CN210111691U - 一种分布式新能源储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式新能源储能系统，属于电力工程领域。所述装置包括储能系统、数据检测与控制电路、WirelessHART设备节点和WirelessHART网关；所述数据检测与控制电路用于对储能系统的运行信息进行实时监控、采集；所述WirelessHART设备节点用于对所述运行信息进行分析处理并将分析处理的运行信息传送给WirelessHART网关；所述WirelessHART网关用于接受WirelessHART设备节点分析处理的运行信息，并将所述分析处理的运行信息传送给监控中心；所述WirelessHART设备节点还用于根据分析处理的运行信息对储能系统发出控制信号。本实用新型可以实时掌握系统的运行状况，增强了系统实用性和安全性能。

Description

一种分布式新能源储能系统

技术领域

本实用新型属于电力工程领域，具体涉及一种分布式新能源储能系统。

背景技术

近年来，随着储能技术经济性的不断提升，储能在可再生能源发电、智能电网、能源互联网建设中的作用日益凸显，我国也相继出台政策鼓励储能技术的建设与应用。根据接入方式及应用场景的不同，储能系统的应用主要包含集中式与分布式两种形式。集中式应用的储能系统一般在同一并网点集中接入，目前，在大规模可再生能源发电并网、电网辅助服务等方面主要采用此形式，具有功率大(数兆瓦到百兆瓦级)、持续放电时间长(分钟级至小时级) 等特点。分布式应用的储能系统接入位置灵活，目前多在中低压配电网、分布式发电及微电网、用户侧应用。分布式储能的功率、容量的规模相对较小。

当前，分布式储能总装机容量较小，整体仍处于起步阶段，但伴随着技术的不断成熟，相应的成本也不断降低，因此分布式储能技术发展前景广阔，最具代表性的应用就是独立运行的中小型风光互补发电系统。虽然在日常生活中分布式新能源储能系统已经发挥了一定的重要作用，但是由于目前广泛使用的分布式新能源储能系统不具备智能化管理与远程无线监控等功能，用户不能实时掌握电源的运行情况、蓄电池是否需要更换以及系统故障信息等，系统出现故障时管理者不能及时发现并处理，从而导致该系统实用价值与安全性。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种分布式新能源储能系统，用于解决现有技术中存在的系统不具备智能化管理与远程无线监控等功能的问题。

为解决现有技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

一种分布式新能源储能系统，所述系统包括发电系统、数据检测与控制电路、WirelessHART设备节点、WirelessHART网关和监控单元；

所述数据检测与控制电路用于对发电系统的运行信息进行实时监控、采集，并将运行信息传送给WirelessHART设备节点；

所述WirelessHART设备节点接受运行信息，对所述运行信息进行分析处理并将分析处理后的运行信息传送给WirelessHART网关；

所述WirelessHART网关用于接受WirelessHART设备节点分析处理后的运行信息，并将所述分析处理后的运行信息传送给监控单元；

所述WirelessHART设备节点还用于根据分析处理后的运行信息对发电系统发出控制信号。

进一步的，所述发电系统包括分布式光伏系统、储能系统一、分散式风电系统、储能系统二；

所述分布式光伏系统用于将光能转化为电能并将电能储存到储能系统一；

所述分散式风电系统用于将风能转化为电能并将电能储存到储能系统二。

进一步的，所述系统还包括无线通讯模块；所述WirelessHART设备节点通过无线通讯模块将分析处理后的运行信息传送给WirelessHART网关。

进一步的，所述WirelessHART网关包括接入口、网关和网络管理器；

所述无线通讯模块经接入口为WirelessHART网关提供无线通信；

所述网关用于提供WirelessHART网关和监控单元的接口；

所述网络管理器用于对无线通讯模块提供的无线网络进行管理。

进一步的，所述数据检测与控制电路包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和温度传感器；

所述霍尔电压传感器用于对储能系统的电压进行检测，并将检测信息上传至WirelessHART设备节点；

所述霍尔电流传感器用于对储能系统的电流进行检测，并将检测信息上传至WirelessHART设备节点；

所述温度传感器用于对储能系统的温度进行检测，并将检测信息上传至WirelessHART 设备节点。

进一步的，所述监控单元包括PC。

进一步的，所述运行信息包括工作状态信息、故障信息和蓄电池信息。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型通过将无线通信技术WirelessHART与分布式新能源发电技术相融合，对发电系统的的关键信息实时采样，并通过无线通信模块将系统的关键信息发送给远程监控中心或者用户，可以实现用户实时掌握系统的运行状况，增强了系统实用性和安全性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为温度传感器信号调理电路；

