一种面向虚拟电厂的边缘网关装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种面向虚拟电厂的边缘网关装置。


背景技术：

2.虚拟电厂的提出是为了整合各种分布式能源，在不改变各个分布式能源并网方式的前提下，通过先进的控制、计量、通信等技术，聚合各类分布式能源和用电设备，并通过更高层面的软件建构多个分布式能源协调优化运行，作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统，同时提供调峰、调频、紧急控制等辅助服务。
3.而虚拟电厂资源接入是虚拟电厂进行能量管理、数据采集与监控，以及与电力系统调度中心通信的重要环节。但在与虚拟电厂交互的资源接入中，由于现有虚拟电厂资源分布比较分散、类型也较复杂、数量大且协议也多种多样，因此需要建立一个开放可靠的边缘侧网关装置，实现虚拟电厂资源的数据传输和信息处理的双向融合，满足虚拟电厂数据采集的丰富化、通信方式的多样化以及实施控制的安全化。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是：提供一种适用于虚拟电厂的边缘网关装置。
5.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种面向虚拟电厂的边缘网关装置，n台负载设备、m台储能设备、l台分布式能源设备通过所述边缘网关装置接入虚拟电厂控制中心，n≥1，m≥1，l≥1，其特征在于，所述边缘网关装置包括基于arm cortex-a8内核处理器的主控单元，主控单元通过arm cortex-a8内核处理器自带的千兆以太网单元以及4g通信芯片sim7600ce接入虚拟电厂控制中心及用户端能量管理系统，用户端能量管理系统接入虚拟电厂控制中心；
6.主控单元的数据交互端连接rs485接口、can接口、以太网接口以及数字量i/o接口；由n台智能计量设备一采集n台负载设备的电流以及电压信号，0≤n≤n，由m台智能计量设备二采集m台储能设备的电流以及电压信号，0≤m≤m，由l台智能计量设备三采集l台分布式能源设备的电流以及电压信号，0≤l≤l，则位于本地的智能计量设备一、智能计量设备二或智能计量设备三通过rs485接口、can接口或数字量i/o接口与主控单元相连，位于远端的智能计量设备一、智能计量设备二或智能计量设备三通过以太网接口与主控单元建立数据连接；剩余的n-n台中位于本地的负载设备的电流以及电压数据采集端口、m-m台中位于本地的储能设备的电流以及电压数据采集端口或l-l台分布式能源设备中位于本地的电流以及电压数据采集端口直接通过rs485接口、can接口或数字量i/o接口与主控单元相连；剩余的n-n台中位于远端的负载设备的电流以及电压数据采集端口、m-m台中位于远端的储能设备的电流以及电压数据采集端口或l-l台分布式能源设备中位于远端的电流以及电压数据采集端口通过以太网接口与主控单元建立数据连接；主控单元还通过rs485接口、can接口或数字量i/o接口与位于本地的温湿度传感器相连，主控单元通过以太网接口与位于远端的温湿度传感器，总共m个温湿度传感器分别用于采集m台储能设备的温湿度信号；主
控单元通过rs485接口、can接口或数字量i/o接口与位于本地的负载设备、储能设备或分布式能源设备的控制信号输入端相连，主控单元通过以太网接口与位于远端的负载设备、储能设备或分布式能源设备的控制信号输入端建立数据连接；
7.主控单元的电源控制信号输出端连接继电器控制单元，继电器控制单元与n台负载设备的供电端口相连；
8.主控单元的人机交互端与人机交互单元相连；
9.24v直流电源通过供电单元为主控单元供电。
