和信息采集与监测模块，上层管理平台接口用于与电网管理平台建立通信连接；协议库管理模块用于对存放在协议库中的多种通信协议进行管理；下层设备接口支持多种通信协议，用于接入外接设备；信息采集与监测模块，用于采集与监测外接设备的注册信息、状态信息或响应信息；外接设备管理模块用于根据外接设备的注册信息，自动安装匹配的通信协议，建立与外接设备的通信信道。本发明能够实现外接设备的“即插即用”，能够快速识别外接设备，建立外接设备与电网管理平台的连接，达到参与电网需求响应的要求。

Description

一种虚拟电厂调控单元接入终端
技术领域
本发明涉及一种虚拟电厂调控单元接入终端，属于虚拟电厂调控单元入网安全检测领域。
背景技术
为了解决分布式电源接入大电网所带来的诸多问题，欧美有关学者提出虚拟发电厂(virtual power plant，VPP)的概念。VPP的定义如下：是独立且以市场为驱动的实体间的一种灵活合作，实体间没有相应的资产而能够为消费者提供所需要的高效电能服务。该理念的核心是“通信”与“聚合”，即通过先进的通信技术，使得分布式电源、储能、负荷等设备的聚合与协调优化，作为一个特殊的电厂参与电力市场调控和电网运行管理。它既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷；既可快速响应指令，配合保障系统稳定并获得经济补偿，也可以等同于电厂参与容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。
在电气行业，通过对分布式电源、储能、电动汽车、家用电器等智能供用能设备的并网和离网过程进行平滑的切换控制，可实现智能设备或微能源网与公共电网的双向能量与信息交换，并能够保证敏感负荷上电压稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种虚拟电厂调控单元接入终端，以通过设备的即插即用实现虚拟电厂调控单元入网安全检测，用户不需要手动安装配置文件或操作系统，即可自行完成设备的识别与更新。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种虚拟电厂调控单元接入终端，包括：上层管理平台接口、下层设备接口以及位于中间层的协议库管理模块、外接设备管理模块和信息采集与监测模块，所述上层管理平台接口用于与电网管理平台建立通信连接；所述协议库管理模块用于对存放在协议库中的多种分布式设备与智能用电设备厂家的通信协议进行管理；所述下层设备接口用于接入外接设备，所述下层设备接口设置有多个，每个下层设备接口支持所述多种分布式设备与智能用电设备厂家的通信协议；所述信息采集与监测模块，用于通过下层设备接口采集与监测外接设备的注册信息、状态信息或响应信息并将其上传至电网管理平台，以及接收电网管理平台下发的命令并将其转发至外接设备；所述外接设备管理模块用于在外接设备接入下层设备接口时根据外接设备的注册信息，从协议库中调用匹配外接设备的通信协议，建立与外接设备的通信信道。
进一步地，所述信息采集与监测模块，还用于利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测。
进一步地，所述利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测，包括：
在与外接设备建立通信通道后，为每个外接设备进行编号，分配唯一的设备ID，并为每个设备ID分配储存空间；
在外接设备上电后，以设定周期向外接设备发送HeartBeat信息包，所述HeartBeat信息包由设备ID和发送信息包的时刻组成，若接收到外接设备直接返回的HeartBeat信息包，则判断该外接设备处于正常运行状态。
进一步地，所述利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测，还包括：
建立外接设备资源列表，列表包括当前时刻、设备ID号以及设备名称，并以第一周期进行更新；
当在第一周期内向外接设备连续发送设定次数的HeartBeat信息包而没有收到相应的确认信息包，判断该外接设备处于离线状态或者故障状态，从设备资源列表删除该外接设备的信息，并释放为该设备分配的设备ID及对应的存储空间。
进一步地，所述在第一周期内向外接设备连续发送设定次数的HeartBeat信息包而没有收到相应的确认信息包，包括：在第一周期内，以第二周期向外接设备发送HeartBeat信息包，所述第一周期、第二周期以及设定次数满足如下关系式：
T1＝μTh
k<T1/Th
式中，μ表示大于0的任意整数常量；k表示连续没有收到确认信息包次数的阈值；T1表示第一周期；Th表示第二周期。
进一步地，所述判断该外接设备处于离线状态或者故障状态的数学模型为：
ΔT＝Ta-Tb
ΔT≥k*Th
式中，Ta表示终端最后一次发送HeartBeat信息包的时刻；Tb表示终端最后一次接收HeartBeat确认信息包的时刻：ΔT表示接收信息包的时间间隔。
