舜通云微電網技術方案

舜通智能 舜通智能 2023-04-17 17:07 發表于湖北

一、項目概述

微電網是包含分布式能源和負荷的中、低壓交/直流電力系統。根據微電網與大電網的連接關系，微電網可分為獨立型和并網型兩類。其中，獨立型微電網與大電網之間沒有電氣連接，且僅運行于孤島模式；并網型微電網作為一個可控單元與大電網連接并可工作于并網模式與孤島模式。

微電網EMS具備對光伏、儲能、配電系統、柴油發電進行綜合監測、分析、控制的系統模塊，主要功能包括：數據采集與處理、報警處理、控制和操作記錄(包括人工操作、控制器自動控制、電網能量管理系統自動控制、電網穩定控制、互動服務、優化調度、 安全校核、源網荷儲協同優化、負荷管理等)、管理功能、控制和操作（具備各種模式光儲、 光柴儲、柴儲、風光柴儲等多種模式無縫切換控制功能，切換時間不超過 20ms 等）、在線統計計算、畫面顯示功能、人機接口功能、通信接口、系統的自診斷和自恢復、維護功能、權限管理等。

高速公路服務區"光儲充+"微電網，是基于微電網的有的是，通過風光互補系統、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統。該系統可以工作在并網和離網兩種模式下，具有高度的可靠性和穩定性，能夠實現電力自發自用、余電上網，幫助各種新能源汽車在調整公路場景下實現多種形式的能源獲取，同時能夠減少高速公路服務區高昂的電費開支，并為高速公路服務器增加新的利潤增長點。

二、系統技術方案

  2.1 系統設計原則

系統的成熟性：在設計過程中，應充分考慮采用技術的成熟性，對不夠成熟的產品和技術將不予采用，這對于保證系統的可靠運行具有重要的意義。即采用的技術和產品是經過多次實際考核的，采用后，安裝調試完畢后，即能正常運行。

系統的經濟性：有效地控制智能化系統建設成本是系統設計應考慮的一個重要因素。不僅要達到系統設計的技術要求，同時也要在合理地范圍內控制系統成本，即追求最高的性能價格比，達到功能而其價格是合理的，或者說同類產品中，價格是較優惠的。

系統的開放性：系統設計應采用和遵循國際標準化組織的工業標準，使建成后的系統是一個開放的系統，不僅具有良好的可擴充性和靈活性，而且具有很強的兼容性和可移植性，使系統在運行過程中便于維護，具有更長的生命周期。

系統的可管理性：系統建成后，應具有良好的可管理性。尤其是計算機網絡系統，它是整個信息傳輸的基礎，也是各子系統得以正常運行的保障，必須要有切實可行的管理措施及網絡安全措施，來保證系統高效、可靠、安全地運行。

系統的可靠性：設計過程中將采取有效的措施來保證系統的可靠性，包括提高系統的冗余能力，增加關鍵設備的容錯性等。即出故障的概率很小，萬一出故障后，停機維修的時間很短。

系統的先進性：在設計的當時是先進的，以保證在相當一段時間內，系統不致被淘汰。在保證成熟性和經濟性的前提下，盡可能的先進。

  2.2 系統主要特點

1）系統采用四層架構，分別為：采集層、傳輸層、服務層和應用層。其中采集層負責采集所有設備的數據，傳輸層主要負責將設備采集的數據上傳到服務端，服務層主要為系統核心層，包括數據的存儲、計算；應用層主要負責系統的業務實現和展示。

2）系統采用具備邊緣計算能力的通訊管理機采集和傳輸數據。根據采集的設備種類較多和數據量較大，在采集層使用通訊管理機將數據進行集中采集，統一發送到服務端。通訊管理機帶邊緣計算能力，可以輔助計算相關數據后，再打包傳輸到服務器，減輕服務器的通信和計算壓力。

