一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，包括系统层、SCADA子系统层和设备层；系统层通过工业以太网与SCADA子系统层连接，SCADA子系统层通过光纤以太网、串行通信接口或现场总线和设备层相连接。本发明采用子系统自治的方式，通过各个子系统的SCADA监控软件完成子系统的监控和管理，并提供子系统的信息到统一平台。实现对具备光伏子系统、风电子系统的风光储输电池储能电站的综合控制方法；针对各种电池储能系统特性，完善储能装置保护技术，实现储能电站中各电池本体、电池模块、储能单元的参数运行状态的监测及保护。
【专利说明】一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统。
【背景技术】
[0002]能源结构低碳化正逐渐成为全世界能源可持续发展的目标，智能电网也成为当前电力系统发展的热点，储能系统作为其中的关键元素，有助于抑制风能、太阳能等可再生能源的波动性和间歇性，提高清洁能源的接入比例；储能系统可以减小负荷峰谷差，提高系统效率以及设备利用率；储能系统可以增大系统的应急备用容量，提高电网的安全稳定裕度。大规模储能电站可以贯穿电力系统发、输、配、用的各个环节，不仅对传统电力起到改善和改良的作用，而且储能技术的发展和应用也将给智能电网的规划、设计、布局、运行管理以及使用等带来革命性的变化。为了更好发挥储能电站的作用，必须具有一套方便易用，实时性强的综合协调控制系统来支撑，以及一套控制策略来保障储能电站的稳定性，提高电能质量。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，采用子系统自治的方式，通过各个子系统的SCADA监控软件完成子系统的监控和管理，并提供子系统的信息到统一平台。实现对具备光伏子系统、风电子系统的风光储输电池储能电站的综合控制方法；针对各种电池储能系统特性，完善储能装置保护技术，实现储能电站中各电池本体、电池模块、储能单元的参数运行状态的监测及保护。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0005]本发明提供一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，所述控制系统包括系统层、SCADA子系统层和设备层；所述系统层通过工业以太网与SCADA子系统层连接，所述SCADA子系统层通过光纤以太网、串行通信接口或现场总线和设备层相连接。
[0006]所述系统层接收用户下发的控制调节命令，将控制命令通过交换机转发到SCADA子系统层进行协调控制，同时所述SCADA子系统层将控制调节命令下发给设备层，由设备层执行器执行控制命令。
[0007]所述工业以太网为100M/1000M高速工业以太网，所述光纤以太网为100M/1000M光纤以太网，所述串行通信接口为RS232接口或RS485接口。
[0008]所述系统层为所述控制系统的核心，负责数据存储、运算和程序的运行；
[0009]所述系统层包括冗余实时数据服务器、冗余历史数据服务器、应用服务器、监控工作站、打印机和大屏幕系统；所述冗余实时数据服务器和冗余历史数据服务器实现数据处理和存储，所述应用服务器实现主体程序的运行，所述监控工作站、打印机和大屏幕系统是主要的人机交互设备，用于多种信息的处理和显示。
[0010]所述SCADA子系统层包括光伏子系统、风电子系统和储能子系统；
[0011]所述光伏子系统、风电子系统和储能子系统均包括通信管理机、SCADA监控服务器、系统防火墙、视频监控系统、火灾报警系统和交换机；
[0012]光伏子系统、风电子系统和储能子系统从设备层采集到数据后，通过通信管理机进行协议转换和数据处理，然后转发到SCADA监控服务器，所述SCADA监控服务器上的SCADA监控软件对数据进行汇集处理后通过交换机、系统防火墙将数据送至系统层，由系统层对数据进行存储、分析和展示。
[0013]所述设备层包括光伏子系统底层设备、风电子系统底层设备和储能子系统底层设备。
[0014]所述光伏子系统底层设备包括电池阵列、并网逆变器、传感器、采集器、执行器和接口设备；所述电池阵列的功率、数量及组成结构根据实际情况制定，所述传感器和采集器对光伏子系统的原始实时数据进行采集，包括电压和电流；采集得到的原始实时数据通过接口设备上传到SCADA监控软件，由SCADA监控软件进行处理。
[0015]所述风电子系统底层设备包括风电机组、并网逆变器、传感器、采集器、控制器和接口设备；
[0016]所述控制器发送控制命令给SCADA监控软件，由SCADA监控软件根据储能子系统上传的监测数据发送充电命令和充电参数，保证储能子系统的电池不过充和过放；控制器附带耗能负载，在电池充满的状况下吸纳风机发出的电能；
[0017]所述逆变器将风电机组产生的三相交流电转化为直流电，然后将直流电接入储能子系统；
[0018]所述传感器和采集器设备采集风电子系统的监测数据，包括输出电压、输出电流、实际发电功率、线路状态、有功功率和机组的振动信号，通过接口设备将采集的监测数据传输到SCADA监控软件，由监控软件完成监测数据的汇集，并监测数据的异常情况，生成警告信息。
[0019]所述储能子系统底层设备包括电池组、充放电控制器、电池管理系统、并网功率变换器、隔离变压器和辅助设备。
[0020]所述电池组根据电池的特性确定电池的类型和容量；电池的特性包括放电深度、安全性和快速响应能力；电池的类型包括钠硫电池、液流电池、磷酸铁锂电池和铅酸电池；
