CN105047052B - 一种直流储能监测调控教学平台 - Google Patents

一种直流储能监测调控教学平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流储能监测调控教学平台,包括直流电供电单元、锂电池、可调节负载,与上述三个部分直接引线相连接的功率控制器,与该功率控制器通过异步串行通讯相连接的就地监控平台以及与该就地监控平台通过网络相连接的远程监控平台。本发明说明一种直流储能监测调控教学平台,从底层到顶层设计均采用标准化的连接方式,操作人员可以对各个部分进行设备增删或更替。本发明所涉及的***接口齐全,易于二次开发,可设计丰富的实验内容,适用于电力***专业教学或科研。

Description

一种直流储能监测调控教学平台
技术领域
本发明属于电力***监控领域,具体涉及一种直流储能监测调控教学平台。
背景技术
新能源已成为智能电网中的重要概念,为应对太阳能、风能等新能源带来的大功率波动,可以利用储能技术进行功率平抑以提高***运行稳定性,故作为技术的关键一环,储能***监测调控技术自然而然地成为研究热点。
我国目前的储能***监控手段已经较为成熟,但是因其技术涵盖电力***、能源、信息通信、仪器、控制等多学科,涉及电工技术基础、电子技术基础、电力工程、自动控制原理及***、微机原理及应用、检测技术、计算机软件工程、数据通信原理、电网监控技术等多个领域。目前高等院校仍然没有十分对口的专业课程以及实验平台供学生学***抑风机输出的功率波动等算法很多时候是另一单位的智慧结晶,并不希望被第三方完全解析。这类产品与不同单位的监控平台怎样做到使双方都能接受的结合,也是目前遇到的一个现实问题。这些已经暴露出一些问题的种种现状,基本都是由于其设计之处的固有结构短板引起的,短时间内难以解决。
随着我国电力行业的继续发展,储能***监测调控技术必然会得到相关行业的进一步重视,涉及该技术的直流储能监测调控实验***的设计因而具有一定的前瞻性和比较重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的不足,提供一种直流储能监测调控教学平台。
直流储能监测调控教学平台包括直流电供电单元、锂电池、可调节负载、功率控制器、就地监控平台和远程监控平台,直流电供电单元的功率输出端通过直接引线方式连接锂电池的功率输入端以及可调节负载的功率输入端,锂电池的功率输出端通过直接引线方式连接可调节负载的功率输入端,直流电供电单元、锂电池和可调节负载的控制端均以直接引线方式连接功率控制器,功率控制器通过异步串行通讯设备连接就地监控平台,就地监控平台通过网络通讯设备连接远程监控平台。
所述的功率控制器由控制核心芯片、引线接口、显示屏、异步串行通讯设备组成,显示屏、异步串行通讯设备与控制核心芯片相连,控制核心芯片通过引线接口与直流电供电单元、锂电池、可调节负载相连,以获取直流电供电单元、锂电池、可调节负载的运行数据,并通过异步串行通讯设备将运行数据转发至就地监控平台,并接收来自就地监控平台的控制指令;控制核心芯片通过显示屏以显示运行数据;控制核心芯片通过引线接口向直流电供电单元、锂电池、可调节负载下达控制指令。
所述的就地监控平台由工业控制计算机、异步串行通讯设备、网络通讯设备组成,工业控制计算机通过异步串行通讯设备与由功率控制器相连,获取由功率控制器上发的运行数据,并将运行数据加上时间戳存储为本地记录的同时,再将运行数据通过网络通讯设备转发至远程监控平台;另外,工业控制计算机通过网络通讯设备接收来自远程监控平台的控制指令,并通过异步串行通讯设备将控制指令下发至功率控制器。
所述的远程监控平台由工业服务器、网络通讯设备、实时更新数据库、控制台组成,工业服务器通过网络通讯设备与就地监控平台相连,以获取由就地监控平台上发的运行数据,并将运行数据写入实时更新数据库;工业服务器从实时更新数据库读取更新后的运行数据,并将更新后的运行数据显示于控制台;同时,工业服务器通过网络通讯设备向就地监控平台下发控制指令。
所述的异步串行通讯设备为蓝牙通信模块、RS232连接线或RS485连接线中的一种或多种。所述的网络通讯设备是无线网络设备或有线网络设备。所述的控制核心芯片为51单片机、MSP、DSP、FPGA、ARM处理器中的任何一种。所述的显示屏为LCD屏幕或OLED屏幕。