3）系統采用組態方式繪制系統圖。系統支持用戶根據實際監控需求繪制主系統圖、網絡拓撲圖等，并可將采集的數據直接關聯到系統圖上，大程度地支持用戶自由編輯和配置。

4）系統具備并網和孤島兩種模式控制算法，并且可以控制兩種運行模式之間的平滑切換。

5）系統可以對負荷用電進行長期和短期的預測，通過預測分析實現對微電網系統的高級能量管理，使之達到高效安全運行。

6）系統支持跨平臺運行，可部署在windows、linux等操作系統上運行，也支持全國產化的平臺。

  2.3 系統性能指標

• 系統年可靠率> 99.9%；
• 單元（模塊）器件平均沒故障時間 > 50000小時；
• 重要（關鍵）器件平均沒故障時間> 100000小時；

    2）運行壽命指標

• 所有設備的壽命在正常使用（具備一定備品）條件下不少于15年；
• 所有設備在給定的性能指標下運行，連接4000小時內不需要人工調整和維護；

    3）實時性指標

• 遙測量越死區傳送時間< 3秒；
• 遙信變位傳送時間<2秒；
• 遙控、遙調命令傳送時間<1秒；
• 系統實時數據掃描時間1~10秒（可調）；
• 計算機遠程網絡通信中實時數據傳送時間<3秒；
• 畫面響應時間<2秒；
• 畫面實時數據刷新周期1~10秒（可調）；
• 存儲最小時間時間為1min，數據持久保存；

    4）準確性指標

• 遙測正確率>99.5%；
• 遙信正確率=100%；
• 遙控準確率=100%；
• 遙調準確率=100%；
• 站內分辨率≤2ms；
• 系統事故追憶(PDR)時間；
• 系統事故前追憶時間 15 分鐘；
• 系統事故后追憶時間 15 分鐘；

    5） 系統負載率指標

• 在任意 5 分鐘內，服務器 CPU 的平均負荷率≤20%；
• 在任意 5 分鐘內，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤30%；
• 在任意 5 分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤10%；

• 在任意 1 分鐘內，服務器 CPU 的平均負荷率≤30%；
• 在任意 1 分鐘內，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤40%；
• 在任意 1 分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤20%；
• 三、數據采集與傳輸

•   3.1 采集方案

  3.2 數據傳輸

1）實時數據

事件數據主要是指產生的報警數據，如模擬量設定了上下限，如果實時數據超過上下限的界值，就會產生事件數據；如開關量發生了變位，也會產生事件信息。事件信息為主動觸發，主動上傳到平臺。事件數據上送的優先級為最高優先級。事件數據上傳工作示意圖如下：

斷點數據是指產生通訊故障或者服務異常，采集端網絡發生故障連接不到服務器，或者GPRS流量使用完，或者服務器停止工作，此時設備采集到的數據不能順利上傳到平臺，就會存儲到網關設備中，待網絡通信恢復正常后，設備會將此類數據繼續上傳到平臺中，以保證數據的完整性。斷點數據上傳工作示意圖如下：

  3.3 數據存儲

上圖中簡述了數據存儲系統中對數據進行裂變，按照時間、功能和項目進行拆分的示意圖。

  3.4 遠程控制

遠程控制是指由WEB客戶端操作人員下發控制指令，經由前置通訊服務器轉發給目標的設備執行的動作。遠程控制的內容，在本次系統中我們設計增加模擬量的輸入和開關量的輸入。為保證每個控制指令的正確操作，增加安全性和可視化效果，每個操作都會記錄到系統數據庫，下發指令的權限也會根據系統權限進行匹配。控制結果以實時畫面的形式顯示在當前系統中，供操作人員觀察。下圖為遠程控制指令由WEB前端觸發到設備執行過程的流程示意圖。

  3.5 特別說明

為滿足系統建設的要求，所有需要采集的設備需要具備通訊接口、通訊協議文本。所有采集點信息必須有明確的文檔記錄，并按系統要求進行布線和施工。對與既有設備無法提供通訊接口或者通訊協議的部分，根據現場條件適當加裝設備以達到采集目的。

  3.6 采集指標

（1）各風電、光伏逆變器信息（發電狀態、功率，交/直流斷路器狀態，直流側電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類報警信息等）；

（2）儲能變流器信息（充放電狀態、功率、交/直流斷路器狀態，直流側電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類報警信息等）；

