CN116885849A - 一种储能电站监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能电站监控系统，属于新能源监控技术领域。本发明自上至下包括顺次连接的站控层、过程层和间隔层；站控层采用双星型网络结构；过程层包括信息网和控制网，信息网采用环形网络，控制网采用星型网络；信息网按照储能电站的物理容量进行分区；间隔层采用星型网络结构；间隔层包括多个电池集装箱，过程层中的每个分区与间隔层中的部分电池集装箱连接；不同的电池集装箱之间采用光纤环网，在每个电池集装箱内包括第二环网交换机；间隔层的每个电池集装箱中采用第二协调控制器和第二控制网交换机与能量转换系统及电池管理系统连接。本发明可靠性更高，安全性更高，有利于工程安装调试。

Description

一种储能电站监控系统
技术领域
本发明涉及新能源监控技术领域，尤其涉及一种储能电站监控系统。
背景技术
大型储能监控的网络结构是关系到储能电站安全和可靠的重要环节，现有的变电站监控系统是按照电力行业标准DL/T5149《220kV-500KV变电站计算机监控系统》及标准NBT 42090《电化学储能电站监控系统技术规范》设计的，储能监控的网络结构仅限于站控层双网结构，该规范对大型储能的电站的间隔层网络采用星型接线，现有规范存在以下特征：第一：采用站控层和间隔层两层结构，没有明确过程层网络；第二：没有独立的控制网络，信息网和控制网络是合一的；第三：没有清晰表达间隔层的网络结构。
中国专利申请文献CN105226829A中公开了一种光伏电站综合自动化系统及调节有功功率输出的方法，用于光伏电站，光伏电站是发电功能，且其中没有控制网络。其中采用了多层网络，但没有明确网络接线型式；也没有明确站控层和间隔层网络结构。
中国专利申请文献CN107528386A中公开了一种智能变电站自动化网络系统，其中包括站控层、间隔层、过程层，但都采用的双星型网络，且其中没有分区的概念。
现有技术至少存在如下不足：
1.整体网络结构上没有过程层网络，导致间隔层处理压力过大，安全性也较差。
2.没有把控制网络与信息网络分开，没有独立的控制网络，不利于PCS(powerconversion system能量转换系统)的控制安全可靠。
3.没有按照物理容量分区构建过程层网络，处理能力不能做到最大化，处理效率低，可靠性低。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种储能电站监控系统，在组网方法上采用三层网络结构，站控层采用双星型网络结构，设备增加前置服务器及数据服务器及磁盘阵列，过程层采用控制网与信息网分开，信息网采用环网结构，具有可靠性高、网络结构清晰、工程实用性强的特点。控制网采用星型网络，简单安全。同时考虑按照物理分区的组建网络。储能电站规模较大时，分区规模一般不超过50MWh一个分区或者按照接入的电力线路回路数分区，过程层要采用分区环网结构与设备间隔层相结合，同时设置独立的控制网络，对于PCS控制安全可靠提供保障。间隔层的接入设备信号表达清晰，有利于工程安装调试。本发明增加过程层的环形网络结构，有利于工程网络的可靠性更高。采用独立的控制网络，提高安全性。间隔层的网络结构清晰表达，有利于工程安装调试。
本发明提供了一种储能电站监控系统，自上至下包括顺次连接的站控层、过程层和间隔层；
所述站控层采用双星型网络结构；所述站控层与光伏电站控制网和调度数据网连接；所述站控层包括储能核心交换机、前置服务器和第一协调控制器；储能核心交换机与前置服务器和第一协调控制器均连接；
所述过程层包括信息网和控制网，所述信息网采用环形网络，所述控制网采用星型网络；所述信息网中包括第一环网交换机，所述控制网包括第一控制网交换机，所述站控层与所述过程层通过信息网中的所述第一环网交换机和所述控制网中的第一控制网交换机连接；
所述信息网按照储能电站的物理容量进行分区；所述间隔层采用星型网络结构；所述间隔层包括多个电池集装箱，所述过程层中的每个分区与所述间隔层中的部分电池集装箱连接；不同的电池集装箱之间采用光纤环网，在每个电池集装箱内包括第二环网交换机；
所述间隔层采用星型网络结构，所述间隔层的每个电池集装箱中采用第二协调控制器和第二控制网交换机与能量转换系统及电池管理系统连接。
优选地，所述储能核心交换机为多个，所述前置服务器为多个，所述第一协调控制器为1个。
优选地，每个所述前置服务器与一个储能核心交换机连接。
优选地，所述第一协调控制器与每个所述储能核心交换机均连接。
优选地，所述前置服务器与所述第一环网交换机连接。
优选地，所述第一协调控制器与所述第一控制网交换机连接。
优选地，所述第一控制网交换机与所述间隔层的每个分区的多个第二控制网交换机均连接。
优选地，所述储能核心交换机与储能主交换机连接。
优选地，所述储能核心交换机通过规约转换装置与所述储能主交换机连接。
优选地，所述光伏电站控制网通过防火墙与所述规约转换装置连接。
优选地，所述站控层还包括储能监控主机、操作员工作站、数据库服务器、磁盘阵列和时间校准装置，储能监控主机、操作员工作站、数据库服务器、磁盘阵列和时间校准装置均与所述储能核心交换机连接。
优选地，所述数据库服务器和所述磁盘阵列连接。
