基于ip和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)，屬微電網(wǎng)系統(tǒng)控制與通信【技術領域】。微電網(wǎng)測控系統(tǒng)包括配網(wǎng)代理DMA、微網(wǎng)代理MGA、設備代理DA組成的分層多代理微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，它們通過工業(yè)以太網(wǎng)組成IP通信網(wǎng)絡，采用Modbus/UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。配網(wǎng)代理主要管理微網(wǎng)代理，為主電網(wǎng)提供微電網(wǎng)實時運行參數(shù)及多個微電網(wǎng)的能量協(xié)調(diào)；微網(wǎng)代理負責監(jiān)控微電網(wǎng)中各個設備的運行狀態(tài)、根據(jù)控制策略在微電網(wǎng)內(nèi)部進行能量調(diào)度；各設備代理根據(jù)微網(wǎng)代理命令和自身情況進行判斷和決策。本發(fā)明通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)微電網(wǎng)中各設備互連互通，具有實時性好、通信效率高和可靠性強的優(yōu)點，滿足微網(wǎng)系統(tǒng)快速反應、安全穩(wěn)定的要求。
【專利說明】基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)

【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)，屬微電網(wǎng)系統(tǒng)控制與通信【技術領域】。

【背景技術】
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[0002]隨著分布式能源的興起，太陽能、風能等可再生能源將大量接入低壓配電網(wǎng)。由于這些新能源具有不穩(wěn)定性、控制困難等特點，簡單的接入大電網(wǎng)勢必會對現(xiàn)有的電網(wǎng)造成較大影響，為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的矛盾，需要建立微電網(wǎng)將分布式發(fā)電源、儲能裝置、控制裝置結合在一起，采取相應的控制策略為負載供電。
[0003]傳統(tǒng)的集中式控制難以滿足微網(wǎng)分布式特性、大量的控制數(shù)據(jù)以及靈活多變的控制方式，在此趨勢下，提出了基于多代理技術的控制系統(tǒng)。通過將控制權分散到各微電網(wǎng)元件，由各元件根據(jù)微電網(wǎng)的調(diào)度自行改變運行狀態(tài)的分布式協(xié)調(diào)控制方式將有效解決這些問題。
[0004]目前，微網(wǎng)控制系統(tǒng)中大部分采用Modbus/TCP協(xié)議作為以太網(wǎng)口的通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。由于Modbus/TCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸時需要連接進行三次握手，數(shù)據(jù)傳輸實時性不強。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明針對微網(wǎng)系統(tǒng)中對分布式發(fā)電設備控制的不足、數(shù)據(jù)傳輸實時性不強的問題，提出一種基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]一種基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)，包括配網(wǎng)代理DMA (Distribut1nStat1n Agent)、微網(wǎng)代理 MGA (Microgrid Agent)、設備代理 DA (Device Agent)組成的分層多代理微電網(wǎng)控制結構，它們通過工業(yè)以太網(wǎng)組成IP通信網(wǎng)絡。
[0008]配網(wǎng)代理和微網(wǎng)代理、微網(wǎng)代理和設備代理之間采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。Modbus/UDP協(xié)議指的是在UDP/IP協(xié)議的基礎上應用層使用Modbus數(shù)據(jù)，傳輸層采用UDP協(xié)議。采用Modbus/UDP作為以太網(wǎng)口的通信協(xié)議。
[0009]配網(wǎng)代理采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析后做出決策。若需進行多個微電網(wǎng)的能量協(xié)調(diào)，則發(fā)送控制命令給配網(wǎng)斷路器agent (DCBA, Distribut1n circuit breaker agent),控制相應的配網(wǎng)斷路器閉合或斷開以及給微網(wǎng)代理發(fā)送命令；若只需采集和控制單個微網(wǎng)的運行參數(shù)和狀態(tài)，則向對應微網(wǎng)代理發(fā)送命令。
