一种无人值守微电网的智能运维控制系统及方法与流程

1.本发明涉及一种无人值守微电网的智能运维控制系统及方法，属于微电网自动化技术领域。


背景技术：

2.微电网通常是由分布式发电单元、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。随着微电网技术的发展，在海外以及国内偏远地区微电网得了到大规模普及应用。虽然微电网体量较小，但是由于其涉及电力系统的多个细分技术领域，对运维人员的知识体系、工作技能都有较高要求。另一方面，微电网的场址环境通常较为恶劣，交通不便。因此，目前大多数的微电网项目要么无人值守，要么聘请专业运维团队驻场维护，但是，前者发生异常后不能及时处理导致使用效率低下，不能充分发挥微电网的作用，后者运营费用较高，降低了使用微电网的经济性。微电网自主地、智能地完成运维控制操作，实现无人值守微电网的高效经济运行是未来微电网发展中不可或缺的一部分，因此研究微电网智能运维技术，开发微电网无人值守的智能运维控制系统迫在眉睫。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种微电网的智能运维控制系统及方法，旨在解决目前微电网控制产品没有实现在无人值守情况下的故障后恢复供电、故障隔离、运行模式及策略自动切换、电池自动养护和远程管理等功能，严重削弱了微电网系统带来的社会效益和经济效益的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：第一方面，本发明提出了一种无人值守微电网的智能运维控制系统，包括：信息采集模块，一方面用于通过通信通道实时采集、记录微电网一二次设备的运行状态信息，当微电网运行状态发生变化时，向故障判别模块、远程管理模块发送告警信息，另一方面，用于接收并执行智能顺序控制模块的控制操作；故障判别模块，用于在收到告警信息后，根据采集的运行状态信息判断微电网是否发生故障，如果发生故障，识别微电网故障元件，生成故障判别结果，并将微电网状态变化信息和故障判别结果发送给系统分析决策模块；系统分析决策模块，用于根据微电网状态变化信息和故障判别结果从预先构建的微电网策略表中选择匹配的故障处理措施；智能顺序控制模块，用于根据故障处理措施生成多步可连续执行的控制操作，将控制操作发送给信息采集模块并获取操作执行结果，每一步控制操作均包括执行操作前置条件、执行操作内容、执行操作结果校验；远程管理模块，用于远程管理微电网运行状态、微电网策略表和智能顺序控制模块的操作步骤。
5.结合第一方面，进一步的，所述信息采集模块包含通讯模型配置单元、信息采集记
录单元、告警信息推送单元和控制执行单元；其中，所述通讯模型配置单元用于配置微电网控制器的通讯信息模型，在微电网一二次设备、微电网控制器与信息采集记录单元之间形成通信信道；所述信息采集记录单元用于通过通信通道实时采集、记录微电网一二设备的运行状态信息；所述告警信息推送单元用于在微电网运行状态发生变化时向故障判别模块、远程管理模块发送告警信息，所述告警信息包括运行状态发生变化的设备名称及其运行状态信息；所述控制执行单元用于接收智能顺序控制模块的控制操作，通过通信通道利用微电网控制器操作开关和刀闸、调节微电网相关设备的工作模式和运行参数，并返回执行操作结果。
6.结合第一方面，进一步的，所述故障判别模块包括故障状态判别单元、故障元件识别单元和判别结果推送单元；其中，所述故障状态判别单元用于在收到告警信息后，根据采集的运行状态信息与预设的故障状态信息判断微电网是否发生故障；所述故障元件识别单元用于在发生故障时，根据基于不完全信息的微电网故障定位方法定位微电网故障元件，生成故障判别结果；所述判别结果推送单元用于将微电网状态变化信息和故障判别结果发送给系统分析决策模块。
7.结合第一方面，进一步的，基于不完全信息的微电网故障定位方法的操作步骤如下：获取微电网网络末端逆变器采集的末端有功功率、无功功率和电压幅值信息；获取微电网网络中测控装置采集的支路有功功率、无功功率和电压幅值信息；基于上述信息进行微电网状态估计计算；计算信息采集模块每个测点采集的运行状态信息与状态估计计算结果的偏差，得到偏差最大的两个测点；将故障区域定位为偏差最大的两个测点之间的设备。
