CN109831026A - 一种电池储能***即插即用的信息交互方法 - Google Patents

一种电池储能***即插即用的信息交互方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能配电网领域，提出一种电池储能***即插即用的信息交互方法，包括分析电池储能***并网的典型应用场景及各典型应用场景的运行状态，基于IEC61850标准建立自描述模型并进行自描述表达和配置，电池储能***与配电主站建立发现注册机制以完成并网及配电主站对其与电池储能***间的信息交互进行一致性测试。本发明规范了电池储能***并入电网的信息交互，使电池储能***从限制接入和固定接入上升为有序和规范接入。

Description

一种电池储能***即插即用的信息交互方法
技术领域
本发明涉及智能配电网领域，特别涉及一种电池储能***即插即用的信息交互方法。
背景技术
与日俱增的电力需求和规模化发展的可再生能源使得电网运行面临巨大挑战，主要包括能源利用效率低、污染严重，可再生能源电力入网困难，电力需求昼夜峰谷差不断增加和电网稳定安全等。近年来，储能技术在电力***中得到迅速发展，已经被用于削峰填谷、应急电源、电能质量、可再生能源并网等多种应用场合，并在输配电***的有功无功支撑、电网调频应用中也取得了长足的进步。不同规模、不同类型的储能技术，可贯穿电力***发输变配用电各个环节，以全面提升电力***的安全性、可靠性、经济性。采用大规模储能***，可以减少用于发、输、变、配电设备的投资，提高现有电力设备的利用率，助力新能源接入，降低发电煤耗、供电线损，提高供电可靠性和电能质量。储能技术的发展将对国家电网实际生产水平起到巨大积极的推动作用。
在储能大规模化应用的背景下，储能***并网对配电网的一次网架结构、自动化控制和管理水平带来了重大挑战。储能***并网的通信交互过程复杂。目前采用的通信规约都是传统的面向传输过程的规约，只保证了数据传输的准确性和安全性，数据缺少明确的含义，不具有自我描述能力，对这些智能电子设备通信和功能配置都需要现场人员进行操作，在已有的配电网自动化***上进行改造需要很大的人力物力支出，后期的维护成本也很大，怎样简化主动配电网接入大量智能电子设备的流程，实现设备的自描述是储能***并网协调控制技术的另一个难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种规范电池储能***接入电网的信息交互方法。
为解决上述问题，本发明提出一种电池储能***即插即用的信息交互方法，包括以下步骤：
S1：分析电池储能***并网的典型应用场景及各典型应用场景的运行状态；
S2：基于IEC61850标准，根据步骤S1的分析结果建立电池储能***的自描述模型并进行自描述表达和配置；
S3：基于自描述模型，电池储能***与配电主站建立发现注册机制以完成并网；
S4：电池储能***完成并网后，配电主站对其与电池储能***间的信息交互进行一致性测试。
较佳地，所述电池储能***并网的典型应用场景包括削峰填谷场景、跟踪计划出力场景和紧急支撑电源场景。
较佳地，所述电池储能***并网的运行状态包括运行性能、动态响应和并离网。
较佳地，所述电池储能***的自描述模型由若干逻辑设备构成，所述逻辑设备由基于IEC61850标准定义的标准逻辑节点进行有效组合关联形成的。
较佳地，所述建立电池储能***的自描述模型包括以下步骤：
S1：明确电池储能***所具备的功能，将每个功能抽象为一个逻辑节点；
S2：将所有逻辑节点根据功能划分到对应的逻辑设备中；
S3：将通过一个访问接入点的逻辑设备建模到同一个服务器中。
较佳地，所述电池储能***自描述模型包括功率转换器逻辑设备、并网控制逻辑设备、环境监测逻辑设备、开关监控逻辑设备、电气量量测逻辑设备、保护逻辑设备和电池状态监控逻辑设备。
较佳地，所述电池储能***的自描述模型的特性通过变电站配置描述语言 SCL配置文件进行表达和配置。
较佳地，建立自描述模型通过以下步骤进行表达和配置：
S1：运用电池储能***制造商提供的智能电子设备IED配置工具将所有逻辑节点转换组合成符合IEC61850标准的IED能力描述文件ICD，并在IED 设备出厂时对其进行预配置；
S2：运用***集成商提供的***配置工具生成描述***初始功能及拓扑结构的***规范描述文件SSD；
S3：根据IED能力描述文件ICD对***规范描述文件SSD中未实例化的部分进行更改和补充，生成***配置描述文件SCD；
S4：运用IED配置工具读取***配置描述文件SCD，实例化逻辑节点，并将转换生成的IED实例配置文件CID下载到相应的IED设备进行配置。
