專利名稱：一種分布式能源的監控系統及方法
技術領域：
本發明涉及分布式能源監控系統。
背景技術：
在電力系統中，分布式能源是指利用分布在客戶端的各種基礎能源，利用小型發電設備轉換成電能，并通過智能管理系統進入電網。分布式能源的概念是隨著分散的小型發電設備的發展而提出的。隨著新能源產業的發展和用戶自備電源的增加，包括光伏發電、燃料電池發電和風力發電等分布式能源有了較大的增長。如果大量分布式能源直接并入配電網，將給電網調度運行帶來一系列新的問題分布式能源在電網發生故障時將立即退出運行；分布式能源將間歇性地影響周邊用戶；使得配電網電壓調整復雜化；容易產生大量諧波，影響該區域的電能質量；給繼電保護整定帶來困難。

發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是提供一種分布式能源的監控系統，解決現有需要將各類分布式新能源接入電網，但同時分布式能源穩定性較差、電力用戶對供電質量要求較高等問題。本發明所要解決的技術問題之二是提供一種分布式能源的監控方法，解決現有需要將各類分布式新能源接入電網，但同時分布式能源穩定性較差、電力用戶對供電質量要求較高等問題。為解決上述技術問題之一，本發明的技術方案是一種分布式能源的監控系統，包括用于監控整個分布式發電系統運行狀況的能源監控模塊；用于監控分布式能源設備的運行狀態的異常監視模塊；用于分析處理客戶側分布式電源智能調配的布式電源接入模塊；在各電源點現場控制管理電源設備和儲能設備的就地控制管理模塊；用于在控制中心集中管理整個系統運行的集中控制管理模塊；所述分布式電源接入模塊連接各個就地控制模塊，將分布式能源形成一個整體系統；所述能源監控模塊將監測到的整個分布式發電系統的運行數據上報至所述集中控制管理模塊進行存儲、分析及顯示；所述異常監視模塊實時監控各個分布式能源接入點，并將異常事件上報至所述集中控制管理模塊。作為改進，所述分布式能源的監控系統還包括與集中控制管理模塊連接通信的斷路器/無功功率監視模塊，所述集中控制管理模塊通過斷路器/無功功率監視模塊對斷路器狀態進行遠程監控，對電力線路無功功率進行實時監測。
作為改進，所述就地控制模塊包含對電源點現場的電源設備和儲能設備的并離網進行開電/斷電的操作的并離網控制器；接收集中控制管理模塊的指令對發電設備進行開關控制，以滿足微電網運行的就地平衡和整體平衡，保證電能質量的穩定的微電網控制器；根據預先設置的規則和集中控制管理模塊的指令，并根據當地電力公司的分時電價政策，控制儲能設備進行錯峰平谷的電源控制器模塊。作為改進，所述源監控模塊適應各種不同的物理通道，包括有線局域網、無線網絡、手機3G網絡、互聯網；所述異常監視模塊適應多種物理通道，包括載波通訊、室內小無線、WIFI。作為改進，所述能源監控模塊監測的數據包括發電有功功率、無功功率、功率因數、電壓、電流。為解決上述技術問題之二，本發明的技術方案是一種分布式能源的監控方法，其特征在于包括集中控制管理模塊、能源監控模塊、異常監視模塊、布式電源接入模塊和就地控制管理模塊；利用分布式電源接入模塊連接各個就地控制模塊，將分布式能源形成一個整體系統；利用能源監控模塊監控整個分布式發電系統運行狀況；利用異常監視模塊實時監控各個分布式能源接入點以監控分布式能源設備的運行狀態；利用分布式電源接入模塊分析處理客戶側分布式電源智能調配；集中控制管理模塊獲取能源監控模塊將監測到的整個分布式發電系統的運行數據并進行存儲、分析及顯示；集中控制管理模塊通過異常監視模塊獲取分布式能源設備的異常事件。作為改進，還設有與集中控制管理模塊連接通信的斷路器/無功功率監視模塊， 所述集中控制管理模塊通過斷路器/無功功率監視模塊對斷路器狀態進行遠程監控，對電力線路無功功率進行實時監測。作為改進，所述就地控制模塊包含并離網控制器、微電網控制器和電源控制器模塊；并離網控制器對電源點現場的電源設備和儲能設備的并離網進行開電/斷電的操作； 微電網控制器接收集中控制管理模塊的指令對發電設備進行開關控制，以滿足微電網運行的就地平衡和整體平衡，保證電能質量的穩定；電源控制器模塊根據預先設置的規則和集中控制管理模塊的指令，并根據當地電力公司的分時電價政策，控制儲能設備進行錯峰平作為改進，所述源監控模塊適應各種不同的物理通道，包括有線局域網、無線網絡、手機3G網絡、互聯網；所述異常監視模塊適應多種物理通道，包括載波通訊、室內小無線、WIFI。作為改進，所述能源監控模塊監測的數據包括發電有功功率、無功功率、功率因數、電壓、電流。本發明與現有技術相比所帶來的有益效果是