10.优选地，所述主控单元与外置的随机存取存储器以及flash存储器相连，其中，随机存取存储器采用2块128m的ddr2芯片，flash存储器采用256mb的nand flash闪存芯片。
11.优选地，所述主控单元还连接外置的固态硬盘。
12.优选地，所述人机交互单元包括与所述主控单元的状态输出端相连的状态指示灯及与所述主控单元的控制信号输入端相连的开关按键。
13.本实用新型提供的装置用于建立虚拟电厂控制中心与区域内各对象之间的双向信息连接，具备的本地通信接口包括rs485接口、can接口以及数字量i/o接口，用于采集位于本地的用电设备的实时电压、电流、功率等参数，储能设备的各种电流、电压、温度等信息；本实用新型具备远程通信接口，包括以太网接口以及4g通信接口，用于采集位于远端的用电设备的实时电压、电流、功率等参数，储能设备的各种电流、电压、温度等信息，并且用于向虚拟电厂系统的虚拟电厂控制中心发送数据，以及接收虚拟电厂系统的虚拟电厂控制中心的调节指令；接收到的控制指令用于实现对负载设备的可靠控制。
14.本实用新型的有益效果在于：
15.(1)本实用新型具有多种通信方式：rs485接口、can接口、以太网接口、数字量i/o接口以及4g通信模块。通过不同接口单元实现对本地多种类型设备的数据采集、计算、处理，实现本地数据交互，以及远端的能量管理系统、虚拟电厂系统进行数据交互；
16.(2)本实用新型所采用的arm cortex-a8内核处理器支持多种通信处理协议：支持dl/t 1867-2018《电力需求响应信息交换规范》、mqtt消息传输协议的转换及解析；
17.(3)提供可靠的控制方式：本实用新型提供的边缘网关装置通过安全继电器接口方式，通过检测安全继电器控制输出电气参数，判断输出线路是否存在短路或者断路故障，从而实现对负载设备的可靠控制。
附图说明
18.图1为虚拟电厂资源接入方式示意图；
19.图2为装置硬件结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
21.如图1所示，虚拟电厂资源可通过虚拟电厂终端接入，根据客户侧实际情况可按需
部署虚拟电厂硬件终端和虚拟电厂软件终端。虚拟电厂硬件终端即用电侧负荷与边缘网关装置相连直接接入虚拟电厂系统，虚拟电厂软件终端即用户端能源管理系统与本实用新型提供的边缘网关装置相连，先接入能量管理系统后间接融入虚拟电厂系统。应当注意的是，虚拟电厂系统以及用户端能源管理系统为已建系统，属于本领域技术人员所熟知的系统，此处不再具体论述。
22.用电侧负荷设备以及发电侧能源设备通过各种智能计量仪表、温湿度传感器以及电流电压传感器等，使用智能计量技术测量和读取如电量、电压、电流、用电功率及功率因素等实时数据，作为虚拟电厂需求侧的信息来源。这样可以为电网的运行、调度和规划提供大量准确信息，方便运行人员精确把握和预测电网的运行状态。
23.在本实施例中，用电侧负荷设备包括n台负载设备，发电侧能源设备包括m台储能设备以及l台分布式能源设备。储能设备在进行储能时可以看作是用电侧负荷设备，在对外提供能源时可以看作是发电侧能源设备。可以利用n台智能计量设备一、m台智能计量设备二以及l台智能计量设备三来分别采集n台负载设备、m台储能设备以及l台分布式能源设备的电流以及电压信号，负载设备、储能设备以及分布式能源设备也可以利用自带的电压电流传感器实现电流以及电压信号。利用温湿度传感器采集储能设备的温湿度信号。
24.虚拟电厂系统通过采集到的各种用电和发电信息，通过协调控制技术，经由本实用新型提供的边缘网关装置，对用户端的用电侧负荷设备和发电侧能源设备进行优化和控制，用电侧负荷设备根据调节指令执行用电调节，发电侧能源设备中的储能设备根据调节指令进行充电或放电。
25.图2显示了本实用新型提供的一种面向虚拟电厂的边缘网关装置的总体构成，由供电单元、主控单元、接口单元、通信单元、继电器控制单元及人机交互单元组成。
