CN218514151U - 一种动态电力组网系统控制终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动态电力组网系统控制终端，包括：数字输入模块，用于接收数字输入信号；数字输出模块，用于输出数字输出信号以对电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路进行控制；模拟量采集模块，用于采集电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路的模拟量信息；通信模块，用于提供与中央控制器、电池BMS、换流器、人机交互系统的通信接口；中央处理模块，用于完成数据的采集、通信、控制以及逻辑计算功能；电源模块，用于为所述中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块和通信模块提供所需的直流电。本实用新型可满足对动态电力组网系统主体设备，上级运维平台的通讯管理和能量管理策略开发要求。

Description

一种动态电力组网系统控制终端

技术领域

本实用新型涉及多动态组网系统或装置控制终端，特别是涉及一种动态电力组网系统控制终端。

背景技术

动态电力组网系统指的是可对固定式或移动式电力装置进行拓扑重构组网，实现电力电源、负荷与储能装置灵活接入和利用的新型电力装置系统，是实现发电、储能和配电动态随机一体化的保电或供电的新形式。其典型应用场景和模式包括应急供电、电网不停电作业、重大活动保供电，配电网故障自愈管理等。动态电力组网系统在核心控制技术方面需要对动态随机组网的电力装置实现电力能量的互联互通，并体现对组网装置的协调通信管理与能量控制能力。控制过程涉及储能、变流器等电源或变电本体管理，温控、消防、充放电接口、EMS、人机交互实时通信管理，以及实时功率跟踪、削峰填谷等在内的多种就地能量控制和策略管理功能；此外，还需完成与上级电力调控系统的通信，实现运行管理维护和调度策略下发功能。因此动态电力组网控制终端需要实现与各种内外部资源的组网协调控制。

动态电力组网系统的典型形式包括有：（1）移动储能电源车；（2）交直流微电网组网，组网资源包括电网、交流负荷、光伏、直流负荷、移动电源车等；（3）多类型应急电源并联组网模式，包括电网、分布式储能舱、柴油发电车、电化学储能车；（4）上述形式的更多种的并联/串联形式。

目前，还没有应用于动态电力组网系统的专用控制终端。现有的，相似的主要是应用于储能系统控制模块。其主要包括两种实现技术路线，一种是在传统的EMS框架下，采用可编程控制器根据实际需求进行逻辑编写，管理功能强大专业性强，但并不适用移动电力系统；第二种是包含执行机构的、实现微秒级并离网切换功能的控制模块，其依赖于对换流器和断路器的通讯和控制具体实现方式，研发周期长，实现成本高；同时控制模块结构复杂，体积较大，对空间布局有要求，通常不能适用于移动电力紧凑空间。

现有专利文献CN215120824U公开了一种芯片化通信管理系统，包括综合测控保护装置和芯片化通信管理单元，芯片化通信管理单元包括对等通讯板卡、调度通讯板卡、电源及I/0板卡和无线通信板卡。通过板卡式设计对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡、无线通信板卡集成在芯片化通信管理单元，实现了各部件的模块化、小型化设计。其采用工控板卡处理核心计算和过程管理，对于有线通讯、无线通讯、输出以及与调度的通讯配置独立的板卡，单独处理对外的通讯管理功能。其采用多板卡设计面向电网调度和网络测控，不适用于组网装置技术需求，设计思路也不适应组网装置的空间设计要求。

现有专利文献CN10903867A公开了一种微电网及储能系统控制器，应用于配电网，所述配电网连接有储能系统、光伏、交流负载和柴油机，包括箱体和设置在箱体内的CPU，还包括与所述CPU连接的采样插件、开入插件、开出插件和控制面板；所述控制面板设置在所述箱体上，包括人机操作界面，用于选择固化在所述CPU内的运行策略；所述运行策略包括交流微网并网运行策略、储能系统并行运行策略、交流微网离网运行策略、交流微网并网转主动离网策略、交流微网并网转被动离网策略、交流微网及储能系统离网转并网策略。其只是提供了一种涉及配网储能系统的控制器的一般原理设计，CPU内储存包含配电网负载和电源的投入退出策略，通过储能系统、光伏系统以及负荷的输入输出值比较来实现能源管理，其设计方案和处理过程可面向微电网储能控制的一般需求，控制器设计结构无法提供更丰富的对外通信需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种动态电力组网系统控制终端，解决现有技术中缺乏应用于动态电力组网系统的专用控制终端的问题，以实现多类型资源的组网需求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种动态电力组网系统控制终端，包括：

用于接收数字输入信号的数字输入模块；

用于输出数字输出信号以对电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路进行控制的数字输出模块；

用于采集所述电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路的模拟量信息的模拟量采集模块；

用于提供与中央控制器、电池BMS、换流器、人机交互系统的通信接口以实现多机并联和柴油发电机配合的通信模块；

用于完成数据的采集、通信、控制以及逻辑计算功能以实现各种内外部资源的组网协调控制的中央处理模块，所述中央处理模块分别与所述数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块和通信模块连接；