[0010]微網(wǎng)代理作為微電網(wǎng)的控制中心包括數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、以太網(wǎng)模塊。數(shù)據(jù)處理模塊分別與數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、以太網(wǎng)模塊連接通信。數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為S3C2440的ARM9芯片，存儲模塊為兩片128M的NANDFLASH芯片，顯示模塊為14寸的液晶觸摸屏，以太網(wǎng)模塊采用型號為DM9000的以太網(wǎng)芯片。
[0011]微網(wǎng)代理采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)采集設備代理的運行情況和狀態(tài)信息，對這些數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否修改分布式電源的運行狀態(tài)或斷開/閉合光伏逆變器agent、風機逆變器agent、儲能agent、負荷agent之間的斷路器。如果需要修改分布式電源的運行狀態(tài)，則向分布式電源發(fā)送修改命令。如果需要閉合/斷開斷路器，則向微網(wǎng)斷路器agent發(fā)送控制命令。
[0012]光伏逆變器agent和風機逆變器agent包括:數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、斷路器。數(shù)據(jù)處理模塊分別與以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、斷路器連接通信。數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為TMS28335的DSP芯片，以太網(wǎng)模塊采用型號為DM9000的以太網(wǎng)芯片，數(shù)據(jù)采集模塊采用型號為QBC和QBV系列的電流和電壓霍爾傳感器和AD7656模數(shù)轉換芯片、TMP37溫度傳感器。光伏逆變器agent和風機逆變器agent通過采集電流、電壓、溫度傳感器上的數(shù)據(jù)判斷自身運行狀態(tài)和電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障。
[0013]配網(wǎng)斷路器agent和微網(wǎng)斷路器agent包括:數(shù)據(jù)處理模塊、斷路器；數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為PIC18f66j60的具有以太網(wǎng)功能的PIC芯片；配網(wǎng)斷路器agent通過工業(yè)以太網(wǎng)接收配網(wǎng)代理命令，控制配網(wǎng)與微電網(wǎng)連接的斷路器閉合或斷開；微網(wǎng)斷路器agent通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理的控制命令，控制分布式電源、蓄電池和負荷之間斷路器的閉合或斷開；儲能agent通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理命令控制蓄電池充放電；負荷agent包括智能電表、可斷電負載和不可斷電負載，智能電表通過工業(yè)以太網(wǎng)向微網(wǎng)代理提供負荷的實時用電量。
[0014]本發(fā)明基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)的特點在于:
[0015]1、本發(fā)明基于IP和多代理理論，通過工業(yè)以太網(wǎng)建立基于IP的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)分層控制結構。將微電網(wǎng)系統(tǒng)控制權限下放給各級代理，由于各級代理職能不同，能夠很好的適應微電網(wǎng)分布式、控制方式靈活多變的特點。
[0016]2、本發(fā)明采用Modbus/UDP協(xié)議作為微電網(wǎng)設備間的通信協(xié)議，UDP協(xié)議相比于TCP協(xié)議少了三次握手，傳輸效率高、實時性強；與Modbus/TCP相比，Modbus/UDP通信協(xié)議應用在微網(wǎng)控制系統(tǒng)中能更好地滿足微電網(wǎng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率、實時性、可靠性的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0017]圖1為基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)的結構框圖。圖中:DMA配網(wǎng)代理，MGA微網(wǎng)代理，DA設備代理，DCBA配網(wǎng)斷路器agent，MCBA微網(wǎng)斷路器agent，SGA智能電表agent，DCB配網(wǎng)斷路器，MCB微網(wǎng)斷路器。
[0018]圖2為基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)的通信示意圖。圖中:DMSA配網(wǎng)代理，MGA微網(wǎng)代理，DA設備代理，DCBA配網(wǎng)斷路器agent，DERA分布式發(fā)電源agent，MCBA微網(wǎng)斷路器agent, SEA儲能agent, LA負荷agent。
