CN218415914U - 一种多环网实时通信的gw级储能能量管理装置 - Google Patents

Abstract

一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，装置包括储能能量管理装置包括集装箱，协调控制器，核心交换机，主服务器，备用服务器和客户端，每台集装箱包括环网交换机和变流器。多台环网交换机环形连接；环形连接的多台环网交换机中，与核心交换机距离最近的一台环网交换机定位为头部环网交换机；头部环网交换机与核心交换机环形连接；一台协调控制器与多台变流器环形连接；协调控制器与核心交换机、主服务器、备用服务器、客户端星形连接。本申请在不增加硬件成本的前提下，每个交换机网络都有两条物理通讯链路，实现系统网络的冗余保护，且将数据传输分为采集和下控两部分，分别采用不同的传输协议，极大提高了系统的稳定性和实时性。

Description

一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置

技术领域

本实用新型属于电力新能源储能系统监控领域，具体涉及一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置。

背景技术

随着国家“3060”目标推进，新能源发电装机比例正在大跨步提升，然而新能源发电本身的不稳定导致其面临两个细则的考核压力，同时随着电力市场改革的快速发展，新能源同时还面临参与电力市场交易的竞争压力。而储能作为辅助新能源友好并网的灵活手段，在新能源高速发展的快车上占据了重要地位，发挥了关键作用。为此国家相继出台了一系列政策措施，为储能产业发展提供了日趋良好的外部环境，储能的大力推进势在必行。

现有技术中，在储能系统能量管理的网络架构方面，传统的储能能量管理系统逻辑简单，通常采用星型网络连接，需采用网关进行多种协议转换，其安全性以及稳定性相对较低，对线路要求较高，不利于储能系统更好地服务于场站。

随着储能系统规模的增大，大规模储能组件之间的协调控制成为需要重点关注的焦点，这就需要通信速度更快且通信更为稳定的网络拓扑，但是受成本和项目周期限制，目前市面上厂商并没有在此方面投入大量精力以提升系统控制性能。而基于多环网实时通信的系统网络架构更能适应真实的系统环境，在不增加硬件成本的情况下，基本将传输网络实现冗余，环网间可以通过自动方式相互切换，保证系统正常工作，使控制设备因突发情况而导致停机概率降低，冗余网络使其数据传输的安全性得到有效提高。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，更能适应真实的系统环境，在不增加硬件成本的情况下，基本将传输网络实现冗余，环网间可以通过自动方式相互切换，保证系统正常工作，使控制设备因突发情况而导致停机概率降低，冗余网络使其数据传输的安全性得到有效提高。

本实用新型采用如下的技术方案。

一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，包括多组集装箱，多台协调控制器，一台核心交换机，一台主服务器，一台备用服务器和一套客户端，其中每组集装箱处安装一台环网交换机和一台变流器，核心交换机安装在储能电站机房内。

多台环网交换机环形连接；环形连接的多台环网交换机中，与核心交换机距离最近的一台环网交换机定位为头部环网交换机；头部环网交换机与核心交换机环形连接；一台协调控制器与多台变流器环形连接；协调控制器与核心交换机、主服务器、备用服务器、客户端星形连接。

环网交换机为二层交换机，包括6个RJ45接口和4个SC光纤接口。

每组集装箱内的设备节点通过超六类屏蔽网线接到环网交换机的RJ45接口。

当各组集装箱的间距不超过100m时，多台环网交换机采用超六类屏蔽网线连接；当各组集装箱的间距超过100m时，多台环网交换机采用单模光纤连接；

其中，环形连接的环网交换机的数量不大于20。

核心交换机为三层交换机，与核心交换机环形连接的头部环网交换机的数量不大于60。

当协调控制器的数量不超过2台时，核心交换机包括12个RJ45电接口；当协调控制器的数量为3至7台时，核心交换机包括18个RJ45电接口；当协调控制器的数量为8至10台时，核心交换机包括24个RJ45电接口。

