基于LoRa和GPRS的储能电站数据采集与控制系统的制作方法

基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统
技术领域
1.本发明涉及储能控制技术领域，尤其涉及一种基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统。


背景技术：

2.储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。随着“碳达峰，碳中和”目标的提出，大力发展清洁能源已成为必然趋势，储能作为清洁能源的必经之路，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同，是构建能源互联网，推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。随着储能技术的发展，其广泛应用于发、输、配、用各个环节，实现削峰填谷、平抑新能源波动、出力跟踪与调度、调峰调频、需量管理、黑启动、需求侧响应等复合应用价值。储能技术的不断进步将带动整个电力产业链快速发展，创造巨大经济价值与社会效益。
3.储能电站容量一般都在mw级以上，且其中所涉及的运行设备众多，包括储能电池、电池管理系统bms、双向储能变流器pcs、储能ems能量管理系统、储能空调、消防系统等。当储能电站分布于不同地区，靠人工巡检，费时费力，且往往不能及时发现隐患，对储能电站中各设备信息掌握滞后；当储能应用于发电侧或电网侧时，一般储能电站所处自然环境比较恶劣，甚至在山上、沙漠等地区，对及时掌握整个储能系统状态、进行远程运维变得更加重要。如何远程实时采集储能系统中的各种数据，掌握整个储能电站的运行状态和对储能系统进行控制，成为现在技术上所关注的问题。
4.随着物联网技术的发展，运用无线技术采集储能电站中各数据进行监控的应用与研究越来越多。但是，一方面，目前所涉方法大多集中在对单一储能电站的远程监控与控制，对不同储能电站作为整个系统进行远程监控和控制研究尚且不多；另一方面，大多现有方案需要在储能电站现场预设较多无线数据传输模块，成本较高，维护较为麻烦；最后，采集数据比较单一，只集中在储能电池和储能变流器数据，对储能电站中的其他信息，如消防、空调等电参数与状态的信息监控不够全面。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提出一种基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统，该基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统利用gprs网络实现不同储能电站的各数据信号的实时采集及远程控制，可帮助工作人员全面掌握各储能电站工作状况，分析电站设备故障，降低运维成本，利用基于lora的无线通信技术对储能电站中空调数据、消防数据和各种传感器数据进行采集，提前防范储能电站中锂电池过充过放及热失控的安全问题，提升储能电站安全性，可减轻储能管理系统采集数据通道的通讯压力，在施工和设计时也可以节省工作量，加快工程进度。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于lora和gprs的储能电站数据采集与控
制系统，包括：n个储能电站、远程监控系统、n个与各个储能电站对应的数据采集收发器及n个与各个储能电站对应的远程lora无线通讯模块，所述远程监控系统包括云端服务器、远程监控及控制中心和n个与各个数据采集收发器对应的基站，各个所述储能电站包括lora无线通讯模块，所述远程监控及控制中心与所述云端服务器通信连接，所述云端服务器通过gprs网络与n个基站通信连接，所述n个基站通过gprs网络分别与各个储能电站对应的数据采集收发器依次通信连接，各个所述远程lora无线通讯模块与对应的储能电站的lora无线通讯模块连接，所述远程监控与控制中心对从所述储能电站采集到的各设备运行数据及状态数据进行监测分析。
7.优选地，所述基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统还包括n个与储能电站对应的储能能量管理系统，所述储能电站包括储能电池、电池管理系统、双向储能变流器、本地控制器及空调，所述数据采集收发器通过储能能量管理系统与对应的所述本地控制器通信连接。
8.优选地，各个储能电池包括电池本体及若干安装于电池本体上的电池簇，每个电池簇由多个电池模块串并联而成，各个所述电池簇的输出端与所述双向储能变流器pcs的直流侧电连接，n个双向储能变流器pcs的交流侧汇流与交流母线电连接，各簇电池簇配有一个对电池的利用率及电池状态进行管理并将管理结果上传给所述本地控制器的电池管理系统，所述双向储能变流器pcs和电池管理系统分别与所述本地控制器通信连接，所述本地控制器用于采集双向储能变流器pcs和电池管理系统数据信息并上传给所述储能能量管理系统。
9.优选地，各设备运行数据及状态数据包括储能电站的运行数据和运行状态、储能电站的电池运行状态、电池电压、空调运行状态和运行温度、以及i/o信号。
