一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台的制作方法
【专利摘要】本发明一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，属于光伏监控领域，其结构由人机操作界面、本地监视器、工控机、能量管理系统（EMS）、隔离RS485集线器、远程监视器构成，本地监视器中设置有人机操作界面，通过隔离RS485集线器与工控机相连，远程监视器通过网络传输接收工控机的数据，工控机与能量管理系统（EMS）连接，能量管理系统（EMS）设置有主控制板和输入输出端口，且与隔离RS485集线器连接；能量管理系统（EMS）通过隔离RS485集线器采集各分布式电源信息、负载、BMS及电网监测电表的信息。本发明集成复合能源结构微电网系统的监测和控制功能，可进行数据分析和故障报警；具有数据分析和逻辑判断，实现对微电网运行状态的远程监控和故障诊断。
【专利说明】-种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电网综合自动化【技术领域】，具体涉及一种基于能量管理的复合能源 结构微电网监控平台。
【背景技术】
[0002] 随着经济发展，电力需求迅速增长，电网规模不断扩大，超大规模电力系统的弊端 也日益凸现：运行稳定性差，难以适应用户对电力安全和可靠性要求以及多样化供电需求。 微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自 身的控制及管理功能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等 方面的功能。微电网在降低能耗、提高电力系统安全性和可靠性等方面具有巨大的潜力，满 足建设灵活、清洁、安全、经济及友好智能电网的需求。
[0003] 但微电网本身存在诸多问题，如分布式电源多为新型清洁能源，系统稳定性差、控 制困难等。由于微电网系统的复杂性，需要对微电网发电进行有效的监控，及时掌握微电网 中的分布式电源的状态并检测电能质量，提高发电稳定性和能源利用效率；但当前针对微 电网系统专业开发的远程监控技术尚不够成熟，微电网发电的能源利用率不高。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于能量管理的复合能源 结构微电网监控平台，针对多能互补发电系统开发的专业复合能源结构的电站综合自动化 远程监控平台；本发明能够实现对多能互补微电网及系统内部各发电单元进行远程启动与 停机控制，查询其工作状态，计算并显示累积发电量；同时能够对日照、风速、环境参数进行 测量显示；具有报警功能，并实现了基于数据库管理模式的电站历史数据存储与回放，能够 实现月报及日报功能。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现的： 一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其结构由人机操作界面、本地监 视器、工控机、能量管理系统（EMS)、隔离RS485集线器、远程监视器构成，其中本地监视器 中设置有人机操作界面，通过隔离RS485集线器与工控机相连，远程监视器通过网络传输 接收工控机的数据，工控机与能量管理系统（EMS)连接，能量管理系统（EMS)设置有主控制 板和输入输出端口，且与隔离RS485集线器连接；能量管理系统（EMS)通过隔离RS485集线 器采集各分布式电源信息、负载、BMS及电网监测电表的信息；通信网络均采用以太网。
[0006] 所述的本地监视器，其内置监控软件，基于组态软件开发，开发语言为C语言，便 于后期软件调试和相关功能扩展，本地监视器1024x768或更高分辨率。
[0007] 所述的工控机，其CPU 1500 MHz以上，内存1024 Mb以上，硬盘可用空间500 Mb 以上，显卡8 Mb显存以上，具有RS-232/485通信接口。
[0008] 所述的能量管理系统（EMS)，其主控制板基于DSP&CPLD的核心控制单元实现，在 满足运算能力的基础上实现输出10端口的扩展，满足控制所需端口数量需要，同时方便 系统扩展；输入输出端口结构包括通用输入输出端口、模拟输入端口及通信端口（RS232， RS485, CAN，USB)。
