基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端及方法
【专利摘要】本发明公开的是一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端、多代理系统及其测控方法，作为元件Agent与微电网Agent、上级电网Agent一起组成微电网多代理系统，智能测控终端包括主控模块、数据采集模块、保护控制输出模块和异构通信模块，数据采集模块采集微电网内各底层元件的实时数据信息，主控模块存放、处理实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到上位微电网Agent；同时，主控模块通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件，控制其工作状态。本发明实现微电网复杂异构通信网络的互通、互连，具有无线化、体积小、功耗低、成本低等优点，大大提高微电网的安全稳定运行及发电效率。
【专利说明】基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端及方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种智能测控终端，特别是一种基于多代理技术和异构通信技术的微电网智能测控终端及其多代理系统和微电网智能测控方法。
【背景技术】
[0003]微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热能；其内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；其相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。它包含了以下主要特征:1)包含光伏、风力发电等分布式电源。2)配备了能量管理系统，通过对大量电力电子器件的控制，解决潮流、保护等问题。3)要求既可与大电网联网运行，又可在电网故障或需要时与主网断开单独运行，同时要对各种分布式电源进行有效控制。微电网系统中接入的设备非常复杂，种类特别多，接口形式与控制方法也不尽相同，这对如何安全高效地接入并整合这些设备、使得微电网系统发挥最大作用提出了新的挑战，如何解决此类问题将成为未来微电网技术发展的一个关键技术之一。
[0004]由于微电网分布式特性、海量的控制数据以及灵活多变的控制方式，让以往由调度中心统一判断、调度的集中式控制方式难以实现灵活、有效的调度。因此，通过将控制权分散到各微电网元件，由各元件根据微电网的调度自行改变运行状态的分布式协调控制方式将有效地解决这些问题。在此趋势下，以分布式控制为基础的系统-多代理系统被提出来。多代理系统具有很好的自主性和启发性，其目的是将大的复杂系统划分成小的、彼此相互通信及协调的、易于管理的系统。其优点为:1)能在不受干扰的情况下自行控制元件运行并可通过知识系统和外界环境的情况，进行推理和规划，解决自身领域内的各类问题；2)可与其他实体通信并协调合作解决复杂问题；3)具有分布、快速处理复杂问题的能力。
[0005]微电网内设备非常复杂，种类特别多，不同制造商提供的设备在结构设计、标准等方面自成体系，互不兼容，技术标准互不公开，这些异构的通信网络环境由于访问方法和机制各不相同，即通信协议各不相同，使得各设备之间的通信连接不易实现。为了便捷地在不同的通信接口之间通信，更好地开发和运行异构平台上的应用软件，解决微电网内各设备之间的互通、互连和互操作问题，本发明的网络通信功能模块采用异构通信中间件HCM的设计思想实施，并设计了解决方案。该设计实现了微电网异构通信网络的互通、互连，方便了应用层用户开发应用程序，提高了开发效率。
[0006]目前，国内风电场的测风主要通过测风塔来完成，数据的采集和传输大多采用人工和有线的方式进行，极不方便。在风电场中，采用ZigBee无线监测网络技术，可使传统的风电场测风模式转变为以信息网络为中心的测风模式，让风电场测风具备无线化、小体积、低能耗和低成本等优势。光伏发电等其他分布式电源也需要进行微气象监测。基于ZigBee的无线监测网络技术在微电网分布式电源微气象监测领域具有十分可观的应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明针对微电网技术中存在的分布式供电技术的难题以及目前现有技术对分布式电源控制的不足，提供一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端及其多代理系统和微电网智能测控方法。
[0008]本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的:
一种基于多代理技术和异构通信技术的微电网智能测控终端，微电网分成智能测控终端、用于监控智能测控终端的微电网Agent (代理)、用于监控微电网Agent的上级电网Agent的三层进行协调控制，其特征在于，所述微电网智能测控终端包括:保护控制输出模块，与微电网内的各底层元件相通信；异构通信模块，用于接收或传送微电网Agent的控制命令；数据采集模块，用于采集微电网内各底层元件的实时数据信息并将实时数据信息传递给主控模块；主控模块，用于存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到微电网Agent ;同时，通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件，控制微电网内各底层元件的工作状态；所述数据采集模块、异构通信模块和保护控制输出模块均与主控模块相连接。
[0009]一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，利用多代理技术，作为元件Agent(代理)与微电网Agent、上级电网Agent —起组成微电网多代理系统。智能测控终端(元件Agent)、微电网Agent、上级电网Agent分成三层进行协调控制,其中:智能测控终端独立控制微电网中各底层元件运行，实现直接的分布式能源的控制、储能元件控制和负荷控制；微电网Agent针对微电网内部的调度运行，对代理进行管理，包括接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略；上级电网Agent负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网代理信息做出重大决策，微电网Agent与上级电网Agent之间通过通讯协调解决各代理之间的任务划分和共享资源的分配；各Agent之间还保持数据通讯以保证各自决策的合理性。此种结构与通信方式适应了微电网分布、复杂、灵活的特性。通过3层代理系统的协调控制，基于多代理技术的微电网协调控制系统将会使微电网在满足对上级电网提供适当电能的同时，保证自身电网的安全、可靠、经济运行。
[0010]而且所述智能测控终端，包括主控模块、数据采集模块、保护控制输出模块和异构通信模块，所述数据采集模块采集微电网内各底层元件的实时数据信息，并将实时数据信息传递给所述主控模块，主控模块存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到微电网Agent ;同时，主控模块通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件，控制其工作状态。
[0011]所述各底层元件包括光伏发电、风力发电机、蓄电池、燃料电池、负荷等。
[0012]而且、所述智能测控终端的主控模块采用DSP+ARM的双CPU架构，DSP作为控制机，主要负责高速数据采集处理和控制保护输出，ARM作为管理机，主要负责数据显示存储、网络通信和人机交互。两者通过FIFO存储器和SPI串行总线进行通信，实时共享信息，分工协作。[0013]而且、所述智能测控终端的异构通信模块采用异构通信中间件HCM的设计思想实施，异构通信模块能为用户提供统一的数据访问接口 ；完成主控模块应用层和底层以及底层和异构通信网络间数据的传输和处理；提供适合各种编程模式的开放接口，并提供应用执行时的各种运行机制。异构通信模块作为中间层构建在主控模块和通信网络之间，具有两个接口，分别为与主控模块的接口及与异构通信网络的接口。异构通信模块的功能集包含以下主要功能模块:协议调度模块、通信模块、数据处理模块。协议调度模块负责在构建好的通信协议库中调度适合当前通信网络所需的通信协议。通信模块包括组帧模块(组装读/写数据帧)和通信口操作模块(读/写通信口)。其中组帧模块是面向主控模块的接口模块，用来获取主控模块数据信息；通信口操作模块是面向通信网络的接口模块，用来根据组帧模块的数据帧通过通信接口与通信网络进行数据交互。数据处理模块包括数据类型处理模块、规则转换模块和有效验证模块。
[0014]而且、风电场Agent、光伏电池Agent等智能测控终端的微气象监测基于ZigBee的无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)技术实现，即所述数据采集模块通过ZigBee的无线传感器网络实时采集气象数据；所述数据采集模块包括气象监测传感器和ZigBee微气象监测模块，所述气象监测传感器通过ZigBee微气象监测模块与主控模块的数据采集处理器DSP相通信，能够实时监测风速、风向、大气压力、温湿度等气象数据，具有无线化、体积小、功耗低、成本低和安装灵活方便等优点。
[0015]而且、所述主控模块还包括显示设备和数据储存模块，显示设备和数据储存模块均与数据存储通信控制器相连接。数据储存模块包括同步动态随机存储器、N0RFLASH存储器和NANDFLASH存储器。
[0016]一种利用上述的微电网智能测控终端的微电网多代理系统，其特征在于:其包括多个微电网智能测控终端，作为元件Agent，控制微电网中各底层元件运行，实现直接的分布式能源的控制、发电控制、储能元件的控制和一些负荷的控制；
多个微电网Agent，针对微电网内部的调度运行，对微电网智能测控终端需求或相应进行管理，包括接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略；
