一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法与流程

本发明属于电力系统直流微电网系统监控管理领域，尤其涉及一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法。

背景技术：

随着全球经济的快速发展，各行各业对于电能的需求越来越大，然而化石燃料数量却日益减少，发展可再生能源迫在眉睫。将可再生能源作为电源嵌入微电网就是分布式发电。分布式发电建设具有灵活分散的特点，使用分布式发电可以充分利用现有的电网设施，大大减少电网建设的成本。将分布式发电与储能、负荷及电力电子装置结合起来组成微电网在大电网出现故障时提供高质量的电能，也是一种有效解决分布式发电并网困难的措施。另外，使用直流微电网系统可以降低线路成本、增强输电能力，提高电能转化率，提高系统的可控性和可靠性。

近年来，可再生能源微电网逐渐进入到普通家庭中。单纯的使用本地操作的方式来监控微电网的运行降低了家庭微电网使用的灵活性和智能性。现有的技术没有考虑到远程监控微电网的技术，无法在外了解直流微电网系统设备运行信息，进而不能快速高效的操作相关设备，对于设备故障不能有效处理，造成直流微电网系统的能源利用率降低和设备损耗。

技术实现要素：

针对现有技术中可再生能源直流微电网系统监控方面的不足：(1)对于直流微电网系统设备的监控不便利；(2)对于远程操作设备的不及时可能对设备造成损耗；(3)直流微电网系统监控的智能性有待提高。本发明公开的一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法要解决的技术问题是，实现通过远程终端进行直流微电网系统智能控制，有效监控直流微电网系统设备运行情况，并能及时了解和处理直流微电网系统设备异常情况。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种用于直流微电网系统的监控系统，控制对象为直流微电网系统，所述的直流微电网系统包括电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器、直流微电网连接功率电路、直流微电网通信总线。所述的监控系统包括本地监控模块，信息处理模块，策略优化模块，数据存储模块，信息交换模块，远程监控模块。此外，原有的直流微电网系统中的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器均集成有电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块，集成的电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块用于采集电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的运行状态，并通过直流微电网通信总线传送给本地监控模块。

本地监控模块用于接收并显示直流微电网系统当前潮流分布和故障报警信息，并用于显示电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的额定参数和运行状态；并能够设置直流微电网系统的安全阈值、安全级别以及数据更新频率。

信息处理模块用于将采集到信息进行数据识别，识别的数据包括电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的地址信息，设备信息，电压电流信息；最后将识别后的信息进行分类，以电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器为组分类显示。

策略优化模块根据信息处理模块得到的直流微电网系统运行状态信息和本地监控模块所设置的直流微电网系统的安全阈值、安全级别以及数据更新频率，结合直流微电网系统优化控制算法，得出优化控制策略。通过策略优化模块可提高直流微电网系统监控系统的智能性，便于用户更好的监控直流微电网系统。

进一步的，直流微电网系统优化策略可选用基于用电成本最低的优化控制算法达到节省成本的目的，或者基于直流微电网系统能量损耗最小的优化控制算法达到提高能源利用率的目的。

数据存储模块用于将信息处理模块处理后的数据分组存入数据库中。

信息交换模块用于将数据存储模块中的及时数据传输到远程监控模块中；并用于接受远程监控模块所发出的信息，传入数据存储模块和信息处理模块中。信息处理模块能够保证本地监控模块和远程监控模块信息通信的即时性和准确性，从而保证及时发现和处理直流微电网系统故障状态。

远程监控模块用于接受信息交换模块得到的数据，并在远程平台上显示直流微电网系统当前潮流分布和故障报警信息，并显示电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的额定参数和运行状态。用户根据远程控制模块接收的优化控制策略并结合用户实际需求，生成新的控制策略发送到数据交换模块，进一步传递给本地监控模块并控制直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的运行状态。达到快速高效的监控直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的运行的目的，并及时有效处理直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器故障，进而减少直流微电网系统的损耗，提高能源利用率。

进一步的，数据交换模块与远程控制模块的通信方式选择WIFI，其覆盖范围广、传输速度很快、健康安全，能支持多种平台使用。

进一步的，远程监控模块选择移动终端为远程平台。移动终端已经深深融入人们的经济和社会生活中，其功能强大，现已进入智能化发展阶段。移动终端的优势主要表现在：具备开放的操作系统平台，支持应用程序的灵活开发、安装及运行；具备PC级的处理能力，可以处理繁琐的数据；具备高速数据网络接入能力；具备丰富的人机交互界面，用户体验感很好。

一种用于直流微电网系统的监控系统的监控方法，包括如下步骤：

步骤一：直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器所集成的电压电流传感器和控制器采集电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器实时运行的电压、电流和时间信息，并使用电源模块、负荷模块、储能模块和并网控制器所集成CAN总线通信模块，通过直流微电网通信总线传输给信息处理模块。