（3）電池管理系統信息（充放電狀態、功率、接觸器狀態，SOC、SOH，直流側電壓、電流，單體電池電壓、溫度，各類報警/保護信息等）；

（4）并網配電柜各多功能電表信息（相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；

（5）用戶配電柜各多功能電表信息（相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；

（6）儲能戶外柜信息（空調信息、消防系統信息）；

（7）柴油機系統（運行模式、功率、交流斷路器狀態，交流相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；

（8）氫燃料電池系統（運行模式、功率、交流斷路器狀態，交流相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；

  3.7 設備清單

    微電網典型配置如下：

• 分布式光伏發電，容量：300kW；
• 儲能系統，200kW/500kWh；
• 快充：60kW（雙槍）* 6；
• 交流并網柜，并網/離網雙切；

    微電網典型結構圖如下：

    1） 光伏系統

    2） 儲能系統

四、功能清單

五、配電系統

  5.1 功能描述

支持與現有電力計量及監控系統進行數據交互。實現對配電房各類運行電氣信息、開關狀態信息、保護系統運行狀態等各類數據接入與集中監測，主要監測信息包括運行電氣量數據，如設備電壓、電流、有功、無功等狀態等信息，如刀閘/開關狀態數據開、合、接地等；保護裝置動作信息，如短路保護、過負荷保護、在線測溫保護等。

  5.2 功能設計

•     1）配電監控大屏

•     2）配電首頁

•     3）主系統圖

顯示用戶上傳的配電一次接線圖，并可對圖上顯示設備進行遠程開關、合閘等控制。

•     4）實時監控

以曲線的形式顯示各回路說采集到的電流、線電壓、相電壓等數據的采集值，并將對應最大值、最小值、平均值以表格在圖表下方進行分析展示。

•     5）重點設備

•     6）報告管理

配置自動生成月度報告的內容組成部分以及數據源，配置好后即可生成報告以供在線瀏覽或是下載至本地瀏覽。

•     7）報表管理

可配置并顯示站點的負荷或電參原始值報表。

負荷報表

五、光伏系統

  5.1 功能描述

  5.2 功能設計

•     1）光伏首頁

在“光伏概覽"中，可查看單個站點的當前輻射量、環境溫濕度、當前風速；日、月、年的發電量、節煤量、CO2減排量、輻照量；每日每時段發電量與輻照量的對比曲線圖。

•     2）主系統圖

顯示用戶上傳的光伏一次接線圖，并可對圖上顯示設備進行遠程開關、合閘等控制。

•     3）設備概況

在“設備總覽"中，可查看單個站點中所有的逆變器的信息，以及采集的日發電、瞬時功率數據，并可通過點擊單個逆變器的名稱，跳轉顯示該逆變器的詳細數據信息。

在“設備監測"中，上部分可查看單個站點下，單個逆變器的電參曲線圖。

•     4）運行分析

在“發電分析"中，用戶可查看單個設備的日、月、年的發電量數據。

在“發電效率"中，用戶可勾選單個站點下的多個設備（最多4個），查詢生成曲線圖，以供對比分析。

在“IV診斷"中，用戶可查看單個組串發電情況，并查看每個組串中的逆變器的IV曲線以及逆變器信息。

•     5）統計報表

發電月報

六、儲能系統

  6.1 功能描述

  6.2 功能設計

• 1）儲能主頁

可查看站點的儲能信息概覽。

• 2）主系統圖

顯示用戶上傳的光伏一次接線圖，并可對圖上顯示設備進行遠程開關、合閘等控制。

3）pcs狀態

顯示每個站點的PCS設備信息，如當前狀態、功率曲線以及各項遙測數據等等。

4）BMS監控

顯示每個站點的BMS設備的SOC信息、告警狀態等。

5）單體電池

顯示各站點的電池簇中的單節電池實時信息，包括電池狀態，電壓，溫度。

七、充電樁系統

  7.1 功能描述

對充電樁的充電設備的運行狀態數據進行實時監測，包括充電設備的在離線情況、運行狀態、電壓、電流、充電時長、充電量等數據。以圖表、曲線、一次圖等方式，監測充電樁的運行情況和統計信息，包括：累計充電狀態、充電功率、電壓、電壓等信息。根據有序充電策略，對充電樁的充電狀態和充電功率進行控制。通過設置預警閥值，對充電設備和電池的過壓、過流、過溫及其它異常狀態進行預警提示。并支持自動檢測充電設備故障情況，進行自動遠程啟停充電設備，最快時間應對，保障用戶和充電設備的安全。