一上级电网Agent，负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网Agent (微电网代理)信息做出最终决策，所述智能测控终端之间以及与微电网Agent之间采用基于以太网的通信协议方式进行信息的传递。
[0017]一种利用上述的微电网智能测控终端的微电网多代理系统，其特征在于:其包括多个微电网智能测控终端，作为元件Agent，控制微电网中各底层元件运行，实现直接的分布式能源的控制、发电控制、储能元件的控制和重要负荷的控制；
多个微电网Agent，针对微电网内部的调度运行，对微电网智能测控终端需求或相应进行管理，包括接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略；
一上级电网Agent，负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网Agent (微电网代理)信息做出最终决策，所述智能测控终端之间以及与微电网Agent之间采用基于以太网的通信协议方式进行信息的传递。
[0018]一种利用微电网多代理系统的微电网智能测控方法，其特征在于，其方法步骤如下:
(1)微电网分为三层进行协调控制；将微电网分为上级电网代理模块层、微电网代理模块层以及元件代理模块层，微电网中各底层元件都由独立的智能测控终端控制运行，同时设定微电网Agent对智能测控终端进行管理,微电网Agent与上级电网Agent之间通过通讯协调解决各代理之间的任务划分和共享资源的分配；
(2)数据信息采集；数据采集模块采集微电网内各底层元件的实时数据信息，并将实时数据信息传递给所述主控模块，
(3)数据信息储存和上传微电网Agent;主控模块存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到微电网Agent ；
(4)微电网Agent发送控制命令，控制微电网内的各底层元件；主控模块通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件。
[0019]上述所述异构通信模块接收或发送微电网Agent的信息数据的具体步骤如下:
(A)协议调度步骤，在构建好的通信协议库中调度适合当前通信网络所需通信协议；
(B)通信步骤，然后根据步骤(A)获取的适合当前通信网络所需通信协议，通过通信接口获取微电网Agent发来的或主控模块发出的数据；
(C)数据处理步骤，负责对步骤(B)的数据进行分析处理。
[0020]所述数据处理步骤如下:
(I )有效性验证步骤，获得通信网络中的数据信息，并进行通信站号、数据字节个数和数据校验的有效性验证，如果其中一项验证失败，则整帧数据均丢弃；如果验证通过，则进行数据类型处理步骤；
(II)数据类型处理步骤，用于对有效性验证通过的数据信息进行数据类型的处理，数据的基本类型包括:位类型、字节类型、字类型、双字类型、浮点数类型；
(III)规则转换步骤，用于对步骤(I)和步骤(II)的数据信息按照不同的规则进行数据转换，若不需要转换则将数据信息直接传递给应用层的主控模块；数据处理时对接收数据按照不同协议语法格式进行检查和提取；数据处理结束后，动态刷新接收缓冲区中的数据，该缓冲区与主控模块实现内存共享。
[0021 ] 本发明的优点和积极效果是:
1、本发明采用多代理技术，通过提出了微电网内部，以及和上级电网的协调控制策略，从而更加优化了微电网的协调控制。总体上来说实现了含微电网的电力网络的分层化控制，从而降低了单个分布式电源运行的危险性，提高了整个电网运行的可靠性。
[0022]2、本发明采用了 DSP+ARM双核的CPU架构，软件实现分工协作，充分发挥DSP和ARM处理器的处理和控制优势，构成控制、管理一体机完成微电网智能测控的设计功能，适应了微电网监控的实时性需求。
[0023]3、本发明的异构通信模块采用异构通信中间件HCM (HeterogeneousCommunication Middleware,异构通信中间件)的设计思想实施,并设计了解决方案，实现了微电网异构通信网络的互通、互连，方便了应用层用户开发应用程序，提高了开发效率。
[0024]3、本发明的微气象监测基于ZigBee的无线传感器网络技术实现，具有无线化、体积小、功耗低、成本低等优点。本发明与现有能量管理装置相比，充分考虑了能量管理和微气象信息采集的便捷性和实时性，基于无线传感器网络技术设计了一套带有微气象信息采集功能的微电网监测与能量管理装置。现场监测主机与连接在主控制器模块上的节点组成微无线网，检测微气象环境特征量与线路的电气特征量，实现了各种特征量的实时监测。成本低、便捷性高、实时性强、具有很强的灵活性。
[0025]4、本发明采用高度统一的硬件平台、标准化的信息模型、抽象的通信服务接口和规范的特殊通信服务映射，解决了微电网内的互操作性问题，易于实现系统无缝集成，降低安装、调试和运行成本，最大程度地发挥微电网带来的效益。
[0026]5、本发明设计了多种通信接口，能够适应微电网内现存的各种通信介质(包括同步/异步的RS232/RS485串口、无线网络、控制器局域网络总线以及网络通讯协议TCP/IP等)，内建多种协议库，能高效地进行各个层面的通信协议转换，适用于不同厂家设备的监控需求。智能测控终端之间以及与微电网Agent之间采用基于以太网的通信协议方式进行信息的传递，满足了微电网系统快速响应的要求。
