专利名称：一种微电网智能控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电网控制系统技术领域，具体涉及一种微电网智能控制系统。
背景技术：
进入21世纪以来，随着石油、煤炭等资源储量的不断下降，世界范围内的能源供应持续紧张，开发利用清洁高效的可再生能源成为解决未来能源问题的主要出路。目前应用较为广泛的几种新能源包括太阳能、风能、燃料电池等，均为分布式电源(DistributedEnergy Resources, DER),相应的一些发电技术称为分布式发电技术(DistributedGeneration, DG)。将分布式发电技术与大电网相结合，被国内外许多专家学者认为是降低能耗、提高电力系统安全性和灵活性的主要方式，但分布式发电技术对大电网的影响却是一个不得不考虑的重要问题。为了能充分利用分布式发电所带来的经济效益，同时提高可靠性，并尽量减少其对主网的冲击，微电网(miciOgrid)的概念被提了出来。微电网是规模较小的独立分散系统，采用大量的现代电力技术，将燃气轮机、风电、光伏发电，燃料电池及储能设备等合并在一起，直接接在用户侧。对于大电网而言，微电网可被视为电网中的一个可控单元，它可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络的需求；另一方面，微电网还可满足用户的特定需求，如提高本地可靠性、保持本地电压稳定、通过利用余热提高能量利用效率及提供不间断电源等。微电网和大电网通过能量交换，二者互为备用，从而大大提高供电可靠性。微电网具备智能性、灵活性、环保以及能量利用的多元化等优点，势必将成为未来电网的重要发展方向。在我国，有关分布式能源系统的集成及控制研究与发达国家相比还有很大的差距，一些高校和研究机构的研究工作多集中于单个分布式发电设备和电站系统等硬件的研制，或者小型独立风力发电/太阳能发电/柴油机系统集成。但从微电网角度出发，对基于风能、太阳能、燃料电池等分布式发电单元与负载、储能环节构成的微网系统稳定运行与控制理论、最佳匹配控制策略，并且考虑可再生能源发电电源和负载随机性的条件下，微网系统在线智能控制系统的研究还涉足很少，这严重阻碍我国分布式能源系统的推广应用和有关产业的做大做强。因此研究开发更加网络化和智能化的微电网实时在线智能控制系统，将EMS系统与WEB相融合，提高系统的扩展性和兼容性，具有较高的现实意义和应用价值。
发明内容
本发明提出了一种微电网智能控制系统，能够为包括光伏发电、风力发电、燃料电池发电等分布式电源和蓄电池储能单元提供监视和控制功能。本发明的微电网智能控制系统包括微电网能量管理单元、中央控制单元和分布式控制单元，该微电网智能控制系统可以对整个微电网设备运行状态进行监视，并根据当前微电网运行状态，采用微电网稳定运行与控制理论，选择最佳匹配控制策略，针对分布式电源不同的特点，对微电网能量供给进行智能控制，充分发挥微电网低碳、经济的优势。本发明采用分层的方式来架构系统，通过将整个系统分为不同的逻辑块，细化了系统功能，大大降低了系统开发和维护的成本。本发明是通过下述方案予以实现的
一种微电网智能控制系统，包括微电网能量管理单元、中央控制单元以及分布式控制单元；所述中央控制单元分别与微电网能量管理单元和分布式控制单元连接；所述微电网能量管理单元用于实现微电网最优的能量匹配；所述中央控制单元根据微电网能量管理单元的综合运行控制指令下达指令给分布式控制单元；所述分布式控制单元控制发电单元或储能装置的工作。所述微电网能量管理单元接受电网调度/控制指令，并根据当前微电网运行状态以及各分布式发电单元的特点，通过优化计算形成中央控制单元的综合运行控制指令，同时收集处理各分布式控制单元上传的各子系统运行信息，评估当前微电网运行状态。所述微电网能量管理单元为微电网调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，保障微电网的稳定高效运行；
所述中央控制单元完成微电网运行控制和模式切换；通过接收微电网能量管理单元的综合运行控制指令，转换成各子系统指令，下发给分布式控制单元执行，实现并/离网的稳定运行；同时采集各分布式控制单元的实时运行数据，并上传至微电网能量管理单元；
所述分布式控制单元接受并执行中央控制单元下达的指令，控制发电单元或储能装置投入或停止运行，投入或切除负荷；并将各子系统运行信息实时上传至中央控制单元。与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是本发明通过将整个系统分为不同的单元，细化了系统功能，大大降低了系统开发和维护的成本；可根据当前微电网运行状态，采用微电网稳定运行与控制理论，选择最佳匹配控制策略，针对分布式电源不同的特点，对微电网能量供给进行智能控制，充分发挥微电网低碳、经济的优势。