[0009] 所述的隔离RS485集线器，其设置有多个端口，光伏系统、风力发电系统、储能系 统、负载、BMS及电网监测表分别连接到隔离RS485集线器的端口上，隔离RS485集线器1 口 与能量管理系统（EMS)，隔离RS485集线器可防止通信的干扰。
[0010] 所述的远程监视器，其设置有网络接收功能，能够对微电网系统及系统内部各发 电单元(逆变器）进行远程启动与停机控制，查询其工作状态，计算并显示累积发电量。 [0011] 所述的人机操作界面，其依据功能属性进行菜单设计为两级：一级菜单、二级菜 单，用户可通过点击导航栏上的按钮进入相应的菜单；所述的一级菜单包括：系统总图、控 制界面、主界面、报警窗口、数据查询、实时数据库、日志记录及操作指南；所述的二级菜单 包括：能量管理综合控制、负荷控制、风机控制、光伏控制、并离网运行控制、BMS控制、系统 控制、日报表、月报表、事件记录、操作记录。
[0012] 所述的系统总图是对微电网的构成的直观展示，无操作功能。
[0013] 所述的控制界面，其为本监控软件主要工作界面之一，负责完成对发电系统中各 发电单元（逆变器）启动、停止控制以及工作模式切换，控制界面包括能量管理综合控制、 负荷控制、风机控制、光伏控制、并离网运行控制、BMS控制及系统控制。
[0014] 所述的主界面，其能够显示微电网各个设备运行状况信息；平台上的绿色表示设 备运行中，灰色表示停止；实时显示有功功率、风机、光伏、储能、负荷的功率随时间的变化， 风机和光伏的日发电量用柱状图表示，光伏和风机总发电比例通过图表显示。
[0015] 所述的报警窗口，其主要记录数据出现的异常情况，并显示其类型以及是否确认。
[0016] 所述的数据查询，其由日报表和月报表构成，其中日报表可以通过点击查询以及 上一天、下一天按钮查询数据，月报表可以通过点击查询以及上一月、下一月按钮查询数 据，也可点击时间控件更改时间，设置有打印按钮。
[0017] 所述的实时数据库，其为后台处理数据的一个平台，对数据进行存储以及相应的 变化，数据库主要由脚本和点组态组成，一方面与界面相连，一方面与驱动相连。
[0018] 所述的日志记录分为事件和操作记录，事件记录的是软件的启动等，操作记录则 是记载某些参数的变化。
[0019] 所述的操作指南是对监控平台的说明及操作指导，方便用户使用时进行查阅。
[0020] 本发明集成了复合能源结构微电网系统的监测和控制功能，可以进行数据分析和 故障报警；复合能源结构微电网发电系统的数据通过隔离RS485集线器传输至能量管理系 统（EMS)，能量管理系统（EMS)进行数据分析和逻辑判断，并通过网络将实时信息传输至远 程监视器，实现对复合能源结构微电网运行状态的远程监控和故障诊断。
[0021] 由于采用了以上技术方案，本发明较现有技术，具有以下有益效果： 1) 本发明能够实现对多能互补微电网及系统内部各发电单元进行远程启动与停机控 制，查询其工作状态，计算并显示累积发电量； 2) 同时能够对日照、风速、环境参数进行测量显示； 3) 具有报警功能，并实现了基于数据库管理模式的电站历史数据存储与回放，能够实 现月报及日报功能； 4) 通过采集复合能源结构的微电网运行信息，实现微电网运行的本地和远程管监测和 控制； 5)提高了微电网运行的安全性和分布式能源的利用效率，实现了对复合能源结构微电 网的远程、实时、准确监控。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1、为本发明的结构框图。
[0023] 图2、为本发明的人机操作界面结构框图。
[0024] 图3、为本发明的控制界面结构框图。
【具体实施方式】
[0025] 为了方便本领域技术人员的理解，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一 步说明。
[0026] 如图1所示，本发明提供一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其 结构包括，本地监视器，工控机，能量管理系统（EMS)、主控制板，输入输出端口，远程监视 器，人机操作界面，隔离RS485集线器，其中本地监视器中设置有人机操作界面，通过隔离 RS485集线器与工控机相连，远程监视器通过网络传输接收工控机的数据，工控机与能量管 理系统（EMS)连接，能量管理系统（EMS)与隔离RS485集线器连接，且能量管理系统（EMS) 设置有主控制板和输入输出端口。