本發明分布式能源監控系統及遠程控制的方法提供了一種高效、易用、可靠的分布式能源監控的手段，提高分布式能源的可靠性，精確掌握每個能源接入點的運行情況，對分布式能源進行精細化管理；本系統和方法可使分布式能源系統更加可靠，同時又可提高分布式能源接入的經濟效益，減少線路損耗；本系統和方法又有利于社會的科學用電，節能減排。


圖1為本發明系統框架圖。圖2為本發明工作流程圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明做進一步說明。一種分布式能源的監控系統，本發明通過把分布式能源和負荷一起組合為配電子系統，對分布式能源進行系統的監控，可以有效降低分布式發電帶來的不利影響，同時發揮其積極作用。在本發明實施例中，通過對分布式能源系統中的各類設備進行統一管理，通過將光伏發電設備、燃料電池發電設備、風力能發電設備、用戶儲能設備、并離網控制器、微電網負荷控制器、分布式電源控制器、有線網絡、無線網絡、主站軟件系統等進行有序管理，互相協作，實現完整的分布式能源控制的系統。如圖1所示，該分布式能源監控系統包括一集中控制管理模塊10、一能源監控模塊11、一異常監視模塊12、一分布式電源接入模塊13和一就地控制模塊14、斷路器和無功功率監視模塊(未標識)。利用分布式電源接入模塊13連接各個就地控制模塊14，將分布式能源形成一個整體系統；利用能源監控模塊11監控整個分布式發電系統運行狀況，包括發電有功功率、無功功率、功率因數、電壓、電流；利用異常監視模塊12實時監控各個分布式能源接入點以監控分布式能源設備的運行狀態；利用分布式電源接入模塊13分析處理客戶側分布式電源智能調配；集中控制管理模塊10獲取能源監控模塊11將監測到的整個分布式發電系統的運行數據并進行存儲、分析及顯示。該集中控制管理模塊10包括數據庫系統和應用軟件，利用智能分析軟件，分析整個分布式能源系統的分布圖、拓撲圖和各配電子系統的接線圖、設備狀態等；并根據收集到的實時數據和歷史數據，分析出各能源點的發電和用電趨勢；根據其他相關系統提供的資料，分析本地區的用電趨勢和用電預測，為分布式能源系統的調度提供參考方案。調度方案經過調整和確認，經過加密后傳送給該能源監控模塊11。該能源監控模塊11采用獲取到得到的控制指令，以密文的方式，安全可靠的傳輸給異常監視模塊12，并通過異常監視模塊12獲得整個系統的異常事件，通過專用通道上報給集中控制管理模塊10，并以聲光等方式通知維護人員。異常監視模塊12根據預先設定的規則，對分布式能源系統范圍內的各類設備進行異常監視，對各發電設備、儲能設備的逆向運行、超負荷運行、功率因數異常、電壓異常等情況進行實時監視；并根據移動通訊領域通行的MD5/SHA1加解密算法，對監視指令進行加密和解密。該就地控制模塊14包括至少一并離網控制器模塊141、一微電網控制器模塊142及一電源控制器模塊143。該并離網控制器模塊141接收到正確的控制指令后，對并離網進行開電/斷電的操作，以啟動其運行或停止其運行。該微電網控制器模塊142采用標準的電力調度指令，對光伏發電、燃料電池發電和風力發電設備進行開關控制，以滿足微電網運行的就地平衡和整體平衡，保證電能質量的穩定。該電源控制器模塊143根據預先設置的規則和集中控制管理模塊的指令，根據當地電力公司的分時電價政策，控制儲能設備進行錯峰平谷，以充分利用分時電價的優惠政策，均衡社會用電負載，減少電能損耗，使電能供應在時間上保持平衡。