协调控制器为工业边缘控制器；协调控制器包括3个RJ45接口，其中，2个RJ45接口用于连接变流器，1个RJ45接口用于连接核心交换机。

与协调控制器环形连接的变流器的数量不大于125。

协调控制器、变流器之间采用超六类四组双屏蔽网线连接。

协调控制器的数量不大于10。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，在不增加硬件成本的前提下，每个交换机网络都有两条物理通讯链路，实现系统网络的冗余保护，且将数据传输分为采集和下控两部分，分别采用不同的传输协议，极大提高了系统的稳定性和实时性。

附图说明

图1是本实用新型提出的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置的结构示意图；

图中附图标记说明如下：

1-主服务器；2-备用服务器；3-客户端；4-核心交换机；5-协调控制器；6a-头部环网交换机；6b-环网交换机。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。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申请的保护范围。

如图1所示，一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，包括多组集装箱，多台协调控制器5，一台核心交换机4，一台主服务器1，一台备用服务器2和一套客户端3，其中，每组集装箱处安装一台环网交换机和一台变流器。其中，集装箱布置在储能电站的户外场地上，核心交换机布置在储能电站的机房内。

多台环网交换机6a和6b环形连接；环形连接的多台环网交换机中，与核心交换机4距离最近的一台环网交换机定位为头部环网交换机6a；头部环网交换机6a与核心交换机4环形连接；一台协调控制器5与多台变流器PCS1、PCS2、……、PCSn环形连接；协调控制器5与核心交换机4、主服务器1、备用服务器2、客户端3星形连接。

本实施例中，多台环网交换机6a和6b通过环形连接形成了环网B1、B2、……Bm；头部环网交换机6a与核心交换机4环形连接形成了环网C；一台协调控制器5与多台变流器PCS1、PCS2、……、PCSn环形连接形成了环网D1、D2、……、Dz；协调控制器5与核心交换机4、主服务器1、备用服务器2、客户端3星形连接形成了星型网E。此外，每组集装箱内的BMS系统和辅助系统与环网交换机星形连接形成了多个网络A。由于储能能量管理系统规模较大，采集的数据点位较多，将整个网络拓扑成多个子网络，根据系统对数据传输的要求，分为数据采集和数据下控两部分，两部分传输采用不同的工业以太网协议。储能能量管理装置的网络拓扑架构可以根据终端设备的规模数量进行配置。

实现数据采集的网络A，环网B1、B2、……、Bm以及环网C，这些网络均采用标准Modbus TCP通信协议，该协议应用范围广，且较为简单，方便和底层节点设备对接调试，信息传输的实时性并不高；实现数据下控的环网D1、D2、……、Dz采用基于实时传输的Ethercat(以太网控制自动化技术)通信协议，该协议其稳定性、可靠性、同步实时性都高于基于Modbus TCP的传输，根据测试数据，基于Ethercat工业实时以太网的单台协调控制器响应125个PCS设备大约1ms，GW级储能能量管理系统可快速响应完成一次调频。为避免局域网内广播风暴，核心交换机划为分多个VLAN，单个VLAN不超过255个终端节点，不同VLAN之间环网设备通信不受干扰，方便对局域网下终端设备的维护管理。

环网交换机为二层交换机，包括6个RJ45接口和4个SC光纤接口。

每组集装箱内的设备节点，即BMS系统和辅助系统的节点通过超六类屏蔽网线接到环网交换机的RJ45接口。

当各组集装箱的间距不超过100m时，多台环网交换机采用超六类屏蔽网线连接；当各组集装箱的间距超过100m时，多台环网交换机采用单模光纤连接；

其中，环形连接的环网交换机的数量不大于20，即环网B1、B2、……Bm中各环网包含的环网交换机的数量不大于20。

核心交换机为三层交换机，与核心交换机环形连接的头部环网交换机的数量不大于60，即m不大于60。

当协调控制器的数量不超过2台时，核心交换机包括12个RJ45电接口；当协调控制器的数量为3至7台时，核心交换机包括18个RJ45电接口；当协调控制器的数量为8至10台时，核心交换机包括24个RJ45电接口。