图3为WirelessHART设备节点核心模块电路图；

图4为数据采集程序流程图；

图5为WirelessHART网关的无线通信程序流程图；

图6为WirelessHART设备节点的无线通信程序流程图；

图7为命令处理任务流程图。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种分布式新能源储能系统，包括发电系统、数据检测与控制电路、WirelessHART设备节点、WirelessHART网关、无线通讯模块和监控单元；数据检测与控制电路用于对发电系统的运行信息进行实时监控、采集，并将运行信息传送给WirelessHART 设备节点；WirelessHART设备节点接受运行信息，对所述运行信息进行分析处理并将分析处理后的运行信息通过无线通讯模块传送给WirelessHART网关；WirelessHART网关用于接受WirelessHART设备节点分析处理后的运行信息，并将所述分析处理后的运行信息传送给监控单元；WirelessHART设备节点还用于根据分析处理后的运行信息对发电系统发出控制信号。

发电系统包括分布式光伏系统、储能系统一、分散式风电系统、储能系统二；分布式光伏系统用于将光能转化为电能并将电能储存到储能系统一；分散式风电系统用于将风能转化为电能并将电能储存到储能系统二。

监控单元包括PC，运行信息包括工作状态信息、故障信息和蓄电池信息

该系统的工作过程如下：数据检测与控制电路对发电系统的运行信息进行实时监测， WirelessHART设备节点对检测电路采集来的运行信息进行分析处理并发出相应的控制信号，无线通讯模块可以把发电系统的运行信息发送给WirelessHART网关，由WirelessHART网关把运行信息传送给监控单元，以便监控单元可以远程掌握风光互补发电系统的工作状态、故障信息、蓄电池是否需要更换等，使整个系统可以无人值守的工作。

数据检测与控制电路利用霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和温度传感器对分布式光伏系统、分散式风电系统和储能系统的电压、电流、温度值进行检测，传感器采集的数据经 WirelessHART设备节点运算处理后通过无线通信模块发送给WirelessHART网关，由WirelessHART网关把数据传送给监控中心或用户，监控中心根据收到的数据可以判断出系统的工作状态，蓄电池是否需要更换等信息。

如图2所示，温度传感器采用温度传感器PT100，PT100是市场上常见的铂热电阻，其阻值会随温度的改变而改变。两线制PT100的信号调理电路可由芯片AD780和芯片AD8572组成。AD8572是由两个运算放大器组成，用来产生恒流源和放大电压信号，它需要2.5V(REF) 的参考电压输入，可由高精度基准电压源AD780提供。实测电压为2.491V，并联一个2.49k Ω的高精度电阻，因此流经PT100的恒定电流为1mA。AD8572输出的是电压信号，是温度传感器两端电压放大10倍的电压值，作为模拟信号输入与处理器的ADC接口相连。

如图3所示，WirelessHART设备节点采用MCU+RF硬件解决方案。WirelessHART设备节点主要由超低功耗微控制器EFM32GG230F512、低功耗收发器AT86RF233和部分电源组成，这部分电源主要用于给WirelessHART设备节点提供稳定+3V电压。

微控制器EFM32GG230F512、收发器AT86RF233、巴伦电路和天线接口等组成了WirelessHART设备节点的核心模块。

WirelessHART网关的WirelessHART网络中分为3个部分：1)接入口，用于跟无线通讯模块提供的无线网络的无线通信；2)网关，用于提供到主机应用程序的接口；3)网络管理器，用于管理整个无线网络。接入点是一个跟PC连接的硬件模块，而网关和网络管理器则是以软件形式存在。这三个部分集成在一起，组成了一个WirelessHART网关。

WirelessHART网关用于将WirelessHART网络与其他网络相连，并允许两个不同网络之间交互HART命令。网关WHG110使用标准的HART命令来与WirelessHART网络设备以及上位机通信。它的主要特点是：

(1)控制应用程序支持：WHG110中的网络管理器支持网关控制，以改善功能和增强网络性能。

(2)多个接入点支持：WHG110中的网络管理器支持多个接入点，以提供可靠的和冗余的通信。

(3)数据缓存功能：WHG110中的网关具有数据缓存功能，缓存从网络节点传送来的突发数据，以优化WirelessHART网络综合性能，并提高对上位机的响应速度。

(4)协议支持：WHG110中的网关支持HART，Profibus DP，Modbus等协议，能通过不同物理层(RS-485，Ethernet LAN，Wi-Fi等)与上位机通信。

(5)互操作性：经过测试和验证，WirelessHART网络设备可以加入Emerson网关，Emerson 网络设备同样可以加入网关WHG110。

WirelessHART设备节点的开发环境采用IAR ARM，移植的操作系统采用μC/OS-II。WirelessHART设备节点的软件部分主要包括3个任务：有线传输任务、无线传输任务和命令处理任务等。3个任务独立工作，并通过事件处理功能实现任务同步和数据通信，也可根据不同优先级进行中断级的任务切换。