所述的直流电供电单元、锂电池、可调节负载、功率控制器具体连接方式如下:
直流电供电单元输出端正极经三极管或功率开关管连入锂电池输入端正极;直流电供电单元输出端正极经二极管或功率二极管连入可调节负载输入端正极;锂电池输出端正极经二极管或功率二极管、三极管或功率开关管连入可调节负载输入端正极;可调节负载输入端正极经达林顿管或功率开关管连入可调节负载正极;直流电供电单元输出端正极、可调节负载正极、锂电池输出端正极分别经模数转换电路连入功率控制器的引线接口;三极管或功率开关管基极、三极管或功率开关管基极、达林顿管或功率开关管基极分别经光耦转换电路连入功率控制器的引线接口。
本发明的有益效果是从底层到顶层设计均采用标准化的连接方式,操作人员可以着眼于各个部分进行设备增删和更替,本***所涉及的***接口齐全,易于二次开发,可设计丰富的实验内容,适用于电力***专业教学、研究。本发明具备合理的结构、一定的扩展性、能接入第三方算法、具备快速响应能力等诸多优秀性能。
附图说明
图1是直流储能监测调控教学平台的整体结构示意图。
图2是本发明的功率控制器的结构示意图。
图3是本发明的就地监控平台的结构示意图。
图4是本发明的远程监控平台的结构示意图。
图5是本发明的直流电供电单元、锂电池、可调节负载、功率控制器的连接示意图。
具体实施方式
如图1~4所示,直流储能监测调控教学平台包括直流电供电单元1、锂电池2、可调节负载3、功率控制器4、就地监控平台5和远程监控平台6,直流电供电单元1的功率输出端通过直接引线方式连接锂电池2的功率输入端以及可调节负载3的功率输入端,锂电池2的功率输出端通过直接引线方式连接可调节负载3的功率输入端,直流电供电单元1、锂电池2和可调节负载3的控制端均以直接引线方式连接功率控制器4,功率控制器4通过异步串行通讯设备10连接就地监控平台5,就地监控平台5通过网络通讯设备12连接远程监控平台6。
如图2所示,所述的功率控制器4由控制核心芯片7、引线接口8、显示屏9、异步串行通讯设备10组成,显示屏9、异步串行通讯设备10与控制核心芯片7相连,控制核心芯片7通过引线接口8与直流电供电单元1、锂电池2、可调节负载3相连,以获取直流电供电单元1、锂电池2、可调节负载3的运行数据,并通过异步串行通讯设备10将运行数据转发至就地监控平台5,并接收来自就地监控平台5的控制指令;控制核心芯片7通过显示屏9以显示运行数据;控制核心芯片7通过引线接口8向直流电供电单元1、锂电池2、可调节负载3下达控制指令。
如图3所示,所述的就地监控平台5由工业控制计算机11、异步串行通讯设备10、网络通讯设备12组成,工业控制计算机11通过异步串行通讯设备10与由功率控制器4相连,获取由功率控制器4上发的运行数据,并将运行数据加上时间戳存储为本地记录的同时,再将运行数据通过网络通讯设备12转发至远程监控平台6;另外,工业控制计算机11通过网络通讯设备12接收来自远程监控平台6的控制指令,并通过异步串行通讯设备10将控制指令下发至功率控制器4。
如图4所示,所述的远程监控平台6由工业服务器13、网络通讯设备12、实时更新数据库14、控制台15组成,工业服务器13通过网络通讯设备12与就地监控平台5相连,以获取由就地监控平台5上发的运行数据,并将运行数据写入实时更新数据库14;工业服务器13从实时更新数据库14读取更新后的运行数据,并将更新后的运行数据显示于控制台15;同时,工业服务器13通过网络通讯设备12向就地监控平台5下发控制指令。
所述的异步串行通讯设备10为蓝牙通信模块、RS232连接线或RS485连接线中的一种或多种。所述的网络通讯设备12是无线网络设备或有线网络设备。所述的控制核心芯片7为51单片机、MSP、DSP、FPGA、ARM处理器中的任何一种。所述的显示屏9为LCD屏幕或OLED屏幕。
所述的直流电供电单元1、锂电池2、可调节负载3、功率控制器4具体连接方式如下:
