RU195281U1

RU195281U1 - Единая плата, интегрирующая элементы Smart Grid

Info

Publication number: RU195281U1
Application number: RU2017139065U
Authority: RU
Inventors: Роман Михайлович Ковалев
Original assignee: ООО "Электросетевые технологии"
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2020-01-22

Abstract

Единая плата, позволяющая организовать мини сети, отвечающие требованиям Smart Grid.Настоящая полезная модель относится к энергоэффективности, энергосбережению.Единая плата интегрирует элементы Smart Grid.Программное обеспечение, имеющееся у Единой платы, позволяет взаимодействовать с удаленным сервером и предоставляет возможность удаленного управления, а также снятия показаний и информации о состоянии солнечной панели и батареи. 6 ил.

Description

Область техники

Настоящая полезная модель относится к энергоэффективности, энергосбережению.

Уровень техники

Из существующего уровня техники известен набор компонентов IоТ Services for Utility Networks, который состоит из пяти компонентов: система контроля архитектуры, система учета ошибок в безопасности, программные компоненты, аппаратные компоненты система мониторинга (Connected Grid Services: https://www.cisco.com/c/dam/en_us/solutions/industries/docs/energy/services_security.pdf). Недостатками данного технического решения являются ориентация решения на промышленные объекты (установленная мощность которых свыше 1 МВт).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является СИКОН ТС65, позволяющий осуществлять пакетную передачу данных с использованием технологии GPRS; автоматический переход в режим канальной передачи данных с использованием технологии CSD (модемное соединение) в случае невозможности использования GPRS; имеющий выносную антенну, 10 или без каналов телесигнализации (в зависимости от модификации), способный работать при напряжение электропитания: ≈220 В или ≈100 В (в зависимости от модификации) и имеющий температурный диапазон: от минус 40 до плюс 60°С (в металлическом корпусе) или от минус 10 до плюс 50°С (в пластиковом корпусе). (№ РОСС RU.ME96.H00133 от 15.10.2010). Недостатками данного технического решения являются отсутствие возможности самостоятельного программирования для осуществления дополнительных функций (управление отключением/включением, изменение интенсивности выработки и накапливания электроэнергии), адаптации к конкретной ситуации посредством программного обеспечения, а также сложностями его использования для решений на базе солнечной энергетики.

Раскрытие полезной модели

Сущность полезной модели

Единая плата, интегрирующая элементы Smart Grid (Умной сети) интегрирует модем, батарею, автоматизированную систему управления технологическими процессами с интерфейсом RS 485, солнечную панель в единую систему управления. В качестве источника электрического тока используется солнечная панель, также обладающая интерфейсом RS 485. Источник питания подключен к выходу контроллера солнечной панели и обеспечивает напряжение 5В (током до 3А) для питания вычислителя и GSM/GPRS модема. При аварийном режиме батареи (переразряд/ перезаряд/ обрыв или выход из строя) контроллер отключает батарею от цепи и сообщение о неисправности может быть передано только при наличии энергии с солнечной панели. В качестве программного обеспечения полезная модель имеет собственное программное обеспечение, реализующее возможность взаимодействия посредством модема с удаленным сервером и реализующее удаленное управления посредством модема.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является стабильная работа в условиях создания мини локальных сетей, построенных на принципах Smart Grid.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 - внешний вид устройства Единой платы (Вычислителя);

на фиг. 2 - структура обмена данными между пользователем и солнечной батареей.

Работает устройство следующим образом.

1. Единая плата осуществляет контроль компонентов общей системы: солнечной панели, батареи.

2. Солнечная панель производит электроэнергию и передает информацию об объеме электроэнергии в вычислитель, посредством преобразователя USB - UART.

3. Электроэнергия, вырабатываемая солнечной панелью накапливается в батареи, которая также передает информацию о своем состоянии посредством Battery Management System в Вычислитель с целью последующего сравнения объемов выработанной и накопленной электроэнергии.

4. Вычислитель осуществляет расчет электроэнергии, которая была выработана и накоплена. Взаимодействие приемо-передающего блока с контроллером солнечной панели осуществляется по интерфесу RS-485 (диф. пара). Используемый протокол: Modbus - открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave), который широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами.

1. Собранные от контроллера солнечной панели данные Вычислитель пересылает на удаленный сервер. Общение с Вычислителем производится через UART (Универсальный асинхронный приемопередатчик с помощью набора АТ-команд: GSM 07.07, 07.05, SIMCom enhanced AT commands. Ha GPRS-Shield запускается TCP-клиент, который передает собранные блоком данные с контроллера солнечной панели на удаленный сервер, на заданный порт и ip-адрес.