[0027] 所述的本地监视器，其内置监控软件，基于组态软件开发，开发语言为C语言，便 于后期软件调试和相关功能扩展，监视器1024x768或更高分辨率。
[0028] 所述的工控机，其CPU 1500 MHz以上，内存1024 Mb以上，硬盘可用空间500 Mb 以上，显卡8 Mb显存以上，具有RS-232/485通信接口。
[0029] 所述的能量管理系统（EMS)，其主控制板基于DSP&CPLD的核心控制单元实现，在 满足运算能力的基础上实现输出10端口的扩展，满足控制所需端口数量需要，同时方便 系统扩展；输入输出端口结构包括通用输入输出端口、模拟输入端口及通信端口（RS232， RS485, CAN，USB)。
[0030] 所述的隔离RS485集线器，其设置有多个端口，光伏系统、风力发电系统、储能系 统、负载、BMS及电网监测表分别连接到隔离RS485集线器的端口上，隔离RS485集线器1 口 与能量管理系统（EMS)，隔离RS485集线器可防止通信的干扰。
[0031] 所述的远程监视器，其设置有网络接收功能，能够对微电网系统及系统内部各发 电单元(逆变器）进行远程启动与停机控制，查询其工作状态，计算并显示累积发电量。
[0032] 如图2所示，所述的人机操作界面其依据功能属性进行菜单设计为两级：一级菜 单、二级菜单，用户通过点击导航栏上的按钮进入相应菜单。
[0033] -级菜单由系统总图、控制界面、主界面、报警窗口、数据查询、实时数据库、日志 记录及操作指南组成。
[0034] 二级菜单由能量管理综合控制、负荷控制、风机控制、光伏控制、并离网运行控制、 BMS控制、系统控制、日报表、月报表、事件记录及操作记录组成。
[0035] 控制界面是微电网监控平台人机操作界面的核心，主要由能量管理综合控制、负 荷控制、风机控制、光伏控制、并离网运行控制、BMS控制和系统控制七部分组成。
[0036] 如图3所示，能量管理综合控制通过能量管理系统（EMS)主控板实现控制功能，可 实现系统运行、停止、并/离网状态切换，运行状态故障(包括PCS故障、黑启动使能、禁止） 诊断，并/离网状态显示(包括充放电状态、幅值、频率、电压、有功功率、无功功率）；能量管 理系统（EMS)主控制板主要由DSP处理器和CPLD扩展电路组成；系统采用主从控制，储能 作为主控系统，只有在储能运行或并网状态下，其他从机才能投入运行，否则为禁止状态。
[0037] 负荷控制可实现投入与切除可控负荷，通过指示灯显示其状态，设有通信按钮和 恢复按钮。
[0038] 风机控制可控制风机两个风机系统，其通信状态及其恢复以及运行状态等均与上 述一致。运行状态可分为解刹和刹车，故障类型分为自保与安全，可设置有功无功期望值。
[0039] 光伏控制控制六组光伏系统，其通信状态及其恢复以及运行状态等均与上述一 致。运行状态分为待机，启动，并网，异常关机，关机，故障类型分为故障与正常。可填写有 功功率降额百分比与无功功率补偿功率因数。
[0040] 并离网运行控制在储能已投入运行或者并网状态下，可对其余设备进行运行控 制。可实现手动和自动两种模式切换。从机控制中的四个按钮来实现全部从机通信或关闭， 以及全部从机运行或停止。当全部从机运行时，红黄绿按钮分别代表停止、部分运行、运行 三种状态。BMS控制，可分为通信按钮及其恢复以及通信状态的显示。
[0041] 系统控制可对微电网系统整体运行进行控制与显示，各个设备运行状态通过颜色 区分，绿色表示运行，灰色表示停止。用户可点进入相应模块的控制界面，包括：储能监控、 负载监控、风机系统监控、光伏系统监控四个子系统部分。
[0042] 以上所述为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内所作的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其结构由人机操作界面、本地 监视器、工控机、能量管理系统（EMS)、隔离RS485集线器、远程监视器构成，其特征在于：其 中本地监视器中设置有人机操作界面，通过隔离RS485集线器与工控机相连，远程监视器 通过网络传输接收工控机的数据，工控机与能量管理系统（EMS)连接，能量管理系统（EMS) 设置有主控制板和输入输出端口，且与隔离RS485集线器连接；能量管理系统（EMS)通过隔 离RS485集线器采集各分布式电源信息、负载、BMS及电网监测电表的信息；通信网络均采 用以太网。