较佳地，所述建立发现注册机制包括以下步骤：
S1：配电主站发现电池储能***，发送询问信息；
S2：电池储能***响应配电主站的询问信息，向配电主站发送注册信息；
S3：注册完成后，电池储能***向配电主站发送自描述模型信息；
S4：配电主站对获取的自描述模型信息进行版本校验；
S5：电池储能***上报实时采集的运行信息，配电主站根据运行信息对电池储能***进行控制。
较佳地，所述一致性测试包括模型一致性测试、消息格式一致性测试和应用数据校验测试。
较佳地，所述模型一致性测试在语义层验证。
较佳地，所述消息格式一致性测试在语法层验证。
较佳地，所述应用数据校验测试在应用层进行。。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明基于IEC61850标准建立电池储能***的自描述模型，进行自描述表达和配置，在保证数据传输准确性和安全性的同时，使数据有更明确的含义，具备自我描述能力，规范电池储能***接入电网的信息交互。
2、本发明针对电池储能***并网运行过程中存在监控识别与注册难点，提出发现注册机制，优化电池储能***并网运行，使电池储能***从限制接入和固定接入上升为有序与规范接入，促进电网与电池储能***的友好互动，提高电池储能***在不同应用场景下的适应能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明优选实施例的电池储能即插即用信息交互架构图
图2为本发明优选实施例的功率转换器逻辑设备示意图
图3为本发明优选实施例的并网控制逻辑设备示意图
图4为本发明优选实施例的环境监测逻辑设备示意图
图5为本发明优选实施例的开关监控逻辑设备示意图
图6为本发明优选实施例的电气量量测逻辑设备示意图
图7为本发明优选实施例的保护逻辑设备示意图
图8为本发明优选实施例的电池状态监控逻辑设备示意图
图9为本发明优选实施例的SCL配置文件配置流程图
图10为本发明优选实施例的电池储能***并网发现注册机制示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明提出一种电池储能***即插即用的信息交互方法，信息交互架构如图1所示，具体步骤如下：
S1：分析电池储能***并入配电网的典型应用场景及各典型应用场景的运行状态；
S2：基于IEC61850标准，结合典型应用场景及各典型应用场景的运行状态建立电池储能***的自描述模型，并进行自描述表达和配置；
S3：基于自描述模型，电池储能***与配电主站建立发现注册机制以完成并网；
S4：电池储能***完成并网后，配电主站对其与电池储能***间的信息交互进行一致性测试。
作为一种优选实施例，电池储能***并网的典型应用场景包括但不限于削峰填谷场景、跟踪计划出力场景和紧急支撑电源场景。
作为一种优选实施例，电池储能***并网的运行状态包括但不限于运行性能、动态响应和并离网。
作为一种优选实施例，所述电池储能***的自描述模型由若干逻辑设备构成，所述逻辑设备由基于IEC61850-7-4标准和IEC61850-7-420标准定义的标准逻辑节点，针对个性功能进行有效组合关联形成的。
作为一种优选实施例，建立电池储能***的自描述模型包括以下步骤：
S1：明确电池储能***所具备的功能，将每个具体功能抽象为一个逻辑节点，逻辑节点是实现变电站控制、保护和测量等功能的基本单位；
具体地，根据IEC61850-7-4标准，将电池储能***所有与数据通信相关的功能分解为若干逻辑节点。
S2：将所有逻辑节点根据功能划分到对应的逻辑设备中，逻辑设备为包含逻辑节点和相关服务的容器，逻辑设备的划分仍然遵守以功能划分的原则，通常将具有公共特性的逻辑节点组合为一个逻辑设备；
S3：一个服务器可以包含多个逻辑设备，通常将通过一个访问接入点的逻辑设备建模到同一个服务器中。
作为一种优选实施例，电池储能***自描述模型包含功率转换器逻辑设备、并网控制逻辑设备、环境监测逻辑设备、开关监控逻辑设备、电气量量测逻辑设备、保护逻辑设备、电池状态监控逻辑设备。
其中，功率转换器逻辑设备是执行电流交流直流转换的设备，如图2所示，***LN中逻辑节点零类(LLNO)和逻辑节点物理设备(LPHD)是必需的逻辑节点。LLNO中存有数据集、控制块和一些公共数据，LPHD包含该功率转换器逻辑设备所属实际物理装置的基本信息，包括装置铭牌、上电次数等；特定功能LN中包含将直流转化为交流的逆变器逻辑节点(ZINV)以及将交流转化为直流的整流器逻辑节点(ZRCT)；
