CN109004751B - 一种轻量级分布式能源网关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻量级分布式能源网关设备，本发明通过一个轻量级网关设备通过模块间的配合设备实现远动功能、保护功能、电能质量监测功能和区域自治控制的多功能集成设计，通过一个集成网关设备降低了分布式新能源并网时需要配置的设备数量的用量，进而降低分布式新能源并网接入成本，解决了现有分布式新能源接入管理的设备投入成本过高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能网关设备领域，尤其涉及一种轻量级分布式能源网关设备。
背景技术
随着智能电网和智能用电的概念普及和互联网技术的日趋成熟，通过采集到的电力用户用电数据上送主站***，以便进行大数据的处理和增值服务，成为了电力用户用电数据应用技术发展的新方向。
而且近年来，随着户用分布式新能源接入数量的大幅攀升，其功率潮流的不可控性和复杂性在对配电网控制和保护带来冲击的同时，也为配电网智能控制带来机遇。需要对新能源设备的信息采集、就地电力智能管控和与主站***的智能交互、通过保护、电能质量监测等手段减少新能源对配电网的影响。
为了更好地对户用新能源设备进行管理，需要分别为每个用户的户用新能源设备配置远动设备、保护装置、区域控制器、电能质量监测装置等多台设备，但是大量的配套设备也导致了现有分布式新能源接入管理的设备投入成本过高的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种轻量级分布式能源网关设备，用于解决现有分布式新能源接入管理的设备投入成本过高的技术问题。
本发明提供了一种轻量级分布式能源网关设备，包括：处理模块、上行传输模块、通讯接入模块、测量与控制模块、统一信息接口模块和数据总线；
所述数据总线分别与所述处理模块、所述统一信息接口模块、所述测量与控制模块以及所述通讯接入模块连接；
所述测量与控制模块用于获取预置区域内的并网点的并网点数据和控制各个并网点开关的开合状态，其中，所述并网点数据具体包括：并网点开关位置、并网点两侧电压、并网点电流；
所述通讯接入模块用于获取预置区域内的新能源设备的设备数据和计量数据；
所述上行传输模块与所述统一信息接口模块通信连接，其中，所述上行传输模块用于与主站平台建立通信连接；
所述处理模块具体包括：远动子模块、保护子模块、电能质量监测子模块和区域自治子模块。
优选地，所述远动子模块具体用于根据所述并网点数据及所述新能源设备的设备数据和计量数据构建基于IEC61850的站端模型。
优选地，所述保护子模块包括过流保护二级子模块、孤岛保护二级子模块和逆功率保护二级子模块；
所述过流保护二级子模块用于根据各个所述并网点电流进行过流故障判定，当所述并网点电流超出预置电流阈值时，则触发所述测量与控制模块，将超出电流阈值的所述并网点电流对应的并网点开关断开；
所述孤岛保护二级子模块用于根据各个所述并网点两侧电压进行孤岛故障判定，当所述并网点两侧电压超出预置电压阈值时，则触发所述测量与控制模块，将超出电压阈值的所述并网点两侧电压对应的并网点开关断开；
所述逆功率保护二级子单元用于根据各个所述并网点的潮流流向进行逆功率故障判定，当所述并网点的潮流方向与预置流向相反时，则触发所述测量与控制模块，将反向潮流所述并网点对应的并网点开关断开。
优选地，所述电能质量监测子模块用于根据所述并网点数据计算所述并网点的三相电压的不平衡度、三相电流的不平衡度以及电压偏差。
优选地，所述区域自治子模块具体包括：发电率计算二级子模块以及发电量调度二级子模块；
所述发电率计算二级子模块具体用于计算所述新能源设备的可增加总有功功率、可减少总有功功率、可增加总无功功率和可减少总无功功率；
所述发电量调度二级子模块用于根据从主站平台接收到的功率目标参数调整所述新能源设备的发电功率。
优选地，所述可增加总有功功率具体为各个所述新能源设备的预置有功功率与实时有功功率之差的累加和；
所述可减少总有功功率具体根据所述新能源设备的实时有功功率的累加和；
所述可增加总无功功率具体为各个所述新能源设备的额定最大无功功率与实时无功功率之差的累加和；
所述可减少总无功功率具体所述新能源设备的实时无功功率与额定最小无功功率之差的累加和。
优选地，所述发电量调度二级子模块具体用于：
判断是否接收到主站平台的发出的功率目标参数，若是，则根据第一目标功率计算公式调整所述新能源设备的发电功率，若否，则根据第二目标功率计算公式调整所述新能源设备的发电功率；