[0021]所述充放电控制器防止对电池组的过充、过放、采用控制策略实现均衡充电；
[0022]所述电池管理系统处理和分析电池管理单元采集的实时状态数据，得到电池组的状态信息，状态信息包括荷电状态、健康状态和功能状态；实时状态数据包括单体电池电压、单体电池充放电电流和单体电池温度；
[0023]所述并网功率变换器实现电池组和交流电间的能量双向传输，通过调节并网功率变换器输出电压的辐值和相位，即可从电网吸收或者回馈能量；
[0024]所述辅助设备包括三防系统、监控计量装置和故障报警装置。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0026]本发明提供一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，采用分层结构管理各个子系统，保证了储能电站各个子系统的自治和整体功能的协调和正常运行，便于管理人员及时掌握储能电站各个子系统和的数据和信息，对信息进行分析和处理，及时发布控制命令，对负荷实施削峰填谷，减少输电网络的损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例中子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统结构图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029]如图1，本发明提供一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，所述控制系统包括系统层、SCADA子系统层和设备层；所述系统层通过工业以太网与SCADA子系统层连接，所述SCADA子系统层通过光纤以太网、串行通信接口或现场总线和设备层相连接。
[0030]所述系统层接收用户下发的控制调节命令，将控制命令通过交换机转发到SCADA子系统层进行协调控制，同时所述SCADA子系统层将控制调节命令下发给设备层，由设备层执行器执行控制命令。
[0031]所述工业以太网为100M/1000M高速工业以太网，所述光纤以太网为100M/1000M光纤以太网，所述串行通信接口为RS232接口或RS485接口。
[0032]所述系统层为所述控制系统的核心，负责数据存储、运算和程序的运行；
[0033]所述系统层包括冗余实时数据服务器、冗余历史数据服务器、应用服务器、监控工作站、打印机和大屏幕系统；所述冗余实时数据服务器和冗余历史数据服务器实现数据处理和存储，所述应用服务器实现主体程序的运行，所述监控工作站、打印机和大屏幕系统是主要的人机交互设备，用于多种信息的处理和显示。
[0034]所述SCADA子系统层包括光伏子系统、风电子系统和储能子系统；
[0035]所述光伏子系统、风电子系统和储能子系统均包括通信管理机、SCADA监控服务器、系统防火墙、视频监控系统、火灾报警系统和交换机；
[0036]光伏子系统、风电子系统和储能子系统从设备层采集到数据后，通过通信管理机进行协议转换和数据处理，然后转发到SCADA监控服务器，所述SCADA监控服务器上的SCADA监控软件对数据进行汇集处理后通过交换机、系统防火墙将数据送至系统层，由系统层对数据进行存储、分析和展示。
[0037]所述设备层包括光伏子系统底层设备、风电子系统底层设备和储能子系统底层设备。
[0038]所述光伏子系统底层设备包括电池阵列、并网逆变器、传感器、采集器、执行器和接口设备；所述电池阵列的功率、数量及组成结构根据实际情况制定，所述传感器和采集器对光伏子系统的原始实时数据进行采集，包括电压和电流；采集得到的原始实时数据通过接口设备上传到SCADA监控软件，由SCADA监控软件进行处理。
[0039]所述风电子系统底层设备包括风电机组、并网逆变器、传感器、采集器、控制器和接口设备；
[0040]所述控制器发送控制命令给SCADA监控软件，由SCADA监控软件根据储能子系统上传的监测数据发送充电命令和充电参数，保证储能子系统的电池不过充和过放；控制器附带耗能负载，在电池充满的状况下吸纳风机发出的电能；
[0041]所述逆变器将风电机组产生的三相交流电转化为直流电，然后将直流电接入储能子系统；
[0042]所述传感器和采集器设备采集风电子系统的监测数据，包括输出电压、输出电流、实际发电功率、线路状态、有功功率和机组的振动信号，通过接口设备将采集的监测数据传输到SCADA监控软件，由监控软件完成监测数据的汇集，并监测数据的异常情况，生成警告信息。
[0043]所述储能子系统底层设备包括电池组、充放电控制器、电池管理系统、并网功率变换器、隔离变压器和辅助设备。
[0044]所述电池组根据电池的特性确定电池的类型和容量；电池的特性包括放电深度、安全性和快速响应能力；电池的类型包括钠硫电池、液流电池、磷酸铁锂电池和铅酸电池；
[0045]所述充放电控制器防止对电池组的过充、过放、采用控制策略实现均衡充电；
[0046]所述电池管理系统处理和分析电池管理单元采集的实时状态数据，得到电池组的状态信息，状态信息包括荷电状态、健康状态和功能状态；实时状态数据包括单体电池电压、单体电池充放电电流和单体电池温度；
[0047]所述并网功率变换器实现电池组和交流电间的能量双向传输，通过调节并网功率变换器输出电压的辐值和相位，即可从电网吸收或者回馈能量；
[0048]所述辅助设备包括三防系统、监控计量装置和故障报警装置。