[0027]6、本发明由于使用了模块化柔性设计技术，装置体积大大减小，接线简单。硬件结构设计采用了基于扩展槽的标准卡件，可以根据用户需求灵活配置硬件资源。安装调试方便，结构灵活，可扩展性强，为进一步开发升级产品提供了方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明的微电网多代理系统结构框图。
[0029]图2是本发明的硬件结构框图。
[0030]图3是本发明实施例的DSP和ARM数据传输电路图。
[0031]图4是本发明实施例的DSP数据采集电路图。
[0032]图5是本发明实施例的风电场Agent中ZigBee微气象监测模块原理图。
[0033]图6是本发明实施例的异构通信模块功能框图。
[0034]图7是本发明实施例中异构通信模块的通信协议调度模块结构框图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]如图1所示，将智能测控终端、微电网Agent、上级电网Agent分成三层进行协调控制。微电网中各底层元件(包括发电机、负荷等)都由独立的智能测控终端控制运行。同时设定微电网Agent对这些代理进行管理，如:接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略。微电网Agent与上级电网Agent之间通过通讯协调解决各代理之间的任务划分和共享资源的分配。上级电网Agent负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网代理信息做出重大决策。不同的Agent之间还保持一定量的数据通讯以更好的保证各自决策的合理性。此种结构与通信方式适应了微电网分布、复杂、灵活的特性。
[0037]如图2所示，微电网智能测控终端，包括主控模块、数据采集模块、保护控制输出模块和异构通信模块，所述数据采集模块采集微电网内各底层元件的实时数据信息，并将实时数据信息传递给所述主控模块，主控模块存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到上位微电网Agent ;同时，主控模块通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件，控制其工作状态。
[0038]具体应用实例:
本实施例智能测控终端应用在微电网多代理系统中，另外还包括微电网Agent、上级电网Agent。本实施例智能测控终端为光伏电池Agent、蓄电池Agent、燃料电池Agent、风电场Agent、负荷Agent等元件代理。它们通过元件模块中的数据传输功能以请求/响应的方式与微电网代理保持通讯。微电网Agent包含了所有的微电网代理，各微电网代理之间通过通讯方式进行少量的数据交换，微电网Agent与上级电网Agent通过通讯以策略协商的方式进行控制策略的协商，并通过响应方式将控制策略传输给智能测控终端，并由智能测控终端自行控制相应的代理。
[0039]
每个Agent都有数据处理和通信功能，同时，各Agent还具有各自不同的功能:微电网Agent具有数据综合处理、方案制定、命令发布及与主网并网功能；光伏电池Agent拥有最大功率点跟踪(MPPT)功能、电池板监测和保护功能、逆变并网功能；燃料电池Agent具有水处理、燃料处理及空气供给、氢氧含量监控及燃料注入控制、热量处理、功率调节及并网等功能；蓄电池Agent具有对蓄电池电压、电流、储能的监控功能，还有充放电功能和启停限定功能等。
[0040]智能测控终端的硬件实施方案如下所示:
1、主控模块
主控模块采用DSP+ARM双核的CPU架构设计，包括DSP芯片和ARM芯片，另外还包括显示设备和数据储存模块。
[0041]DSP主要作为计算各项电信号参数的平台，采用TMS320F2812芯片，它是美国TI公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片，主频最高可达150 MHz，处理性能可达150MIPS，每条指令周期6.67 ns，能很好地满足实时性需求。在DSP中主要完成电信号的采集、各个监测量的计算，同时完成与ARM之间计算结果和实时数据的同步传输。
[0042]ARM相关电路主要实现对分布式电源电量参数结果进行存储和管理。主芯片采用AM3359，它是TI公司推出的集成了 ARM Cortex_A8内核的32位多功能、低功耗的ARM芯片，最高频率可达720 MHz0硬件电路包括电源模块，存储模块，SD卡模块，USB模块，触摸屏模±夹，网络通信模块等，采用Linux内核，性能稳定可靠，多任务的机制可对各项功能进行有效管理。
[0043]DSP和ARM的数据传输采用两种方式，一是串口 SPI传输，二是FIFO存储器缓冲方式。经DSP运算后得出的参数结果由于数据量不多(只有3通道电压和电流的各项参数等)，传输不频繁(若干s传输I次)，主要通过SPI串口方式传输给ARM。在AD采样率为12.8 k/s情况下(信号基频50 Hz下每周期采样点256个)，3通道电压数据加3通道电流数据的数据量为76.8 k/s，数据量较大，所以在DSP和ARM之间采用FIFO作为缓存。
