分布式电源参数.docx

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分布式电源参数

分布式电源参数

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分布式电源参数：

：

1、宽电压输入范围：

85～265VAC50Hz±10％2、输出电压：

220V、110V、48V、24V，满足各种场所使用。

3、输出功率：

持续功能100W；短时功率200W（20S）；瞬时功率600W（100ms）。

4、蓄电池充放电管理功能：

设备配置2节12V蓄电池，当交流停电时，保证直流供电不中断。

设备后备用电时间由蓄电池容量和负载大小决定，当蓄电池放电至过欠压时，装置发出报警信号，并为保护蓄电池自动停止直流输出；当交流供电正常时，装置自动恢复直流供电并在72小时之内可将蓄电池重新充满。

5、通讯规约：

MODBUS通信规约、通信速率?

9600bps

相关技术背景

分布式电源作为集中供电方式的一种补充，在充分利用可再生能源以及减少环境污染等方面将发挥重要作用，受到国内外电力工作者的广泛重视，被誉为本世纪电力发展的关键技术之一。

但是分布式电源并网运行可能会对大电网产生影响，因此需要在已有研究工作的基础上，从定量的角度对该影响进行分析，以准确评估分布式电源接入系统后电网运行的安全

稳定性，这就需要相应的参数监测装置。

1.4.2参数监测装置的研究现状

随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，各种各样的电力电子设备被广泛的应用，尤其是动态非线性负载的应用，随之而来的电力系统的电能质量问题也越来越引起人们的关注。

在国外，早已经有专门机构来制定各种电能质量的规范，而我国在近年也逐渐提出了各种质量标准，并在最近几年的电网改造中越来越重视电能质量的监控。

传统的分布式电源检测是靠分立的仪器组合完成的，如功率装置、波形监测装置、谐波分析装置等。

这种测试装置的弊端是体积太大、自动化程度低，无法完成无人监控的目的，数据不集中，而且反应不快，不利于实时监控。

新一代的测试系统是高集成式的，是基于无人监控的目的的。

这种系统的具体实现按信息处理次序由传感器、信号采集、多路模数转换、数据处理、标准判断、控制、统计、通信等部分组成。

这种系统克服了传统测试的弊端，比较符合现代监控的要求。

微机技术在电力系统中的普及应用，使电力系统的测量和监控技术得

到了快速的发展，但目前的实际应用，在测量方法或测量原理以及器件的

选择等方面还有些欠缺，主要体现在以下方面：

（1）处理功能较差，可扩展存储空间较小，运算速度较慢，难以运用精

度严格的算法进行大量的实时数据处理，不能满足电力监测高实时性的要

求。

（2）在测量方法上，通常采用直流采样，这种方法虽然简单，但测量精

度会受到整流电路的影响。

（3）在测量的关键部件之一——MCU（MicroControllerUnit）上，通常选

10用单片机作为CPU，但随着电力系统对实时性、数据量和计算要求的不断

提高，这些器件在计算能力方面己经不能良好地满足电力系统的要求，导

致电力系统的高精度测量、实时监控和先进算法的运用受到了限制。

（4）有的产品虽然引进了国外的技术模块，功能较强，可是价格较高，

且不完全适合我国的市场。

（5）在测量原理上，有些装置假设工频信号为理想的50Hz正弦波，这

样就忽略了谐波信号的影响。

在过去的几十年里，单片机的广泛使用实现了简单的智能控制功能。

但是随着计算机科学与技术、信号处理理论与方法的迅速发展，需要处理

的数据量越来越大，对电网参数监测装置的实时性和精确度的要求也越来

越高。

显然，传统的单片机技术已经不能满足电力系统实时监控的需要，

DSP（DigitalSignalProcessor）将逐步取代一般的MCU

[24]

。

1.5本课题的研究意义

本课题从软硬件两方面设计了分布式电源并网运行的参数监测装置，具有以下两方面的意义：

（2）为分布式电源并网运行提供了监测装置，分布式电源接入电网，对节点电压、电能质量、系统保护、可靠性、短路电流等都会产生一定影响，需要定量的研究其接入电网后对电力系统的影响，以便提出消除各种不利影响的方法。