图1为本发明的微电网智能控制系统结构图。图2为本新型实用的能量管理单元示意图。图3为本新型实用的能量管理单元功能结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的智能控制系统作进一步的描述。如图1所示，一种微电网智能控制系统包括微电网能量管理单元、中央控制单元以及分布式控制单元；所述中央控制单元分别与微电网能量管理单元和分布式控制单元连接；所述分布式控制单元由负荷控制器、分布式发电单元控制器、储能控制器组成；所述微电网能量管理单元用于实现微电网最优的能量匹配；所述中央控制单元根据微电网能量管理单元的综合运行控制指令下达指令给分布式控制单元；所述分布式控制单元控制发电单元或储能装置。所述微电网能量管理单元接受电网调度/控制指令，并根据当前微电网运行状态以及各分布式发电单元的特点，通过优化计算形成中央控制单元的综合运行控制指令，同时收集处理各分布式控制单元上传的各子系统运行信息，评估当前微电网运行状态。所述微电网能量管理单元为微电网调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，保障微电网的稳定高效运行；
所述中央控制单元完成微电网运行控制和模式切换；通过接收微电网能量管理单元的综合运行控制指令，转换成各子系统指令，下发给分布式控制单元执行，实现并/离网的稳定运行；同时采集各分布式控制单元的实时运行数据，并上传至微电网能量管理单元；
所述分布式控制单元接受并执行中央控制单元下达的指令，控制发电单元或储能装置投入或停止运行，投入或切除负荷；并将各子系统运行信息实时上传至中央控制单元。所述微电网能量管理系统与中央控制单元之间采用以太网接口，遵循IEC61850、IEC61499协议，实现对微电网设备监视和控制，保障微电网的稳定高效运行。根据微电网内各设备的实际情况，微电网中央控制单元与分布式控制单元之间的通信方式包括RS485、CAN总线、以太网等。所述微电网能量管理单元包括表示层、功能层、数据层和控制层，为微电网调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，该单元采用J2EE框架技术SSI(Struts + Spring+ Ibatis)进行设计,其中Struts用于系统控制，Spring充当系统容器实现解稱，而Ibatis则用于持久层开发。整个系统通过XML配置文件实现了 SSI的无缝整合，提高系统的可维护性。所述中央控制单元完成微电网运行控制和模式切换，通过接收微电网能量管理单元的综合运行控制指令，转换成各子系统指令，下发给分布式控制单元执行，实现并/离网的稳定运行；同时采集各分布式控制单元的实时运行数据，并上传至微电网能量管理单元；所述中央控制单元采用ARM+DSP的双CPU硬件结构设计，遵循IEC61850国际标准，集测量、保护、控制与信号于一体。所述分布式控制单元由负荷控制器、分布式发电单元控制器、储能控制器组成。所述分布式控制单元接受并执行中央控制单元下达的指令，控制发电单元或储能装置投入或停止运行，投入或切除负荷；并将各子系统运行信息实时上传至中央控制单元。分布式控制单元采用DSP作为控制系统核心，根据不同的发电单元，分别设计基多环反馈控制器、控制器以及逆变器的SPWM调制方法，实现对等控制和主从控制相结合的综合控制策略。图2所示，微电网能量管理单元包括表示层、功能层、数据层和控制层，各部分的主要功能如下
表示层(客户端)基于浏览器，主要负责人机接口，即向用户提供在线可视化监测、图形分析、历史数据查询和系统远程控制等功能，是用户与系统间交换信息的窗口。它可以检查用户的合法性和权限范围，通过表单提交和脚本编程实现与WEB服务器的通信，而客户端程序的升级维护对其它三层无任何影响。功能层(WEB服务器)完成具体的逻辑功能，实现表示层、数据层及控制层之间的连接和数据传输。具体表现为接收客户端或底层控制服务器的请求，调用相应的模块完成请求的逻辑功能，同时也负责与数据层通信，并将请求结果返回给请求端。数据层(数据库系统)负责保存各种电网生产数据，优化系统访问方式，并接收功能层的请求，实现对历史数据进行增、删、查等操作，保障系统运行的安全性和稳定性。控制层(控制服务器)安装在现场设备端，负责管理与功能层和数据层的通信，实现将远程控制命令传递给物理设备，改变现场设备的运行状态，同时也可接收被控对象的请求，实现控制层和功能层的双向联系。