其中，所述第一目标功率计算公式为：
所述第二目标功率计算公式为：
其中，Prat(i)为第i个所述新能源设备的额定有功功率，N为运行的所述新能源设备的总数量，Qrat(i)为第i个所述新能源设备的额定无功功率，PSET为主站平台的发出的有功功率目标参数，QSET为主站平台的发出的无功功率目标参数。
优选地，还包括：HMI交互模块；
所述HMI交互模块与所述数据总线连接。
优选地，还包括：存储模块；
所述存储模块与所述数据总线连接。
优选地，还包括：电源模块；
所述电源模块用于为所述轻量级分布式能源网关设备中的各个模块提供电能。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一个轻量级网关设备通过模块间的配合设备实现远动功能、保护功能、电能质量监测功能和区域自治控制的多功能集成设计，通过一个集成网关设备降低了分布式新能源并网时需要配置的设备数量的用量，进而降低分布式新能源并网接入成本，解决了现有分布式新能源接入管理的设备投入成本过高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种轻量级分布式能源网关设备的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的一种轻量级分布式能源网关设备的一个实施例的***示意图；
图3为本发明提供的一种轻量级分布式能源网关设备中的处理模块的结构示意图
图4为本发明提供的一种轻量级分布式能源网关设备中的保护子模块的结构示意图；
其中，附图标记如下：
1、处理模块；2、电源模块；3、存储模块；4、统一信息接口模块；5、HMI交互模块；6、通讯接入模块；7、测量与控制模块；8、上行传输模块；9、数据总线；11、远动子模块；12、保护子模块；121、过流保护二级子模块；122、孤岛保护二级子模块；123、逆功率保护二级子模块；13、电能质量监测子模块；14、区域自治子模块。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种轻量级分布式能源网关设备，用于解决现有分布式新能源接入管理的设备投入成本过高的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图4，本发明实施例提供了一种轻量级分布式能源网关设备，包括：处理模块1、上行传输模块8、通讯接入模块6、测量与控制模块7、统一信息接口模块4和数据总线9；
数据总线9分别与处理模块1、统一信息接口模块4、测量与控制模块7以及通讯接入模块6连接；
测量与控制模块7用于获取预置区域内的并网点的并网点数据和控制各个并网点开关的开合状态，其中，并网点数据具体包括：并网点开关位置、并网点两侧电压、并网点电流；
通讯接入模块6用于获取预置区域内的新能源设备的设备数据和计量数据；
其中，通讯接入模块6包含了RS485接口和网口，通过RS485接口或者网口使用硬接线与新能源设备、计量表等带有通信接口的装置进行通信连接，实现对数据的获取和对设备的控制。
上行传输模块8与统一信息接口模块4通信连接，其中，上行传输模块8用于与主站平台建立通信连接；
统一信息接口模块4用于转换数据格式，可将本实施例的网关设备采集到的异构的数据转换成预定的协议格式再通过上行传输模块8发送到主站平台，以便主站平台进行数据汇总和保存，也可将主站平台发送到网关设备的特定协议的信息转换成其他的私有协议，以便实现主站对户用新能源设备的管控。
上行传输模块8可以通过RS232口与无线通讯单元硬接线直连，以无线形式与主站***通信，也可以通过网口硬接线直接与主站***直连，具体通信方式可由使用者根据实际装配需求自由选择；
处理模块1具体包括：远动子模块11、保护子模块12、电能质量监测子模块13和区域自治子模块14。
需要说明的是，进一步地，远动子模块11具体用于根据并网点数据及新能源设备的设备数据和计量数据构建基于IEC61850的站端模型。
其中，远动子模块11中的站端模型基于IEC-61850建立，远动子模块11具备CSC2000规约或标准IEC60870-5-103规约及扩展IEC103规约与监控主站通信；以扩展IEC103规约与故障信息***主站通信，建立通讯后可自动与主站模型中的相应点交互
