CN111082458A - 一种基于bs架构的分布式电源并网监控装置设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，包括物理设备层、Web功能层和Web监控层，所述Web功能层分别与物理设备层和Web监控层电性耦接，本发明通过设计了一套基于B/S架构的分布式电源并网监控***。该监控***采用分层次设计，模块化开发，解决了家庭式DER保护***灵活性较差这一问题，实现了客户端浏览器到监控平台的直接监控。省去监控主站、子站及专用通信网络的建设，确保监控***的灵活性和经济性；在投资较小的前提下满足对分布式电源并网监控的要求，方便用户随时随地查看运行状态，保障DER的安全可靠运行。为DER参与的VPP模式做好铺垫，对智能配电网中分布式电源并网的发展起到促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及分布式电源智能监控装置技术领域，具体为一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计。
背景技术
目前电网架构通常以大机组、高电压、集中式为主，某一节点出现故障会影响整个电网的安全运行。智能配电网的提出，特别是支持分布式电源的大量接入，可弥补大电网运行模式的不足。DER受自然因素影响较大，具有明显的波动性和间歇性。DER的大量接入会给电力***调峰调频、并网控制、运行调度、功率预测、供电质量等带来挑战。目前较为常用的做法是通过计算配电线路的承载能力，限制DER的并网容量，这违背了DER发展初衷。
1.现有技术中针对DER并网，相关工作者做出了大量研究。有文献提出了一种依赖通信网络和监控主站的集中式监控模式。有提出了一种依赖GPRS通信网络的集散控制方案。文献曾提出了基于多Agent监控模式。这几种监控模式虽然能够对DER安全运行起到良好的监控作用，然而存在投资过大，性价比低，互动性差，不适用于家庭式小容量的DER并网监控。。
2.现有技术中目前家庭式DER并网***通常不加监控装置，主要由并网逆变器或公共连接点(PCC)自身的计量保护装置代替，这为DER的大量并网埋下了安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，包括物理设备层、Web功能层和Web监控层，
其中，所述物理设备层包括并网点断路器、并网点隔离开关以及并网点控制设备；
其中，所述Web功能层包括测量单元、监控单元、计量单元、历史记录以及保护单元；
其中，所述Web监控层包括Boa服务器、CGIC标准库以及Mini SQL数据库；
其中，所述Web功能层分别与物理设备层和Web监控层电性耦接；
其中，所述物理设备层用于为Web功能层提供在线物理检测载体，所述物理设备层用于执行上一层发送给开关的执行命令；
其中，所述Web功能层用于采集物理设备层的数据量和状态量，所述Web功能层还包括状态监测单元、事件顺序记录单元、故障录波单元、孤岛监测单元以及数据状态采集层单元；
其中，所述测量单元用于DER并网***的电压、电流和功率测量以及对操作开关和储能***充放电状态信号采集，所述监控单元用于接受Web监控层的遥信变位信息对相关设备进行操作控制，所述保护单元提供DER并网运行的保护信息，保障***的安全可靠运行，所述计量单元用于提供一段时间内DER的发电量信息，状态监测单元用于提供并网***的运行状态，监测***是否处于不安全运行状态、故障状态和正常运行状态，事件顺序记录单元用于记录一段时间内断路器的遥信变位顺序记录，所述历史记录用于提供分布式电源发电量和盈利水平，故障录波单元用于记录***发生故障时电气参数和波形，用于故障分析，孤岛监测单元能够在主网故障时对DER进行快速切除，保障检修人员人身安全，数据状态采集层单元由相应算法通过程序实现，用于完成各项功能；
其中，所述Web监控层用于将Web功能层提交的信息通过Boa服务器和CGIC标准库发布在Web界面上，将运行数据保存在Mini SQL数据库中，同时提供DER运行的人机操作接口。
其中，还包括：I/O输入模块、CPU模块和I/O输出模块，所述I/O输入模块包括模拟量输入和开关量输入，所述模拟量输入分别与AC和DC电性藕接，所述开关量输入与DI电性藕接；
其中，所述CPU模块包括A/D转换、FPGA、DSP以及MCU，所述A/D转换分别与FPGA、DSP和MCU电性藕接；
其中，所述I/O输出模块包括总线、接口、遥控输出、电平转换和MCP2515，所述总线分别与接口、电平转换和MCP2515电性耦合，所述接口与遥控输出电性耦合。
其中，还包括：嵌入式数据库***，所述嵌入式数据库***包括FLASH RAM和SRAM，所述FLASH RAM以及SRAM分别与DSP和MCU电性耦合。
其中，所述模拟量输入的信号输出端与A/D转换信号输入端电性连接，所述开关量输入的信号输出端与A/D转换信号输入端电性连接。
其中，所述总线分别与DSP以及MCU电性耦合。
其中，所述电平转换有三个，三个电平转换信号输出端分别连接以太网口、RS-232通信口以及RS-486通信口。