实时地监视分布式电源并网运行时关键点的电压、有功、无功、相对功角等参数，对掌握电网实际的静态和动态行为，指导电网安全、经济运行有着重要的工程实际意义。

分布式电源集中监控，是通信建设的一个重要方面；其体系结构关系到整个监控系统的实时性，安全性和可靠性。

软件体系结构主要包括：

软件成分的划分、描述，成分之间的交互关系，以及系统的软件结构等。

一个完善的通信电源集中监控系统，应具备可靠性、实时性和可扩充性。

而可靠性、实时性和可扩充性从根本上来说，不仅取决于硬件体系结构，更多的取决于系统软件体系结构。

本文旨在提出了一种全新的集中监控软件体系结构，为广大读者提供一种借鉴。

一、目前常用的电源监控系统

　　一般的分布式电源集中监控系统的硬件结构，由各类传感器、数据采集模块、数据采集机、通信线路，以及监控机等组成。

传感器一方面与被监控设备相连接，将电压、电流、温度、湿度等模拟量采集，并转换成数据采集／控制机易于处理的直流电压、电流；另一方面与数据采集模块相连接，将转换后的直流电压、电流送入数据采集模块，以便完成Ａ／Ｄ转换。

数据采集机接受从采集模块送来的数据并储存。

监控机可将采集来的数据显示，并提供接口供操作人员对被监控设备进行控制。

　　分布式电源集中监控系统的软件体系结构，关系到硬件体系能否充分发挥作用，真正满足实时监控的需要。

二、全新的监控软件模式

　　透过分析业内几种常用软件体系结构后，我们发现其在功能上的分布，仍不能达到大型监控系统在实时性上的需求，从而影响监控系统的安全性。

笔者根据通信电源监控系统的特点，在实践中提出了集中监控体系结构的新模式。

新模式的思想主要是满足分布式计算环境中的监控Ｓｅｒｖｅｒ仅完成数据的采集、存储和发送，对数据的解释则由监控机完成。

　　监控Ｓｅｒｖｅｒ上述行了一个基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的Ｓｅｒｖｅｒ程序：

该Ｓｅｒｖｅｒ程序接收来自监控机的请求，从采集机中收集数据后，仅将数据发送给监控机。

内监控机上运行了一个浏览器，该浏览器由ＶｉｓｕａｌＣ＋＋编程完成。

通过该浏览器从本机调入一个由标记性语言编写的文件，该文件提供数据来源和显示格式等信息。

监控机根据数据来源，可向不同的监控Ｓｅｒｖｅｒ发出数据请求：

当监控机接收到来自Ｓｅｒｖｅｒ的数据后，会根据标记性语言编写的文件中提供显示数据，而浏览器则完成数据的解释与重组，并输出到输出设备上，从而完成一次数据的采集。

　　该模式一厂，采集机提供数据；监控Ｓｅｒｖｅｒ完成数据的传送；监控机完成数据的解释、重组与显示，使系统的分布更能满足远程监控的需求。

在监控机上编写如下标记性程序，该程序由浏览器解释广执行。

监控机后台运行一个浏览器程序，该程序对以上程序解释执行。

浏览器程序分析标记性程序前两行，得到监控Ｓｅｒｖｅｒ的ＩＰ地址，模块序号及需要得到的数据项数，从而生成一个数据请求命令包。

浏览器程序，将数据请求命令包发送给监控Ｓｅｒｖｅｒ，监控Ｓｅｒｖｅｒ提取信息１０、２后，从采集机中取出设备序号为１０的两个数据项，生成响应包并发送给监控机，监控机接受到数据后执行第４到１２行程序，将文字图形与数据重组，最终将数据、文字与图形显示在监控机上供操作人员查询。

程序的第三行表示数据每５秒钟更新一次，因此监控机必须每５秒钟与监控Ｓｅｒｖｅｒ通信一次以取得最新数据。

三、结束语

　　综上所述，采集机与监控机合二为一模式，适合小型监控系统；采集机与监控机分布模式，适合中型监控系统，但其软件系统不开放，不利于系统的扩充；采集机与监控机Ｗｅｂ连接模式，适合大型监控系统，但其只不过是新技术在集中监控领域的应用，没有根据监控系统本身的特点，因此也不能满足监控系统的实时性需求。