用于为所述中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块和通信模块提供所需的直流电的电源模块。

所述通信模块包括以下一种或多种：

串口通信模块、网络通信模块、CAN通信模块、无线通信模块以及载波通信模块。

所述中央处理模块为独立模块，通过板对板连接器和/或板对板母座连接器对外通信。

所述板对板连接器和/或板对板母座连接器支持IEC60870-5-104电力规约、Modbus-RTU电力规约和Modbus-TCP电力规约。

所述的动态电力组网系统控制终端还包括尾端通信模块，所述尾端通信模块与所述中央处理模块连接，用于实现与配电台区融合终端的无线通信功能。

所述的动态电力组网系统控制终端还包括加密模块，所述加密模块与所述中央处理模块连接，用于实现所述动态电力组网系统控制终端的数据加密解密、与配电主站系统的双向身份认证、以及通讯数据的完整性保护。

所述串口通信模块为RS485模块和/或RS232模块。

所述网络通信模块为以太网通信模块。

所述电源模块具备以下一种或多种功能：短路保护、防接反和防浪涌。

所述中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块、通信模块和电源模块设置在同一PCB结构上。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本实用新型针对动态电力装置的实际组网通信和能量管理应用需求，设计多资源接口的设备监控管理和快速能量管理功能，包括系统的监测、控制、能量策略实现等应用功能，同时可通过通信模块应用有线或无线与储能系统云运维平台共同形成电网储能应用系统数字化管控链路。丰富的通信管理应用模块和通信接口可适应大量随机性负荷、电网、分布式能源等多种资源接入需求。

本实用新型采用模块设计，集约化、小型化，可广泛适用于多种电力发储配装置的动态组网控制技术要求。本实用新型的动态电力组网控制终端为一整体PCB结构，避免了多板卡间的任何连接排线，避免了端子卡扣松动、排线断裂等问题造成的接触不良、通信故障等问题，其中，各个硬件功能模块采用独立的模块设计，一旦存在单个模块硬件故障，可单独对该模块进行更换，便于维修、维护。本实用新型的动态电力组网控制终端只需重新更换中央处理模块即可在后期将系统升级至更高性能的DSP、FPGA、ARM等，操作方便灵活。

附图说明

图1是本实用新型实施方式与各系统、装置、其他终端交互（连接）的示意图；

图2是本实用新型实施方式的硬件逻辑架构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型的实施方式涉及一种动态电力组网系统控制终端，本动态电力组网系统控制终端应解决与动态电力组网系统中各必要应用设备或系统的上下通信和后期能量管理策略优化开发需求，动态电力组网设备包括固定式或移动式电力设备中央控制器、储能电池及BMS、变流器模块、人机交互系统、消防预警及灭火系统、数字输入及数字输出、无线通信终端、配电台区智能融合终端以及上级调控管理系统。

本动态电力组网控制终端与各系统、装置、其他终端交互（连接）的方式如图1所示。对外硬件资源接口包括：

通信接口，包括RS232 、RS485、以太网网口、CAN 、4G、载波以及加密通信等；

开出开入接口，可接受直流和交流电平输入，干接点输入；

模拟量采集，包括电网、负载、换流器的交流信号以及直流侧直流信号。

如图2所示，本实施方式的动态电力组网系统控制终端包括中央处理模块、电源模块、数字输入模块、数字输出模块、通信模块、模拟量采集模块、加密模块和尾端通信模块。其中，中央处理模块采用高速CPU微处理器，通信模块包括以太网通信模块、CAN通信模块、RS485通信模块、RS232通信模块、载波通信模块和无线通信模块。

本实施方式中，数字输入模块，用于负责接收数字输入信号。其中，数字输入信号包括开关位置信号、急停信号等。

数字输出模块，用于负责输出数字输出信号以对电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路进行控制。其中，数字输出信号包括开关控制信号、同步控制信号、故障/告警/运行状态输出信号等。

模拟量采集模块，用于采集所述电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路的模拟量信息。其中，模拟量信息包括所述电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路的交流电压信息和/或电流信息以及储能电池的直流电压信息和/或电流信息。

通信模块，用于提供与所述中央控制器、电池BMS、换流器、人机交互系统的通信接口。该通信模块可以嵌入底层通信程序，并可兼容各种数据协议，并具备通信扩展功能，用于系统多机并联、柴油发电机配合等。

尾端通信模块，用于实现与配电台区融合终端的无线通信功能。

加密模块，用于实现所述动态电力组网系统控制终端的数据加密解密、与配电主站系统的双向身份认证、以及通讯数据的完整性保护。

中央处理模块（即高速CPU微处理器），是整个动态电力组网系统控制终端的核心部件，用于完成数据的采集、通信、控制以及逻辑计算功能。本实施方式的动态电力组网系统控制终端的中央处理模块可接收电力储能装置、柴油发电车、配电柜、分布式电源、微电网等外部模拟电参量信号、外部模拟非电量信号，外部数字信号等，进行ms级别以上的功率、电压、频率控制等自动辨识、逻辑运算和电能质量治理、削峰填谷等功能的实现；运算结束输出调整指令和启停指令等。调整指令和启停指令等信号通过RS485通信模块、RS232通信模块、CAN通信模块传输到中央控制器或其他外部设备。其中，自动辨识、逻辑运算、电能质量治理、削峰填谷等可以预先烧录至中央处理模块中。