[0044]DSP和ARM数据传输电路如图3所示。FIFO型号为SN74V235，2048X 18-Bit容量，3.3V供电，可同步读写，读写周期为7.5 ns。FIFO的左侧是AD和DSP设备，由DSP控制对AD操作的同时也对FIFO进行操作，DSP的片选信号XZCSOl连接WEN写时钟使能信号，由DSP的读操作信号XRD给FIFO的WCLK写时钟信号，这样完成对读取AD采集数据的同时也完成了 FIFO对数据的存储。由ARM的RESET给出FIFO的RS复位信号，数据输出引脚DO^D15接ARM数据线D0~D15 ；ARM片选信号nGCS4接FIFO的REN读使能信号；CLK0UT接读时钟RCLK信号；由ARM的nOE给出FIFO的OE输出总线使能信号；FIF0的HF接ARM的EINT2外部中断引脚，用于申请中断。当存储数据达到Ik时，FIFO将发出半满信号，ARM将把这个信号作为中断信号，读取这Ik数据，在发生越限判断后再决定是否对这些原始数据进行非易失性存储。
[0045]主控模块另外还包括数据储存模块。数据储存模块主要包括同步动态随机存储器(SDRAM)、N0RFLASH存储器和NANDFLASH存储器，三者根据各自的特点完成不同的功能。
[0046]同步动态随机存储器器件种类繁多，本系统根据需要选择了 IS42S16400芯片。该芯片是美国ISSI公司的高速SDRAM器件，存储容量为8M字节，16位数据宽度。它具有读写速度快，性能稳定，但易丢失，可以用来存储运行中的程序和数据，提升系统的运行速度。本系统中将两块IS42S16400并联组成32位宽的存储系统。
[0047]N0RFLASH存储器采用的是芯片SST39VF160，存储容量为2M，位宽为16bit，工作电压为3.3V，掉电不丢失，用于固化装置的程序和一些定值数据。本发明对N0RFLASH存储器进行了扩展，其存储空间增大了一倍。
[0048]NANDFLASH存储器采用的是三星公司的K9K2G08U0M，它具有容量大，非易失等特点，在本装置可用来存储部分用于微电网信息建模的微气象数据。
[0049]2、数据采集模块 智能测控终端要对微电网各单元运行状况实时监测，并将数据采集模块采集到的数据发送到微电网Agent。监控数据主要包括系统电网的电压、电流、功率和频率；逆变器的输出电压、电流和功率，并记录每日电网交流输入电量、直流侧逆变电量、客户每日耗电量、每日电池放电量，以及逆变器辅助触点状态；光伏板输出的电压、电流、功率以及记录每日的总发电量；风机输出的电压、电流、功率以及记录每日的总发电量；蓄电池的电压、电流、功率、温度以及记录其运行时间、每日的充放电量和总的充放电安时数。另外，采集的数据还包括重要负荷的电压、电流、功率以及每日消耗的电量。
[0050]工频交流数据采集通过电压、电流互感器将一次侧的电压、电流信号变换成芯片可接受的二次信号，经过信号调整电路输入采样芯片ADC进行模数转换，转换后给DSP处理判断。对于风机和光伏板输出的电压、电流数据的采集，使用霍尔电流、电压传感器实现。
[0051]本发明采用的ADC芯片AD7656是美国ADI公司研制的6通道16位高精度、快速、低功耗、逐次逼近型ADC，具有6通道同步采样功能。图4所示为DSP数据采集电路。AD的控制信号由DSP芯片的一个1/0 口(定时器)产生，在CONVST信号的上升沿触发AD的采样信号，在AD转换完成后BUSY信号产生F2812的外部中断信号，引起INT I中断，在中断程序中连续读取6次AD的地址，就可以将6通道的数据读取出来。同时，DSP将数据保存到FIFO中。
[0052]智能测控终端通过开入量电路可以监测多路外部开关的状态，包括开关位置信息、故障告警等。本发明采用IC-TLP181高速光耦芯片，用以对DSP芯片进行隔离，防比外部冲击电流对芯片造成损害。当开关位置信息发生变化或出现故障时，触点的电位变化会导致开入电路向控制器发送变位脉冲，即开入量“输入”电平状态从高变到低，使光耦中的发光二极管导通，产生的光信号会导通光电三极管，“三极管”输出电平由高变低，产生一次遥信变位，通过DSP控制芯片外部捕获中断，判断是哪个管脚对应的信息量发生了变化。
[0053]风电场Agent、光伏电池Agent等智能测控终端的微气象监测数据采集基于ZigBee的WSN技术实现,下面以风电场Agent的ZigBee微气象监测模块为例进行具体说明。ZigBee无线传感器网络结构如图5所示。传感器节点负责将风速、风向、温湿度和大气压力传感器节点采集到的数据上传至路由节点。路由节点再将数据送至协调器节点，即ZigBee微气象监测模块汇总。ZigBee微气象监测模块通过串口与风电场Agent的主控模块进行数据传输，使风电场Agent能够实时获取气象数据。
[0054]传感器(采集)节点由CC2530无线模块、传感器模块和电源模块组成。CC2530是TI公司的无线传输芯片。它以8051微处理器为内核，自身携带的射频收发器用来实现无线传感器网络节点的通信。它封装体积小，改进了 RF输出功率、灵敏度、选择性和抗干扰性。传感器节点的布置如下:在距测风塔架10，30，50 m之处分别布置风速风向采集节点。在与测风塔距离小于30 m，离地1.2 m的百叶箱内布置大气压力和温湿度传感器节点，设计树型传感器网络节点拓扑结构，使传感器节点既作为检测终端，又可进行信息传输，从而构成多跳自组织网络。传感器的选择与安装完全依据“风电场风能资源测量方法(GB/T18709-2002 )” 完成。