如图5所示,直流电供电单元1输出端正极经三极管或功率开关管Q1连入锂电池2输入端正极;直流电供电单元1输出端正极经二极管或功率二极管D1连入可调节负载3输入端正极;锂电池2输出端正极经二极管或功率二极管D2、三极管或功率开关管Q2连入可调节负载3输入端正极;可调节负载3输入端正极经达林顿管或功率开关管Q3连入可调节负载M正极;直流电供电单元1输出端正极、可调节负载M正极、锂电池2输出端正极分别经模数转换电路连入功率控制器4的引线接口8;三极管或功率开关管Q1基极、三极管或功率开关管Q2基极、达林顿管或功率开关管Q3基极分别经光耦转换电路连入功率控制器4的引线接口8。
可调节负载3可以是具备调节能力的任何负载,如直流电机、可变电阻、声源、光源等。
本发明的直流储能监测调控教学平台的运行状态可由如下方法控制:
1). 功率控制器可以依照指令进行可调节负载的调节;
2)功率控制器可以依照指令打开或关闭锂电池的充电开关;
3). 功率控制器可以依照指令打开或关闭锂电池的放电开关;
4). 功率控制器可以通过异步串行通信设备接收就地监控平台的指令。
5). 就地监控平台可设置自动控制算法,就地向功率控制器下发指令,优先级高于从远程监控平台接收到的指令;
6). 远程监控平台可设置自动控制算法,向就地监控平台下发指令;
7). 远程监控平台可通过操作员调度操作,向就地监控平台下发指令。
实施例1:
以下结合附图,说明本发明作为实验教学仪器的一种具体实施方案。
本方案由直流电供电单元、锂电池、可调节负载、功率控制器、就地监控平台、远程监控平台六部分组成。
其中,直流电供电单元是由斯特林热机带动小型直流发电机而实现的,采用酒精灯供热,空气冷却,皮带轮传动。其输出电压为0~5.5V,最大输出电流为150mA。
其中,锂电池是由4节18650锂电池并联,再接入移动电源充放电管理模块而实现的。其充电输入电压为5V,最大输入电流2.1A,放电输出电压为5V,最大输出电流为1A和2.1A两个接口。
其中,可调节负载是由直流马达带动的风扇及其保护电路、开关电路而实现的。其输入电压为0~5V,满载输入电流为200mA。
功率控制器的控制核心芯片采用MSP430G2553,其显示屏采用128*64像素点OLED显示器。
所有异步串行通讯设备采用支持蓝牙2.1协议的蓝牙通信模块。所有网络设备采用无线网络设备。
将直流电供电单元、锂电池、可调节负载连接好。加入470μF电容C1、2.2μF电容C2是因为其可以用于稳定直流电供电单元的输出电压;加入11nF电容C3是因为其可以用于减小可调节负载带来的信号干扰;加入快速恢复二极管D3是因为其可以用于提供可调节负载停机后的续流路径。
完成直流电供电单元、锂电池、可调节负载的数据采集引线连接。均接入功率控制器引线接口。
完成就地监控平台与功率控制器的蓝牙配对。完成就地监控平台与远程监控平台的网络连接。
***连接关系介绍完毕,下面介绍本教学仪器方案具体使用方法。
首先,启动直流电供电单元后,直流母线提供功率。设定可调节负载的负载特性为电力***典型日负荷曲线形状通过调节Q3开关频率实现。在某一时刻,若直流电供电单元输出功率恰好等于可调节负载消耗功率,则功率控制器维持现状,锂电池无动作;若直流电供电单元输出功率大于可调节负载消耗功率,说明电能过剩。在锂电池电能未充满的前提下,功率控制器将控制Q1开关,使直流电供电单元将过剩电能输入锂电池,锂电池此时充电;若直流电供电单元输出功率小于可调节负载消耗功率,说明电能不足。在锂电池电能未耗尽的前提下,功率控制器将控制Q2开关,使锂电池将储存的电能输入可调节负载,锂电池此时放电。由此,只要锂电池的储能容量选择合理,即可保持可调节负载的负载特性不受直流电供电单元的出力影响。
以上所涉及的具体控制指令可以由参与实验学员人工下达,也可以由参与实验学员编写自动控制算法自动下达,以此加深学员对储能监测调控***的理解,达到本实施方案实验教学的目的。

Claims (8)