本实施方式的动态电力组网系统控制终端设置有模拟采集模块、数字输入模块、数字输出模块、以太网通信模块、RS485通信模块、RS232通信模块、CAN通信模块、载波通信模块、无线通信模块、尾端通信模块和加密模块。其具备多类型通信接口和二次采集接口，通过中央处理模块的自动辨识协议功能，依据动态变化的拓扑及构成，自组织运行，包括开关支路的开合控制、通常的线路保护（过压、欠压、过流、过载、频率越限以及漏电流等）、运行模式切换等，解决动态组网系统接入元素或组成元素随机性给控制提出的高适应性问题。

电源模块，完成系统的交、直流电源输入，用于为所述中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块、通信模块、加密模块和尾端通信模块等提供所需的直流电。其还具备短路保护、防接反、防浪涌等功能。

本实施方式的动态电力组网系统控制终端的核心为中央处理模块，其为独立模块，通过板对板连接器和板对板母座连接器对外通信，完成与上位机、能源管理主站通信，以及中央控制器等通信功能。其中，板对板连接器和/或板对板母座连接器支持IEC60870-5-104电力规约、Modbus-RTU电力规约和Modbus-TCP电力规约，并可定制高速通信协议，支撑快速实时控制，支持比特率9600~115200bps。通信功能包括有RS232通信模块、RS485通信模块、CAN通信模块、以太网通信模块、4G等无线通信模块、尾端通信模块、加密模块等；其中尾端通信模块实现与配电台区融合终端的无线通信功能；其中加密模块可实现控制终端数据的加密解密、与配电主站系统的双向身份认证、通讯数据的完整性保护等功能，保证终端设备数据存储、传输、交互的安全性；其中模拟量采集模块采用高精度三相电专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用。数字输入模块和数字输出模块支持开入量、开出量、直流输入、干接点输入以及继电器输出。丰富的通信管理应用模块和通信接口可适应大量随机性负荷、电网、分布式能源等多种资源接入需求，对于通信接口、模拟量、开关量等资源也便于扩展。

本实施方式中的中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块、通信模块、加密模块和电源模块设置在同一PCB结构上，避免了多板卡间的任何连接排线，避免了端子卡扣松动、排线断裂等问题造成的接触不良、通信故障等问题，在满足上述技术要求的前提下，实现控制终端的小型化和紧凑化设计。各个硬件功能模块采用独立的模块设计，一旦存在单个模块硬件故障，可单独对该模块进行更换，便于维修、维护。本实施方式的动态电力组网控制终端只需重新更换中央处理模块即可在后期将系统升级至更高性能的DSP、FPGA、ARM等。

Claims (10)

1.一种动态电力组网系统控制终端，其特征在于，包括：

用于接收数字输入信号的数字输入模块；

用于输出数字输出信号以对电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路进行控制的数字输出模块；

用于采集所述电网侧支路、换流器模块和负荷侧支路的模拟量信息的模拟量采集模块；

用于提供与中央控制器、电池BMS、换流器、人机交互系统的通信接口以实现多机并联和柴油发电机配合的通信模块；

用于完成数据的采集、通信、控制以及逻辑计算功能以实现各种内外部资源的组网协调控制的中央处理模块，所述中央处理模块分别与所述数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块和通信模块连接；

用于为所述中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块和通信模块提供所需的直流电的电源模块。

2.根据权利要求1所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述通信模块包括以下一种或多种：

串口通信模块、网络通信模块、CAN通信模块、无线通信模块以及载波通信模块。

3.根据权利要求1所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述中央处理模块为独立模块，通过板对板连接器和/或板对板母座连接器对外通信。

4.根据权利要求3所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述板对板连接器和/或板对板母座连接器支持IEC60870-5-104电力规约、Modbus-RTU电力规约和Modbus-TCP电力规约。

5.根据权利要求1所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，还包括尾端通信模块，所述尾端通信模块与所述中央处理模块连接，用于实现与配电台区融合终端的无线通信功能。

6.根据权利要求1所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，还包括加密模块，所述加密模块与所述中央处理模块连接，用于实现所述动态电力组网系统控制终端的数据加密解密、与配电主站系统的双向身份认证、以及通讯数据的完整性保护。

7.根据权利要求2所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述串口通信模块为RS485模块和/或RS232模块。

8.根据权利要求2所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述网络通信模块为以太网通信模块。

9.根据权利要求1所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述电源模块具备以下一种或多种功能：短路保护、防接反和防浪涌。

10.根据权利要求1所述的动态电力组网系统控制终端，其特征在于，所述中央处理模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量采集模块、通信模块和电源模块设置在同一PCB结构上。

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