用于自动配置电微网络的方法和系统与流程

1.本说明书涉及配电网领域，更具体地涉及微电网。


背景技术：

2.微电网通常用于住宅、商业或工业建筑，甚至用于建筑物群，以在当地生产和储存电力，同时还能够连接到公共配电网。
3.微电网使得使用分布式能源变得更加容易，尤其是使用可再生能源，比如风力涡轮机、水力涡轮机或光伏板。微电网还可以包括能量存储装置，例如电池，并且还可以容纳动态和可逆的电负载，例如连接到充电终端的电动汽车。当公共电网不够可靠时，微电网可以有利地用于提供稳定和连续的电力供应。
4.控制系统通常使得可以驱动和自动化微电网的操作，例如为了连接或断开负载和/或电源，例如响应于电气故障的发生，或者基于能量需求的发展和/或基于电源的可用性，或者甚至当微电网与主电网断开时。
5.这种驱动可以使用包括可编程逻辑控制器(plc)或工业个人计算机(ipc)的控制装置来执行，该控制装置在微电网内与各种元件(例如保护装置或开关装置)以及电源和电负载连接，这种连接能够例如通过通信网络(例如工业数据总线)来实现。
6.一个缺点是这种微电网安装和配置复杂。例如，有必要为每个保护装置提供涉及多个附加参数的设置，并计算具体的保护计划，这对负责安装和维护的安装人员和工程师来说占用的时间要多得多，并且需要比调试常规配电装置所需的技能更先进或不常见的技能。这尤其是由于微电网高度分散的特性，以及某些元件可能动态连接或断开的事实。因此，不可能像传统电网那样，总是根据通用静态安装计划来配置微电网。
7.这种复杂性可能是部署新微电网的障碍。
8.此外，由不够合格人员配置的安装可能会导致故障，甚至严重的安全问题。
9.因此，需要用于快速且容易地配置配电微电网的方法和系统。


技术实现要素：

10.为此，根据本发明的一方面，一种用于自动配置配电微电网的方法包括：
[0011]-通过由远程计算机服务器实现的软件配置工具，获取描述微电网的特性特别是微电网的拓扑和连接到微电网的至少一些电气设备的特性的技术数据；
[0012]-通过考虑由配置工具获取的微电网的特性，自动生成一组可执行软件功能，使得可以自动驱动微电网的设备；
[0013]-将生成的软件功能自动安装在属于微电网控制系统的电子控制器上，该控制器通过通信链路连接到所述设备。
[0014]
根据一些有利但非强制性的方面，这种方法可以结合一个或多个以下特征，单独或以任何技术上允许的组合：
[0015]-生成的软件功能在由控制器执行时配置成确保微电网在频率和电压方面的稳定
性，特别是当微电网在隔离模式下操作时。
[0016]-生成的软件功能在由控制器执行时配置为驱动安装在微电网中的电气保护装置。
[0017]-生成的软件功能在由控制器执行时配置为自动管理要实现的操作序列，以从其中微电网与配电网断开的隔离模式改变到其中微电网与配电网连接的连接模式。
[0018]-该方法还包括自动生成第二组算法的步骤，当微电网连接到配电网时，该第二组算法使得可以优化微电网的消耗。
[0019]-该方法还包括基于获取的数据自动创建人/机界面的步骤。
[0020]-该方法还包括基于获取的数据自动生成用于配置通信链路的参数。
[0021]-连接到微电网的电气设备包括一个或多个可逆电负载和/或一个或多个能量存储装置和/或一个或多个可再生能源生产装置。
[0022]-电子控制器是可编程逻辑控制器或工业个人计算机。
[0023]
根据另一方面，一种用于自动配置配电微电网的系统包括：
[0024]-由远程计算机服务器实现的软件配置工具；
[0025]-微电网控制系统，包括通过通信链路连接到微电网的电气设备的电子控制器；
[0026]
并且其中，配置系统被编程用于：
[0027]-通过由远程计算机服务器实现的软件配置工具，获取描述微电网的特性特别是微电网的拓扑和连接到微电网的至少一些电气设备的特性的技术数据；
[0028]-通过考虑由配置工具获得的微电网的特性，自动生成一组可执行软件功能，使得可以自动驱动微电网的设备；
[0029]-将生成的软件功能自动安装在属于微电网控制系统的电子控制器上，该控制器通过通信链路连接到所述设备。
附图说明
[0030]
根据下面对这种方法的一个实施例的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他优点将变得更加明显，该描述仅作为示例提供并且参考附图给出，其中：