所述微电网能量管理单元基于J2EE技术，采用SSI框架进行架构设计，四层体系结构以及面向接口编程有利于系统与其他B/S集成，实现了系统的松耦合性和可扩展性。采用SVG结合Ajax技术实现了电网的在线监控和人机交互，并通过可视化技术的应用提升了系统数据监测和分析的能力。通过RMI与JNI技术的整合，解决了 Java与其他系统进行通信的问题，建立了 EMS系统远程控制模型。通过采用面向对象思想进行数据库设计，使得电网数据的管理更加简明、直观，同时系统的人员权限设置保证了系统运行的安全性和稳定性，友好的界面设计和方便的操作也增强了系统的实用性。如图3所示，能量管理单元主要功能结构包括在线监测单元、数据库管理系统、远程控制模块、图形分析模块和后台管理模块，各个模块均采用现有的成熟技术。所述在线监测单元采用SVG (Scalable Vector Graphics )结合 AJAX(Asynchronous JavaScript and XML )技术完成人机接口设计,实现对微电网的在线监测和人机交互。当用户进入在线监测单元子页面时，HTML界面自动下载并显示被监控电网的SVG图形。SVG接线图中还定义了被监控的电网变量，通过Ajax读取相应的数据，对于所有被监控的变量，SVG会根据事先定义的刷新频率定期更新变量的值。所述数据库管理系统主要用于微电网数据的存储和管理。其中历史数据不仅包括各类实时数据的持久化保存，还包括各种工程值的最大值、最小值和平均值的计算，以及各类计算结果发生的时间，还包括根据各类实时参数，产生由用户定义的表达式和定义计算量的结果。数据库管理系统为用户提供统一的访问接口，供用户完成对数据的增、删、查、改等操作。所述远程控制模块实现电网运行参数设置和对系统配置文件的编辑管理等功能，用户通过输入IP地址和端口号与远端服务器建立连接，并将控制参数下达给底层物理设备。由于系统初始化数据多以XML文件进行保存，设计中相应地增加了对配置文件进行在线编辑和存储等功能。所述图形分析模块实现对电网历史数据的图形化显示，以饼状图、柱状图和曲线图等方式对电网数据进行比较和分析。所述后台管理模块主要负责对系统各功能模块进行设置和管理，具有相应权限的系统管理员可以对人员、权限、设备和报警信息等进行编辑处理。后台管理是整个系统的一个枢纽模块，因为系统信息多存储在数据库系统中，因此后台管理模块要实现与数据库的有效交互，包括各种参数表的创建，为用户提供添加、删除、修改和查询数据表的各种方法，并依此控制系统的运行状态。本发明通过将整个系统分为不同的逻辑块，细化了系统功能实现的步骤，大大降低了应用系统开发和维护的成本。将数据访问和逻辑操作都集中到组件中，对外提供统一的接口，增强了系统的复用性。各层次之间保持相对独立的功能，对外提供接口，层与层之间通过接口进行通信而不必关心其内部的实现方式，这样有利于降低系统的耦合度，提高系统的扩展性和伸缩性。这种功能化、模块化的设计是控制产品成本的一个非常重要的方法，也是快速开发产品的有力保证，更为今后应用领域的扩展提供了方便。本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上 述实施例。
权利要求
1.一种微电网智能控制系统，其特征在于包括微电网能量管理单元、中央控制单元以及分布式控制单元；所述中央控制单元分别与微电网能量管理单元和分布式控制单元连接；所述微电网能量管理单元用于实现微电网最优的能量匹配；所述中央控制单元根据微电网能量管理单元的综合运行控制指令下达指令给分布式控制单元；所述分布式控制单元控制发电单元或储能装置的工作。
2.根据权利要求1所述的微电网智能控制系统，其特征在于所述微电网能量管理单元接受微电网调度控制中心的电网调度/控制指令，并转换成中央控制单元能识别的综合运行控制指令，同时收集处理各分布式控制单元上传的各子系统运行信息，评估当前微电网运行状态。
3.根据权利要求1所述的微电网智能控制系统，其特征在于所述微电网能量管理单元为微电网调度控制中心提供数据储存、监视、控制，保障微电网的稳定高效运行。
4.根据权利要求1所述的微电网智能控制系统，其特征在于所述中央控制单元完成微电网运行控制和模式切换；通过接收微电网能量管理单元的综合运行控制指令，转换成各子系统指令，下发给分布式控制单元执行，实现并/离网的稳定运行；同时采集各分布式控制单元的实时运行数据，并上传至微电网能量管理单元。
5.根据权利要求1所 述的微电网智能控制系统，其特征在于所述分布式控制单元接受并执行中央控制单元下达的指令，控制发电单元或储能装置投入或停止运行，投入或切除负荷；并将各子系统运行信息实时上传至中央控制单元。
全文摘要
本发明公开了一种微电网智能控制系统，包括微电网能量管理单元、中央控制单元以及分布式控制单元；所述中央控制单元分别与微电网能量管理单元和分布式控制单元连接；所述微电网能量管理单元用于实现微电网最优的能量匹配；所述中央控制单元根据微电网能量管理单元的综合运行控制指令下达指令给分布式控制单元；所述分布式控制单元控制发电单元或储能装置。本发明通过将整个系统分为不同的逻辑块，细化了系统功能，大大降低了系统开发和维护的成本。
文档编号H02J13/00GK103078407SQ20131001060
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月12日 优先权日2013年1月12日
发明者杜贵平, 陈爽 申请人:华南理工大学