优选地，所述站控层还包括自动发电控制系统服务器和/或自动电压控制服务器，所述储能核心交换机通过所述自动发电控制系统服务器和/或自动电压控制系统服务器与所述调度数据网连接。
优选地，所述第二环网交换机通过箱变测控装置与所述电池管理系统连接，通过所述箱变测控装置采集电池舱内的信号，采集的信号包括消防装置、浸水传感器、门禁传感器、空调、电能计量、电能质量监测仪、不间断电源及交流配电柜的信号。
与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：
1.本发明间隔层采用星型网络的复合网络结构，这样使得网络结构更安全、数据传输更可靠、运行检修更方便、调度管理较清晰等；
2.本发明信息网采用分区环网结构，按照一定的规模分不同的环网区，采用环网交换机及电池舱内的通讯采集装置连接，对一个分区内的电池舱采用环网结构。具有安全性高、网络结构清晰、工程实用性强的特点；
3.本发明分区规模一般不超过50MWh一个分区，或者按照接入的电力线路回路数分区，控制网络采用星型网络结构，结构简单可靠，单独设置控制网，由网络协调控制器和控制网交换机组成，对于PCS控制安全可靠提供保障；
4.本发明将光伏电站的网络与储能电站的网络通过防火墙隔离，减少了非必要数据占用数据网络，网络结构清晰。
5.本发明电能转换装置的控制采用独立控制网络，这样信号可靠，保障信号传输速度；
6.本发明对时装置采用北斗和GPS双对时切换，具备B码对时和网络对时功能，提供给储能电站的设置同步时钟。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的储能电站监控系统示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作详细的说明。
本发明提供了一种储能电站监控系统，自上至下包括顺次连接的站控层、过程层和间隔层；
所述站控层采用双星型网络结构；所述站控层与光伏电站控制网和调度数据网连接；所述站控层包括储能核心交换机、前置服务器和第一协调控制器；储能核心交换机与前置服务器和第一协调控制器均连接；
所述过程层包括信息网和控制网，所述信息网采用环形网络，所述控制网采用星型网络；所述信息网中包括第一环网交换机，所述控制网包括第一控制网交换机，所述站控层与所述过程层通过信息网中的所述第一环网交换机和所述控制网中的第一控制网交换机连接；
所述信息网按照储能电站的物理容量进行分区；所述间隔层采用星型网络结构；所述间隔层包括多个电池集装箱，所述过程层中的每个分区与所述间隔层中的部分电池集装箱连接；不同的电池集装箱之间采用光纤环网，在每个电池集装箱内包括第二环网交换机；
所述间隔层采用星型网络结构，所述间隔层的每个电池集装箱中采用第二协调控制器和第二控制网交换机与能量转换系统及电池管理系统连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述储能核心交换机为多个，所述前置服务器为多个，所述第一协调控制器为1个。
根据本发明的一个具体实施方案，每个所述前置服务器与一个储能核心交换机连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述第一协调控制器与每个所述储能核心交换机均连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述前置服务器与所述第一环网交换机连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述第一协调控制器与所述第一控制网交换机连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述第一控制网交换机与所述间隔层的每个分区的多个第二控制网交换机均连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述储能核心交换机与储能主交换机连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述储能核心交换机通过规约转换装置与所述储能主交换机连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述光伏电站控制网通过防火墙与所述规约转换装置连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述站控层还包括储能监控主机、操作员工作站、数据库服务器、磁盘阵列和时间校准装置，储能监控主机、操作员工作站、数据库服务器、磁盘阵列和时间校准装置均与所述储能核心交换机连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述数据库服务器和所述磁盘阵列连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述站控层还包括自动发电控制系统服务器和/或自动电压控制服务器，所述储能核心交换机通过所述自动发电控制系统服务器和/或自动电压控制系统服务器与所述调度数据网连接。
