一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的制作方法

本发明涉及涉及光伏微电网通信与节能控制，尤其涉及一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统。

背景技术：

1、光伏微电网通常由逆变器、储能单元、配电柜、汇流箱及散热设备等构成，设备分布广、运行环境复杂，对监控系统的实时性和可靠性要求较高。

2、现有监控方案多以设备参数采集和远程集中显示为主，通信结构常采用普通工业以太网或星型网络。此类方案存在以下不足：一是当链路发生局部劣化、端口故障或光纤衰减时，难以快速定位异常来源并及时切换；二是通信延迟或丢包导致监控数据滞后于真实工况，影响节能控制的及时性；三是设备状态判断与通信状态判断相互独立，无法反映两者耦合关系，容易产生误判或漏判；四是数据传输未设置分级缓存和优先级调度，保护告警和控制指令易被普通监测数据阻塞；五是阈值与采样策略多采用固定经验值，缺少基于运行样本的动态校正，难以适应设备老化和环境变化。

3、因此，现有技术在光伏微电网节能监控场景下，仍存在通信链路异常定位不精确、链路切换滞后、关键数据易阻塞、节能控制响应不连续以及阈值适应性不足等问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、因此，为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统，所述系统包括：

3、节点映射与拓扑构建模块，用于将现场设备、节点编号及通信链路建立对应关系，并生成拓扑表和节点映射表；所述拓扑表用于记录各节点的相邻节点、主链路端口标识、备用链路端口标识及链路方向，所述节点映射表用于记录设备编号、设备类型及安装位置；

4、数据采集与时间戳对齐模块，用于同步采集设备运行数据与链路状态数据，并为所采集的数据附加统一时间戳；

5、初始化学习与基准值生成模块，用于在系统首次投运或长时间停运后重启时，通过连续采集数据生成稳定运行参考基准；

6、归一化处理与指标计算模块，用于将采集的多维数据进行归一化处理，并生成链路健康指标与设备能效偏差指标；

7、阶段识别与预切换标记模块，用于依据所述链路健康指标和所述设备能效偏差指标识别系统运行阶段，并生成预切换标记；

8、优先级缓存与采样调度模块，用于根据所述预切换标记动态调整待传输数据的优先级缓存队列及采样策略；

9、自愈切换与节能控制模块，用于在所述链路健康指标低于预设阈值或预测值满足预设切换条件时，执行环网光纤通信链路的自愈切换，并下发节能控制指令；

10、反馈校正与阈值更新模块，用于在完成切换动作后，对执行结果进行评估，并更新链路阈值、设备阈值及采样策略。

11、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述设备运行数据至少包括逆变器输出功率、储能荷电状态、设备关键部位的温度、电压及电流；所述链路状态数据至少包括接收光功率、误码率、链路时延、丢包率及队列积压原始值。

12、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述归一化处理与指标计算模块将所述接收光功率、误码率、链路时延及队列积压原始值分别进行归一化处理，并基于各归一化结果的加权求和生成所述链路健康指标；以及，将所述逆变器输出功率的偏差量、设备关键部位温度的偏差量及储能荷电状态的偏离量分别进行归一化处理，并基于各归一化结果的加权求和生成所述设备能效偏差指标。

13、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述阶段识别与预切换标记模块将系统运行状态划分为正常阶段、预警阶段、风险阶段及切换准备阶段；其中，所述阶段识别与预切换标记模块基于链路健康指标和设备能效偏差指标的变化趋势计算链路健康预测值和设备能效偏差预测值，当链路健康预测值低于链路切换阈值或设备能效偏差预测值高于设备控制阈值时，生成预切换标记，以提前准备链路切换和节能控制。