斷路器和無功功率監視模塊利用有線或無線傳輸方式，利用網絡和短信通道，進行斷路器狀態的遠程監控，電力線路無功功率的實時監測，從而使分布式能源的監控更加安全和可靠。如圖2所示，分布式能源監控系統的遠程控制方法的流程圖，該方法包括如下步驟步驟SlOl，主站分析用電需求；在此步驟中，集中控制管理模塊10根據預先設置的規則，從電力系統的負荷管理系統、需求側管理系統、營銷自動化系統等獲得用電數據，并收集天氣預報、重大活動、節假日等各類信息，對地區范圍內的用電趨勢進行分析和預測，為分布式能源的調度提供參考依據。步驟S102，主站生成調度方案；在此步驟中，集中控制管理模塊10根據歷史用電曲線、近期負荷預測、以及分布式能源的接入點位置、發電設備功率、一次能源類型等，自動生成調度方案，并可由管理人員對調度方案進行修正。步驟S103，網絡模塊傳輸調度指令；該集中控制管理模塊10將生成的調度方案通過有線或無線網絡傳輸給能源監控模塊模塊11，信號的傳輸進入分布式能源專用通信網絡。該模塊利用了先進的軟件技術和數據庫技術，以高效、并發的處理大批量用戶的并發使用。該網絡控制模塊為多用戶共享， 可充分利用網絡的傳輸帶寬，最大限度的減少系統建設的投資。集中控制管理模塊10利用有線或無線網絡，連接到能源監控模塊，將控制指令以密文的方式進行發送。發送指令時，可以采用各類通道，包括光纖、撥號、載波、2G無線網絡、 3G無線網絡等。在這些網絡的上層，集中控制管理模塊建立socket連接，采用http協議進行傳輸，保證傳輸方式的可靠性和易維護性。分布式能源監控系統在通訊通道上，跨越三大網絡，即無線網絡、有線網和電力網，將三者緊密聯系，同時又各有分工。在控制指令從主站系統傳出時，信號為局域網的方式；在進入能源監控模塊后，信號在光纖、撥號、載波、無線網等介質上傳輸；在進入分布式電源接入模塊后，信號在電力網絡上傳輸。正因為如此，系統在信號傳輸的可靠性、安全性上做了特別的處理，包括自動選擇最優的通道、對信號報文進行加密、對使用者身份進行嚴格認證、對電力載波信號進行CRC校驗等，從而保證控制信號能準確、安全的傳輸，避免信號丟失、誤傳，避免非法用戶的使用。本發明在系統構架(采用J2EE數據服務技術)與網絡組織方式上具有一定的前瞻性，通信手段上無線通信網絡和有線通信網絡的結合，以保證系統的先進性和投資的有效性。本發明的系統設計體系不僅可以采用目前廣泛使用的GPRS和CDMA，而且可以使用 3G 通信，包括 TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA 等。在整個數據通信過程中采用TCP/IP通信協議，可屏蔽各種中間層協議，從該集中控制管理模塊10到該就地控制模塊14的通信可以在廣域網中數據的傳輸。由于采用基于 J2EE構架的數據TOB服務方式，可避免直接利用底層的Socket通信，符合HTTP1. 1和DATA Service的相關國際標準，傳輸的數據能有效通過廣域網中的各種安全設備，同時數據經過數字簽名，本身的安全性和完整性也得到了保證。數據并發傳輸解決方案數據的并發傳輸是一般的網絡應用系統的一大瓶頸，由于在實際應用中一個大的系統有數目巨大的基層應用(幾萬)，保證高傳輸成功率的前提是解決并發傳輸的通信阻塞。本發明采用J2EE+Web服務構成，即企業級的基于J2EE構架基礎的數據采集和數據服務發布軟件構架，該系統能支持高強度的數據并發傳輸和數據服務，支持海量數據查詢，具有極高的實用性。其中包含有四大核心技術1、J2EE連接體系J2EE連接體系提供了 J2EE應用和企業內存在的EIS系統集成的標準框架。2、JMS (Java信息服務)Java信息服務是一個支持企業通信系統的標準編程接口，目的在于提供一個跨越不同類型通信系統的公共接口。Java應用程序利用JMS API和企業的通信系統連接后，應用程序就能利用通信系統提供的功能創建和發送消息，達到和其它應用系統異步通信的目的。