[0019]圖3為微網(wǎng)代理硬件架構實施例示意圖。
[0020]圖4為光伏逆變器、風機逆變器硬件架構實施例示意圖。
[0021]圖5為服務器端和客戶端數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖。

【具體實施方式】
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[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳述。
[0023]基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)由配網(wǎng)代理、微網(wǎng)代理、設備代理組成，它們通過工業(yè)以太網(wǎng)組成IP通信網(wǎng)絡，在工業(yè)以太網(wǎng)上采用Modbus/UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。由于UDP/IP協(xié)議提供的數(shù)據(jù)傳輸是不可靠的，故在以下的軟件設計中均通過引入超時重傳機制來保證通信的可靠性。圖1和圖2分別給出了本發(fā)明的系統(tǒng)結構框圖和通信示意圖。
[0024]針對圖1的系統(tǒng)結構框圖采用服務器作為配網(wǎng)代理，采用服務器自帶的網(wǎng)卡作為配網(wǎng)代理的以太網(wǎng)模塊，配網(wǎng)代理功能通過軟件實現(xiàn)。軟件部分包括人機交互界面、主控程序和通信程序，它們均使用QT編寫完成。主控程序包括數(shù)據(jù)采集模塊、多個微網(wǎng)的能量協(xié)調(diào)策略模塊、各個微網(wǎng)運行狀態(tài)曲線模塊、操作人員級別模塊、配網(wǎng)和微網(wǎng)斷路器閉合/斷開模塊等。配網(wǎng)代理和微網(wǎng)代理通過交換機相連，配網(wǎng)代理的端口號設置為5566。
[0025]配網(wǎng)代理采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析后做出決策。若需進行多個微電網(wǎng)的能量協(xié)調(diào)，則發(fā)送控制命令給配網(wǎng)斷路器agent控制相應的配網(wǎng)斷路器閉合或斷開以及給微網(wǎng)代理發(fā)送命令；若只需采集和控制單個微網(wǎng)的運行參數(shù)和狀態(tài)，則向對應微網(wǎng)代理發(fā)送命令。
[0026]微網(wǎng)代理包括數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、以太網(wǎng)模塊。數(shù)據(jù)處理模塊分別與數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、以太網(wǎng)模塊連接通信。數(shù)據(jù)處理模塊采用的是型號為S3C2440的ARM9芯片，存儲模塊為兩片128M的NANDFLASH芯片，顯示模塊為7寸的液晶觸摸屏，以太網(wǎng)模塊采用的是型號為DM9000的以太網(wǎng)芯片，微網(wǎng)代理硬件結構框圖如圖3所
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[0027]在ARM9上運行嵌入式Iinux操作系統(tǒng)，微網(wǎng)代理的軟件部分由人機交互界面、主控程序和通信程序組成，它們使用QT編寫完成。主控程序包括數(shù)據(jù)采集模塊、微電網(wǎng)內(nèi)部能量調(diào)度模塊、控制微網(wǎng)斷路器agent模塊等。微網(wǎng)代理通過交換機與設備代理相連，使用兩個套接字完成以太網(wǎng)通信。當與配網(wǎng)代理進行數(shù)據(jù)通信時，端口號設置為502 ;當與設備代理進行數(shù)據(jù)通信時，端口號設置為6655。
[0028]微網(wǎng)代理采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)接收設備代理發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析后做出決策。當處于孤島運行模式時，若分布式電源發(fā)出的電不能滿足負荷的需求，則微網(wǎng)代理發(fā)送控制命令給微網(wǎng)斷路器agent，斷開可斷電負荷線路上的斷路器；若分布式電源發(fā)出的電超過負荷的需求，則微網(wǎng)代理發(fā)送控制命令給微網(wǎng)斷路器agent，閉合儲能agent線路上的斷路器。
[0029]設備代理包括光伏逆變器agent、風機逆變器agent、儲能agent、斷路器agent、負荷agent，它們通過交換機與微網(wǎng)代理相連，端口號設置為502，采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0030]光伏/風機逆變器agent包括數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、斷路器。數(shù)據(jù)處理模塊分別與以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、斷路器連接通信。數(shù)據(jù)處理模塊采用的是型號為TMS28335的DSP芯片，以太網(wǎng)模塊采用的是型號為DM9000的以太網(wǎng)芯片，數(shù)據(jù)采集模塊采用的是型號為QBC和QBV系列的電流和電壓霍爾傳感器和AD7656模數(shù)轉換芯片、TMP37溫度傳感器，光伏/風機逆變器agent硬件結構框圖如圖4所示。