8.结合第一方面，进一步的，微电网策略表的构建方法为：根据微电网历史故障处理数据，得到微电网源状态、目的状态和故障处理措施之间的映射关系，进而生成微电网策略表；故障处理措施包括运行模式切换、周期性参数调整、电池养护、供电恢复和故障隔离措施。
9.结合第一方面，进一步的，系统分析决策模块根据微电网状态变化信息和故障判别结果得到微电网源状态，根据供电范围最大化原则选择微电网目的状态，根据微电网源状态和目的状态从微电网策略表中选择匹配的故障处理措施。
10.结合第一方面，进一步的，在智能顺序控制模块中，当操作执行结果异常时，反馈异常信息至系统分析决策模块和远程管理模块，利用系统分析决策模块重新选择故障处理措施，或者利用远程管理模块调整智能顺序控制模块的控制操作。
11.结合第一方面，进一步的，所述远程管理模块包括web服务器单元和前端人机界面单元；其中，所述web服务器单元用于实现基于soa软件架构体系的标准数据接口服务功能，以web service方式进行数据发布，并将外部数据导入系统；所述前端人机界面单元用于将微电网运行状态、故障判别结果以网页形式在远程运维工作站上展现，同时通过前端人机界面远程增加、修改微电网策略表和智能顺序控制模块的操作步骤。
12.结合第一方面，进一步的，所述智能运维控制系统还包括消息总线，所述消息总线
用于实现信息采集模块、故障判别模块、系统分析决策模块、智能顺序控制模块和远程管理模块之间的信息传输。
13.第二方面，本发明提出了一种基于第一方面所述智能运维控制系统的智能运维控制方法，包括如下步骤：通过通信通道实时获取微电网一二次设备的运行状态信息；当微电网运行状态发生变化时，生成告警信息；根据采集的运行状态信息和告警信息判断微电网是否发生故障，如果发生故障，识别微电网故障元件，生成故障判别结果；根据微电网状态变化信息和故障判别结果从预先构建的微电网策略表中选择匹配的故障处理措施；根据故障处理措施生成多步可连续执行的控制操作，将控制操作发送给信息采集模块并获取操作执行结果，其中，每一步控制操作均包括执行操作前置条件、执行操作内容、执行操作结果校验；根据控制操作，通过通信通道利用微电网控制器操作开关和刀闸、调节微电网相关设备的工作模式和运行参数；在智能运维控制过程中，远程管理微电网运行状态、微电网策略表和智能顺序控制模块的操作步骤。
14.采用以上技术手段后可以获得以下优势：本发明提出了一种无人值守微电网的智能运维控制系统及方法，当微电网运行状态发生变化时，可以自动判别故障元件、生成并执行故障处理的控制操作，从而自主地、智能地完成微电网的运维控制操作，实现在无人值守情况下微电网的故障后恢复供电、故障隔离、运行模式及策略自动切换、电池自动养护和远程管理等功能。
15.本发明系统和方法具有良好的开放性和兼容性，能够适用于由不同一次设备组成的各类微电网，在无人值守的情况下，系统可以自动判断微电网故障并进行相应的故障处理，提高了微电网故障处理效率，降低了微电网运行对运维人员依赖，提高了微电网的运行稳定性，并扩大了微电网的社会效益和经济效益。
附图说明
16.图1为本发明实施例中无人值守微电网系统架构及运维控制系统示意图；图2为本发明一种无人值守微电网的智能运维控制系统的架构图；图3为本发明一种无人值守微电网的智能运维控制系统的结构示意图；图4为本发明一种无人值守微电网的智能运维控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：实施例一：图1是一个典型的无人值守微电网系统架构及运维控制系统示意图，该微电网包含光伏、风机、柴油发电机、储能系统和负荷，通过交流母线将各单元连接起来，并与配电网连接。微电网控制器通过二次控制线缆实现对微电网内部开关的控制。微电网智能运维控
制系统通过通信通道采集计量表计、电池管理系统、储能变流器、光伏逆变器、风机控制器、柴发控制器以及微电网控制器的状态信息，并通过通信通道下发运维操作控制指令。微电网智能运维控制系统通过以太网连接远程运维工作站。
