一种微电网储能控制系统、方法、智能终端与流程

本发明属于微电网储能控制技术领域，尤其涉及一种微电网储能控制系统、方法、智能终端。

背景技术：

目前，最接近的现有技术：能源危机在当下越来越成为世界各国关注的焦点，由石化、煤炭等传统能源带来的环境污染和生态破坏越来越成为人类生存的挑战。因此，国内外风能、太阳能等清洁能源在整个能源的占比中将越来越大，但其中又存在清洁能源的稳定性不高等矛盾，解决这一矛盾必将引入储能技术，在未来国家也必将鼓励储能；另外储能系统的削峰填谷；同时在诸如非洲这些落后地区、东南亚海岛地区等对于微电网系统以及储能系统的需求；这些因素都将引起微电网和储能技术的飞跃，随之而来的智能控制也将是重要的一环。同时，由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业(热电联供)的发展潜力和利益空间巨大，采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。然而，目前微电网智能化水平不高，运行策略单一，能源利用水平较低。

目前的主流控制器大多在ems的框架下，采用可编程控制器根据实际需求在现场进行策略编写，它的优点是管理功能强大，逻辑策略可根据需求自由编写，具有一定的灵活性。但在某些特殊的场合一种大而全的控制器并不适用，其专业性较强。如果设备用于落后的非洲地区或偏远的山区以及海岛则更需要功能强大但操作简单的设备，而这些地区也正是控制器重要的应用场景。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有微电网储能控制智能化水平不高，运行策略单一，运行灵活性较低。

(2)现有的主流控制器采用可编程控制器根据实际需求在现场进行策略编写，但在某些特殊的场合一种大而全的控制器并不适用，其专业性较强。

解决上述技术问题的难度：微电网储能系统类型多样、应用场景千差万别，需要根据现场情况进行灵活定制，并针对运行场景进行专业性开发，这对控制系统软硬件的要求都比较高，开发难度比较大。

解决上述技术问题的意义：通过解决上述技术问题，为微电网储能的应用提供了一种专业性强、灵活性好的控制系统，满足不同应用场景的的定制化、快速实施的要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微电网储能控制系统、方法、智能终端。

本发明是这样实现的，一种微电网储能控制方法，所述微电网储能控制方法包括：

对外提供各种控制接口；统计rtu、路径、通道状态数据；

管理各种物理通讯设备，维护物理链路的正常工作，接收和发送各种报文信息；

规约解释，将数据报文解释成各种数据信息，将各种控制命令和数据信息转换成为数据报文格式；

各种策略的运行控制，包括控制指令的生成和下发。

进一步，所述微电网储能控制方法还包括设备管理，与远方系统进行数据通讯的任务；管理与远方系统通讯的各种物理通讯设备，维护数据通道的畅通，接收来自远方系统的各种数据报文，向远方系统发送各种数据报文。

进一步，所述微电网储能控制方法还包括规约处理，实现数据报文到数据值之间的互相转换；将转发的数据编码成特定的报文格式送给设备管理模块，将设备管理模块送来的数据报文按照特定的格式解释成为系统识别的数据值，同时将系统对远方终端的各种控制命令转换成为特定的数据报文格式；

所述规约处理还包括：

读取通道数据接收缓冲区的数据报文，将报文解释成系统可以识别的数据值，然后将这些数据值放入特定路径的数据存储区；

从某个路径的数据存储区读取数据值，将它按照事先定义的规约格式转换成为数据报文格式，然后将数据报文放入和该路径相连的通道的数据发送缓冲区；

接收各种对远方终端的控制命令，转换成为一定规约格式的数据报文放入通道数据发送缓冲区；

管理通讯规约库。

进一步，所述微电网储能控制方法还包括：

对下实现与储能变流器pcs、储能bms、智能电表、负荷控制器及保护装置的通讯及规约转换，并下发各种控制指令：启停、充放电功率、电压的频率及幅值参考、高级能量管理策略及运行模式切换；