有线传输任务负责WirelessHART设备节点与传感器之间的通信，主要是数据采集程序。无线传输任务负责设备节点与WirelessHART网关之间的无线通信，它们之间的报文传输都由此任务负责。命令处理任务主要负责处理命令。

如图4所示，数据采集程序主要包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和温度传感器的数据采集程序、对采集的数据进行A/D转换的程序以及将数据转换为帧格式进行输出的程序。其中帧格式为WirelessHART协议定义的数据帧格式。

如图5所示，无线通信程序是WirelessHART设备节点软件设计的核心部分，主要负责WirelessHART设备节点与WirelessHART网关之间的通信，它分为网关程序和设备节点程序。其中创建网络的功能是由网络管理器实现。首先初始化硬件和WirelessHART协议栈，然后网络管理器创建一个新的WirelessHART网络，并设定网络ID、加入密钥和通道映射表，打开全局中断后开始进入无线监听状态，等待设备节点连接；希望加入网络的节点上电后发出入网请求并验证加入密钥，成功入网后，记录分配好的网络ID和通道映射表；设备节点逐个地加入网络，空闲时处于休眠状态，唤醒后进入通信状态，按功能定时向网关发送数据。如果终端节点发送来的是传感器信号，则网关会从串口发送给上位机。

如图6所示，控制方面的功能由设备节点承担，同样首先初始化硬件和WirelessHART 协议栈，然后打开全局中断。节点开始申请加入网络，发送入网信号等待WirelessHART网关响应。如果成功加入网络，节点进入休眠状态，如果失败则继续申请入网。成功加入网络的节点按要求唤醒，唤醒之后定时采集传感器信号并向WirelessHART网关发送，如果发送成功，节点继续进入休眠状态，如果发送失败，节点继续发送当前温度和电压、电流信息。

如图7所示，命令处理任务的职责是对网关返还的命令响应进行处理，也就是处理接收子程序接收到的数据，并将处理后的数据信息更新到数据库中。命令处理任务分为多个不同的命令处理子程序，它们负责按字节顺序逐个处理数据。首先，它先判断是否接收到套接字数据，如果接收到，则开始第一个字节的处理。第一个字节不是命令号，它用来判断数据的准确性，如果数据准确，接着进入第二个字节的处理。命令号就是从第二个字节开始的，其值若为2，则使用2号命令处理，若不为2，则使用与之相对应的命令号处理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述系统包括发电系统、数据检测与控制电路、WirelessHART设备节点、WirelessHART网关和监控单元；

所述数据检测与控制电路用于对发电系统的运行信息进行实时监控、采集，并将运行信息传送给WirelessHART设备节点；

所述WirelessHART设备节点接受运行信息，对所述运行信息进行分析处理并将分析处理后的运行信息传送给WirelessHART网关；

所述WirelessHART网关用于接受WirelessHART设备节点分析处理后的运行信息，并将所述分析处理后的运行信息传送给监控单元；

所述WirelessHART设备节点还用于根据分析处理后的运行信息对发电系统发出控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述发电系统包括分布式光伏系统、储能系统一、分散式风电系统、储能系统二；

所述分布式光伏系统用于将光能转化为电能并将电能储存到储能系统一；

所述分散式风电系统用于将风能转化为电能并将电能储存到储能系统二。

3.根据权利要求1所述的一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述系统还包括无线通讯模块；所述WirelessHART设备节点通过无线通讯模块将分析处理后的运行信息传送给WirelessHART网关。

4.根据权利要求3所述的一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述WirelessHART网关包括接入口、网关和网络管理器；

所述无线通讯模块经接入口为WirelessHART网关提供无线通信；

所述网关用于提供WirelessHART网关和监控单元的接口；

所述网络管理器用于对无线通讯模块提供的无线网络进行管理。

5.根据权利要求1所述的一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述数据检测与控制电路包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和温度传感器；

所述霍尔电压传感器用于对储能系统的电压进行检测，并将检测信息上传至WirelessHART设备节点；

所述霍尔电流传感器用于对储能系统的电流进行检测，并将检测信息上传至WirelessHART设备节点；

所述温度传感器用于对储能系统的温度进行检测，并将检测信息上传至WirelessHART设备节点。

6.根据权利要求1所述的一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述监控单元包括PC。

7.根据权利要求1所述的一种分布式新能源储能系统，其特征在于，所述运行信息包括工作状态信息、故障信息和蓄电池信息。

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