14、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述优先级缓存与采样调度模块根据预切换标记，将待传输数据划分为第一类数据、第二类数据及第三类数据；其中，所述第一类数据为保护告警数据和控制指令数据，写入最高优先级缓存队列；所述第二类数据为关键运行数据，写入中优先级缓存队列；所述第三类数据为非关键监测数据和历史归档数据，写入低优先级缓存队列；以及，所述优先级缓存与采样调度模块根据当前运行阶段动态调整各类数据的采样周期，使所述第一类数据的采样周期小于所述第二类数据的采样周期，且所述第二类数据的采样周期小于所述第三类数据的采样周期。

15、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述自愈切换与节能控制模块通过查询拓扑表和所述节点映射表定位受影响节点及对应的备用传输路径，并在执行自愈切换的过程中，依据所述设备能效偏差指标及系统实时负载状态生成节能控制指令，按照优先级缓存队列的顺序下发节能控制指令。

16、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述控制指令包括：调整逆变器输出功率上限；调整储能单元充电功率或放电功率；调整散热单元的启停时长、启停顺序或转速；调整非关键负载的工作周期；调整待机设备的唤醒顺序；以此实现系统通信自愈与节能控制同步执行。

17、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述反馈校正与阈值更新模块在完成切换后，统计本次切换是否成功、切换耗时、控制指令执行情况、设备温度变化及功率波动情况，并采用指数平滑法更新链路预警阈值、链路切换阈值、设备预警阈值及设备控制阈值；根据连续运行阶段调整采样策略，实现系统自适应。

18、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述反馈校正与阈值更新模块采用指数平滑方式更新各阈值，包括：基于当前正在使用的阈值和通过近期稳定运行样本得到的基准阈值，按照预设平滑系数进行加权融合，得到更新后的阈值；其中，所述基准阈值根据系统近期稳定运行样本的统计均值和标准差确定。

19、作为本发明所述一种基于光伏微电网的电气设备节能监控系统的一种优选方案，其中：所述节点映射与拓扑构建模块、数据采集与时间戳对齐模块、归一化处理与指标计算模块、阶段识别与预切换标记模块、优先级缓存与采样调度模块及自愈切换与节能控制模块部署于边缘控制器，初始化学习与基准值生成模块及反馈校正与阈值更新模块部署于中心控制器，各模块通过环网光纤通信链路进行数据互联，以兼顾实时控制与长期统计分析能力。

20、本发明的有益效果：

21、1、本发明通过节点映射与拓扑表实现异常快速定位，将设备编号、物理位置、主/备用链路端口统一绑定，在通信降级或链路中断时可精确定位受影响节点和链路段落，为自愈切换提供空间依据，解决了现有技术中存在的异常定位不精确的问题。

22、2、本发明通过同步采集与统一时间戳避免误判。对设备运行数据与链路状态数据在同一时间基准下同步获取，并通过归一化处理生成链路健康指标和设备能效偏差指标，将不同物理量统一为可比较的无量纲量，解决了现有技术中存在的通信状态与设备状态无法联合分析的问题。

23、3、本发明通过阶段识别与预切换标记实现主动预防。基于趋势分析和短期预测，在通信真正中断或设备严重偏离工况前生成预切换标记，提前进入切换准备状态，解决了现有技术中存在的链路切换滞后和控制空窗期的问题。

24、4、本发明通过优先级缓存与采样调度保障关键数据传输。将数据划分为保护告警/控制指令、关键运行数据和非关键监测数据三级，分别对应不同优先级缓存队列和采样周期，在链路不稳定时优先保障最关键数据的传输，解决了现有技术中存在的关键数据易阻塞的问题。

25、5、本发明通过自愈切换与节能控制同步执行减少控制延迟。在切换过程中同步生成并下发节能控制指令，实现通信恢复与设备节能控制的闭环联动，解决了现有技术中存在的节能控制响应不连续的问题。

26、6、本发明通过反馈校正与阈值更新实现长期自适应。根据切换执行结果和连续运行样本，采用指数平滑方式动态更新阈值和采样策略，避免固定阈值带来的频繁误报或响应迟缓，解决了现有技术中存在的阈值适应性不足的问题。