[0049]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述控制系统包括系统层、SCADA子系统层和设备层；所述系统层通过工业以太网与SCADA子系统层连接，所述SCADA子系统层通过光纤以太网、串行通信接口或现场总线和设备层相连接。
2.根据权利要求1所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述系统层接收用户下发的控制调节命令，将控制命令通过交换机转发到SCADA子系统层进行协调控制，同时所述SCADA子系统层将控制调节命令下发给设备层，由设备层执行器执行控制命令。
3.根据权利要求1所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述工业以太网为100M/1000M高速工业以太网，所述光纤以太网为100M/1000M光纤以太网，所述串行通信接口为RS232接口或RS485接口。
4.根据权利要求1或2所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述系统层为所述控制系统的核心，负责数据存储、运算和程序的运行； 所述系统层包括冗余实时数据服务器、冗余历史数据服务器、应用服务器、监控工作站、打印机和大屏幕系统；所述冗余实时数据服务器和冗余历史数据服务器实现数据处理和存储，所述应用服务器实现主体程序的运行，所述监控工作站、打印机和大屏幕系统是主要的人机交互设备，用于多种信息的处理和显示。
5.根据权利要求1或2所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述SCADA子系统层包括光伏子系统、风电子系统和储能子系统； 所述光伏子系统、风电子系统和储能子系统均包括通信管理机、SCADA监控服务器、系统防火墙、视频监控系统、火灾报警系统和交换机； 光伏子系统、风电子系统和储能子系统从设备层采集到数据后，通过通信管理机进行协议转换和数据处理，然后转发到SCADA监控服务器，所述SCADA监控服务器上的SCADA监控软件对数据进行汇集处理后通过交换机、系统防火墙将数据送至系统层，由系统层对数据进行存储、分析和展示。
6.根据权利要求1或2所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述设备层包括光伏子系统底层设备、风电子系统底层设备和储能子系统底层设备。
7.根据权利要求6所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述光伏子系统底层设备包括电池阵列、并网逆变器、传感器、采集器、执行器和接口设备；所述电池阵列的功率、数量及组成结构根据实际情况制定，所述传感器和采集器对光伏子系统的原始实时数据进行采集，包括电压和电流；采集得到的原始实时数据通过接口设备上传到SCADA监控软件，由SCADA监控软件进行处理。
8.根据权利要求6所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述风电子系统底层设备包括风电机组、并网逆变器、传感器、采集器、控制器和接口设备; 所述控制器发送控制命令给SCADA监控软件，由SCADA监控软件根据储能子系统上传的监测数据发送充电命令和充电参数，保证储能子系统的电池不过充和过放；控制器附带耗能负载，在电池充满的状况下吸纳风机发出的电能； 所述逆变器将风电机组产生的三相交流电转化为直流电，然后将直流电接入储能子系统； 所述传感器和采集器设备采集风电子系统的监测数据，包括输出电压、输出电流、实际发电功率、线路状态、有功功率和机组的振动信号，通过接口设备将采集的监测数据传输到SCADA监控软件，由监控软件完成监测数据的汇集，并监测数据的异常情况，生成警告信息。
9.根据权利要求6所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述储能子系统底层设备包括电池组、充放电控制器、电池管理系统、并网功率变换器、隔离变压器和辅助设备。
10.根据权利要求6所述的子系统自治方式的储能电站综合协调控制系统，其特征在于:所述电池组根据电池的特性确定电池的类型和容量；电池的特性包括放电深度、安全性和快速响应能力；电池的类型包括钠硫电池、液流电池、磷酸铁锂电池和铅酸电池； 所述充放电控制器防止对电池组的过充、过放、采用控制策略实现均衡充电； 所述电池管理系统处理和分析电池管理单元采集的实时状态数据，得到电池组的状态信息，状态信息包括荷电状态、健康状态和功能状态；实时状态数据包括单体电池电压、单体电池充放电电流和单体电池温度； 所述并网功率变换器实现电池组和交流电间的能量双向传输，通过调节并网功率变换器输出电压的辐值和相位，即可从电网吸收或者回馈能量； 所述辅助设备包括三防系统、监控计量装置和故障报警装置。
【文档编号】H02J3/32GK104283229SQ201410543118
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】李武峰, 陈 光, 刘娟, 邹丹平, 辛磊, 鲁丽萍, 闫涛, 渠展展 申请人:国家电网公司, 北京国网普瑞特高压输电技术有限公司, 南京南瑞集团公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院, 中国电力科学研究院