根据本发明的一个具体实施方案，所述第二环网交换机通过箱变测控装置与所述电池管理系统连接，通过所述箱变测控装置采集电池舱内的信号，采集的信号包括消防装置、浸水传感器、门禁传感器、空调、电能计量、电能质量监测仪、不间断电源及交流配电柜的信号。
实施例1
根据本发明的一个具体实施方案，下面对本发明的储能电站监控系统进行详细说明。
本发明提供了一种储能电站监控系统，自上至下包括顺次连接的站控层、过程层和间隔层；
所述站控层采用双星型网络结构；所述站控层与光伏电站控制网和调度数据网连接；所述站控层包括储能核心交换机、前置服务器和第一协调控制器；储能核心交换机与前置服务器和第一协调控制器均连接；
所述过程层包括信息网和控制网，所述信息网采用环形网络，所述控制网采用星型网络；所述信息网中包括第一环网交换机，所述控制网包括第一控制网交换机，所述站控层与所述过程层通过信息网中的所述第一环网交换机和所述控制网中的第一控制网交换机连接；
所述信息网按照储能电站的物理容量进行分区；所述间隔层采用星型网络结构；所述间隔层包括多个电池集装箱，所述过程层中的每个分区与所述间隔层中的部分电池集装箱连接；不同的电池集装箱之间采用光纤环网，在每个电池集装箱内包括第二环网交换机；
所述间隔层采用星型网络结构，所述间隔层的每个电池集装箱中采用第二协调控制器和第二控制网交换机与能量转换系统及电池管理系统连接。
实施例2
大型储能电站由于规模大，电池箱体多，储能电站的站控层与间隔层存在着网络信息量大，接线多，故障点多的问题，本发明的技术效果在于提出一种新型的储能电站组网方式，适用于大型储能电站的监控网络，可保证大型储能电站的可靠性，较大的提高网络安全性、实时性。
大型化学储能电站较多采用的是化学储能电池，现在多数采用电池舱+逆变一体机(PCS)+监控系统及辅助系统组成(PCS：Power Conversion System储能变流器)，电池舱一般采用集装箱型式，由于运输等条件限制，工程上一个电池舱容量一般在5MWh左右，一个电池舱尺寸宽3米，长度达到14米左右，储能电站的规模是根据工程的实际需求建设，大型储能容量较大时，一个储能电站的电池舱将达到几十个到上百个，在实际工程中，可按照储能电站的物理分区设置网络，一般是不超过50MWh进行一个分区环网或者按照接入电网的线路功率限制的回路数分区环网，本发明主要是针对监控网络组网。
根据本发明的一个具体实施方案，结合附图1，下面对本发明的储能电站监控系统进行详细说明。
1、整体网络结构上分为站控层、过程层、间隔层。站控层采用双星型网络结构，过程层分为信息网和控制网，信息网环形网络结构并考虑物理分区，控制网采用星型结构。间隔层采用星型网络结构。
2、站控层由储能核心交换机组成双网，接入的设备主要有监控主机、操作员工作站、前置服务器、历史数据服务器、AGC/AVC服务器、远动通讯屏，北斗及GPS对时装置，均接入双星型网络、通过协议转换装置(如需要则进行设置)及主交换机以及防火墙与升压站监控的接口，通过AGC/AVC及远动通讯屏与调度端连接。
3、站控层的网络与调度接口采用AGC/AVC以及远动屏连接，同时与升压站的监控网络也可共享基础信息。
4、站控层与过程层通过纵向加密装置与前置服务器相连。
5、过程层分为信息网和控制网，信息网采用分区环网结构，首先是分区，每个分区采用环网结构。大型储能电站按照不超过50MWh分区原则或受限制的充放电功率接入电网的回路数分区，每个分区内采用环网结构，每个分区的电池舱体在10个到20个左右。控制网通过协调控制器及控制网交换机相连，采用星型网络结构。
6、过程层的信息网每个环网内部通过环网交换机连接，环网交换机与不同电池舱通讯柜的光纤接口盒连接。不同的电池箱体之间。环网交换机组成的过程层网络，连接与站控层与间隔层。不同的电池舱体间采用环网结构，光纤在箱体外断线时不影响分区电池组的运行，这样提高运行的可靠性。
7、间隔层分网络，信息采集PCS(power conversion system能量转换系统)控制网络，通过网络协调控制器与监控网络相连。BMS(battery management system电池管理系统)网络系统，与环网交换机相连，主要是电池的信息及管理控制功能；
8、按照以上连接的储能网络形成一个储能电站监控系统，电池舱内的BMS系统监视管理电池运行参数，及时发现电池异常运行，电池舱内的辅助设备的运行信号与BMS信号同时可传到储能电站监控系统。
9、电能转换装置的控制采用独立控制网络，这样信号可靠，保障信号传输速度。
10、网络运行时信号和控制过程：
间隔层的信息网由箱变测控装置采集BMS、电池舱内的消防系统、门禁传感器、浸水传感器、交流系统、空调系统、UPS等上报信息，包括电池组的电压电流及电池舱内报警信息上传到电池舱的环网交换机，环网交换机同时接受本集装箱单元的PCS的上传信息，包括电流电压告警信息，通过本单元的环网交换机进入过程层的信息环网，通过纵向加密装置到前置服务器，通过前置服务器对数据进行处理，处理后的数据传到站控层双星型网络。
监控主机负责接受和处理储能电站的运行数据，包括电流、电压、功率、充放电状态，报警信息，以及储能的控制程序；操作员站是人机对话窗口，是储能电站的设置参数的功能；历史数据服务器是记录存储电站的运行数据，报警信息、故障信息的功能，存储在磁盘阵列中；