对将储能电站信息上传到站控层系统或远程云监控平台；通过web、站控系统或云平台对运行定值进行在线修改，掉电后保持不变；

控制软件实现削峰填谷、调频、调压、爬坡控制的多种控制模式，通过对就地设备的时序控制，实现简单运行模式切换，并网转独立运行、独立运行转并网；

具有本地自动运行和远方控制两种模式；当与后台系统失去连接时，微网控制器如处在本地自动运行的模式下，仍按照目前的定值及策略进行充放电控制；如处在远方控制模式下，则自动切换为停机状态或切换到本地自动运行模式，按照预设的策略进行充放电控制。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所述接收用户输入程序存储介质存储的计算机程序使电子设备执行：

对外提供各种控制接口；统计rtu、路径、通道状态数据；

管理各种物理通讯设备，维护物理链路的正常工作，接收和发送各种报文信息；

规约解释，将数据报文解释成各种数据信息，将各种控制命令和数据信息转换成为数据报文格式；

各种策略的运行控制，包括控制指令的生成和下发。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的微电网储能控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述的微电网储能控制方法的微电网储能控制系统，所述微电网储能控制系统包括：

通讯控制模块，用于对外提供各种控制接口；统计rtu、路径、通道状态数据；为rtu选择主路径作为该rtu的数据源泉；协调控制各模块的正常运行；

设备管理模块，用于管理各种物理通讯设备，维护物理链路的正常工作，接收和发送各种报文信息；

规约处理模块，用于实现规约解释，将数据报文解释成各种数据信息，将各种控制命令和数据信息转换成为数据报文格式；

策略控制模块，用于各种策略的运行控制，包括控制指令的生成和下发。

进一步，所述设备管理模块包括：数据通道的状态监控单元、对数据通道的读写操作单元、通道读写缓冲区的管理单元、通讯设备操作请求事件的处理单元、通讯设备库单元；

所述规约处理模块包括：

数据报文读取单元，用于读取通道数据接收缓冲区的数据报文，将报文解释成系统可以识别的数据值，然后将数据值放入特定路径的数据存储区；

数据值读取单元，用于从某个路径的数据存储区读取数据值，将它按照事先定义的规约格式转换成为数据报文格式，将数据报文放入和该路径相连的通道的数据发送缓冲区；

控制指令处理单元，用于接收各种对远方终端的控制命令，将它转换成为一定规约格式的数据报文放入通道数据发送缓冲区；

通讯规约库管理单元，用于管理通讯规约库；

所述策略控制模块包括：

控制指令接收单元，用于对外提供控制接口，接收和处理来自外界的各种控制命令；

控制单元，用于实现遥控、遥调；

参数装载单元，用于装载各种参数表；

储能系统控制单元，用于对储能系统的各种控制；

状态设置单元，用于统计储能系统的各种运行数据，并根据数据设置状态；

协调控制单元，用于控制其它各模块的协调工作；

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述微电网储能控制系统的微电网储能控制装置，所述微电网储能控制装置包括：64位芯片、电路板、指示灯、以太网口、储能设备、复位按钮、console端口、通信接口、通信规约库、控制策略、web维护；

所述指示灯包括运行灯、报警灯、电源灯和485-1～485-16；

所述以太网口为2路rj45以太网接口为支持2路10m/100m的rj45以太网接口；

所述console端口为设备的控制端口，实现设备的初始化或远程控制；

所述微电网储能控制装置设有丰富的通信接口，接入rs-485，rs-232。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述微电网储能控制系统的智能终端。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明提供的微电网储能控制系统，是储能电站中现场控制设备，可以实现低速的串行总线、现场总线网络和高速以太网之间的互联，构建出高速、可靠、开放的通信网络；可以运行储能控制策略，实现削峰填谷、爬坡控制、调频控制等控制策略；可以对现场储能系统的运行状况进行监控，对上级控制系统起到通讯管理的作用。作为通信网与现场储能设备之间的控制设备，承担接口匹配(485、现场总线、lan网等互相转换)和规约转换、数据监控、策略控制等任务。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1)本发明采用先进的工业级64位芯片，功能强大，性能稳定。