其中，所述遥控输出的信号输出端与DO电性连接。
其中，所述MCP2515的信号输出端与CAX总线口电性连接。
其中，所述物理设备层搭载有分布式光伏发电并网PCC，分布式风力发电***的并网PCC，蓄电池、超级电容器储能***的能量输出点以及小型燃气轮机并网电能输出点。
其中，所述CPU模块搭载μcLinux2.6实时多任务操作***，采用ARM嵌入式架构。
以上方案：通过设计了一套基于B/S架构的分布式电源并网监控***。该监控***采用分层次设计，模块化开发，解决了家庭式DER保护***灵活性较差这一问题，实现了客户端浏览器到监控平台的直接监控。省去监控主站、子站及专用通信网络的建设，确保监控***的灵活性和经济性；在投资较小的前提下满足对分布式电源并网监控的要求，方便用户随时随地查看运行状态，保障DER的安全可靠运行。为DER参与的VPP模式做好铺垫，对智能配电网中分布式电源并网的发展起到促进作用。
附图说明
图1为本发明监控***体系结构图；
图2为本发明监控平台模块图。
图中：1-物理设备层；101-并网点断路器；102-并网点隔离开关；103-并网点控制设备；2-Web功能层；201-测量单元；202-监控单元；203-计量单元；204-历史记录；205-保护单元；3-Web监控层；301-Boa服务器；302-CDIC标准库；303-Mini SQL数据库；4-I/O输入模块；401-模拟量输入；402-开关量输入；5-CPU模块；501-A/D转换；502-FPGA；503-DSP；504-MCU；6-I/O输出模块；601-总线；602-接口；603-电平转换；604-MCP2515；605-遥控输出；7-嵌入式数据库***；701-FLASH RAM；702-SRAM。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，包括物理设备层1、Web功能层2和Web监控层3，
其中，物理设备层1包括并网点断路器101、并网点隔离开关102以及并网点控制设备103；
其中，Web功能层2包括测量单元201、监控单元202、计量单元203、历史记录204以及保护单元205；
其中，Web监控层3包括Boa服务器301、CGIC标准库302以及Mini SQL数据库303；
其中，Web功能层2分别与物理设备层1和Web监控层3电性耦接；
其中，物理设备层1用于为Web功能层2提供在线物理检测载体，物理设备层1用于执行上一层发送给开关的执行命令；
其中，Web功能层2用于采集物理设备层1的数据量和状态量，Web功能层2还包括状态监测单元、事件顺序记录单元、故障录波单元、孤岛监测单元以及数据状态采集层单元；
其中，测量单元201用于DER并网***的电压、电流和功率测量以及对操作开关和储能***充放电状态信号采集，监控单元202用于接受Web监控层的遥信变位信息对相关设备进行操作控制，保护单元205提供DER并网运行的保护信息，保障***的安全可靠运行，计量单元203用于提供一段时间内DER的发电量信息，状态监测单元用于提供并网***的运行状态，监测***是否处于不安全运行状态、故障状态和正常运行状态，事件顺序记录单元用于记录一段时间内断路器的遥信变位顺序记录，历史记录204用于提供分布式电源发电量和盈利水平，故障录波单元用于记录***发生故障时电气参数和波形，用于故障分析，孤岛监测单元能够在主网故障时对DER进行快速切除，保障检修人员人身安全，数据状态采集层单元由相应算法通过程序实现，用于完成各项功能；
其中，Web监控层3用于将Web功能层2提交的信息通过Boa服务器301和CGIC标准库302发布在Web界面上，将运行数据保存在Mini SQL数据库中303，同时提供DER运行的人机操作接口。
其中，还包括：I/O输入模块4、CPU模块5和I/O输出模块6，I/O输入模块4包括模拟量输入401和开关量输入402，模拟量输入401分别与AC和DC电性藕接，开关量输入402与DI电性藕接；
其中，CPU模块5包括A/D转换501、FPGA502、DSP503以及MCU504，A/D转换501分别与FPGA502、DSP503和MCU504电性藕接；
其中，I/O输出模块6包括总线601、接口602、遥控输出605、电平转换603和MCP2515(604)，总线601分别与接口602、电平转换603和MCP2515(604)电性耦合，接口602与遥控输出605电性耦合。
其中，还包括：嵌入式数据库***7，嵌入式数据库***7包括FLASH RAM701和SRAM702，FLASH RAM701以及SRAM702分别与DSP503和MCU504电性耦合。
其中，模拟量输入401的信号输出端与A/D转换501的信号输入端电性连接，开关量输入402的信号输出端与A/D转换501的信号输入端电性连接。
其中，总线601分别与DSP503以及MCU504电性耦合。
其中，电平转换603有三个，三个电平转换603的信号输出端分别连接以太网口、RS-232通信口以及RS-486通信口。
其中，遥控输出605的信号输出端与DO电性连接。
其中，MCP2515(604)的信号输出端与CAX总线口电性连接。