  7.2 功能設計

•     1）充電統計

•     2）電樁總覽

八、能量管理

  8.1 功能描述

  8.2 功能設計

    1）開關控制

    2）逆變器控制

    3）儲能控制

    4）離網控制

    5）并網控制

九、智能告警

智能告警實現告警信息在線綜合處理、顯示與查詢，支持匯集和處理各類告警信息，對大量告警信息進行分類管理和綜合/壓縮，利用形象直觀的方式提供全面綜合的告警提示。

  9.1 在線告警推送

能夠通過事件告警監視系統運行，及時發現異常狀態。針對系統運行過程中產生的運行參數越限（流量、溫度、電流、功率、壓力等）、能耗超標越限、系統故障（表計通信鏈路異常、表計/設備自檢故障等） 等異常告警類型情況進行實時告警。系統檢測到告警信號后進行告警，告警按嚴重等級采用不同的語音等方式警示嚴重程度，主動推送相應報警界面，提醒管理人員實時干預和處理，保證能源供應系統的安全穩定運行。

  9.2 歷史告警查詢

  9.3 功能設計

用戶可在“預警預測"中，將監測站點的各個回路的檢測數據與參考標準數據進行檢測周期內比對生成偏離模型，將監測站點的各個回路的檢測數據通過人工智能判斷數據波動幅度生成狼牙模型，從而對回路進行風險評估；在“實時報警"與“歷史報警"中分別查看報警信息；在“報警統計"中，通過對遙信、遙測、錄波以及視頻的告警數據的回放，還原事故的發生，分析事故產生的原因。

預警預測

歷史報警

十、視頻監控

  10.1 功能描述

視頻監控模塊主要是將園區內安裝在各位監控點的攝像頭數據接入到系統中，進行統一的管理。通過該模塊，用戶可以全局掌握監測點的安全，也可以通過歷史視頻還原歷史現狀，為更好的做到安全管理提供技術支撐。

視頻監控的接入有兩種方式：1）利用攝像頭自帶的云功能，系統與視頻云廠家進行對接，從云端獲取視頻的數據；2）園區內自建視頻服務器，系統與視頻服務器進行對接，獲取視頻流。

  10.2 功能設計

視頻檔案主要用來管理視頻的配置信息，包括：設備號、設備名稱、播放地址、連接信息等。用戶配置完視頻檔案后，系統即可根據配置檔案中的連接信息，獲取到相應的視頻數據。

實時視頻根據選擇的攝像頭及時從云端或者視頻服務器將視頻流拉出，供用戶查閱。

歷史視頻是指存儲在云端或者視頻服務器上面的歷史記錄，用戶可以通過設定查詢時間和設備將歷史存儲的視頻拉出，并在系統上查閱。

十一、服務器配置

11.1系統網絡拓撲結構

•     1）通訊服務器（必選）

主要用于安裝前置通訊服務、消息中間件、WEB服務，是整體系統的核心組成部分。

•     2）數據庫主服務器（必選）

用戶安裝部署數據庫服務，主要是存儲系統的各種數據。

•     3）數據庫從服務器（備份）（可選）

與數據庫服務器配置一致，作為備份服務器，通過熱備的方式實時的將數據庫的數據同步到備份服務器，保證數據存儲兩份，解決系統的容災。

•     4）磁盤陣列（可選）

有條件的情況下，可以使用共享存儲做雙機熱備。也可以增加服務器，以集群的方式提供高可靠服務。雙機熱備是指當一臺服務器出現故障時，可以自動切換到另一臺服務器，保證服務可以不間斷。集群是指將同一功能的服務，部署在多臺服務器，以分擔服務壓力過大的問題。另外，也可以在某一臺服務器故障時，不會影響到其它服務器的正常運行，保持服務的可持續。

11.2 硬件配置

11.3 軟件配置

11.4 網絡需求