2)本发明高电磁兼容性设计，符合国际相关标准，具有良好的抗干扰能力。

3)本发明采用复杂可编程逻辑器件cpld技术，简化电路板的设计，提高稳定性。

4)本发明采用表面贴装技术，避免了插接所带来的通讯故障，提高了稳定性。

5)本发明实现硬件看门狗设计，提高系统的可靠性。

6)本发明多样灵活的通信接口：提供至少4路异步串行口，2路rj45以太网接口，使得装置的扩展性和配置灵活性大大增强。

7)本发明可以通过网络口或者usb口进行维护调试，其中一个网络口可用于远程维护口，也可通过电话拨号方式进行系统维护。

8)本发明丰富的规约库，规约库采用动态库设计，可以根据实际情况进行方便地扩展。

9)本发明采用无风扇运行，不存在风扇损坏引起系统崩溃的可能，硬件系统稳定可靠。

10)本发明尺寸小型化设计，安装组屏方便，可考虑标准的19英寸1u上架式外型，造型美观。

11)本发明对上可通过有线网络、无线网络(包括gprs、4g等)与后台scada系统、云平台及电网调度进行通讯，完成对储能设备的控制，支持电力104规约。

12)本发明装置不带屏幕，通过web访问的形式进行信息查看、就地操作及定值操作。如现场需要屏幕，则配置平板电脑。

附图说明

图1是本发明实施例提供的微电网储能控制系统模块结构示意图；

图中：1、通讯控制模块；2、设备管理模块；3、规约处理模块；4、策略控制模块。

图2是本发明实施例提供的微电网储能控制系统在储能电站的应用示意图。

图3是本发明实施例提供的微电网储能控制系统的硬件结构示意图。

图4是本发明实施例提供的微电网储能控制系统结构图。

图5是本发明实施例提供的微电网储能控制系统的模块层次结构图。

图6是本发明实施例提供的微电网储能控制系统的模块关系图。

图7是本发明实施例提供的策略控制模块结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微电网储能控制系统、方法、电动汽车，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的微电网储能控制系统包括：通讯控制模块1、设备管理模块2、规约处理模块3和策略控制模块4。

通讯控制模块1，用于对外提供各种控制接口；统计rtu、路径、通道状态数据；为rtu选择主路径作为该rtu的数据源泉；协调控制各模块的正常运行。

设备管理模块2，用于管理各种物理通讯设备，维护物理链路的正常工作，接收和发送各种报文信息。

规约处理模块3，用于实现规约解释，将数据报文解释成各种数据信息，将各种控制命令和数据信息转换成为数据报文格式。

策略控制模块4，用于各种策略的运行控制，包括控制指令的生成和下发。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施例提供的微电网储能控制系统是储能电站中现场控制设备，可以实现低速的串行总线、现场总线网络和高速以太网之间的互联，构建出高速、可靠、开放的通信网络；可以运行储能控制策略，实现削峰填谷、爬坡控制、调频控制等控制策略；可以对现场储能系统的运行状况进行监控，对上级控制系统起到通讯管理的作用。

作为通信网与现场储能设备之间的控制设备，承担接口匹配(485、现场总线、lan网等互相转换)和规约转换、数据监控、策略控制等任务。微电网储能控制器在储能电站的应用示意如图2所示。