[0031]
图1是配电微电网示例的示意图；
[0032]
图2是根据一实施例的用于自动配置微电网的方法的示意图；
[0033]
图3是图2的自动配置方法的实施方式的概述；
[0034]
图4是由图2的自动配置方法生成的图形界面的示例的示意图。
具体实施方式
[0035]
配电微电网的示例如图1所示。
[0036]
在许多实施例中，微电网2是包括使得可以连接电负载6、8和本地电能源的电导体4的配电设施。
[0037]
例如，电负载6、8和电能源包括优选地经由包括一个或多个电气开关装置和/或一个或多个电气保护装置的连接接口连接到一个或多个电导体4的电功率输入和/或输出。
[0038]
根据各种实施例，微电网2可用于分配dc电流或ac电流。视情况而定，分布的电流可以是单相或多相的。
[0039]
在许多情况下，负载6、8可以分为两类：第一组对应于能够被驱动并且能够按需断开的动态或甚至可逆电负载，例如来自微电网2的需求，以及第二组对应于不能按需断开和/或必须一直由微电网2供电的电负载。
[0040]
例如，能够断开的电负载6是可逆电负载，也就是说，能够交替消耗由微电网2提供的电力并将电力返回到微电网的电负载。这是例如连接到由微电网2供电的充电终端的可再充电电动车辆的情况。
[0041]
然而，在一些实施例中可以省略这种区别。作为变型，微电网2可以仅包括上述两种类型之一的电负载。
[0042]
在许多实施例中，微电网2可以连接到配电网10(在图1中表示为“grid”，在下文中称为“主电网”)，其可以是公共电网。
[0043]
微电网2可以优选选择性地连接到电网10或从电网10断开，例如通过远程可驱动的电气开关装置。
[0044]
然后，微电网可以根据其是连接到电网10还是从电网10断开而以各种操作模式操作。例如，可以定义连接操作模式和断开操作模式，每个可能包括不同的操作程序和驱动策略。
[0045]
根据一示例，当微电网2与电网10断开时，微电网2配置成允许基于本地源产生的电能向电负载6和8供电。
[0046]
在许多实施例中，连接到微电网2的能源能够发电，或者输出存储的电能，或者从另一能源转换电能，并且可以根据它们的类型连续或间歇地激活。实际上，这些电能源允许分散的电力生产。
[0047]
在所示的示例中，给出该示例主要是为了解释的目的，并不旨在将应用仅限于该实施例，微电网2包括常规发电机12(在图1中表示为“genset”)、能量存储装置14(表示为“stor”)和可再生能源16(表示为“sol”)。
[0048]
常规发电机12例如可以是发电机组，或包括燃气轮机的发电机，或燃料电池。
[0049]
存储装置14可以包括电池，例如电化学蓄电池，和/或其他电存储装置，例如超级电容器电池，或动能存储装置，例如飞轮，或甚至氢存储装置。
[0050]
可再生能源16可以例如包括太阳能面板，该太阳能面板能够与逆变器或任何适当的电转换设备相结合。
[0051]
作为变型，能源可以包括基于可再生能量的其他发电装置，例如风力涡轮机或生物质锅炉，或地热供应的发电机，或水力涡轮机，或任何合适的装置。
[0052]
在实践中很容易想到，微电网2的电源的数量和类型能够不同于这里描述的那些，无论是在它们的类型方面，还是在它们的数量或它们在微电网2中的布置方面。
[0053]
在许多实施方式中，根据情况，可以驱动微电网2，使得由本地源产生的至少一些电能被传输到电网10。
[0054]
必要时，微电网2也可被驱动，使得来自电网10的电能用于供应所有或一些电负载6、8，例如当微电网2内由本地源产生的电力不足以满足本地需求时。
[0055]
在许多实施例中，微电网2还包括用于管理和调节在微电网2中流动的电力的电气装置，例如电气保护装置和/或开关装置和/或电力转换器。
[0056]
微电网2还可以包括传感器和/或测量装置，其配置成测量电变量(电压、电流、有
功和无功电力等)或环境变量(温度、湿度等)。
[0057]
类似于负载和电源，这些开关装置可被驱动以确保微电网2的稳定性(在频率和/或电压方面)。例如，根据测量的操作条件和/或强加的操作策略，可以向设备发送指令，例如改变消耗的电力或产生的电力，或者改变无功电力。
[0058]
微电网2还可以配置成检测电气故障的发生，并且作为响应，断开所有或一些电源和/或电负载，以便保护设施和/或使得可以隔离故障和/或定位故障的起源。
