CN1964152A - 一种微型电网的控制与管理系统 - Google Patents

Abstract

一种微型电网的控制与管理系统，系由最高级组织层、中间协调层和低级执行层组成的从上至下的树形结构，中间协调层内部为连通环状结构。各层从上至下控制精度递阶上升，人工智能递阶下降。最高级组织层管理中心首先启动全系统，并向中间协调层各单元发送连接命令，要求建立通信管道。中间协调层各单元接受到最高组织层管理中心的连接命令后，开始启动，并相应连接命令与最高组织层建立通信管道。通信管道建立成功后，中间协调层各单元检查各自的接口和分布式能源状态，并判断分布式能源是否符合并网条件，如果符合，则由低层控制器控制分布式能源并网，并开始与中间协调层通信，系统进入正常工作，如果不符合，则继续等待并定时启动判断。

Description

一种微型电网的控制与管理系统

技术领域

本发明涉及分布式能源和电力网络监控系统，特别涉及微型电网控制与管理系统。

背景技术

目前电力网络尤其是配电系统自动化管理在理论结构上由配电自动化系统主站(即监控中心)、配电自动化子站、变电站监控系统、综合监控仪、抄表集中器和配电控制单元等组成。配电自动化主站负责整个地区配电网的监视和控制，完成整个城区内各个变电站和所有开闭所及馈线数据的收集、整理，并上传至人机工作站，由运行人员完成系统的监视和控制任务。配电自动化子站完成主站指定区域的故障诊断、故障隔离和供电恢复。配电终端设备和抄表系统完成各开关、开闭所、用户的信息采集和处理功能。在子站以下的自动化系统整体结构松散，整个系统的运行和控制管理都需要带人反馈执行，即需要运行人员监视运行状态，控制网络运行。

微型电网作为分布式能源系统的新型组织形式，使配电网结构发生了根本的变化，由原来的无源放射状网络变成一个有源的、结构灵活的网络。而且分布式能源可能具有多种形态和多种运行条件，微型电网地理范围小，需实现自治运行，无人管理，对此，传统配电网自动化系统底层的松散耦合结构和有限的功能结构无法适应如此复杂和灵活的有源网络管理任务。

发明内容

本发明的目的是克服现有的配电网自动化系统无法管理分布式能源的先天缺陷，为微型电网的监控管理提供一套完善的、可靠的、规范的控制管理系统。

本发明采用一种分层递阶的控制管理结构，共分三层，包括最高级组织层、中间协调层和低级执行层。结构为从上至下树形结构，中间协调层内部为连通环状结构。各层从上至下控制精度递阶上升，人工智能递阶下降。

1、最高级组织层由微型电网管理中心组成，作为全系统的最高层，能够学习并产生决策，分辨微型电网运行状态，形成相应的任务。主要功能分为数据采集处理、在线实时控制、高级自治管理和人机辅助管理四大部分。其中：

(1)数据采集处理，主要完成各个单元数据的收集、处理解释、存储和显示，并把这些实时信息传递给其它应用模块。数据处理流程为可分为如下步骤：前置接受、处理数据、存入实时数据库、转发给在线实时控制系统、存入历史数据库、转发给高级自治管理系统和显示处理。以上流程依次顺序执行。

(2)在线实时控制是根据测量数据和简单反应式规则来对微电网实时控制，其反应式控制规则由高级自治管理动态修改。并且它在向中间协调层发出的指令后，同时把指令和该时间断面数据转发给后台，由高级自治管理对指令是否正确进行校正。

(3)高级自治管理，它获取最新的数据断面，启动分析用来评估微电网目前、未来的状态，发出相应控制规则；定时获取历史数据，制定发电计划，评估可能发生的故障，制定安全和故障对策等等反应规则，下发给在线实时控制；

(4)人机辅助管理是提供运行人员介入微型电网管理的一个接口。一旦人机管理被启动，高级自治管理将不再负责维持微型电网运行，它的分析结果只对运行人员指令提供参考。

2、中间协调层：包括分布式能源并网接口和保护开关控制装置。主要功能为互相协商和协调各控制器的控制作用，共同完成最高层微型电网管理中心下达的任务。当微型电网管理中心发生崩溃或其他事故时，中间协调层的各个单元能够互相协商和协调，共同维持微型电网正常运行。其中：

(1)分布式能源并网接口，在微型电网管理中心正常运行状态下，它接受分布式能源控制器上传的分布式能源相关数据，并采集分布式能源并网结点的三相电压、电流和频率，并计算有功功率、无功功率、谐波、功率因数、有功电度、无功电度，把相应数据发送至微型电网管理中心。它同时接受微型电网管理中心指令，根据分布式能源的运行情况解释指令，得到具体的量化指令，下发至低级执行层的分布式能源控制器。在微型电网管理中心崩溃或发生故障的时候，它将和同处于中间协调层的各个单元互相交换数据，以此判断目前所处的环境，作出相应的控制决策。