2、硬件结构

2.1总体设计

微电网储能控制系统需要是在结合国内外实际情况，设计建议如下：

1)采用先进的工业级64位芯片，功能强大，性能稳定；

2)高电磁兼容性设计，符合国际相关标准，具有良好的抗干扰能力；

3)采用复杂可编程逻辑器件cpld技术，简化电路板的设计，提高稳定性；

4)采用表面贴装技术，避免了插接所带来的通讯故障，提高了稳定性；

5)实现硬件看门狗设计，提高系统的可靠性；

6)多样灵活的通信接口：提供至少4路异步串行口，2路rj45以太网接口，使得装置的扩展性和配置灵活性大大增强；

7)可以通过网络口或者usb口进行维护调试，其中一个网络口可用于远程维护口，也可通过电话拨号方式进行系统维护；

8)丰富的规约库，规约库采用动态库设计，可以根据实际情况进行方便地扩展；

9)采用无风扇运行，不存在风扇损坏引起系统崩溃的可能，硬件系统稳定可靠；

10)尺寸小型化设计，安装组屏方便，可考虑标准的19英寸1u上架式外型，造型美观；

11)对上可通过有线网络、无线网络(包括gprs、4g等)与后台scada系统、云平台及电网调度进行通讯，完成对储能设备的控制，支持电力104规约。

12)装置不带屏幕，通过web访问的形式进行信息查看、就地操作及定值操作。如现场需要屏幕，则配置平板电脑。

2.2主要技术参数

2.2.1环境条件参数

1)环境温度：-25～+55℃，24小时内平均温度不超过+35℃；

2)贮存温度：-40～+80℃，在极限值下不施加激励值，装置不出现不可逆变化，温度恢复后，装置应能正常工作；

3)相对湿度：5％—95％无凝露；

4)大气压力：80～110kpa；

5)工作位置：偏离基准位置不超过5°；

6)使用地点不允许有爆炸危险的介质，周围介质中不应含有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质，不允许充满水蒸汽及有较严重的霉菌存在；

7)使用地点应具有防御雨、雪、风、沙、灰的设施；

8)接地点接地电阻要求：<4ω。

2.2.2主要技术指标

设计数据容量，yc≤4800个，yx≤9600个，dd≤1024个yk≤512个。

传送数据速度指标yx变位≤1秒，yc变化≤3秒，yk返校≤1秒；全数据刷新≤10秒。

支持异步串口多达16个，速率最高可达115.2kbps。支持2个rj45以太网口。

通信距离100m单段，可通过适当手段进行延长，通信速率10/100mbps。

功率损耗，在额定负载下装置所消耗的功率应不大于15w。

对下可满足20个以上485接口设备的接入(至少4个串口)，支持通过104规约、modbus规约与bms、pcs、空调控制器、负荷控制器、多功能点表及电网保护控制装置进行通讯，采用modbus协议时数据轮询周期不大于1min；如储能系统进行调频应用时，通过快速modbus规约实现控制命令的快速通讯，控制周期不大于100ms。

数据点总数不低于20000点的规模；数据刷新频率不大于1min；本地数据缓冲时间不低于30天，数据存储周期不大于15min。

具备4路开关量输入和4路开关量输出接点，；开出为空接点，最高电压不低于250v，接点容量不低于1a；开入为电平信号(5v或24v)，外置电源。

系统算法及控制命令下发周期不低于100ms。

2.3系统功能

2.3.1硬件结构框图

微电网储能控制器在总体设计及各模块设计上均充分考虑了可靠性的要求，在程序执行、各模块之间的通信等方面均给予了详尽的考虑。提供至少4路异步串行口，2路rj45以太网接口使得装置的扩展性和配置灵活性大大增强；硬件结构框图如图3所示。

2.3.2指示灯说明

指示灯说明如表1所示。

表1指示灯说明

2.3.3以太网口

支持2路10m/100m的rj45以太网接口。

当以太网指示灯绿灯常亮表示连接正常，闪烁表示发送数据正常，不亮表明通讯异常；当指示灯橙色常亮表明以太网连接为100m，闪烁表明以太网连接为10m/100m，不亮表明以太网连接异常。

2.3.4复位按钮

当系统出现意外情况时，按住复位按钮5秒后，系统会重新进入默认配置，“运行”指示灯在系统恢复正常后闪烁。

注意：在正常运行情况下，不要按复位按钮！

2.3.5console口

console端口为设备的控制端口，实现设备的初始化或远程控制，方便系统调试和维护。

2.3.6支持丰富的通信接口

微网控制器设有丰富的通信接口。可接入rs-485，rs-232，以太网等不同的通信方式，并可以灵活选择：

至少4路rs-485口，速率300－115200bps可设置。每个接口最大允许挂接16个节点；

2路10m/100m自适应rj45以太网络接口；

1路usb调试口；

2路隔离的开关量输入接口。

对外通信均采用隔离保护电路。可与各种不同通信速率的智能设备进行数据通信，所有通讯接口均带光电隔离电路。

2.3.7支持多种通信规约库

将信息按照不同规约进行转发，规约可以在线选择。

具有丰富的通信规约库，出厂的基本配置包括iec60870-5-104，modbus，还包括一些与微机保护、智能电度表通信的规约。并可以根据用户提供的通信协议，编写协议转换程序，对规约库随时进行扩充或修改，因此可方便地与站内智能设备接口。面向对象设计的各种综合测控模块完成各种一次对象的测量控制。i/o模块组态灵活，可以按照实际容量在网络驱动允许的情况下任意配置，扩充灵活方便。