新模式在满足监控系统实时性的基础上，其本身的软件体系结构是开放的，因此适用于通信系统中各种大中小型的电源监控系统。

1.分布式发电技术的发展

长期以来，电力系统向大机组、大电网、高电压的方向发展。

进入20世纪80年代，各种分散布置的、小容量的发电技术又开始引起人们的关注，经过20多年的发展，分布式发电已成为一股影响电力工业未来面貌的重要力量。

引起这一变化的原因主要有以下几个方面。

1）应对全球能源危机的需要。

随着国际油价的不断飙升，能源安全问题日益突出，为了实现可持续发展，人们的目光转向了可再生能源，因此，风力发电、太阳能发电等备受关注，快速发展并开始规模化商业应用，而这些可再生能源的发电大都是小型的、星罗棋布的。

2）保护环境的需要。

CO2排放引起的全球气候变暖问题，已引起各国政府的高度重视，并成为当今世界政治的核心议题之一。

为保护环境，世界上工业发达国家纷纷立法，扶持可再生能源发电以及其他清洁发电技术（如热电联产微型燃气轮机），有利地推动了DG的发展。

3）天然气发电技术的发展。

对于天然气发电来说，机组容量并不明显影响机组的效率，并且天然气输送成本远远低于电力的传输，因此比较适合采用有小容量特点的DG。

4）避免投资风险。

由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况，为规避风险，电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距离超高压输电线路。

此外，高压线路走廊的选择也比较困难。

这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项目来就地解决供电问题。

在国际上，DG的发展方兴未艾。

在美国，1978年修改了《公共事业法》，以法律的形式要求各电力公司接受用户的小型能源系统，特别是热电机组并网;2000年，热电联产装机容量已占总装机容量的7%，预计到2010年将占其总装机容量的14%;2008年，风力发电装机容量达2500万kW;太阳能装机容量达87万kW。

欧洲在世界上最早开始应用DG。

目前，丹麦、芬兰、挪威等国的DG容量均已接近或超过其总发电装机容量的50%;欧洲DG应用规模最大的德国，2008年末风电装机容量达到2300万kW，太阳能发电装机容量达540万kW。

我国应用的DG原来主要以小水电为主，风电、光伏发电等起步相对较晚。

2003年以来，国家强力推进节能减排，颁布了《可再生能源法》并制定了一系列促进可再生能源利用与提高能效技术发展的政策。

到2008年底，我国风力发电装机容量达到1200万kW，跃居世界第三位;光伏发电装机容量达到14万kW。

近年来，各国政府对能源安全与环境问题高度重视。

美国、欧盟都提出2020年应用可再生能源占总能源消费的比例超过20%;我国也制定了2020年应用可再生能源占消费总能源的比例达15%的目标。

目前，各国可再生能源发电容量在总发电装机容量中的比例远低于这些目标，可见DG的发展空间巨大。

目前，风力发电等可再生能源发电的成本还远高于常规燃煤发电，只有国家实行优惠的税收政策并给予一定的财政补贴，才能调动投资者发展DG的积极性。

其次，DG并网技术也是制约DG发展的重要因素，因此，智能电网的提出，从技术上为解决这一问题创造了条件。

2.分布式储能技术的发展

能量储存是电力系统调峰的有效手段，作为一种成熟的储能技术，抽水蓄能电站获得了大量应用。

近年来，作为补偿DG输出间歇性、波动性的有效手段，分布式储能技术受到了人们的重视。

蓄电池是一种传统储能技术。

钠硫电池具有大容量、高效率、结构紧凑、易扩展、对环境影响小等优点，技术进一步成熟后可用于城市电网和可再生能源发电补偿。

超级电容器容量大、使用寿命长、环保，目前已有市场化应用。

2005年，美国加利福尼亚州建造了一台450kW的超级电容器储能装置，用以减轻950kW风力发电机组向电网输送功率的波动。

飞轮储能效率高、寿命长，德国、美国等都在投资研制用于电网调峰的飞轮储能装置。

超导磁能储能具有效率高、响应快等优点，目前已在风力发电系统中得到了应用。

总体来说，分布式储能技术还在发展之中，还没有实现大规模产业化，需要国家在政策上给于引导和扶持。

分布式发电（DistributedGeneration,DG）指的是为了满足一些特殊用户的需求，支持已有的配电网的经济运行而设计和安装的在用户处或其附近的小型发电机组（一般小于30MW），或坐落在用户附近使得负荷的供电可靠性及电能质量都得到增强，或者由于就地应用热电联产使得效率得到提高的发电形式。