18.本发明提出了一种无人值守微电网的智能运维控制系统，如图2所示，该系统的设计架构可划分为硬件平台、操作系统、支撑平台和应用功能。硬件层是系统的硬件设备，以计算机为主，硬件配置灵活，能够根据微电网的具体规模，实现系统的扩展性和易维护性；操作系统可采用unix、windows、linux等多种操作系统，软件系统具备跨平台特性，能够良好兼容多种操作系统；支撑平台由跨平台图形开发平台、面向对象数据库管理平台和分布式网络通信管理平台组成，其中分布式网络通信是整个微电网系统通信的网络和内容的通信消息总线，主要由工业以太网、无线网络和rs485组成；应用功能实现了微电网智能运维控制系统的核心功能，包括信息采集、故障判别、系统分析决策、智能顺序控制以及远程管理。
19.在本发明实施例中，如图3所示，智能运维控制系统主要包括信息采集模块、故障判别模块、系统分析决策模块、远程管理模块和消息总线，消息总线用于实现信息采集模块、故障判别模块、系统分析决策模块、智能顺序控制模块和远程管理模块之间的信息传输。
20.信息采集模块包含通讯模型配置单元、信息采集记录单元、告警信息推送单元和控制执行单元。其中，通讯模型配置单元用于配置微电网控制器的通讯信息模型，在微电网一二次设备、微电网控制器与信息采集记录单元之间形成通信信道。信息采集记录单元用于通过通信通道实时采集、记录微电网一二设备的运行状态信息。告警信息推送单元用于在微电网运行状态发生变化时（包括产生告警、故障信息，开关变位，电池电压越限，电池soc越限，设备异常，系统停运等）向故障判别模块、远程管理模块发送告警信息，告警信息包括运行状态发生变化的设备名称及其运行状态信息。控制执行单元用于接收智能顺序控制模块的控制操作指令，根据指令通过通信通道利用微电网控制器实时操作微电网中的开关和刀闸、实时调节微电网相关设备的工作模式和运行参数，并返回执行操作结果。
21.故障判别模块包括故障状态判别单元、故障元件识别单元和判别结果推送单元。其中，故障状态判别单元用于在收到告警信息后，根据采集的运行状态信息与预设的故障状态信息判断微电网是否发生故障，比如微电网运行状态变化为开关1断开，而预设的故障状态信息中含有开关1断开，则说明微电网发生故障。故障元件识别单元用于在发生故障时，根据基于不完全信息的微电网故障定位方法定位微电网故障元件，生成故障判别结果。判别结果推送单元用于将微电网状态变化信息和故障判别结果发送给系统分析决策模块。
22.在故障元件识别单元中，基于不完全信息的微电网故障定位方法的操作步骤如下：（1）获取微电网网络末端逆变器采集的末端有功功率、无功功率和电压幅值信息。
23.（2）获取微电网网络中测控装置采集的支路有功功率、无功功率和电压幅值信息。
24.（3）基于上述信息（步骤（1）、（2）获取的信息）进行微电网状态估计计算，状态估计计算的具体操作采用现有技术。
25.（4）计算信息采集模块每个测点（一般情况下，一个设备配有1个测点）采集的运行状态信息与状态估计计算结果的偏差，得到偏差最大的两个测点。
26.（5）将故障区域定位为偏差最大的两个测点之间的设备。
27.系统分析决策模块包括微电网策略表单元、专家规则系统单元、维护操作分析单元、维护操作决策单元。其中，微电网策略表单元可以根据微电网历史故障处理数据，得到微电网源状态、目的状态和故障处理措施之间的映射关系，进而生成并存储微电网策略表，在本发明实施例中，源状态是实施控制前的微电网运行状态，目的状态是预先设定的一些安全的、优化的微电网运行状态。微电网策略表中的故障处理错输故障处理措施包括系统状态变化或发生故障后需要进行的运行模式及策略自动切换、周期性参数调整、电池自动养护、供电回复以及故障隔离的处理方法。专家规则系统单元根据微电网状态变化信息及故障判别结果得出微电网的源状态，并根据供电范围最大化原则选择微电网目的状态，进而根据微电网源状态和目的状态从微电网策略表中选择匹配的故障处理措施，当智能顺序控制模块执行失败后，专家规则系统单元需要重新选择合适的故障处理措施。维护操作分析单元用于将故障处理错输解析为对应的运维操作逻辑步骤。维护操作决策单元用于在系统仿真平台上对运维操作逻辑步骤进行预演，判断运维操作；逻辑步骤是否与系统当前状态契合以及当前状态下操作逻辑步骤是否可行，并将可行的运维操作逻辑推送至智能顺序控制模块。