并网控制逻辑设备是用于储能***并网运行控制的设备，如图3所示，电池储能设备在电气连接点的运行特性逻辑节点(DOPR)，包括在该连接点处的连接类型、模式及***运行约束；储能单元控制器特性(DRCT)逻辑节点描述储能单元控制器的通用特性，包括了储能类型、最大限流值、有功输出值等；同期逻辑节点(RSYN)内部包含同步并网的控制逻辑，用于计算并网点两侧的各个并网判据参数，检验是否符合并网条件，并在确认收到来自控制中心的符合并网条件的信号后，控制开关断路器，实现电网的合并。
环境监测逻辑设备用于监测电池储能***中设备温度、环境指标，如图4 所示，温度特性逻辑节点(STMP)完成温度监测相关功能，可提供温度测量值、变化速率值，同时可设定允许的最高、最低温度与最大温度变化速率；气象测量逻辑节点(MMET)度完成环境数据的相关测量功能，监测设备周围的各种环境指标。
开关监控逻辑设备用于控制储能***中各个隔离开关及断路器，如图5 所示，分合逻辑节点(CSWI)用于控制过程层上所有分合条件，断路器逻辑节点(XCBR)和隔离开关逻辑节点(XSWI)从CSWI处取得分合命令；熔断器逻辑节点(XFUS)不可被控制，仅可被监视，包含如额定电流、额定电压、熔断器类型等定值量以及告警标识等状态量。
电气量量测逻辑设备是用于测量和计算各种***运行所需要的电气量的设备，如图6所示，电流互感器逻辑节点(TCTR)和电压互感器逻辑节点(TVTR)，分别采集二次侧的交流电流和交流电压的有效值和相角，交流测量逻辑节点 (MMXU)接收来自TCTR和TVTR的数据，计算得出功率、频率等电气量；通用过程I/0逻辑节点(GGIO)完成直流电气量采集，直流测量逻辑节点(MMDC) 完成直流功率、电阻等计算。
保护逻辑设备是用于储能***中各个线路的保护功能的设备，如图7所示，电池储能***的内部线路包含了交流开关和直流开关，因此除了传统的过流、过压和过热保护外，还应该考虑直流接地故障这种特殊的保护功能；保护逻辑设备具有过流保护逻辑节点(PTOC)、过压保护逻辑节点(PTOV)、过热保护逻辑节点(PTTR)、直流接地故障保护逻辑节点(PHIZ)四种逻辑节点。
电池状态监控逻辑设备主要用于监控储能电池的运行状态，如图8所示，电池逻辑节点(ZBAT)包含电池电压过高或过充电、电压过低或欠电等状态信息，最大放电电流、最大充电电压、电压过限告警值等定值信息，电池电压、电池输出电压变化率、电池放电电流等量测信息以及接通电池、启动电池测试等控制信息。
作为一种优选实施例，电池储能***自描述模型的特性通过变电站配置描述语言SCL配置文件进行表达和配置，SCL配置文件的配置流程如图9所示，步骤如下：
S1：运用电池储能***制造商提供的智能电子设备1ED配置工具将所有逻辑节点转换组合成符合IEC61850标准的IED能力描述文件ICD，并在IED 设备出厂时对其进行预配置；
S2：运用***集成商提供的***配置工具生成描述***初始功能及拓扑结构的***规范描述文件SSD；
S3：根据IED能力描述文件ICD对***规范描述文件SSD中未实例化的部分进行更改和补充，生成***配置描述文件SCD；
S4：运用IED配置工具读取***配置描述文件SCD，实例化逻辑节点的域名、类型、位置信息，删除与智能电子设备IED无关的其他信息，定义信息交互所需的DataSet及通信服务属性，并将转换生成的IED实例配置文件CID下载到相应的IED设备进行配置。
作为一种优选实施例，建立发现注册机制如图10所示，包括如下步骤：
S1：配电主站发现电池储能***，发送询问信息；
S2：电池储能***响应配电主站的询问信息，向配电主站发送注册信息：包括IP、通信端口、版本信息、唯一标识名称等信息；
S3：注册完成后，电池储能***向配电主站发送自描述模型信息：包括逻辑设备、逻辑节点等信息；
S4：配电主站对获取的自描述模型信息进行版本校验，更新或新建自描述模型信息；
S5：电池储能***上报实时采集的运行信息，配电主站根据运行信息对电池储能***进行控制：如开关的遥控、储能出力、启停机等。
作为一种优选实施例，信息交互一致性测试包括模型一致性测试、消息格式一致性测试、应用数据校验测试。
其中，模型一致性测试在语义层验证，从消息体解析出电池储能***模型数据信息，并将其与公共信息模型CIM或其子集进行差异性比对，反映出不兼容信息，从信息源上保证语义的一致性；
消息格式一致性测试在语法层验证，包括消息信封头测试、消息头部分测试、请求组件部分测试、应答组件部分测试、消息体部分测试；
应用数据校验测试在应用层进行，包括：类型检测、值域检测、基数检测、空值检测、ID规则检测、对象重复检测和引用无效检测。