进一步地，所述通过下层设备接口采集与监测外接设备的注册信息、状态信息或响应信息，包括：
外接设备接入下层设备接口后，通过下层设备接口获取外接设备信息，将其分别与预先建立的不同厂家、不同型号的外接设备自动化终端信息表进行对比，得到外接设备的注册信息、状态信息或响应信息。
进一步地，所述外接设备自动化终端信息表通过以下方法建立：
对不同厂家、不同型号的外接设备进行建模，形成外接设备模型；
将外接设备采集信息划分为若干类型；
根据已建立的外接设备模型和外接设备采集信息的类型，建立外接设备与各类信息之间的关联关系；
根据所述关联关系，建立不同厂家、不同型号外接设备的自动化终端信息表。
进一步地，所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，还包括：异常设备处理模块，用于在信息采集与监测模块监测到外接设备的状态出现异常时，对异常事件进行分析，并根据分析结果将异常事件上传至电网管理平台或直接断开与外接设备的连接。
进一步地，所述上层管理平台接口与电网管理平台通过TCP/IP、WiFi或GPRS的方式建立连接，所述下层设备接口与外接设备通过RS485、ModBus、ZigBee、WiFi、蓝牙或红外的方式建立连接。
本发明所达到的有益技术效果：
1)本发明的一种虚拟电厂调控单元接入终端，能够实现外接设备的“即插即用”，在接入外接设备时，能够自行为外接设备配置驱动文件或操作系统，完成对外接设备的识别与更新，达到参与电网需求响应的要求；
2)通过即插即用终端，能够实现对客户侧智能供用能设备的并网与离网进行平滑的切换控制，使之与公共电网或微能源网实现信息和能量的双向交互，且能保证负荷电压功率的稳定。具体来说，在即插即用接入终端检测到有新设备接入时，会自动安装或匹配相应的通信协议，建立通信通道，并采集各调控单元相关信息，如电压水平、电能质量、有功无功剩余容量、功率响应速度等。
3)终端采用分散自治的控制策略，各下层设备接口根据自身接口的就地信息就可以实现功率等的同步采集与控制；
4)终端利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，能够实现对外接设备运行状态的实时监测。
附图说明
图1为本发明实施例的一种虚拟电厂调控单元接入终端的功能模块图；
图2是HeartBeat信息包时序图；
图3是基于HeartBeat信息包的设备状态实时监测流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种虚拟电厂调控单元接入终端，包括：上层管理平台接口、下层设备接口以及位于中间层的协议库管理模块、外接设备管理模块、信息采集与监测模块和异常事件处理模块。
上层管理平台接口，为面向电网管理平台的通信接口，用于与电网管理平台建立通信连接。该接口支持以太网(TCP/IP)、WiFi、GPRS等通信方式。
通过上层管理平台接口，终端可以与电网管理平台完成双向通信，上传其管理的所有外接设备的注册信息、实时状态和需求响应能力；同时，接收电网管理平台发出的需求响应命令，并分解下发给对应的外接设备执行。
下层设备接口，用于接入外接设备。下层设备接口为通用接口，其设置有3个或更多个。每个下层设备接口均支持多个厂家自定义的通信规约，从而实现设备的即插即用。外接设备接入任意一个接口都能完成与终端的双向通信。
此外，每个下层设备接口都支持多种通信方式，如RS485、ModBus、以太网、蓝牙、ZigBee、WiFi、红外技术等。
协议库管理模块，用于对存放在协议库中的多种类型的分布式设备与智能用电设备厂家的通信协议进行管理，实现协议的增加、删除或修改。
外接设备管理模块，通过通用的下层设备接口，检测到有新设备接入时，根据外接设备的注册信息，通过调用协议库中的协议，可以识别匹配该设备的通信协议，建立与外接设备的通信信道，实现设备的自动辨识和即插即用管理。
外接设备管理模块能自动识别3种及以上的外接设备，例如智能用电设备、分布式电源等，保证客户侧可以快速响应电网的控制命令，提高电网调度的快速性和准确性。
信息采集与监测模块，针对不同类型的外接设备，通过下层设备接口，采集与监测外接设备特定的注册信息、状态信息或响应信息并将其上传至电网管理平台，以及接收电网管理平台下发的命令并将其转发至外接设备。
外接设备接入下层设备接口后，通过下层设备接口获取外接设备信息，将其分别与预先建立的不同厂家、不同型号的外接设备自动化终端信息表进行对比，得到外接设备的注册信息、状态信息或响应信息。
外接设备自动化终端信息表通过以下方法建立：
对不同厂家、不同型号的外接设备进行建模，形成外接设备模型；
将外接设备采集信息划分为若干类型；
根据已建立的外接设备模型和外接设备采集信息的类型，建立外接设备与各类信息之间的关联关系；
根据所述关联关系，建立不同厂家、不同型号外接设备的自动化终端信息表。
当外接设备的状态出现异常时，信息采集与监测模块将该异常状态直接交给异常事件处理模块。