[0055]3、保护控制输出模块
保护控制输出电路，即开出电路是实现测控终端对蓄电池充放电管理，保护控制、逆变器运行方式控制以及远程遥控功能的基础。数据采样信息通过DSP进行分析判断后，根据预测日负荷情况，对蓄电池下达充放电指令，由开出电路控制开关完成相应操作；检测微电网内部各单元运行是否正常，若出现故障，则立即向开关发出分闸脉冲，切掉相应的运行单元；若是电网侧发生故障，开出电路应根据控制中心下发的命令，改变逆变器的运行方式，并对负荷运行的情况进行控制调整。
[0056]本发明采用以继电器接点输出的开关量控制回路。DSP输出的控制信号(低压信号)和继电器控制回路(高压信号)采用光耦隔离，保证电路的安全性。DSP发出低电平脉冲，点亮发光二极管，从而使三极管导通，接通继电器动作线圈，继电器动作，完成相应分合闸操作。
[0057]4、异构通信模块
异构通信模块主要由协议调度模块、通信模块和数据处理模块组成，如图6所示。以下从三个组成模块分别说明实施方案。
[0058]4.1协议调度模块
协议调度模块主要由微电网异构通信网络所需的通信协议库和协议调度器组成，协议调度模块结构框图如图7所示。对于通信协议库ProtocodStore,可以把它看成是一片森林，ProtocodStore (Tree1, Tree?..Tree/..TreeN), N ^ O,森林中的每棵树 Treei (Child1,Child2,…ChildN)，N>0，是由一个或多个子协议库组成。协议调度管理器根据应用层用户提供的调度信息在通信协议库中调度具体通信协议，按照先序遍历ProtocodStore森林的算法来完成协议的调度。
[0059]4.2通信模块 通信模块在整个微电网通信系统系统中是一个交互层，包括与上层应用层(主控模块)的接口、与下层网络层的接口。主控模块需要读写数据时通过该模块的应用层接口将读写指令传递给组帧处理器。处理器根据用户给出的指令进行相应处理，处理后再通过该模块与网络层的接口进行通信，通信成功后得到需要的数据并交由数据处理模块进行数据处理。
[0060]由于在通信过程中不同的通信协议(如波特率等)和应用环境会影响到系统运行速度，如果采用单线程来完成数据处理和通信等功能，系统整体响应速度会很慢。因此，采用异步多线程的处理方案，组帧模块和通信口模块分别采用各自独立线程完成数据帧的组装和与通信网络的数据交互。通信操作时的独立线程方式，可以减少系统的闲置时间，提高通信口的吞吐能力。
[0061]4.3数据处理模块
数据处理模块主要负责对通信得到的数据进行分析处理，包括数据有效性验证、数据类型处理、规则转换处理三个子模块。
[0062](I)有效性验证模块，目的是为了获得通信网络中正确的数据信息，包括通信站号、数据字节个数、数据校验等有效性验证。如果验证通过则进行数据类型和规则转换的处理，如果有一项验证失败则整帧数据均丢弃。
[0063](2)数据类型处理模块，数据的基本类型包括:位(BIT)类型、字节(BYTE)类型、字(WORD)类型、双字(DWORD)类型、浮点数(FLOAT)类型。
[0064](3)规则转换模块，目的是对(I)和(2)处理后的数据按照不同的规则进行数据转换，如果不需要转换则将数据直接传递给应用层主控模块。数据处理时根据特定通信协议进行设置，对接收数据按照不同协议语法格式进行检查和提取，包括数据有效性检查、数据类型处理、转换规则处理等操作。数据处理结束后，动态刷新接收缓冲区中的数据，该缓冲区与主控模块实现内存共享。
[0065]本发明的一种利用上述的微电网智能测控终端的微电网多代理系统，其包括多个微电网智能测控终端，作为元件Agent，控制微电网中各底层元件运行，实现直接的分布式能源的控制、发电控制、储能元件的控制和一些负荷的控制；
多个微电网Agent，针对微电网内部的调度运行，对微电网智能测控终端需求或相应进行管理，包括接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略；
一上级电网Agent，负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网Agent (微电网代理)信息做出最终决策，所述智能测控终端之间以及与微电网Agent之间采用基于以太网的通信协议方式进行信息的传递。
[0066]一种利用上述的微电网智能测控终端的微电网多代理系统，其包括多个微电网智能测控终端，作为元件Agent，控制微电网中各底层元件运行，实现直接的分布式能源的控制、发电控制、储能元件的控制和重要负荷的控制；
多个微电网Agent，针对微电网内部的调度运行，对微电网智能测控终端需求或相应进行管理，包括接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略；