(2)保护开关控制装置，保护开关控制装置能够在事故时自己判断分合，并能够与各个分布式能源并网接口及微型电网管理中心通信，接受和执行微型电网管理中心的指令。在微型电网管理中心正常运行状态下，它采集开关状态和并网接口数据，把相应数据发送至微型电网管理中心。接受微型电网管理中心指令来分闸或合闸。在微型电网管理中心崩溃或发生故障的时候，它将和同处于中间协调层的各个单元互相交换数据，以此判断目前所处的环境，作出相应的控制。

3、低级执行层：包括各个分布式能源控制器和保护开关。主要功能为高精度执行中间协调层指令。在微型电网并网状态下，各个分布式能源控制器能够通过控制其所对应的分布式能源输出有功功率和无功功率使其稳定运行。在微型电网独立运行状态下，各个分布式能源控制器能够通过控制其所对应的分布式能源输出电压和频率使其稳定运行。同时分布式能源控制器能够将自身测量和控制数据上传给并网接口平台，并能够接受和执行并网接口平台的控制管理命令。

本发明在广域网络可以使用Ethernet、GPRS、电力线载波等多种通信方式，局域网络可以使用CAN、HPI、串口等多种通信方式。

本发明可以在结构上高效的、可靠的管理微型电网内部各个分布式能源和保护开关，实现微型电网无人管理、自治运行。

附图说明

图1是本发明微型电网控制与管理系统总体结构图。

图2是本发明流程框图。

图3是分布式能源并网接口结构图。

图4是微型电网管理中心硬件结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1所示为本发明微型电网控制与管理系统总体结构，如图1所示，本发明结构为从上至下树形结构，中间协调层内部为连通环状结构。最高级组织层由微型电网管理中心组成；中间协调层由分布式能源并网接口、保护开关控制装置以及现有的配电网保护装置组成；低级执行层包括各个分布式能源控制器和保护开关。各层从上至下控制精度递阶上升，人工智能递阶下降。

图2所示为本发明微型电网控制与管理流程框图。全系统由最高级组织层管理中心首先启动，并向中间协调层各单元发送连接命令，要求建立通信管道。中间协调层各单元接受到最高组织层管理中心的连接命令后，开始启动，并相应连接命令与最高组织层建立通信管道。通信管道建立成功后，中间协调层各单元检查各自的接口和分布式能源状态，并判断分布式能源是否符合并网条件。如果符合，则由低层控制器控制分布式能源并网，并开始与中间协调层通信，系统进入正常工作。如果不符合，则继续等待并定时启动判断。

如图3所示为分布式能源并网接口，包括DSP采集处理模块、ARM通信模块、液晶显示以及键盘等外围设备。DSP采集处理模块负责采集接口数据，接受底层控制器上传信息。并将分布式能源和接口的信息处理后通过局域网络传送给ARM通信模块。同时又接收ARM通信模块解释的下发指令。图3中采用CAN总线方式，可根据不同情况选择不同的局域网络。ARM通信模块把上传过来的数据重新打包，并通过广域网络发送给管理中心或是其他分布式能源接口。同时接收管理中心的命令，加以具体分析解释后，下送至底层控制器。键盘、液晶显示等外围设备通过ARM通信模块接口连接，用于对分布式能源接口进行人为设定等操作。

如图4所示，微型电网管理中心包括前置数据中心服务器、控制管理服务器与人机交互工作站。整个中心可根据系统实际情况配制成单机、双机或双网结构，图4中为双机单网结构，一主一备可保证管理可靠性。微型电网地理范围小，所测量的设备、设施和数据量相对大型能量管理系统和配电管理系统小很多，所以无需专门设置前置机，由数据中心服务器兼作系统前置机，完成规约解释、数据处理等任务。同时数据中心服务器完成数据库管理、数据发布等任务。控制管理服务器主要任务接受数据中心服务器的数据，对所有数据进行分析，评估微电网目前、未来的状态，发出相应实时控制命令和长期控制规则；制定发电计划，评估可能发生的故障，制定安全和故障对策等等。人机交互工作站提供给运行人员介入微型电网管理的一个接口，并提供相关辅助服务。

Claims (6)