2.3.8支持多种控制策略，系统支持削峰填谷，系统支持一次调频控制，支持调压(无功支撑)，爬坡控制，系统支持孤岛运行，系统备用，本地自动运行和远方控制两种模式。

2.3.9web维护功能，对微网控制器的相关参数(包括：系统参数、装置参数、路径参数、通道参数、遥信、遥测、遥控、控制策略、装置类型、寄存查看、规约信息及寄存器参数及画面监视)的查看(召唤)和设置(下装)。

3、系统软件

3.1软件功能

微电网储能控制系统具有以下功能：

(1)对下实现与储能变流器pcs、储能bms、智能电表、负荷控制器及保护装置的通讯及规约转换，并下发各种控制指令：启停、充放电功率、电压的频率及幅值参考、高级能量管理策略及运行模式切换等。

(2)对上将储能电站信息上传到站控层系统或远程云监控平台。能够通过web、站控系统或云平台对运行定值进行在线修改，掉电后保持不变。

(3)控制软件实现削峰填谷、调频、调压、爬坡控制等多种控制模式，并可通过对就地设备的时序控制，实现简单运行模式切换(并网转独立运行、独立运行转并网)。

(4)具有本地自动运行和远方控制两种模式。当与后台系统失去连接时，微网控制系统如处在本地自动运行的模式下，仍按照目前的定值及策略进行充放电控制；如处在远方控制模式下，则自动切换为停机状态或切换到本地自动运行模式，按照预设的策略进行充放电控制。

3.2系统结构

系统结构如图4所示。

3.3模块划分

系统划分为四个大的模块：

通讯控制：负责对外提供各种控制接口；统计rtu、路径、通道状态数据；为rtu选择主路径作为该rtu的数据源泉；协调控制各模块的正常运行。

设备管理：管理各种物理通讯设备，维护物理链路的正常工作，接收和发送各种报文信息。

规约处理：实现规约解释，将数据报文解释成各种数据信息，将各种控制命令和数据信息转换成为数据报文格式。

策略控制：各种策略的运行控制，包括控制指令的生成和下发。

3.4层次结构

系统层次结构如图5所示。

3.5模块关系图

系统模块关系图如图6所示。

3.5.1设备管理模块

设备管理(devicemanage)模块负责管理与远方系统通讯的各种物理通讯设备，维护数据通道的畅通，接收来自远方系统的各种数据报文，向远方系统发送各种数据报文。该模块位于数据通讯系统的最低层，承担这与远方系统进行数据通讯的任务。

该模块可以分为以下几个主要功能：数据通道的状态监控，对数据通道的读写操作，通道读写缓冲区的管理，通讯设备操作请求事件的处理，通讯设备库。

3.5.2规约处理模块

负责实现数据报文到数据值之间的互相转换。它将要转发的数据编码成特定的报文格式送给设备管理模块，将设备管理模块送来的数据报文按照特定的格式解释成为系统可以识别的数据值，同时它将系统对远方终端的各种控制命令转换成为特定的数据报文格式。

该模块主要提供以下几个功能：读取通道数据接收缓冲区的数据报文，将报文解释成系统可以识别的数据值，然后将这些数据值放入特定路径的数据存储区。从某个路径的数据存储区读取数据值，将它按照事先定义的规约格式转换成为数据报文格式，然后将数据报文放入和该路径相连的通道的数据发送缓冲区。接收各种对远方终端的控制命令，将它转换成为一定规约格式的数据报文放入通道数据发送缓冲区。管理通讯规约库。

3.5.3策略控制模块

该模块是整个控制器的算法核心，它监控整个储能系统的运行状态，控制各个模块协同运行，同时也是控制器的一个对外接口。

该模块的主要功能如下：对外提供控制接口，接收和处理来自外界的各种控制命令。遥控、遥调。装载各种参数表。对储能系统的的各种控制。统计储能系统的各种运行数据，并根据这些数据设置状态。控制其它各模块的协调工作。

模块结构图如图7所示。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如在磁盘、可编程的存储器的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如ram、dsp等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。