[0031]光伏/風機逆變器agent作為一個智能體，具有自我判斷和決策能力。它們通過采集電流、電壓、溫度傳感器上的數(shù)據(jù)判斷自身運行狀態(tài)和主電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障，當它們檢測到自身處在過流、欠壓、過壓、欠頻、過頻時會啟動自我保護、并且與大電網(wǎng)斷開。
[0032]配網(wǎng)斷路器agent和微網(wǎng)斷路器agent包括數(shù)據(jù)處理模塊、斷路器。數(shù)據(jù)處理模塊采用的是型號為PIC18f66j60的具有以太網(wǎng)功能的PIC芯片。配網(wǎng)斷路器agent通過工業(yè)以太網(wǎng)接收配網(wǎng)代理命令控制配網(wǎng)與微電網(wǎng)連接的斷路器閉合或斷開；微網(wǎng)斷路器agent通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理的控制命令，控制分布式電源、蓄電池和負荷之間斷路器的閉合或斷開。
[0033]服務器端和客戶端數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖如圖5所示，客戶端向服務器端傳送數(shù)據(jù)，月艮務器端收到數(shù)據(jù)后反饋信息。
【權利要求】
1.基于IP和多代理技術的微電網(wǎng)測控系統(tǒng)，其特征在于該微電網(wǎng)測控系統(tǒng)包括:配網(wǎng)代理、微網(wǎng)代理、設備代理組成的分層多代理微電網(wǎng)測控系統(tǒng)；配網(wǎng)代理與微網(wǎng)代理、微網(wǎng)代理與設備代理之間通過工業(yè)以太網(wǎng)組成IP通信網(wǎng)絡，采用Modbus/UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)通Ih ;其中: 所述的配網(wǎng)代理采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析后做出決策；若需進行多個微電網(wǎng)的能量協(xié)調(diào)，則發(fā)送控制命令給配網(wǎng)斷路器agent，控制相應的配網(wǎng)斷路器閉合或斷開以及給微網(wǎng)代理發(fā)送命令；若只需采集和控制單個微網(wǎng)的運行參數(shù)和狀態(tài)，則向對應微網(wǎng)代理發(fā)送命令； 所述的微網(wǎng)代理采用Modbus/UDP協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)采集設備代理的運行參數(shù)和狀態(tài)信息，根據(jù)配網(wǎng)代理命令和自身運行情況，向設備代理發(fā)送控制命令，并將數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送給配網(wǎng)代理；微網(wǎng)代理由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、以太網(wǎng)模塊組成；數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為S3C2440的ARM9芯片，數(shù)據(jù)存儲模塊采用兩片128M的NANDFLASH芯片，顯示模塊采用14寸的液晶觸摸屏，以太網(wǎng)模塊采用型號為DM9000的以太網(wǎng)芯片； 所述的設備代理通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理命令控制各種設備，具備數(shù)據(jù)采集、決策、控制功能；設備代理包括:光伏逆變器agent、風機逆變器agent,儲能agent,斷路器agent,負荷agent ;光伏逆變器agent、風機逆變器agent由數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、斷路器組成；數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為TMS28335的DSP芯片，以太網(wǎng)模塊采用型號為DM9000的以太網(wǎng)芯片，數(shù)據(jù)采集模塊采用型號為QBC和QBV系列的電流和電壓霍爾傳感器和AD7656模數(shù)轉換芯片、TMP37溫度傳感器；斷路器agent由數(shù)據(jù)處理模塊、斷路器組成，數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為PIC18f66j60的具有以太網(wǎng)功能的PIC芯片；儲能agent通過工業(yè)以太網(wǎng)接收微網(wǎng)代理命令控制蓄電池充放電；負荷agent包括智能電表、可斷電負載和不可斷電負載。
【文檔編號】H04L29/08GK104362636SQ201410631206
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權日:2014年11月11日
【發(fā)明者】余江, 詹建東, 宗容, 施繼紅, ?？? 蔡光卉 申請人:云南大學