[0059]
一般来说，为了执行上述所有或一些驱动功能，微电网2包括控制系统，其包括至少一个电子控制器18，例如可编程逻辑控制器(或plc)，或者工业个人计算机。
[0060]
例如，控制系统还包括连接到控制器18并包括用户界面22的用户终端20。
[0061]
在许多实施例中，用户终端20是计算机，例如工业计算机或工作站。
[0062]
用户界面22例如能够显示图形界面，并且可以包括数据输入工具，例如键盘、指针、触摸屏、鼠标或任何等同元件。
[0063]
用户界面22还可以包括一个或多个数据采集装置，例如光盘读取器、有线连接器或无线通信接口，用于从另一本地装置比如操作者携带的移动装置下载数据。
[0064]
电子控制装置(尤其是控制器18)通过通信链路24连接到微电网2的至少一些电气设备。
[0065]
通信链路24可以包括有线网络或数据总线，特别是工业数据总线，或多个点对点链路，或者无线链路。
[0066]
根据出于说明目的给出的一个示例，通信链路24可以包括modbus数据总线，但其他替代方案可以用作变型。
[0067]
实际上，控制器18可以使用通信链路24来发送旨在连接或断开微电网2的某些设备的命令。
[0068]
例如，链路24连接到开关装置，例如继电器和/或断路器和/或换向器和/或开关和/或隔离开关，它们因此可以由控制器18远程激活，以便选择性地断开或重新连接一项或多项设备，例如为了断开电负载6，或者为了从电网10断开微电网2。
[0069]
在许多情况下，这些设备中的一些(电负载或电源)可以集成能够由嵌入式电子控制器驱动的电开关装置。在这种情况下，通信链路24可以连接到这些本地控制器，并因此直接驱动本地电开关装置，而不必调用可能位于该设备外部(也就是说在设备和导体4之间的接口处)的开关装置。
[0070]
链路24也可用于向控制器18传输由传感器测量的数据或由连接的设备生成的数据，并且涉及测量的电变量和/或关于微电网2的设备内部状态的信息。
[0071]
根据实施方式的一些模式，控制器18包括处理器，例如可编程微控制器或微处理器，以及形成计算机可读数据记录介质的存储器。
[0072]
例如，存储器是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)或非易失性存储器，比如eprom或eeprom或闪存或nvram或等同物或光或磁记录介质或者任何适当的技术。
[0073]
在这种情况下，存储器包括可执行指令或软件代码模块，其优选地设计成允许微电网2执行其操作所需的操作，尤其是当处理器执行这些指令时，实现如以下示例中所述的方法。
[0074]
在许多实施例中，可执行指令或软件代码模块与iec 61131标准第3部分兼容。
[0075]
作为变型，术语“处理器”的使用不排除控制器18的至少一些功能由信号处理处理器(dsp)或可重编程逻辑组件(fpga)或专用集成电路(asic)或任何等同元件来执行。
[0076]
控制装置(特别是控制器18)可以包括通信接口，用于例如通过诸如互联网的计算机网络与远程计算机终端26比如计算机或工作站或者移动通信装置比如数字平板或任何等同装置通信，该终端26能够用于配置微电网或远程监控微电网。
[0077]
终端26可以包括用户界面28，例如类似于用户界面22，同时能够显示图形界面并且可能包括数据输入和/或数据采集仪器。
[0078]
如终端26，控制装置(特别是控制器18)也可以与远程计算机服务器30通信，在这种情况下，例如也可以通过诸如互联网的计算机网络。
[0079]
例如，终端26和服务器30各自包括一个或多个处理器，其配置为实现下面描述的所有或一些步骤。
[0080]
在一些实施例中，术语“计算机服务器”的使用不妨碍服务器的相应功能由“云计算”平台上托管的软件服务来实现。
[0081]
本发明的一些方面更具体地涉及用于自动配置微电网例如微电网2的方法，如图2和3所示。
[0082]
该方法从框s100开始，步骤是获取描述微电网2的特性的技术数据。这些技术数据包括例如微电网2的连接拓扑、连接到微电网2的至少一些设备(电负载或电源)的技术特性，或者甚至微电网2的至少一个使用场景(或使用情况)。
[0083]
例如，数据由操作者例如在计算机终端26上通过界面28输入或提供(例如以配置文件的形式)。