异常设备处理模块，用于处理由信息采集与监测模块提交的异常状态，通过异常事件分析，判断对系统安全稳定的影响，对系统安全稳定影响轻微的事件，提交至电网管理平台；严重影响系统安全稳定的事件，通过事件响应直接断开与外接设备的连接，以保证系统安全稳定运行。
在一实施例中，信息采集与监测模块，还用于利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测。
在与外接设备建立通信通道后，终端通过信息采集与监测模块为每个外接设备进行编号，分配唯一的设备ID，将此ID作为该外接设备运行时所对应的HeartBeat信息包的唯一标识，并为每个设备ID分配储存空间，主要用于储存HeartBeat信息包。此外，为了节省内存空间，提高监测效率，每个设备ID分配的储存空间最多储存两个HeartBeat信息包。
在外接设备上电后，信息采集与监测模块以一定的周期向外接设备发送HeartBeat信息包，外接设备收到后无需做任何变化或保存，直接将原信息包返回给终端，表示该设备处于正常运行状态，可以进行双向互动、上传实时状态信息及接收需求响应命令。
为了区分多个外接设备，且保证信息不重复、不混乱，HeartBeat信息包由设备ID和发送信息包的时刻组成，以确保HeartBeat信息的连贯性和唯一性。其中发送信息包的时刻要精确到毫秒，即包括年、月、日、时、分、秒、毫秒。
在另一实施例中，终端通过信息采集与监测模块建立外接设备资源列表，列表包括当前时刻、设备ID号以及设备名称。资源列表以第一周期T1进行更新，终端以第二周期Th向外接设备发送HeartBeat信息包，计时器清零(T＝0)，它们之间的关系如下所示：
T1＝μTh
k<T1/Th
式中，μ表示大于0的任意整数常量；k表示连续没有收到确认信息包次数的阈值，一般取3。
上式表示，在资源设备列表更新的一个周期内，需发送多次完整的HearBeat信息包。
判断外接设备是否在线的数学模型如下：
ΔT＝Ta-Tb
ΔT≥k*Th
式中，Ta表示终端最后一次发送HeartBeat信息包的时刻；Tb表示终端最后一次接收HeartBeat确认信息包的时刻：ΔT表示接收信息包的时间间隔。
上式表示，终端连续发送k次HeartBeat信息包而没有收到相应的确认信息包，则说明该外接设备处于离线状态或者故障状态。此时，终端的设备资源列表应将该外接设备的信息删除，并释放为该设备分配的设备ID及对应的存储空间。
其中，电网管理平台上设置有人机交互界面，可以显示当前所有外接设备的注册信息和实时状态，使用户随时查看设备的运行状况。界面中，测试以基本测试项为基本执行单元。测试项中主要包括需要下装的定值等参数，时序排列的模拟量等需要施加给被测调控单元的激励项，预期的调控单元的输出或者上传的验证项。测试数据库可以对不同测试项目进行存档，除了本身预置的测试项外，也可根据测试的需要自行编辑测试项。测例设计完成并确认无误后，自动测试控制模块则实现测试过程的自动控制、测试状态的动态监控、测试结果的数据统计等过程。
采用本发明实施例的虚拟电厂调控单元接入终端，通过电网管理平台对外接设备进行测试，具体如下：
通过上层管理平台接口，采用TCPIP、WiFi或GPRS的方式将终端与电网管理平台建立连接，通过下层设备接口，采用RS485、ModBus、ZigBee、WiFi、蓝牙、红外的方式将终端与外接设备建立连接。
外接设备接入时，终端根据接入的设备信息，调用相应的通信协议，建立通信通道，并进行各外接设备的信息采集。执行过程中设定的时间是数秒内，自动安装或匹配相应的通信协议，建立通信通道，采集各调控单元相关信息，如电压水平、电能质量、有功无功剩余容量、功率响应速度等相关信息。
连接完成后，通过电网管理平台对待测外接设备进行加量和验证。通过电网管理平台进行数据库内测试数据和参数配置的独取；测试数据主要内容为测试用例，测试用例根据检测标准设计或根据实际用途设计。
测试用例，例如线路过载测试用例，主变过载测试用例等。线路\主变过载测试用例，是测试当线路/主变发生过载时，验证稳控保护装置是否正确动作切除负荷，依据源于《DLT1092-2008电力系统安全稳定控制系统通用技术条件》技术规范。
启动电网管理平台软件登录账户连接测试用例数据库并启动链路。
链路完成后可选择已经编辑完成的测试用例进行测试，用户也可手动新建或者修改测试项以满足自身的测试需求。
读取数据库中的测试项后，用户可以自己选择执行其中的一个，多个，或是全部测试用例。测试的执行过程中，会严格按照测试项中编辑好的内容，按顺序执行设定的测试方案；同时采集外接设备的信息或或者上送的信息，用于与测试项中的预期做比对，测试结果的数据保存在数据库中。