10.优选地，所述远程监控及控制中心通过internet网络与所述云端服务器通信连接。
11.优选地，各个所述储能电池还包括安装于所述电池本体中的空调、消防系统、传感器及lora无线通讯模块，所述空调、消防系统和传感器分别与所述lora无线通讯模块通信连接，所述lora无线通讯模块通过无线方式与远程lora无线通讯模块通讯连接；所述远程lora无线通讯模块接收各个储能电池中的lora无线通讯模块传输的模拟量信号和数字量信号。
12.优选地，所述传感器包括感温电缆传感器、气体传感器和光感传感器，所述感温电缆传感器、气体传感器和光感传感器分别连接于储能电池的对应传感器的输出接口中并与对应的所述lora无线通讯模块通信连接。
13.优选地，所述气体传感器包括co传感器和氢气传感器，所述感温电缆传感器为ds18b20传感器，所述co传感器型号为jst-c001传感器，所述氢气传感器型号为mq-d8传感器，所述光感传感器型为opt3001dnpr传感器。
14.优选地，所述lora无线通讯模块包括rs-485通信子模块、微控制器和lora通讯子模块，所述微控制器和所述lora通讯子模块通过spi接口通信连接，所述rs-485通信子模块与所述微控制器通信连接，所述微控制器用于实现rs-485和lora的通讯转换。
15.优选地，所述微控制器为zhc-gw8000控制器。
16.采用上述系统之后，基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统，包括：n个
储能电站、远程监控系统、n个与各个储能电站对应的数据采集收发器及n个与各个储能电站对应的远程lora无线通讯模块，所述远程监控系统包括云端服务器、远程监控及控制中心和n个与各个数据采集收发器对应的基站，各个所述储能电站包括lora无线通讯模块，所述远程监控及控制中心与所述云端服务器通信连接，所述云端服务器通过gprs网络与n个基站通信连接，所述n个基站通过gprs网络分别与各个储能电站对应的数据采集收发器依次通信连接，各个所述远程lora无线通讯模块与对应的储能电站的lora无线通讯模块连接，所述远程监控与控制中心对从储能电站采集到的各设备运行数据及状态数据进行监测分析；该基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统利用gprs网络实现不同储能电站的各数据信号的实时采集及远程控制，可帮助工作人员全面掌握各储能电站工作状况，分析电站设备故障，降低运维成本，利用基于lora的无线通信技术对储能电站中空调数据、消防数据和各种传感器数据进行采集，提前防范储能电站中锂电池过充过放及热失控的安全问题，提升储能电站安全性，可减轻储能管理系统采集数据通道的通讯压力，在施工和设计时也可以节省工作量，加快工程进度。
附图说明
17.图1是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的整体拓扑图；
18.图2是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的储能电站的拓扑图；
19.图3是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的lora无线通信模块和外部设备通信框图；
20.图4是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的数据采集收发器的结构图；
21.图5是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的lora无线通信模块的结构图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
23.实施例一
24.请参阅图1，图1是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的整体拓扑图；
25.本实施例公开了一种基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统，包括：n个储能电站、远程监控系统、n个与各个储能电站对应的数据采集收发器及n个与各个储能电站对应的远程lora无线通信模块，所述远程监控系统包括云端服务器、远程监控及控制中心和n个与各个数据采集收发器对应的基站，各个所述储能电站包括lora无线通信模块，所述远程监控及控制中心与所述云端服务器通信连接，所述云端服务器通过gprs网络与n个基站通信连接，所述n个基站通过gprs网络分别与各个储能电站对应的数据采集收发器依次通信连接，各个所述远程lora无线通信模块与对应的储能电站的lora无线通信模块连
接，所述远程监控与控制中心对从储能电站采集到的各设备运行数据及状态数据进行监测分析。
26.实施例二
27.请参阅图2，图2是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的储能电站的拓扑图；