一上级电网Agent，负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网Agent (微电网代理)信息做出最终决策，所述智能测控终端之间以及与微电网Agent之间采用基于以太网的通信协议方式进行信息的传递。
[0067]一种利用微电网多代理系统的微电网智能测控方法，其特征在于，其方法步骤如下:
(1)微电网分为三层进行协调控制；将微电网分为上级电网代理模块层、微电网代理模块层以及元件代理模块层，微电网中各底层元件都由独立的智能测控终端控制运行，同时设定微电网Agent对智能测控终端进行管理,微电网Agent与上级电网Agent之间通过通讯协调解决各代理之间的任务划分和共享资源的分配；
(2)数据信息采集；数据采集模块采集微电网内各底层元件的实时数据信息，并将实时数据信息传递给所述主控模块，
(3)数据信息储存和上传微电网Agent;主控模块存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到微电网Agent ；
(4)微电网Agent发送控制命令，控制微电网内的各底层元件；主控模块通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件。
[0068]上述所述异构通信模块接收或发送微电网Agent的信息数据的具体步骤如下:
(A)协议调度步骤，在构建好的通信协议库中调度适合当前通信网络所需通信协议；
(B)通信步骤，然后根据步骤(A)获取的适合当前通信网络所需通信协议，通过通信接口获取微电网Agent发来的或主控模块发出的数据；
(C)数据处理步骤，负责对步骤(B)的数据进行分析处理。
[0069]所述数据处理步骤如下:
(I )有效性验证步骤，获得通信网络中的数据信息，并进行通信站号、数据字节个数和数据校验的有效性验证，如果其中一项验证失败，则整帧数据均丢弃；如果验证通过，则进行数据类型处理步骤；
(II)数据类型处理步骤，用于对有效性验证通过的数据信息进行数据类型的处理，数据的基本类型包括:位类型、字节类型、字类型、双字类型、浮点数类型；
(III)规则转换步骤，用于对步骤(I)和步骤(II)的数据信息按照不同的规则进行数据转换，若不需要转换则将数据信息直接传递给应用层的主控模块；数据处理时对接收数据按照不同协议语法格式进行检查和提取；数据处理结束后，动态刷新接收缓冲区中的数据，该缓冲区与主控模块实现内存共享。
[0070]本发明通过上述系统及其方法，以及智能终端装置，通过主控模块采用了 DSP+ARM双核的CPU架构，充分发挥DSP和ARM处理器的处理和控制优势，构成控制、管理一体机。异构通信模块基于异构通信技术实现，由协议调度模块、通信模块和数据处理模块组成，实现了微电网复杂异构通信网络的互通、互连。智能测控终端的微气象监测基于ZigBee的无线传感器网络技术实现，具有无线化、体积小、功耗低、成本低等优点。本发明可以提高微电网的安全稳定运行及发电效率。
[0071]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种基于多代理技术和异构通信技术的微电网智能测控终端，微电网分成智能测控终端、用于监控智能测控终端的微电网Agent、用于监控微电网Agent的上级电网Agent的三层进行协调控制，其特征在于，所述微电网智能测控终端包括:保护控制输出模块，与微电网内的各底层元件相通信； 异构通信模块，用于接收或传送微电网Agent的控制命令； 数据采集模块，用于采集微电网内各底层元件的实时数据信息并将实时数据信息传递给主控模块； 主控模块，用于存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到微电网Agent ;同时，通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件，控制微电网内各底层元件的工作状态； 所述数据采集模块、异构通信模块和保护控制输出模块均与主控模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，其特征在于，所述主控模块包括: 数据采集处理器DSP，作为控制机，用于负责高速数据采集处理和控制保护输出； 数据存储通信控制器，作为管理机，用于负责数据显示存储、网络通信和人机交互；所述数据采集处理器和数据存储通信控制器通过FIFO存储器和SPI串行总线进行通信，构成主控模块的双CPU架构。
3.根据权利要求1所述的一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，其特征在于，所述异构通信模块采用异构通信中间件，所述异构通信模块为用户提供统一的数据访问接口，完成主控模块应用层和底层以及底层和异构通信网络间数据的传输和处理； 所述异构通信模块包括: 协议调度模块，负责在构建好的通信协议库中调度适合当前通信网络所需通信协议； 通信模块，用于获取主控模块数据信息，并通过通信接口与通信网络进行数据交互； 数据处理模块，负责对通信模块得到的数据进行分析处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，其特征在于，所述数据处理模块包括: 有效性验证模块，用于通过通信模块获得通信网络中正确的数据信息，并进行通信站号、数据字节个数和数据校验的有效性验证，如果其中一项验证失败，则整帧数据均丢弃； 数据类型处理模块，用于对有效性验证通过的数据信息进行数据类型的处理，数据的基本类型包括:位类型、字节类型、字类型、双字类型、浮点数类型； 规则转换模块，用于对有效性验证模块和数据类型处理模块的数据信息按照不同的规则进行数据转换，若不需要转换则将数据信息直接传递给应用层主控模块。