2. Сервер представляет собой VDS с выделенным ip адресом. На сервере выполняется запускается программа, которая ожидает подключение на указанный TCP порт и выводит полученный результат на экран.

Задача

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является предоставления возможности пользователям создать локальную мини сеть, работающую в соответствии со стандартами Smart Grid, включая функционал, позволяющий осуществлять удаленное управление такой системой при помощи GSM передатчика и разработанного портала. Фиг. 3 - Структурная схема макета Единой платы.

Существенные признаки

1. Использованы аппаратные решения для Вычислителя.

2. Использован программный комплекс для реализации поставленных задач в части удаленного управления.

3. Бот Телеграмм реализован на языке python, что также повышает стабильность и безопасность Единой платы.

4. Конструктивно облегчено выполнение на существующих решениях в частности: солнечная панель любого типа, батарея (любого типа емкостью до 25000 мА).

5. Аппаратная стандартизация Единой платы позволяет осуществлять взаимодействие с модемом посредством интерфейса RS-485.

6. Структурная схема и взаимное расположение компонентов приведены на фиг. 5 Структурная схема макета Единой платы с возможностью объединения.

Данная задача решается из следующего:

1. Снижена потребляемая мощность приемо-передающего блока ~3 Вт, и также средняя мощность путем замены вычислителя на менее производительный (на базе STM32F0xx) с реализацией режимов низкого энергопотребления как для вычислителя, так и для GSM/GPRS модема.

2. Благодаря реализованным в Единой плате решениям, приемное устройство представляет собой ПК (с установленным ПО), а также GSM/GPRS модем с преобразователем USB-UART.

3. Обмен данными и командами между сервером и устройством осуществляется посредством протокола MQTT.

Фиг. 4 - общая схема Единой платы, интегрирующей элементы Smart Grid.

Краткое описание чертежей

Общая схема применения Единой платы, интегрирующей элементы Smart Grid, приведена на фиг. 6 - общая схема применения Единой платы, интегрирующей элементы Smart Grid.

На данном рисунке приведено возможное применение с солнечной панелью, блоком управления, подачи питания и связи, а также с основанием модуля. Данное решение демонстрирует собой роль Единой платы для обеспечения электроэнергией и удаленного управления подобными энергосистемами.

Осуществление полезной модели

Установленные солнечные или ветряные электростанции оснащаются Единой платой, интегрирующий элементы Smart Grid и программно-аппаратными комплексами, состоящем из микроконтроллеров. Микроконтроллеры собирают и передают посредством GPRS информацию серверу о состоянии всех элементов сети (солнечные панели, аккумуляторы, различные потребители энергии, другое оборудование).

Сервер обрабатывает данные с учетных устройств производителя (солнечная панель, ветряк) и потребителя о текущем производстве электроэнергии и ее расходовании.

Система прогнозирует потребление и производство на основании статистики потребления, прогноза погоды, уровня инсоляции/ветра на ближайшие дни. На основании прогноза составляется план производства и потребления.

На основании проведенных экспериментов прототип устройства показал свою работоспособность. В рамках экспериментов все заявленные характеристики устройства были соблюдены. В частности было реализовано удаленное управления посредством сбора от контроллера солнечной панели данных об объеме произведенной электроэнергии с последующей ее передачей на удаленный сервер. Для передачи и подключения к модему использовались следующие сигналы (фиг. 5 - Сигналы, используемые для подключения к модему).

Система показала свою работоспособность посредством удаленного запуска TCP-клиент, который передал собранные блоком данные с контроллера солнечной панели на удаленный сервер, на заданный порт и ip-адрес.

Кроме того, в результате эксперимента была реализована стабильная работа в условиях создания мини локальных сетей, построенных на принципах Smart Grid. На фиг. 6 схема работы сети.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет реализовывать основные положения концепции Smart Grid, то есть предоставляет возможность пользователям создать локальную мини сеть, работающую в соответствии со стандартами Smart Grid.

Claims

Единая плата для создания локальной мини сети Smart Grid, интегрирующая элементы Smart Grid (Умной сети), автоматизированную систему управления технологическими процессами с помощью программируемых модулей (Вычислитель) с открытым API для осуществления функций (управление отключением/включением, изменение интенсивности выработки, накапливания или расходования электроэнергии).