2. 如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的本地监视器，其内置监控软件，基于组态软件开发，开发语言为C语言，便于后期 软件调试和相关功能扩展，本地监视器1024x768或更高分辨率。
3. 如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的工控机，其CPU 1500 MHz以上，内存1024 Mb以上，硬盘可用空间500 Mb以上， 显卡8 Mb显存以上，具有RS-232/485通信接口。
4. 如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征 在于：所述的能量管理系统（EMS)，其主控制板基于DSP&CPLD的核心控制单元实现，在满足 运算能力的基础上实现输出10端口的扩展，满足控制所需端口数量需要，同时方便系统扩 展；输入输出端口结构包括通用输入输出端口、模拟输入端口及通信端口（RS232, RS485， CAN，USB)。
5. 如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的隔离RS485集线器，其设置有多个端口，光伏系统、风力发电系统、储能系统、负 载、BMS及电网监测表分别连接到隔离RS485集线器的端口上，隔离RS485集线器1 口与能 量管理系统（EMS)。
6. 如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的远程监视器，其设置有网络接收功能，能够对微电网系统及系统内部各发电单元 (逆变器）进行远程启动与停机控制，查询其工作状态，计算并显示累积发电量。
7. 如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的人机操作界面，其依据功能属性进行菜单设计为两级：一级菜单、二级菜单，用 户可通过点击导航栏上的按钮进入相应的菜单；所述的一级菜单包括：系统总图、控制界 面、主界面、报警窗口、数据查询、实时数据库、日志记录及操作指南；所述的二级菜单包括 ： 能量管理综合控制、负荷控制、风机控制、光伏控制、并离网运行控制、BMS控制、系统控制、 日报表、月报表、事件记录、操作记录。
8. 如权利要求7所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的控制界面，其为监控软件主要工作界面之一，负责完成对发电系统中各发电单元 (逆变器）启动、停止控制以及工作模式切换，控制界面包括能量管理综合控制、负荷控制、 风机控制、光伏控制、并离网运行控制、BMS控制及系统控制。
9. 如权利要求7所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征在 于：所述的主界面，其能够显示微电网各个设备运行状况信息；平台上的绿色表示设备运 行中，灰色表示停止；实时显示有功功率、风机、光伏、储能、负荷的功率随时间的变化，风机 和光伏的日发电量用柱状图表示，光伏和风机总发电比例通过图表显示。
10.如权利要求1所述的一种基于能量管理的复合能源结构微电网监控平台，其特征 在于：本发明集成了复合能源结构微电网系统的监测和控制功能，可以进行数据分析和故 障报警；复合能源结构微电网发电系统的数据通过隔离RS485集线器传输至能量管理系统 (EMS)，能量管理系统（EMS)进行数据分析和逻辑判断，并通过网络将实时信息传输至远程 监视器，实现对复合能源结构微电网运行状态的远程监控和故障诊断。
【文档编号】H02J13/00GK104158297SQ201410445253
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】陈国良, 孙丽兵, 王金玉, 吴恩美, 张丽莹 申请人:上海太阳能科技有限公司