5.根据权利要求2所述的一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，其特征在于，所述数据采集模块包括电流互感器、电压互感器、前端信号调整电路和同步数据采集电路；电流互感器和电压互感器均通过前端信号调整电路与同步数据采集电路相连接，所述同步数据采集电路通过所述FIFO存储器和数据采集处理器DSP与数据存储通信控制器相通信，工频交流数据采集通过电压、电流互感器将一次侧的电压、电流信号变换成芯片可接受的二次信号，经过信号调整电路输入采样芯片ADC进行模数转换，转换后给数据采集处理器DSP处理判断。
6.根据权利要求2所述的一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，其特征在于，所述数据采集模块通过ZigBee的无线传感器网络实时采集气象数据； 所述数据采集模块包括气象监测传感器和ZigBee微气象监测模块，所述气象监测传感器通过ZigBee微气象监测模块与主控模块的数据采集处理器DSP相通信。
7.根据权利要求2所述的一种基于多代理和异构通信技术的微电网智能测控终端，其特征在于，所述主控模块还包括显示设备和数据储存模块，所述显示设备和数据储存模块数据储存模块均与数据存储通信控制器相连接，所述数据储存模块包括同步动态随机存储器、NORFLASH存储器和NANDFLASH存储器。
8.一种利用权利要求1至6任意一项所述的微电网智能测控终端的微电网多代理系统，其特征在于:其包括多个微电网智能测控终端，作为元件Agent，控制微电网中各底层元件运行，实现直接的分布式能源的控制、发电控制、储能元件的控制和一些负荷的控制； 多个微电网Agent，针对微电网内部的调度运行，对微电网智能测控终端需求或相应进行管理，包括接受智能测控终端信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略； 一上级电网Agent，负责电力市场以及各代理间的协调调度，并综合微电网Agent (微电网代理)信息做出最终决策，所述智能测控终端之间以及与微电网Agent之间采用基于以太网的通信协议方式进行信息的传递。
9.一种利用权利要求7所述的微电网多代理系统的微电网智能测控方法，其特征在于，其方法步骤如下: (1)微电网分为三层进行协调控制；将微电网分为上级电网代理模块层、微电网代理模块层以及元件代理模块层，微电网中各底层元件都由独立的智能测控终端控制运行，同时设定微电网Agent对智能测控终端进行管理,微电网Agent与上级电网Agent之间通过通讯协调解决各代理之间的任务划分和共享资源的分配； (2)数据信息采集；数据采集模块采集微电网内各底层元件的实时数据信息，并将实时数据信息传递给所述主控模块， (3)数据信息储存和上传微电网Agent;主控模块存放、处理数据采集模块采集到的实时数据信息，并将实时数据信息通过异构通信模块发送到微电网Agent ； (4)微电网Agent发送控制命令，控制微电网内的各底层元件；主控模块通过异构通信模块接收微电网Agent的控制命令，并将控制命令通过保护控制输出模块传递到微电网内的各底层元件； 上述所述异构通信模块接收或发送微电网Agent的信息数据的具体步骤如下: (A)协议调度步骤，在构建好的通信协议库中调度适合当前通信网络所需通信协议； (B)通信步骤，然后根据步骤(A)获取的适合当前通信网络所需通信协议，通过通信接口获取微电网Agent发来的或主控模块发出的数据； (C)数据处理步骤，负责对步骤(B)的数据进行分析处理。
10.根据权利要求9所述的微电网智能测控方法，其特征在于，所述数据处理步骤如下:(I)有效性验证步骤，获得通信网络中的数据信息，并进行通信站号、数据字节个数和数据校验的有效性验证，如果其中一项验证失败，则整帧数据均丢弃；如果验证通过，则进行数据类型处理步骤； (II)数据类型处理步骤，用于对有效性验证通过的数据信息进行数据类型的处理，数据的基本类型包括:位类型、字节类型、字类型、双字类型、浮点数类型； (III)规则转换步骤，用于对步骤(1)和步骤(II)的数据信息按照不同的规则进行数据转换，若不需要转换则将数据信息直接传递给应用层的主控模块；数据处理时对接收数据按照不同协议语法格式进行检查和提取；数据处理结束后，动态刷新接收缓冲区中的数据，该缓冲区与主控 模块实现内存共享。
【文档编号】H02J13/00GK103647351SQ201310696602
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】吴在军, 孙纯军, 徐陈成, 窦晓波, 钱康, 牛涛, 宗柳, 朱东升, 赵继超 申请人:江苏省电力设计院, 东南大学