28.智能顺序控制模块用于根据故障处理措施生成多步可连续执行的控制操作，将控制操作发送给信息采集模块并获取操作执行结果，每一步控制操作均包括执行操作前置条件、执行操作内容、执行操作结果校验。
29.智能顺序控制模块包括操作逻辑解析单元、操作逻辑执行单元、顺序控制监视单元。其中，操作逻辑解析单元分析处理运维操作逻辑，根据微电网控制器通讯信息模型自动生成多步可连续执行的控制操作。操作逻辑执行单元自动循环完成前置条件检查、操作执行指令发送、操作执行结果校验，在自动循环过程中，操作逻辑执行单元不断的把控制操作发送给信息采集模块。顺序控制监视单元监视操作执行结果，当操作执行结果异常时，反馈异常信息至系统分析决策模块和远程管理模块，利用系统分析决策模块重新选择故障处理措施，或者利用远程管理模块调整智能顺序控制模块的控制操作。
30.远程管理模块包括web服务器单元和前端人机界面单元。其中， web服务器单元用于实现基于soa软件架构体系的标准数据接口服务功能，以web service方式进行数据发布，并将外部数据导入系统。前端人机界面单元用于将微电网运行状态、故障判别结果以网页形式在远程运维工作站上展现，同时通过前端人机界面远程增加、修改微电网策略表和智能顺序控制模块的操作步骤。在智能运维控制过程中，远程运维工作站的运维人员可以随时监视系统，并对系统内的参数、策略、控制指令等进行调整，确保微电网运维控制的准确性。
31.本发明提出的智能运维控制系统具有良好的开放性和兼容性，能够适用于由不同一次设备组成的各类微电网，在无人值守的情况下，系统可以自动判断微电网故障并进行相应的故障处理，提高了微电网故障处理效率，降低了微电网运行对运维人员依赖，提高了微电网的运行稳定性，并扩大了微电网的社会效益和经济效益。
32.实施例二：基于实施例一中的智能运维控制系统，本发明提出了一种无人值守微电网的智能运维控制方法，如图4所示，具体包括如下步骤：
s1、通过通信通道实时获取微电网一二次设备的运行状态信息。
33.s2、当微电网运行状态发生变化时（包括产生告警、故障信息，开关变位，电池电压越限，电池soc越限，设备异常，系统停运等），生成告警信息，并发送给故障判别模块和远程管理模块。
34.s3、根据采集的运行状态信息和告警信息判断微电网是否发生故障，如果发生故障，识别微电网故障元件，生成故障判别结果，将微电网状态变化信息和故障判别结果推送至系统分析决策模块。
35.s4、根据微电网状态变化信息和故障判别结果从预先构建的微电网策略表中选择匹配的故障处理措施，故障处理措施包括运行模式切换、周期性参数调整、电池养护等运维的逻辑操作步骤。
36.s5、根据故障处理措施，利用微电网控制器通讯信息模型自动生成多步可连续执行的控制操作，将控制操作发送给信息采集模块并获取操作执行结果，其中，每一步控制操作均包括执行操作前置条件、执行操作内容、执行操作结果校验。
37.s6、根据控制操作，通过通信通道利用微电网控制器操作开关和刀闸、调节微电网相关设备的工作模式和运行参数。如果顺序控制执行过程中发生操作前置条件不满足、操作执行失败等情况时，将返回步骤s4，重新选择故障处理措施，循环执行步骤s4~s6，直至顺序控制操作执行成功。
38.s7、在智能运维控制过程中，远程管理微电网运行状态、微电网策略表和智能顺序控制模块的操作步骤。
39.本发明系统和方法能够自主地、智能地完成微电网的运维控制操作，实现在无人值守情况下微电网的故障后恢复供电、故障隔离、运行模式及策略自动切换、电池自动养护和远程管理等功能，降低了微电网运行对运维人员依赖，提高了微电网的运行稳定性，并扩大了微电网的社会效益和经济效益。
40.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。