3、JDBC API 它是和關系型數據庫系統集成的標準接口。應用程序用這個接口獲得數據庫連接、查詢數據和執行其它的數據庫功能。4、Web Services 允許EIS提供一些服務訪問點，新的應用通過這些點可以獲取數據，也可以提交數據。步驟S104，就地控制安全性驗證；該就地控制模塊根據預先設定的規則，對控制指令進行解析；并根據通訊領域通行的MD5/SHA1加解密算法，對指令進行解密；根據操作者輸入的信息，驗證其合法性，檢查是否具有控制能源設備的權限，如果不具備權限，則通過網絡向操作者返回拒絕控制的信號，如果驗證通過，則生成實際控制指令，發送給各類控制器。步驟S105，驅動分布式能源接入點；該分布式電源接入模塊13可采用多種方式進行通訊，包括光纖、撥號、低壓電力載波、小無線網絡、WIFI網絡等，可充分適應各種環境，利用已有網絡通道。就地控制模塊 14在獲得室內控制模塊發出的指令后，即進行解碼運算，將數字信號轉換成控制開關所需的模擬信號。其中模擬信號為自動選擇的頻段，以防止多個模塊之間互相干擾。步驟S106，控制發電設備開關。在此步驟中，該并離網控制器141、微電網控制器根據控制信號，對發電設備進行開電/斷電操作，最終實現發電設備的控制。對于控制的結果，分為成功和失敗兩種情況， 模塊在做標記后產生信號，返回給分布式電源接入模塊。電源接入模塊根據返回結果，通過原先的網絡途徑，返回給集中控制管理模塊，通知操作者。本發明分布式能源監控系統利用先進的通信技術、計算機及網絡技術，為分布式能源接入、各類新能源發電提供了一個切實可行的解決方案。它可以充分利用各類通訊介質，使管理者可以隨時隨地的掌握每個發電設備的發電量和每個儲能設備的儲存電量等信息，可以對分布式電源進行系統、全局控制，也可以設定調度方案，對各電源點進行錯峰平谷，降低能源消耗，提高供電質量。本發明的應用對象主要為太陽能、風能、燃料分散性能源等較豐富，并且對電能質量要求較高的地區。由上述可知，本發明基于光纖、電力載波、小無線、WIFI、3G等通信方式來傳遞數據；并基于J2EE構架的數據服務，解決并發傳輸瓶頸問題，提供強大的基于J2EE的Web Data Service的數據服務和數據驗證。采用本發明，可使分布式能源監控系統的運營成本極大的降低，可靠性和安全性得到極大的提高，使系統真正具有實用性，提高最終分布式能源的發電管理自動化水平，促進供電、配電、用電各方的有序發展。綜上所述，本發明解決了現有技術中所存在的既要將各類能源設備接入電網，又要解決通訊方式復雜，能源穩定性較差、對供電質量要求較高等矛盾問題，同時解決當設備數量龐大時易引起網絡阻塞的問題。對現場設備，在通過網絡發送控制指令前，先對控制指令進行密碼驗證和MD5/SHA1加密處理，在整個傳輸過程中均用密文方式，并充分利用光纖、3G網絡、WiFi、局域網等通道，從而充分利用網絡資源，避免網絡阻塞，同時充分保證控制指令的完整性和安全性。其中，主站系統采用J2EE+WebkrViCe的方法，用Weblogic中間件系統，可同時支持1000 3000個能源設備的接入，適應國內所有地區的分布式能源管理。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種分布式能源的監控系統，其特征在于包括 用于監控整個分布式發電系統運行狀況的能源監控模塊； 用于監控分布式能源設備的運行狀態的異常監視模塊；用于分析處理客戶側分布式電源智能調配的布式電源接入模塊；在各電源點現場控制管理電源設備和儲能設備的就地控制管理模塊；用于在控制中心集中管理整個系統運行的集中控制管理模塊；所述分布式電源接入模塊連接各個就地控制模塊，將分布式能源形成一個整體系統；所述能源監控模塊將監測到的整個分布式發電系統的運行數據上報至所述集中控制管理模塊進行存儲、分析及顯示；所述異常監視模塊實時監控各個分布式能源接入點，并將異常事件上報至所述集中控制管理模塊。