其中，物理设备层1搭载有分布式光伏发电并网PCC，分布式风力发电***的并网PCC，蓄电池、超级电容器储能***的能量输出点以及小型燃气轮机并网电能输出点。
其中，CPU模块5搭载μcLinux2.6实时多任务操作***，采用ARM嵌入式架构。
在使用时，结合Web访问特点，将智能变电站的体系结构删减后应用于该监控***。智能变电站的过程层、间隔层、站控层分别对应于该监控***的物理设备层1、Web功能层2和Web监控层3。
监控***的底层为物理设备层1，主要包括DER并网***的一次设备。如分布式光伏发电并网PCC，分布式风力发电***的并网PCC，蓄电池、超级电容器等储能***的能量输出点以及小型燃气轮机并网电能输出点等，也包括并网***的断路器和隔离开关等。物理设备层1可为Web功能层2提供在线物理监测载体，也可以执行上一层发送给开关的执行命令，如断路器的遥信变位。
监控***的中间层为Web功能层2。主要用于对物理设备层1的数据量和状态量采集。主要功能有：测量单元201、监控单元202、保护单元205、计量单元203、状态监测单元、事件顺序记录单元、历史记录204、故障录波单元、孤岛监测单元。测量单元201用于DER并网***的电压、电流和功率测量以及对操作开关和储能***充放电状态信号采集；监控单元202接受Web监控层3的遥信变位信息对相关设备进行操作控制；保护单元205提供DER并网运行的保护信息，保障***的安全可靠运行；计量单元203用于提供一段时间内DER的发电量信息；状态监测单元用于提供并网***的运行状态，监测***是否处于不安全运行状态、故障状态和正常运行状态；事件顺序记录单元用于记录一段时间内断路器的遥信变位顺序记录；历史记录204提供分布式电源发电量和盈利水平；故障录波单元记录***发生故障时电气参数和波形，用于故障分析；孤岛监测单元能够在主网故障时对DER进行快速切除，保障检修人员人身安全。数据状态采集层单元由相应算法通过程序实现，用于完成各项功能。
监控***的最高层为Web监控层3，是该监控***的核心。主要作用是将Web功能层2提交的信息通过Boa服务器301和CGIC标准库302发布在Web界面上，将运行数据保存在Mini SQL数据库303中，同时提供DER运行的人机操作接口。服务器通过主函数调用相关应用程序来实现数据共享和进程通信，避免了复杂的通信规约转化，满足低成本的特点。具有权限的用户可连接监控平台IP地址查看DER并网运行参数。管理者拥有所有权限，可以设置安全权限。普通用户只需拥有相关权限，便可随时随地通过联网的PC机、平板电脑、智能手机等移动终端的浏览器来访问该DER并网监控***。。
监控***采用浏览器到监控平台的直接访问。监控平台内部集成数据采集、信号处理、量测与保护等模块实现对DRE的并网监控。监控平台搭载μcLinux2.6实时多任务操作***，采用ARM嵌入式架构。内部包含高性能数字信号处理器(DSP503)、32位RISC微处理器(MCU504)、大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA502)等。考虑到硬件之间电磁兼容，该监控平台采用模块化设计。
本发明设计了一套基于B/S架构的分布式电源并网监控***。该监控***采用分层次设计，模块化开发，解决了家庭式DER保护***灵活性较差这一问题，实现了客户端浏览器到监控平台的直接监控。省去监控主站、子站及专用通信网络的建设，确保监控***的灵活性和经济性；在投资较小的前提下满足对分布式电源并网监控的要求，方便用户随时随地查看运行状态，保障DER的安全可靠运行。为DER参与的VPP模式做好铺垫，对智能配电网中分布式电源并网的发展起到促进作用。
在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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方式方案的目的。
另外，在本发明各个实施方式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，可以储存在一个计算机可读取储存介质中。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，该计算机软件产品储存在一个储存介质中，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)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的储存介质包括：U盘、移动硬盘、只读储存器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取储存器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以储存程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于，包括：
物理设备层；
Web功能层；
Web监控层，