28.本实施例以实施例一为基础，在本实施例中，所述基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统还包括n个与储能电站对应的储能能量管理系统，所述储能电站包括储能电池、电池管理系统bms、双向储能变流器pcs、本地控制器及空调，所述数据采集收发器通过储能能量管理系统与对应的所述本地控制器通信连接。
29.各个储能电池包括电池本体及若干安装于电池本体上的电池簇，每个电池簇由多个电池模块串并联而成，各个所述电池簇的输出端与所述双向储能变流器pcs的直流侧电连接，n个双向储能变流器pcs的交流侧汇流与交流母线电连接，各簇电池簇配有一个对电池的利用率及电池状态进行管理并将管理结果上传给所述本地控制器的电池管理系统bms，所述双向储能变流器pcs和电池管理系统bms分别与所述本地控制器通信连接，所述本地控制器用于采集双向储能变流器pcs和电池管理系统bms数据信息并上传给所述储能能量管理系统。
30.各设备运行数据及状态数据包括储能电站的运行数据和运行状态、储能电站的电池运行状态、电池电压、空调运行状态和运行温度、以及i/o信号。
31.所述远程监控及控制中心通过internet网络与所述云端服务器通信连接。
32.实施例三
33.请参阅图4，图4是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的数据采集收发器的结构图；
34.所述数据采集收发器包括应用处理器、gprs模块和外部组成设备，应用处理器用于启停和驱动gprs模块、转换数据包格式及监视gprs模块；gprs模块主要提供无线解决方案，应用处理器通过对gprs模块进行配置后拨号联网，实现应用处理器同gprs网络之间的数据透明传输。应用处理器与gprs模块之间通过rs232串行口连接，并发送at指令对gprs模块进行配置、拨号及关机等操作；在本实施例中，优选的数据采集收发器采用型号为atmega128a单片机作为应用处理器，gprs模块为mc37i模块，mc37i具有标准的sim卡接口，用户只需配以通用的sim卡，sim卡同gprs模块之间通过抽屉式sim卡座连接。
35.实施例四
36.请参阅图3，图3是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的lora无线通信模块和外部设备通信框图
37.本实施例以实施例二为基础，在本实施例中，各个所述储能电池还包括安装于所述电池本体中的空调、消防系统、传感器及lora无线通信模块，所述空调、消防系统和传感器分别与所述lora无线通信模块通信连接，所述lora无线通信模块通过无线方式与远程lora无线通信模块通信连接；所述远程lora无线通信模块接收各个储能电池中的lora无线通信模块传输的模拟量信号和数字量信号。
38.所述消防系统位于电池本体内，用户根据报警信息及时控制灭火设备动作，对测控区域进行消防控制，通过对电池储能系统进行消防安全监控，可以准确、极早期、无明火
或有明火条件下探测电池系统热失控，及时发出告警、提前干预，防止爆燃。
39.所述传感器包括感温电缆传感器、气体传感器和光感传感器，所述感温电缆传感器、气体传感器和光感传感器分别连接于储能电池的对应传感器的输出接口中并与对应的所述lora无线通信模块通信连接。
40.所述气体传感器包括co传感器和氢气传感器，在本实施例，优选的所述感温电缆传感器为ds18b20传感器，所述co传感器型号为jst-c001传感器，所述氢气传感器型号为mq-d8传感器，所述光感传感器型为opt3001dnpr传感器，在其他实施例中，所述感温电缆传感器也可以为其他型号的传感器。
41.请参阅图5，图5是本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统的lora无线通信模块的结构图。
42.所述lora无线通信模块包括rs-485通信子模块、微控制器和lora通信子模块，所述微控制器和所述lora通信子模块通过spi接口通信连接，所述rs-485通信子模块与所述微控制器通信连接，所述微控制器用于实现rs-485和lora的通信转换。
43.在本实施例，优选的所述微控制器为zhc-gw8000控制器，在其他实施例中，所述微控制器也可以为其他型号的控制器。
44.本发明基于lora和gprs的储能电站数据采集与控制系统结构简单、使用方便，利用gprs网络实现不同储能电站的各数据信号的实时采集、远程控制，可帮助工作人员全面掌握各储能电站工作状况，分析电站设备故障，降低运维成本，利用基于lora的无线通信技术对储能电站中空调数据、消防数据和各种传感器数据进行采集，提前防范储能电站中锂电池过充过放及热失控等安全问题，提升储能电站安全性；一方面，空调数据、消防数据和各种传感器数据通过lora无线通信模块进行采集，可减轻电池管理系统bms的采集数据通道的通信压力；另一方面无线传输技术与传统的有线连接相比，有线传输涉及到布线施工、建设成本、安全和可靠性等一系列问题，而无线传输无需设置大量电缆桥架、接线箱、电缆等，在施工和设计时也可以节省工作量，加快工程进度。
45.应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能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。