协调控制器为工业边缘控制器；协调控制器包括3个RJ45接口，其中，2个RJ45接口用于连接变流器，实现线路冗余，1个RJ45接口用于连接核心交换机。

协调控制器还连接CT(电流互感器)/PT(电压互感器)采样装置，该装置提供电流和电压的模拟量。

与协调控制器环形连接的变流器的数量不大于125，即n不大于125。

协调控制器、变流器之间采用超六类四组双屏蔽网线连接。

协调控制器的数量不大于10，即z不大于10。

单个网络A中的设备节点数量最大值为4。

本实施例中，服务器有主、备两台，EMS能量管理监控软件部署到服务器上，通过对监控软件进行冗余配置，实现服务器冗余，保证实时数据在两台服务器上同时存储和显示，主服务器站出现故障后，备用服务器能够接替监控站来工作，并且及时通知操作人员处理故障。当主服务器恢复正常以后，自动接替备用服务器工作，恢复初始的工作状态。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：

1、本申请基于多环网实时通信的系统网络架构拓扑，更能适应真实的系统环境，特别是针对GW级的储能能量管理系统；

2、本申请在不增加硬件成本的情况下，每一个交换机网络都有两条物理通讯链路，实现网络的冗余，保障了监控系统数据采集处理，提高了系统的可靠性与稳定性，节省交换机和通讯线缆；

3、本申请核心交换机采用VLAN划分，扩展灵活，对较多的底层节点实现更好的管理，更改节点所属的网络不必换端口和连线，只更改软件配置就可；

4、本申请将数据采集和数据下控分开，数据采集采用Modbus TCP通信协议，数据下控采用Ethercat实时通信协议，能量管理系统和PCS之间无须交换机或集线器，其通信具备极短的循环时间、较高的同步性，PCS可以更快地响应系统的调功信号。

本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的实用新型精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，所述储能能量管理装置包括多组集装箱，多台协调控制器，一台核心交换机，一台主服务器，一台备用服务器和一套客户端，其中，每组集装箱处安装一台环网交换机和一台变流器，核心交换机安装在储能电站机房内，其特征在于：

多台环网交换机环形连接；

环形连接的多台环网交换机中，与核心交换机距离最近的一台环网交换机定位为头部环网交换机；头部环网交换机与核心交换机环形连接；

一台协调控制器与多台变流器环形连接；协调控制器与核心交换机、主服务器、备用服务器、客户端星形连接。

2.根据权利要求1所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

环网交换机为二层交换机，包括6个RJ45接口和4个SC光纤接口。

3.根据权利要求2所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

每组集装箱内的设备节点通过超六类屏蔽网线接到环网交换机的RJ45接口。

4.根据权利要求1所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

当各组集装箱的间距不超过100m时，多台环网交换机采用超六类屏蔽网线连接；当各组集装箱的间距超过100m时，多台环网交换机采用单模光纤连接；

其中，环形连接的环网交换机的数量不大于20。

5.根据权利要求1所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

核心交换机为三层交换机，与核心交换机环形连接的头部环网交换机的数量不大于60。

6.根据权利要求5所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

当协调控制器的数量不超过2台时，核心交换机包括12个RJ45电接口；当协调控制器的数量为3至7台时，核心交换机包括18个RJ45电接口；当协调控制器的数量为8至10台时，核心交换机包括24个RJ45电接口。

7.根据权利要求1所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

协调控制器为工业边缘控制器；协调控制器包括3个RJ45接口，其中，2个RJ45接口用于连接变流器，1个RJ45接口用于连接核心交换机。

8.根据权利要求7所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

与协调控制器环形连接的变流器的数量不大于125。

9.根据权利要求8所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

协调控制器、变流器之间采用超六类四组双屏蔽网线连接。

10.根据权利要求1所述的多环网实时通信的GW级储能能量管理装置，其特征在于：

协调控制器的数量不大于10。

Images