另外，本实施例的远动子模块11中站端模型还包括了风力发电、光伏发电、储能***、小水电***等不同新能源设备和其并网点的数据结构。数据结构包括遥测、遥信、遥控、遥调的信息。主站***可获取网关设备的站端模型的数据结构，建立对应的站端模型，还可根据多个站端模型购将更完整的新能源拓扑模型。
进一步地，保护子模块12包括过流保护二级子模块121、孤岛保护二级子模块122和逆功率保护二级子模块123；
过流保护二级子模块121用于根据各个并网点电流进行过流故障判定，当并网点电流超出预置电流阈值时，则触发测量与控制模块7，将超出电流阈值的并网点电流对应的并网点开关断开；
孤岛保护二级子模块122用于根据各个并网点两侧电压进行孤岛故障判定，当并网点两侧电压超出预置电压阈值时，则触发测量与控制模块7，将超出电压阈值的并网点两侧电压对应的并网点开关断开；
逆功率保护二级子单元用于根据各个并网点的潮流流向进行逆功率故障判定，当并网点的潮流方向与预置流向相反时，则触发测量与控制模块7，将反向潮流并网点对应的并网点开关断开。
需要说明的是，通过触发并网点开关的开合达到保护触发区域微电网并离网切换的目的，当上述保护触发区域的并网点开关断开执行保护动作的同时，触发区域内的储能装置切换运行模式为电压源模式。新能源区域能够在于外界隔离后保障持续供电。
进一步地，电能质量监测子模块13用于根据并网点数据计算并网点的三相电压的不平衡度、三相电流的不平衡度以及电压偏差。
进一步地，区域自治子模块14具体包括：发电率计算二级子模块以及发电量调度二级子模块；
发电率计算二级子模块具体用于计算新能源设备的可增加总有功功率、可减少总有功功率、可增加总无功功率和可减少总无功功率；
发电量调度二级子模块用于根据从主站平台接收到的功率目标参数调整新能源设备的发电功率。
进一步地，可增加总有功功率具体为各个新能源设备的预置有功功率与实时有功功率之差的累加和，具体公式为：
其中，Pdis(t)为t时刻的可增加总有功功率，Pemi(i,t)为t时刻第i个新能源设备的预测功率，P(i,t)为t时刻第i个新能源设备实时有功功率，N为运行的新能源设备的总数量；
可减少总有功功率具体根据新能源设备的实时有功功率的累加和，具体公式为：
其中，Pcha(t)为t时刻的可减少总有功功率；
可增加总无功功率具体为各个新能源设备的预置无功功率与实时无功功率之差的累加和，具体公式为：
其中，Qdis(t)为t时刻的可增加总无功功率，Qmax(i)为第i个新能源设备的额定最大无功功率，Q(i,t)为t第i个新能源设备实时无功功率；
可减少总无功功率具体根据新能源设备的实时无功功率与额定最小无功功率之差的累加和，具体公式为：
其中，Qcha(t)为t时刻的可减少总无功功率，Qmin(i)第i个新能源设备的额定最小无功功率。
进一步地，发电量调度二级子模块具体用于：
判断是否接收到主站平台的发出的功率目标参数，若是，则根据第一目标功率计算公式调整新能源设备的发电功率，若否，则根据第二目标功率计算公式调整新能源设备的发电功率；
其中，第一目标功率计算公式为：
第二目标功率计算公式为：
其中，Prat(i)为第i个新能源设备的额定有功功率，N为运行的新能源设备的总设备的总数量，Qrat(i)为第i个新能源设备的额定无功功率，PSET为主站平台的发出的有功功率目标参数，QSET为主站平台的发出的无功功率目标参数。
进一步地，还包括：HMI交互模块5；
HMI交互模块5与数据总线9连接。
需要说明的是，HMI(Human Machine Interface，人机接口)交互模块，设置于本实施例的网关设备的外壳，用于操作网关设备。
进一步地，还包括：存储模块3；
存储模块3与数据总线9连接，用于汇总并保存通讯接入模块6与测量与控制模块7获取的数据。
进一步地，还包括：电源模块2；
电源模块2用于为轻量级分布式能源网关设备中的各个模块提供电能。
通过发明专利可实现网关设备远动、保护、电能质量监测和区域自治控制等功能的集成，减少新能源接入的配置成本；
通过远动处理功能通过建立的统一站端模型实现与主站***的统一模型交互，减少新能源***接入主站***的配置难度；
通过保护功能处理功能实现故障后新能源区域与外界隔离，减少新能源区域对外界配电网的影响，并能够通过保护触发区域微电网并离网切换，并可以通过电能质量监测功能从测量与控制模块7和通讯接入模块6获取的数据中得到并网点三相电压数据、电流的基波数据和2～25次谐波有效值数据，并可计算三相电压、电流的不平衡度以及电压偏差，综合性的提高了新能源***的供电可靠性；