步骤二：信息处理模块将本地模块采集到信息进行数据识别，识别的数据包括电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的地址信息，设备信息，电压电流信息。

步骤三：本地监控模块将信息处理模块处理好的数据显示在人机交互界面。显示的信息包括直流微电网系统当前潮流分布和故障报警信息，并显示电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的额定参数和运行状态。本模块以网页的形式显示直流微电网系统运行状态显示信息。

步骤四：在本地监控模块的显示页面中设置安全阈值、安全级别以及数据更新频率等操作都。在设置过程中，用户对在页面的操作，后台数据库会记录并保存，提交给信息处理模块。

步骤五：数据处理模块将信息处理模块得到的数据分组存入数据库中。

步骤六：直流微电网系统策略优化模块将信息处理模块得到的数据进行算法优化，并将得到的优化控制策略通过后续步骤推荐给用户。对直流微电网系统优化计算，并向用户推荐优化策略，能够提高直流微电网系统的智能性。

步骤七：数据交换模块将直流微电网系统策略优化模块生成优化策略和数据存储模块的数据传送给远程监控模块。数据交换模块传输的信息中包括直流微电网系统的潮流分布和故障报警信息，能够让用户及时得到直流微电网系统发生的异常状态信息，能够提高直流微电网系统监控的及时性。

步骤八：远程监控模块接受数据传输模块得到的数据，并在远程平台上显示直流微电网系统当前潮流分布和故障报警信息，并显示电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的额定参数和运行状态。远程监控模块能向用户展示直流微电网系统的相关信息，实现直流微电网系统的远程控制，能够提高直流微电网系统控制便利性。

步骤九：用户根据远程控制模块接收的优化控制策略并结合用户实际需求，生成新的控制策略发送到数据交换模块，进一步传递给本地监控模块并控制直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的运行状态。

步骤十：重复上述步骤一到步骤九，方便对于直流微电网系统的监控，并及时有效处理直流微电网系统的电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器故障，进而减少直流微电网系统的损耗，提高能源利用率。

有益效果：

1、本发明公开的一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法，策略优化模块运行直流微电网系统优化控制算法，得出优化控制策略，优化控制直流微电网系统运行，能够提高直流微电网系统的监控的智能性。

2、本发明公开的一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法，用户可以根据远程控制模块接收的优化控制策略并结合用户实际需求，生成新的控制策略并控制直流微电网系统，能够提高智能微电网系统的智能性，高效性，并能更加契合用户的需求。

3、本发明公开的一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法，用户可以根据远程控制模块接收的直流微电网运行状态信息，并根据需要通过远程控制模块控制直流微电网系统，达到快速高效的控制直流微电网系统运行的目的，并能够及时有效处理直流微电网系统得故障，进而减少直流微电网系统的损耗，提高能源利用率。

4、本发明公开的一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法，远程监控模块能向用户展示直流微电网系统的相关信息，实现直流微电网系统的远程控制，能够提高直流微电网系统控制便利性。

附图说明

图1是一种用于直流微电网系统的监控系统及监控方法结构示意图

图2是本发明信息交换模块发送数据到Internet网络程序流程图

图3是本发明信息交换模块从Internet网络接收数据程序流程图

图4是本发明远程监控模块发送控制指令程序流程图

图5是本发明远程监控模块接收数据程序流程图

其中：1—直流微电网系统；101—直流微电网系统连接功率电路；102—直流微电网通信总线；2—监控系统；201—数据流；202—无线数据传输

具体实施方式

现在结合附图对本发明进行进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

本实施例公开的一种用于直流微电网系统的监控系统，控制对象为直流微电网系统1，所述的直流微电网系统1包括电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器、直流微电网系统连接功率电路101、直流微电网系统通信总线102。所述的监控系统2包括本地监控模块，信息处理模块，策略优化模块，数据存储模块，信息交换模块，远程监控模块。本实例中电源模块选择光伏发电设备，负荷模块包括可调负载和不可调负载。不可调负载是不能改变使用时间的负载，如夜晚的电灯；可调负载是可以改变使用时间的负载，如洗衣机。储能模块选择锂离子电池及与其相连的双向DC/DC变换器。并网控制器选择双向DC/AC控制器。本地监控模选取PC机；信息处理模块选择Visual Studio软件；策略优化模块选择选用基于用电成本最低的优化控制算法和基于直流微电网系统能量损耗最小的优化控制算法；数据存储模块选择SQL-Server数据库；信息交换模块使用Web-Service应用程序；远程监控模块选择WIFI和基于Android平台的手机APP。