以某个测试项的加量为例：测试项开始执行后，测试系统会将测试项中按时序排列的，阶梯变化的加量序列下发给电网管理平台，电网管理平台收到信号后，严格按照时序关系输出电流电压，调控单元采集到模拟电压电流，并分别上送各通道采集到的遥测值，系统收到采集到的遥测值后，将之与测试项中设置的标准值及误差值进行比对分析；如果符合预期结果，则表明测试通过；反之，则测试不通过。在测试例执行的过程中，通过电网管理平台上的人机交互界面可以显示实时的加量情况。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，包括：上层管理平台接口、下层设备接口以及位于中间层的协议库管理模块、外接设备管理模块和信息采集与监测模块，所述上层管理平台接口用于与电网管理平台建立通信连接；所述协议库管理模块用于对存放在协议库中的多种分布式设备与智能用电设备厂家的通信协议进行管理；所述下层设备接口用于接入外接设备，所述下层设备接口设置有多个，每个下层设备接口支持所述多种分布式设备与智能用电设备厂家的通信协议；所述信息采集与监测模块，用于通过下层设备接口采集与监测外接设备的注册信息、状态信息或响应信息并将其上传至电网管理平台，以及接收电网管理平台下发的命令并将其转发至外接设备；所述外接设备管理模块用于在外接设备接入下层设备接口时根据外接设备的注册信息，从协议库中调用匹配外接设备的通信协议，建立与外接设备的通信信道。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述信息采集与监测模块，还用于利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测。
3.根据权利要求2所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测，包括：
在与外接设备建立通信通道后，为每个外接设备进行编号，分配唯一的设备ID，并为每个设备ID分配储存空间；
在外接设备上电后，以设定周期向外接设备发送HeartBeat信息包，所述HeartBeat信息包由设备ID和发送信息包的时刻组成，若接收到外接设备直接返回的HeartBeat信息包，则判断该外接设备处于正常运行状态。
4.根据权利要求2所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述利用HeartBeat信息的主动循环应答方式，对外接设备运行状态进行实时监测，还包括：
建立外接设备资源列表，列表包括当前时刻、设备ID号以及设备名称，并以第一周期进行更新；
当在第一周期内向外接设备连续发送设定次数的HeartBeat信息包而没有收到相应的确认信息包，判断该外接设备处于离线状态或者故障状态，从设备资源列表删除该外接设备的信息，并释放为该设备分配的设备ID及对应的存储空间。
5.根据权利要求4所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述在第一周期内向外接设备连续发送设定次数的HeartBeat信息包而没有收到相应的确认信息包，包括：在第一周期内，以第二周期向外接设备发送HeartBeat信息包，所述第一周期、第二周期以及设定次数满足如下关系式：
T1＝μTh
k<T1/Th
式中，μ表示大于0的任意整数常量；k表示连续没有收到确认信息包次数的阈值；T1表示第一周期；Th表示第二周期。
6.根据权利要求5所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述判断该外接设备处于离线状态或者故障状态的数学模型为：
ΔT＝Ta-Tb
ΔT≥k*Th
式中，Ta表示终端最后一次发送HeartBeat信息包的时刻；Tb表示终端最后一次接收HeartBeat确认信息包的时刻：ΔT表示接收信息包的时间间隔。
7.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述通过下层设备接口采集与监测外接设备的注册信息、状态信息或响应信息，包括：
外接设备接入下层设备接口后，通过下层设备接口获取外接设备信息，将其分别与预先建立的不同厂家、不同型号的外接设备自动化终端信息表进行对比，得到外接设备的注册信息、状态信息或响应信息。
8.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述外接设备自动化终端信息表通过以下方法建立：
对不同厂家、不同型号的外接设备进行建模，形成外接设备模型；
将外接设备采集信息划分为若干类型；
根据已建立的外接设备模型和外接设备采集信息的类型，建立外接设备与各类信息之间的关联关系；
根据所述关联关系，建立不同厂家、不同型号外接设备的自动化终端信息表。
9.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，还包括：异常设备处理模块，用于在信息采集与监测模块监测到外接设备的状态出现异常时，对异常事件进行分析，并根据分析结果将异常事件上传至电网管理平台或直接断开与外接设备的连接。
10.根据权利要求1所述的一种虚拟电厂调控单元接入终端，其特征在于，所述上层管理平台接口与电网管理平台通过TCP/IP、WiFi或GPRS的方式建立连接，所述下层设备接口与外接设备通过RS485、ModBus、ZigBee、WiFi、蓝牙或红外的方式建立连接。
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