目前开发的分布式电源在减轻环境的污染，降低终端用户的费用等方面具有一定的优势，同时又具有高效性和灵活性的特点以及满足能源可持续发展的要求。

因此随着DG的技术性能不断改善，成本进一步降低，其在电力系统中所占的比重逐步增长。

DG与常规电力系统并网运行的趋势越来越明显，DG并网后对电力系统运行、控制、保护等各方面会产生一定影响。

为了使DG可以在避免降低公共电网系统的电能质量、可靠性以及可控性的方式下运行，对DG的参数进行检测与控制系统显的尤为重要。

具体的检测参数

分布式电源监控系统体系结构分布式电源具有分布区域广采集点多、信息量大、与配电网和用电负荷耦合性强等特点，信息之间的共享和交互要求较高。

因此本文提出的分布式电源监控系统采用分散采集区域汇集、集中处理和其他应用系统互联的体系结构，确保系统的可靠性、安全性、实用性和扩展性。

分布式电源监控系统主要由分布式电源监控主站、分布式电源远方终端、分布式电源监控子站（可选）和通信系统组成。

其中，分布式电源监控主站是分布式电源监控、管理的中心，主要实现分布式电源数据采集与监控、保护与并网控制等基本功能和远方孤岛检测、调度及协调控制等扩展功能，

并可实现与其他相关应用系统互联；分布式电源远方终端安装在分布式电源运行现场的自动化装置，实现监测、保护、控制、计量等功能。

根据分布式电源的类型和容量，可配置不同的采集项目。

分布式电源监控子站是主站与远方终端的中间层设备，通常用于通信汇集和处理，也可扩展实现区域内的高级应用功能；信系统是连接分布式电源监控主站、远方终端和监控子站之间实现信息传输的通信网络，在建有配电自动化或用电信息采集系统的地区，可考虑和它们复用通信网络。

以往工业现场的监控系统每台设备都伴以测试仪器及仪表，不仅传统的仪器、仪表系统布线复杂，而且需要大量的人力、物力来记录、维护、维修，当设备出现预料不到的故障和告警事件都不能及时地反应给现场管理人员，致使损失的进一步扩大。

随着计算机网络以及智能仪表技术的发展，使得远距离地进行监测和控制成为可能。

远程监控技术是故障监测与诊断技术和计算机通信技术相结合的高级诊断技术。

提供故障诊断服务的远程客户端和服务器端通过计算机通信网络连接起来。

当现场设备出现故障时，系统可以通过计算机通信网络将现场设备状态信息传输到远程诊断专家中心，由专家对设备故障进行诊断。

当需要增加现场控制设备的数量时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，这既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。

由于监控系统的结构简化，设备的连线减少，现场仪表的内部功能加强，减少了信号的往返传输，因此提高了系统的工作可靠性。

因而从经济和实用上来讲其效益都是很可观的。

电源系统远程监控的目的是：

1．增强电源系统运行的可靠性。

2．实现电源系统的集中监控、减少监控人员的数量，提高经济效益。

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为了使代理人更好地理解您的发明创造内容，使您的发明创造能够尽快提出申请，并顺利通过审查，请您在委托我公司办理专利申请的同时提交下列内容。

发明名称：

基于GPRS/GIS的分布式电源参数监测方法与系统

分布式电源指的是为了满足一些特殊用户的需求，支持已有的配电网的经济运行而设计和安装的在用户处或其附近的小型发电机组（一般小于50MW），或坐落在用户附近使得负荷的供电可靠性及电能质量都得到增强，或者由于就地应用热电联产使得效率得到提高的发电形式。