26.供电单元负责将24v直流电源转换为3.3v和5v后给其它各硬件单元进行供电。
27.主控单元是设备的核心控制单元，本实施例采用arm cortex-a8内核处理器，720mhz主频。主控单元的数据存储采用外扩的flash单元和ram单元、以及外加固态硬盘的方式。flash单元采用256mb的nand flash闪存芯片，ram单元使用2块128m的ddr2芯片。主控单元的数据处理用于实现各种协议解析和转换。
28.接口单元包括rs485接口、can接口、以太网接口以及数字量i/o接口。主控单元经由rs485接口、can接口或者数字量i/o接口经由智能计量设备采集位于本地的负载设备、储能设备或分布式能源设备的实时电压、电流、功率等参数，以及通过温湿度传感器采集位于本地的储能设备的温湿度信号。主控单元也可以利用以太网接口经由智能计量设备采集位于远端的负载设备、储能设备或分布式能源设备的实时电压、电流、功率等参数，以及通过温湿度传感器采集位于远端的储能设备的温湿度信号。主控单元也可以经由rs485接口、can接口或者数字量i/o接口直接采集位于本地的负载设备、储能设备或分布式能源设备的实时电压、电流、功率等参数，或者经由以太网接口直接采集位于远端的负载设备、储能设备或分布式能源设备的实时电压、电流、功率等参数。
29.接口单元的实现通过rs485接口、can接口、以太网接口、数字量i/o接口，涵盖绝大多数智能计量仪表或传感器具有的通信方式，实现现场用能数据、储能数据、运行状态数据的采集。本装置的主控单元及其具备的存储功能可对采集的各类数据进行处理、计算和存储，并将数据通过通信单元及其主控单元具备的数据处理功能按照一定的格式上传至虚拟
电厂系统或用户端能量管理系统。同时，虚拟电厂系统根据接收到的各种数据，结合协调控制技术，下发优化和控制指令，通过接口单元的rs485接口、can接口、以太网接口或数字量i/o接口以及继电器控制单元进行安全控制。
30.通信单元包括以太网通信单元和4g通信单元。以太网通信单元采用arm cortex-a8内核处理器自带的千兆以太网mac，对外提供前述的以太网接口。4g通信单元采用4g通信单元sim7600ce。主控单元通过以太网通信单元向虚拟电厂系统发送数据，以及接收虚拟电厂系统的调节指令。同时，主控单元通过4g通信单元接入用户端能源管理系统。
31.为实现虚拟电厂主站对用户用电设备进行需求响应控制、运行监测等目的，虚拟电厂主站需要通过边缘网关装置，与用户主要用电和发电设备进行实时的信息通讯，传输调节指令、实时采集设备运行状态、环境参量和用能情况。
32.在接口单元端，本实用新型提供的装置作为主站，与智能计量仪表、传感器及其他终端等设备进行交互，实现数据采集。同时所采用的arm cortex-a8内核处理器兼容多种通信协议的适配，包括modbus-rtu、modbustcp、dl/t 645-2007、can2.0b等。
33.在通信单元端，本实用新型提供的装置与虚拟电厂系统进行现场实时数据交互，实现上传功能时，利用互操作接口协议dl/t 1867《电力需求响应信息交换规范》，上报网关所属下的虚拟电厂资源及其拓扑关系系统、实时数据、历史数据，或者通过mqtt协议与能量管理系统进行数据交互，根据上传的数据进行分析及短期的负荷预测，并将数据上传给虚拟电厂系统。实现负荷控制功能时，能接收并解析从虚拟电厂系统或用户端能量管理系统方向下发的控制指令，由虚拟电厂主站请求，网关子站转发；或者通过mqtt协议，由能量管理系统请求，网关进行转发。
34.继电器控制单元采用gmi d5096智能型安全继电器，该继电器集成微处理芯片，可以提供负载回路的全面诊断信息，实现对负载设备的可靠控制。
35.人机交互单元则负责按键和指示灯的输入和输出控制。