此外，直流微电网系统1中的光伏发电设备、可调负载和不可调负载、双向DC/DC变换器、双向DC/AC控制器均集成有电压电流传感器、控制器、CAN总线通信模块，集成的电压电流传感器模块、微控制器模块、CAN总线通信模块用于采集电源模块、负荷模块、储能模块、并网控制器的运行状态，并通过直流微电网通信总线传送给PC机。

在PC机上设置直流微电网系统运行情况浏览页面，方便用户本地监控直流微电网系统1运行状态。浏览页面的设置按照监控界面、系统配置、系统优化、实时曲线和事件报警分类。其中系统配置按照光伏发电设备、可调负载和不可调负载、锂离子电池及与其相连的双向DC/DC变换器、双向DC/AC控制器分类。系统配置中要显示的数据包括光伏发电设备的光照量，光伏发电设备的额定电压，电流与发电功率以及实际运行功率；锂离子电池的额定运行参数以及运行时的输入/输出功率，以及剩余电量情况(SOC)；各负载的运行状态，不可调负载的运行时间和功率，以及可调负载的可调整时间和当前设备开关状态；DC/AC变换器的运行状态。

PC机利用Visual Studio软件对接收到的数据进行处理。将每个设备发送来的数据流数据拆分识别，识别的数据包括光伏发电设备、可调负载和不可调负载、锂离子电池及与其相连的双向DC/DC变换器、双向AC/DC控制器的地址信息，设备信息，电压电流信息；最后将识别后的信息分类显示在PC机的浏览页面上，并将信息存入SQL-Server数据库中。

SQL-Server数据库有较强的可拓展性，开发方便，良好的服务器结构，以及与Visual Studio匹配度高，是一款强大的数据库软件。

策略优化模块根据不同的目标计算出不同的直流微电网系统控制策略，为用户提供不同的推荐选择方案，帮助用户规划直流微电网系统的实施方案。在实例中选用两种优化方法，分别是以用电成本最小为目标和基于直流微电网系统能量损耗最小为目标的优化算法。

在Visual Studio中的Web-Service应用程序中建立访问数据库服务器连接和与WIFI模块的数据连接。在与WIFI模块的数据连接上，使用Gethttp函数查询数据库中需要调用的相关数据；将Web-Service发布到局域网上，再通过WIFI模块发送到Internet网络上，方便手机APP远程访问Web-Service。在数据打包过程中，选择JSON语言文本格式。JSON采用完全独立于语言的文本格式，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。可以很好地提升网络传输速率，方便手机APP更加快速的接收和发送数据。

WIFI模块采用SSV6060P，是WIFI模块加微处理器集成芯片，可以使PC机与数据库服务器轻松联网，全透明双向数据传输，保障最高限度的易用性和兼容性。

在本实例中手机APP是基于Android平台开发的。在本实例中我们选择使用HttpURLConnection方法进行通信连接。首先需要获取到HttpURLConnection的实例，一般只需创建出一个URL对象，并传入目标的网络地址，然后调用OpenConnection()方法即可，得到HttpURLConnection的实例以后，用户可以设置一下HTTP请求所使用的方法，设置请求有两种，GET和POST，POST是希望提交数据给服务器，GET表示希望从服务器哪里获取数据。在手机APP查询的操作中使用GET，在对于微电网系统的操作时我们采用POST方式。

对于连接超时，读取超时的毫秒数等方面的设置，以及服务器希望得到的一些消息等，可以根据自己的实际进行编写，在进行访问时要运用到HttpUtils的工具类，实现GetNewsJSON()方法，用来传入获取到JSON数据的URL并解析JSON数据。

在本实例中运行状态等级分为正常运行状态、警戒状态、紧急状态、崩溃状态。正常运行状态定义为母线运行电压在额定电压的95％-105％之间，且没有设备故障；警戒状态定义为母线运行电压在额定电压的105％—110％或者90％—95％，或出现设备故障；紧急状态定义为母线运行电压在额定电压的110％—115％或者85％—90％，或出现严重的设备故障；崩溃状态定义为母线运行电压大于额定电压的115％或者小于85％，或出现及其严重的设备故障。

正常运行状态下PC端对Android平台的手机APP反馈正常运行消息；警戒状态下PC端不对Android平台的手机APP反馈警戒消息提醒；紧急状态下PC端对Android平台的手机APP拨打预先设定的语音提醒电话；崩溃状态下系统会开启自动保护机制并且PC端对Android平台的手机APP拨打预先设定的语音提醒电话。

在正常状态下，用户可根据实际情况对微电网的设备进行操控，比如对可调负载的调节使用时间，以满足自身的需要；在警戒状态和紧急状态下用户可以根据报警的内容对直流微电网系统的设备进行相关保护操作。

此时如果系统可以安全运行则要得出整个系统的运行指令；将不同设备的控制指令通过CAN总线通讯模块发给各个设备。各设备再通过微型处理器将指令进行解析，进而实现控制状态的改变。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。