本发明规范了电池储能***并入电网的信息交互，针对并网运行过程中存在的监控识别与注册难点，优化电池储能***并网运行，使电池储能***从限制接入和固定接入上升为有序与规范接入，促进电网与电池储能***的友好互动，提高电池储能***在不同应用场景下的适应能力。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：分析电池储能***并网的典型应用场景及各典型应用场景的运行状态；
S2：基于IEC61850标准，根据步骤S1的分析结果建立电池储能***的自描述模型并进行自描述表达和配置；
S3：基于自描述模型，电池储能***与配电主站建立发现注册机制以完成并网；
S4：电池储能***完成并网后，配电主站对其与电池储能***间的信息交互进行一致性测试。
2.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述电池储能***并网的典型应用场景包括削峰填谷场景、跟踪计划出力场景和紧急支撑电源场景。
3.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述电池储能***并网的运行状态包括运行性能、动态响应和并离网。
4.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述电池储能***的自描述模型由若干逻辑设备构成，所述逻辑设备由基于IEC61850标准定义的标准逻辑节点进行有效组合关联形成的。
5.如权利要求4所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述建立电池储能***的自描述模型包括以下步骤：
S1：明确电池储能***所具备的功能，将每个功能抽象为一个逻辑节点；
S2：将所有逻辑节点根据功能划分到对应的逻辑设备中；
S3：将通过一个访问接入点的逻辑设备建模到同一个服务器中。
6.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述电池储能***自描述模型包括功率转换器逻辑设备、并网控制逻辑设备、环境监测逻辑设备、开关监控逻辑设备、电气量量测逻辑设备、保护逻辑设备和电池状态监控逻辑设备。
7.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述电池储能***的自描述模型的特性通过变电站配置描述语言SCL配置文件进行表达和配置。
8.如权利要求7所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，建立自描述模型通过以下步骤进行表达和配置：
S1：运用电池储能***制造商提供的智能电子设备IED配置工具将所有逻辑节点转换组合成符合IEC61850标准的IED能力描述文件ICD，并在IED设备出厂时对其进行预配置；
S2：运用***集成商提供的***配置工具生成描述***初始功能及拓扑结构的***规范描述文件SSD；
S3：根据IED能力描述文件ICD对***规范描述文件SSD中未实例化的部分进行更改和补充，生成***配置描述文件SCD；
S4：运用IED配置工具读取***配置描述文件SCD，实例化逻辑节点，并将转换生成的IED实例配置文件CID下载到相应的IED设备进行配置。
9.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述建立发现注册机制包括以下步骤：
S1：配电主站发现电池储能***，发送询问信息；
S2：电池储能***响应配电主站的询问信息，向配电主站发送注册信息；
S3：注册完成后，电池储能***向配电主站发送自描述模型信息；
S4：配电主站对获取的自描述模型信息进行版本校验；
S5：电池储能***上报实时采集的运行信息，配电主站根据运行信息对电池储能***进行控制。
10.如权利要求1所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述一致性测试包括模型一致性测试、消息格式一致性测试和应用数据校验测试。
11.如权利要求10所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述模型一致性测试在语义层验证。
12.如权利要求10所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述消息格式一致性测试在语法层验证。
13.如权利要求10所述的电池储能***即插即用的信息交互方法，其特征在于，所述应用数据校验测试在应用层进行。
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