1、一种微型电网的控制与管理系统，其特征在于其为由最高级组织层、中间协调层和低级执行层组成的从上至下的树形结构，中间协调层内部为连通环状结构；各层从上至下控制精度递阶上升，人工智能递阶下降；最高级组织层由微型电网管理中心组成，主要功能为数据采集处理、在线实时控制、高级自治管理和人机辅助管理；中间协调层由分布式能源并网接口和保护开关控制装置以及现有的配电网保护装置组成，其主要功能为互相协商和协调各控制器的控制作用，共同完成最高层微型电网管理中心下达的任务；当微型电网管理中心发生崩溃或其他事故时，中间协调层的各个单元能够互相协商和协调，共同维持微型电网正常运行；低级执行层包括各个分布式能源控制器和保护开关，主要功能为执行中间协调层指令，在微型电网并网状态下，各个分布式能源控制器通过控制其所对应的分布式能源输出有功功率和无功功率使其稳定运行。

2、如权利要求1所述的微型电网的控制与管理系统，其特征在于数据采集处理流程为如下步骤：前置接受、处理数据、存入实时数据库、转发给在线实时控制系统、存入历史数据库、转发给高级自治管理系统和显示处理；在线实时控制是根据测量数据和简单反应式规则来对微电网实时控制，其反应式控制规则由高级自治管理动态修改，并且它在向中间协调层发出的指令后，同时把指令和该时间断面数据转发给后台，由高级自治管理对指令是否正确进行校正；高级自治管理获取最新的数据断面，启动分析用来评估微电网目前、未来的状态，发出相应控制规则；定时获取历史数据，制定发电计划，评估可能发生的故障，制定安全和故障对策等等反应规则，下发给在线实时控制；人机辅助管理是提供运行人员介入微型电网管理的一个接口，一旦人机管理被启动，高级自治管理将不再负责维持微型电网运行，它的分析结果只对运行人员指令提供参考。

3、如权利要求1所述的微型电网的控制与管理系统，其特征在于分布式能源并网接口在微型电网管理中心正常运行状态下，接受分布式能源控制器上传的分布式能源相关数据，并采集分布式能源并网结点的三相电压、电流和频率，并计算有功功率、无功功率、谐波、功率因数、有功电度、无功电度，把相应数据发送至微型电网管理中心；并同时接受微型电网管理中心指令，根据分布式能源的运行情况解释指令，得到具体的量化指令，下发至低级执行层的分布式能源控制器；在微型电网管理中心崩溃或发生故障的时候，它和同处于中间协调层的各个单元互相交换数据，以此判断目前所处的环境，作出相应的控制决策；

保护开关控制装置能在事故时自己判断分合，并能够与各个分布式能源并网接口及微型电网管理中心通信，接受和执行微型电网管理中心的指令；在微型电网管理中心正常运行状态下，它采集开关状态和并网接口数据，把相应数据发送至微型电网管理中心，接受微型电网管理中心指令来分闸或合闸；在微型电网管理中心崩溃或发生故障的时候，它和同处于中间协调层的各个单元互相交换数据，以此判断目前所处的环境，作出相应的控制。

4、如权利要求1或3所述的微型电网的控制与管理系统，其特征在于分布式能源并网接口主要包括DSP采集处理模块、ARM通信模块；DSP采集处理模块负责采集接口数据，接受底层控制器上传信息，并将分布式能源和接口的信息处理后通过局域网络传送给ARM通信模块；同时又接收ARM通信模块解释的下发指令；ARM通信模块把上传过来的数据重新打包，并通过广域网络发送给管理中心或是其他分布式能源接口，同时接收管理中心的命令，加以具体分析解释后，下送至底层控制器。

5、如权利要求1所述的微型电网的控制与管理系统，其特征在于在微型电网并网状态下，低级执行层的各个分布式能源控制器通过控制其所对应的分布式能源输出有功功率和无功功率使其稳定运行；在微型电网独立运行状态下，各个分布式能源控制器通过控制其所对应的分布式能源输出电压和频率使其稳定运行；同时分布式能源控制器将自身测量和控制数据上传给并网接口平台，并接受和执行并网接口平台的控制管理命令。

6、如权利要求1所述的微型电网的控制与管理系统，其特征在于本发明微型电网控制与管理流程如下：最高级组织层管理中心首先启动全系统，并向中间协调层各单元发送连接命令，要求建立通信管道；中间协调层各单元接受到最高组织层管理中心的连接命令后，开始启动，并相应连接命令与最高组织层建立通信管道；通信管道建立成功后，中间协调层各单元检查各自的接口和分布式能源状态，并判断分布式能源是否符合并网条件；如果符合，则由低层控制器控制分布式能源并网，并开始与中间协调层通信，系统进入正常工作，如果不符合，则继续等待并定时启动判断。

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