2.根據權利要求1所述的一種分布式能源的監控系統，其特征在于所述分布式能源的監控系統還包括與集中控制管理模塊連接通信的斷路器/無功功率監視模塊，所述集中控制管理模塊通過斷路器/無功功率監視模塊對斷路器狀態進行遠程監控，對電力線路無功功率進行實時監測。
3.根據權利要求1所述的一種分布式能源的監控系統，其特征在于所述就地控制模塊包含對電源點現場的電源設備和儲能設備的并離網進行開電/斷電的操作的并離網控制器；接收集中控制管理模塊的指令對發電設備進行開關控制，以滿足微電網運行的就地平衡和整體平衡，保證電能質量的穩定的微電網控制器；根據預先設置的規則和集中控制管理模塊的指令，并根據當地電力公司的分時電價政策，控制儲能設備進行錯峰平谷的電源控制器模塊。
4.根據權利要求1所述的一種分布式能源的監控系統，其特征在于所述源監控模塊適應各種不同的物理通道，包括有線局域網、無線網絡、手機3G網絡、互聯網；所述異常監視模塊適應多種物理通道，包括載波通訊、室內小無線、WIFI。
5.根據權利要求1所述的一種分布式能源的監控系統，其特征在于所述能源監控模塊監測的數據包括發電有功功率、無功功率、功率因數、電壓、電流。
6.一種分布式能源的監控方法，其特征在于包括集中控制管理模塊、能源監控模塊、 異常監視模塊、布式電源接入模塊和就地控制管理模塊；利用分布式電源接入模塊連接各個就地控制模塊，將分布式能源形成一個整體系統；利用能源監控模塊監控整個分布式發電系統運行狀況；利用異常監視模塊實時監控各個分布式能源接入點以監控分布式能源設備的運行狀態；利用分布式電源接入模塊分析處理客戶側分布式電源智能調配； 集中控制管理模塊獲取能源監控模塊將監測到的整個分布式發電系統的運行數據并進行存儲、分析及顯示；集中控制管理模塊通過異常監視模塊獲取分布式能源設備的異常事件。
7.根據權利要求6所述的一種分布式能源的監控方法，其特征在于還設有與集中控制管理模塊連接通信的斷路器/無功功率監視模塊，所述集中控制管理模塊通過斷路器/ 無功功率監視模塊對斷路器狀態進行遠程監控，對電力線路無功功率進行實時監測。
8.根據權利要求6所述的一種分布式能源的監控方法，其特征在于所述就地控制模塊包含并離網控制器、微電網控制器和電源控制器模塊；并離網控制器對電源點現場的電源設備和儲能設備的并離網進行開電/斷電的操作；微電網控制器接收集中控制管理模塊的指令對發電設備進行開關控制，以滿足微電網運行的就地平衡和整體平衡，保證電能質量的穩定；電源控制器模塊根據預先設置的規則和集中控制管理模塊的指令，并根據當地電力公司的分時電價政策，控制儲能設備進行錯峰平谷。
9.根據權利要求6所述的一種分布式能源的監控方法，其特征在于所述源監控模塊適應各種不同的物理通道，包括有線局域網、無線網絡、手機3G網絡、互聯網；所述異常監視模塊適應多種物理通道，包括載波通訊、室內小無線、WIFI。
10.根據權利要求6所述的一種分布式能源的監控方法，其特征在于所述能源監控模塊監測的數據包括發電有功功率、無功功率、功率因數、電壓、電流。
全文摘要
一種分布式能源的監控系統及方法，其包括一能源監控模塊、一異常監視模塊、一分布式電源接入模塊、一就地控制管理模塊、一集中控制管理模塊。該能源監控模塊用于監控整個分布式發電系統；該異常監視模塊用于監控分布式能源設備的運行狀態；該分布式電源接入模塊用于分析處理客戶側分布式電源智能調配；該就地控制管理模塊用于在各電源點現場控制管理電源設備和儲能設備；該集中控制管理模塊用于在控制中心集中管理整個系統的運行。本發明可使分布式能源系統更加可靠，同時又可提高分布式能源接入的經濟效益，減少線路損耗；同時又有利于社會的科學用電，節能減排。
文檔編號H02J13/00GK102280937SQ20111021667
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者相銀初 申請人:深圳市科陸電子科技股份有限公司