1.一种直流储能监测调控教学平台,其特征在于,包括直流电供电单元(1)、锂电池(2)、可调节负载(3)、功率控制器(4)、就地监控平台(5)和远程监控平台(6),直流电供电单元(1)的功率输出端通过直接引线方式连接锂电池(2)的功率输入端以及可调节负载(3)的功率输入端,锂电池(2)的功率输出端通过直接引线方式连接可调节负载(3)的功率输入端,直流电供电单元(1)、锂电池(2)和可调节负载(3)的控制端均以直接引线方式连接功率控制器(4),功率控制器(4)通过异步串行通讯设备(10)连接就地监控平台(5),就地监控平台(5)通过网络通讯设备(12)连接远程监控平台(6);所述的功率控制器(4)由控制核心芯片(7)、引线接口(8)、显示屏(9)、异步串行通讯设备(10)组成,显示屏(9)、异步串行通讯设备(10)与控制核心芯片(7)相连,控制核心芯片(7)通过引线接口(8)与直流电供电单元(1)、锂电池(2)、可调节负载(3)相连,以获取直流电供电单元(1)、锂电池(2)、可调节负载(3)的运行数据,并通过异步串行通讯设备(10)将运行数据转发至就地监控平台(5),并接收来自就地监控平台(5)的控制指令;控制核心芯片(7)通过显示屏(9)以显示运行数据;控制核心芯片(7)通过引线接口(8)向直流电供电单元(1)、锂电池(2)、可调节负载(3)下达控制指令。
2.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的就地监控平台(5)由工业控制计算机(11)、异步串行通讯设备(10)、网络通讯设备(12)组成,工业控制计算机(11)通过异步串行通讯设备(10)与由功率控制器(4)相连,获取由功率控制器(4)上发的运行数据,并将运行数据加上时间戳存储为本地记录的同时,再将运行数据通过网络通讯设备(12)转发至远程监控平台(6);另外,工业控制计算机(11)通过网络通讯设备(12)接收来自远程监控平台(6)的控制指令,并通过异步串行通讯设备(10)将控制指令下发至功率控制器(4)。
3.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的远程监控平台(6)由工业服务器(13)、网络通讯设备(12)、实时更新数据库(14)、控制台(15)组成,工业服务器(13)通过网络通讯设备(12)与就地监控平台(5)相连,以获取由就地监控平台(5)上发的运行数据,并将运行数据写入实时更新数据库(14);工业服务器(13)从实时更新数据库(14)读取更新后的运行数据,并将更新后的运行数据显示于控制台(15);同时,工业服务器(13)通过网络通讯设备(12)向就地监控平台(5)下发控制指令。
4.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的异步串行通讯设备(10)为蓝牙通信模块、RS232连接线或RS485连接线中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的网络通讯设备(12)是无线网络设备或有线网络设备。
6.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的控制核心芯片(7)为51单片机、MSP、DSP、FPGA、ARM处理器中的任何一种。
7.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的显示屏(9)为LCD屏幕或OLED屏幕。
8.如权利要求1所述的直流储能监测调控教学平台,其特征在于所述的直流电供电单元(1)、锂电池(2)、可调节负载(3)、功率控制器(4)具体连接方式如下:
直流电供电单元(1)输出端正极经三极管或功率开关管(Q1)连入锂电池(2)输入端正极;
直流电供电单元(1)输出端正极经二极管或功率二极管(D1)连入可调节负载(3)输入端正极;
锂电池(2)输出端正极经二极管或功率二极管(D2)、三极管或功率开关管(Q2)连入可调节负载(3)输入端正极;
可调节负载(3)输入端正极经达林顿管或功率开关管(Q3)连入可调节负载(M)正极;
直流电供电单元(1)输出端正极、可调节负载(M)正极、锂电池(2)输出端正极分别经模数转换电路连入功率控制器(4)的引线接口(8);
三极管或功率开关管(Q1)基极、三极管或功率开关管(Q2)基极、达林顿管或功率开关管(Q3)基极分别经光耦转换电路连入功率控制器(4)的引线接口(8)。
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