通过区域自治控制功能实现区域电网可发电能力分析和区域新能源***的发电自治满足主站***的调度需求，为主动配电网和需求侧响应带来条件。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，包括：处理模块、上行传输模块、通讯接入模块、测量与控制模块、统一信息接口模块和数据总线；
所述数据总线分别与所述处理模块、所述统一信息接口模块、所述测量与控制模块以及所述通讯接入模块连接；
所述测量与控制模块用于获取预置区域内的并网点的并网点数据以及控制各个并网点开关的开合状态，其中，所述并网点数据具体包括：并网点开关位置、并网点两侧电压、并网点电流；
所述通讯接入模块用于获取预置区域内的新能源设备的设备数据和计量数据；
所述上行传输模块与所述统一信息接口模块通信连接，其中，所述上行传输模块用于与主站平台建立通信连接；
所述处理模块具体包括：远动子模块、保护子模块、电能质量监测子模块和区域自治子模块；
所述区域自治子模块具体包括：发电率计算二级子模块以及发电量调度二级子模块；
所述发电率计算二级子模块具体用于计算所述新能源设备的可增加总有功功率、可减少总有功功率、可增加总无功功率和可减少总无功功率；
所述发电量调度二级子模块用于根据从主站平台接收到的功率目标参数调整所述新能源设备的发电功率；
所述发电量调度二级子模块具体用于：
判断是否接收到主站平台的发出的功率目标参数，若是，则根据第一目标功率计算公式调整所述新能源设备的发电功率，若否，则根据第二目标功率计算公式调整所述新能源设备的发电功率；
其中，所述第一目标功率计算公式为：
所述第二目标功率计算公式为：
其中，Prat(i)为第i个所述新能源设备的额定有功功率，N为运行的所述新能源设备的总数量，Qrat(i)为第i个所述新能源设备的额定无功功率，PSET为主站平台的发出的有功功率目标参数，QSET为主站平台的发出的无功功率目标参数。
2.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，所述远动子模块具体用于根据所述并网点数据及所述新能源设备的设备数据和计量数据构建基于IEC61850的站端模型。
3.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，所述保护子模块包括过流保护二级子模块、孤岛保护二级子模块和逆功率保护二级子模块；
所述过流保护二级子模块用于根据各个所述并网点电流进行过流故障判定，当所述并网点电流超出预置电流阈值时，则触发所述测量与控制模块，将超出电流阈值的所述并网点电流对应的并网点开关断开；
所述孤岛保护二级子模块用于根据各个所述并网点两侧电压进行孤岛故障判定，当所述并网点两侧电压超出预置电压阈值时，则触发所述测量与控制模块，将超出电压阈值的所述并网点两侧电压对应的并网点开关断开；
所述逆功率保护二级子单元用于根据各个所述并网点的潮流流向进行逆功率故障判定，当所述并网点的潮流方向与预置流向相反时，则触发所述测量与控制模块，将反向潮流所述并网点对应的并网点开关断开。
4.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，所述电能质量监测子模块用于根据所述并网点数据计算所述并网点的三相电压的不平衡度、三相电流的不平衡度以及电压偏差。
5.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，所述可增加总有功功率具体为各个所述新能源设备的预置有功功率与实时有功功率之差的累加和；
所述可减少总有功功率具体根据所述新能源设备的实时有功功率的累加和；
可增加总无功功率具体为各个所述新能源设备的额定最大无功功率与实时无功功率之差的累加和；
所述可减少总无功功率具体根据所述新能源设备的实时无功功率与额定最小无功功率之差的累加和。
6.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，还包括：HMI交互模块；
所述HMI交互模块与所述数据总线连接。
7.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，还包括：存储模块；
所述存储模块与所述数据总线连接。
8.根据权利要求1所述的一种轻量级分布式能源网关设备，其特征在于，还包括：电源模块；
所述电源模块用于为所述轻量级分布式能源网关设备中的各个模块提供电能。
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