储能的充电、放电、停机、调压、调频的操作是通过站控层接受到调度通过AGC/AVC指令后，通过过程层的协调控制器到控制网络，通过控制网络到间隔层的协调控制器，间隔层直接传到PCS和BMS，控制储能的充电、放电、停机、调频、调压的功能。
对时装置采用北斗和GPS双对时切换，具备B码对时和网络对时功能，提供给储能电站的设置同步时钟；
与光伏电站的接口采用规约转换器和储能主交换机、防火墙连接，网络相对独立；储能电站的其它设备，如保护测控装置、通过通讯管理机接入的电表和电能质量分析仪等接入到站控层网络。
储能电站与调度的运行数据通过远动主机接口连接到调度数据网。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种储能电站监控系统，其特征在于，自上至下包括顺次连接的站控层、过程层和间隔层；
所述站控层采用双星型网络结构；所述站控层与光伏电站控制网和调度数据网连接；所述站控层包括储能核心交换机、前置服务器和第一协调控制器；储能核心交换机与前置服务器和第一协调控制器均连接；
所述过程层包括信息网和控制网，所述信息网采用环形网络，所述控制网采用星型网络；所述信息网中包括第一环网交换机，所述控制网包括第一控制网交换机，所述站控层与所述过程层通过信息网中的所述第一环网交换机和所述控制网中的第一控制网交换机连接；
所述信息网按照储能电站的物理容量进行分区；所述间隔层采用星型网络结构；所述间隔层包括多个电池集装箱，所述过程层中的每个分区与所述间隔层中的部分电池集装箱连接；不同的电池集装箱之间采用光纤环网，在每个电池集装箱内包括第二环网交换机；
所述间隔层采用星型网络结构，所述间隔层的每个电池集装箱中采用第二协调控制器和第二控制网交换机与能量转换系统及电池管理系统连接。
2.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述储能核心交换机为多个，所述前置服务器为多个，所述第一协调控制器为1个。
3.根据权利要求2所述的储能电站监控系统，其特征在于，每个所述前置服务器与一个储能核心交换机连接。
4.根据权利要求2所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述第一协调控制器与每个所述储能核心交换机均连接。
5.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述前置服务器与所述第一环网交换机连接。
6.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述第一协调控制器与所述第一控制网交换机连接。
7.根据权利要求6所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述第一控制网交换机与所述间隔层的每个分区的多个第二控制网交换机均连接。
8.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述储能核心交换机与储能主交换机连接。
9.根据权利要求8所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述储能核心交换机通过规约转换装置与所述储能主交换机连接。
10.根据权利要求9所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述光伏电站控制网通过防火墙与所述规约转换装置连接。
11.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述站控层还包括储能监控主机、操作员工作站、数据库服务器、磁盘阵列和时间校准装置，储能监控主机、操作员工作站、数据库服务器、磁盘阵列和时间校准装置均与所述储能核心交换机连接。
12.根据权利要求11所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述数据库服务器和所述磁盘阵列连接。
13.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述站控层还包括自动发电控制系统服务器和/或自动电压控制服务器，所述储能核心交换机通过所述自动发电控制系统服务器和/或自动电压控制系统服务器与所述调度数据网连接。
14.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述第二环网交换机通过箱变测控装置与所述电池管理系统连接，通过所述箱变测控装置采集电池舱内的信号，采集的信号包括消防装置、浸水传感器、门禁传感器、空调、电能计量、电能质量监测仪、不间断电源及交流配电柜的信号。
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Title
张海涛 等: "模块化多站融合变电站一体化监控系统设计与实现", 《河北电力技术》, vol. 42, no. 1, 25 February 2023 (2023-02-25), pages 90 - 94 *
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