其中，所述物理设备层包括并网点断路器、并网点隔离开关以及并网点控制设备；
其中，所述Web功能层包括测量单元、监控单元、计量单元、历史记录以及保护单元；
其中，所述Web监控层包括Boa服务器、CGIC标准库以及Mini SQL数据库；
其中，所述Web功能层分别与物理设备层和Web监控层电性耦接；
其中，所述物理设备层用于为Web功能层提供在线物理检测载体，所述物理设备层用于执行上一层发送给开关的执行命令；
其中，所述Web功能层用于采集物理设备层的数据量和状态量，所述Web功能层还包括状态监测单元、事件顺序记录单元、故障录波单元、孤岛监测单元以及数据状态采集层单元；
其中，所述测量单元用于DER并网***的电压、电流和功率测量以及对操作开关和储能***充放电状态信号采集，所述监控单元用于接受Web监控层的遥信变位信息对相关设备进行操作控制，所述保护单元提供DER并网运行的保护信息，保障***的安全可靠运行，所述计量单元用于提供一段时间内DER的发电量信息，状态监测单元用于提供并网***的运行状态，监测***是否处于不安全运行状态、故障状态和正常运行状态，事件顺序记录单元用于记录一段时间内断路器的遥信变位顺序记录，所述历史记录用于提供分布式电源发电量和盈利水平，故障录波单元用于记录***发生故障时电气参数和波形，用于故障分析，孤岛监测单元能够在主网故障时对DER进行快速切除，保障检修人员人身安全，数据状态采集层单元由相应算法通过程序实现，用于完成各项功能；
其中，所述Web监控层用于将Web功能层提交的信息通过Boa服务器和CGIC标准库发布在Web界面上，将运行数据保存在Mini SQL数据库中，同时提供DER运行的人机操作接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于，还包括：
I/O输入模块：
CPU模块；
I/O输出模块，
其中，所述I/O输入模块包括模拟量输入和开关量输入，所述模拟量输入分别与AC和DC电性藕接，所述开关量输入与DI电性藕接；
其中，所述CPU模块包括A/D转换、FPGA、DSP以及MCU，所述A/D转换分别与FPGA、DSP和MCU电性藕接；
其中，所述I/O输出模块包括总线、接口、遥控输出、电平转换和MCP2515，所述总线分别与接口、电平转换和MCP2515电性耦合，所述接口与遥控输出电性耦合。
3.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于，还包括：
嵌入式数据库***，所述嵌入式数据库***包括FLASH RAM和SRAM，所述FLASH RAM以及SRAM分别与DSP和MCU电性耦合。
4.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述模拟量输入的信号输出端与A/D转换信号输入端电性连接，所述开关量输入的信号输出端与A/D转换信号输入端电性连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述总线分别与DSP以及MCU电性耦合。
6.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述电平转换有三个，三个电平转换信号输出端分别连接以太网口、RS-232通信口以及RS-486通信口。
7.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述遥控输出的信号输出端与DO电性连接。
8.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述MCP2515的信号输出端与CAX总线口电性连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述物理设备层搭载有分布式光伏发电并网PCC，分布式风力发电***的并网PCC，蓄电池、超级电容器储能***的能量输出点以及小型燃气轮机并网电能输出点。
10.根据权利要求2所述的一种基于BS架构的分布式电源并网监控装置设计，其特征在于：所述CPU模块搭载μcLinux2.6实时多任务操作***，采用ARM嵌入式架构。
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| CN104753085A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-01 | 国家电网公司 | 一种分布式光伏接入远程在线监测*** |
| CN105305482A (zh) * | 2015-08-27 | 2016-02-03 | 国网山东省电力公司淄博供电公司 | 基于b/s架构的分布式电源并网监控*** |
| CN105337308A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-02-17 | 南京南瑞集团公司 | 一种电网侧区域分布式光伏运维管理***及管理方法 |
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