目前开发的分布式电源在减轻环境的污染，降低终端用户的费用等方面具有一定的优势，同时又具有高效性和灵活性的特点以及满足能源可持续发展的要求。

因此随着分布式电源的技术性能不断改善，成本进一步降低，其在电力系统中所占的比重逐步增长。

分布式电源与常规电力系统并网运行的趋势越来越明显，分布式电源并网后对电力系统运行、控制、保护等各方面会产生一定影响。

为了使分布式电源在避免降低公共电网系统的电能质量、可靠性以及可控性的方式下运行，因此对分布式电源的参数进行检测与控制显的尤为重要。

分布式电源监控系统体系结构具有分布区域广采集点多、信息量大、与配电网和用电负荷耦合性强等特点，信息之间的共享和交互要求较高。

因此本发明提出的分布式电源监控系统采用分散采集区域汇集、集中处理和其他应用系统互联的体系结构，确保系统的可靠性、安全性、实用性和扩展性。

分布式电源监控系统主要由分布式电源监控主站、分布式电源远方终端、分布式电源监控子站（可选）和通信系统组成。

其中，分布式电源监控主站是分布式电源监控、管理的中心，主要实现分布式电源数据采集与监控、保护与并网控制等基本功能和远方孤岛检测、调度及协调控制等扩展功能，并可实现与其他相关应用系统互联；分布式电源远方终端安装在分布式电源运行现场的自动化装置，实现监测、保护、控制、计量等功能。

根据分布式电源的类型和容量，可配置不同的采集项目。

分布式电源监控子站是主站与远方终端的中间层设备，通常用于通信汇集和处理，也可扩展实现区域内的高级应用功能；信系统是连接分布式电源监控主站、远方终端和监控子站之间实现信息传输的通信网络，在建有配电自动化或用电信息采集系统的地区，可考虑和它们复用通信网络。

目前分布式电源参数的传输方式一般采用有线通信、GSM短信息通信和GPRS网络通信。

1、有线通讯方式

有线通讯方式主要包括电力载波通讯、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，只适应于小范围小区域的监控系统。

在分布式电源行业，由于各监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、费用高，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些监控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，对分布方位广、系统分散、地理位置偏僻的全局监控管理采用有线通讯方式几乎是不可能的。

有些场合的分布式电源检测常采集直接检测电源输出的电流与电压信号，然后从检测到的电信号中提取反映电源的特征信息，从而对电源做出判断。

所以，电力系统中电网数据的精确采集、故障判断、数据处理已成为电网正确运行的焦点。

现有的分布式电源检测系统受器件和分析方法的限制，大多对系统中的暂态、短时扰动信息难以快速、准确地捕捉。

基于GPRS和GIS的分布式电源检测系统应运而生。

典型的无线通信则包括超短波通信、微波通信、卫星通信、GSM短信和GPRS通信等，其中在分布式电源检测参数的传输中主要以GSM短消息和GPRS通信为主。

2、GSM短消息通讯方式

GSM短消息通讯方式能充分利用移动公网资源,相对集群通讯方式而言,它可以大大节约建设投资,降低维护成本,但它有以下的缺点:

GSM短消息通讯方式为半双工通信方式,不能同时双向收发数据;实时性稍差,容易发生信道堵塞,导致通信不畅。

3、GPRS通讯方式

GPRS网络是一种无线联网技术,它在现有的GSM网络的基础上引入分组交换功能,支持TCP/IP协议,可以与Internet直接互通,并为移动用户和数据网络之间提供连接,给移动用户提供高速无线IP或X125服务,网络传输速率高达115.2kbit/s,保证了数据的时效性。

同时,GPRS还有永远在线的特点,用户随时可与网络保持联系。

另外,通过对系统软硬件的优化设计,可以大幅降低数据流量,保证系统的工作可靠性,降低系统的使用成本。

基于GPRS的无线监控系统是目前最先进最稳定的无线监控管理系统,概括起来,基于GPRS的无线监控系统具有以下显著优点:

相对其他通讯方式来说,采用GPRS技术可以充分利用中国移动公网资源,将极大节约建设成本,缩短建设周期,整个系统的性能价格比高,系统建设投资与建无线专网的投资相比估计可节约50%以上;数据传输速率相比其他技术快,通信传输时延较小;监控覆盖范围广阔;系统建成后,通信资费根据实际数据通信流量计算,通信费用低廉。

目前国内现有的分布式电源参数监控系统尚未应用地理信息系统（GIS）进行系统管理，依托地理信息系统后管理中心可在监控管理界面中清晰获取电源的位置分布以及相关参数，方便维修人员进行设备检修，也可以根据GIS系统中的地理信息，对某一区域分布式电源使用效果予以分析和评价，全面获取系统整体检测效果数据。