[0084]
在示出用于配置微电网2的系统40的示例的图3的概述中，获取模块42获取由操作者提供的技术数据44。
[0085]
例如，获取模块42由服务器30执行的软件代码实现。换句话说，获取步骤在这里由服务器30实现，所述服务器与终端26通信。
[0086]
在许多实施例中，数据由操作员通过软件配置工具输入或下载。该配置工具可以包括由服务器30(或连接到服务器30的另一服务器)托管的网络界面，并且可以从终端26访问，例如通过在终端26上运行的网络浏览器或专用软件应用程序(或任何其他等同手段)。
[0087]
然而，作为变型，在一些实施方式中，获取步骤可以由终端26使用本地安装的配置工具直接执行(获取模块42然后由终端26实现)。
[0088]
在许多实施例中，在步骤s100中获取的技术数据可以包括与微电网2的架构相关的以下技术参数中的一个或多个：
[0089]-微电网2的电拓扑；
[0090]-微电网操作时的预期标称电压水平(例如最大幅度或均方根值)；
[0091]-电气开关装置清单，特别是断开装置清单，比如接触器和断路器及其特性。
[0092]
在步骤s100中获取的技术数据可以包括下面列出的一个或多个技术参数，这些参数涉及连接到微电网2的能源，特别是分散的能源12、14、16：
[0093]-能够生产或储存或更一般地提供电力的源的数量；
[0094]-微电网2的每个电源的标识符；
[0095]-电源的标称电功率；
[0096]-在比如电池的存储装置的情况下，最低允许充电水平和可用能量水平；
[0097]-在发电机(比如发电机组)的情况下，最低操作水平；
[0098]-在旋转机器(发电机、转换器、涡轮机等)的情况下，机械参数，比如标称转速、频率、运动部件的磨损状态；
[0099]-太阳能面板和/或光伏电池的标称特性，如果适用(电流、电压等)；
[0100]-可卸载的电负载列表，以及每个电负载的优先级(例如指示电负载是否能够作为优先级被卸载，或者它是否重要到只能作为最后手段被卸载)。
[0101]
在步骤s100中获取的技术数据可以包括与微电网2的通信链路24相关的技术参数，例如通信链路的类型，特别是数据总线的类型，或者所使用的电网的拓扑，以及与所使用的通信协议相关的信息，和/或与通过或能够通过链路24传输的信息的性质相关的信息。
[0102]
根据许多实施例，所获取的参数可以配置文件或数据库的形式提供，或者更一般地，通过诸如关系数据库的结构化数据存储介质或诸如xml(“可扩展标记语言”)文件或json(“javascript对象符号”)文件的结构化数据文件或任何其他适当的数据结构或技术来提供。
[0103]
接下来，在框s102，该方法包括基于所获取的技术数据创建一组50驱动算法的步骤，该驱动算法对应于能够由控制器18执行的功能，以便驱动微电网2的一个或多个装置或者一项或多项设备。
[0104]
在这种情况下，一组算法表示能够由控制器18的处理器实现的一个或多个可执行软件功能或方法。这些算法最好以可执行指令或编译软件代码的形式生成。
[0105]
在图3的概述中，算法生成模块46基于在步骤s100中获取的技术数据并基于软件功能的数字库48自动构建一组算法50。数字库48的软件功能的示例包括能源的工程模型，包括发电、存储和需求资源。作为更具体的示例，一个软件功能可以涉及微电网的能量存储装置的操作。
[0106]
例如，算法生成模块46由服务器30执行的软件代码实现。换句话说，获取步骤在这里由服务器30实现。然而，在步骤s100由终端26实现的变型中，如果所述终端能够访问库48，则步骤s102也可以由终端26实现。
[0107]
例如，库48由服务器30托管。因此，操作者不能从终端26或微电网2上的端用户自由访问其内容。库48因此可以包含未公开的专有功能。
[0108]
这使得可以适应每个微电网2的特定特征，因为这些装置的设置高度依赖于设施中存在的电负载和电源的性质和类型以及这些电源和负载相互连接的方式。
[0109]
这也使得可以仅嵌入微电网所需的信息，从而不必像在微电网2上部署通用和非定制设置和算法的情况那样，必须包括与微电网中不存在的装置相关的数据和功能。
[0110]
作为变型，如果在步骤s100中操作者已经定义了多个使用场景(或使用情况)，则在步骤s102中可以为这些使用情况中的每个定义不同的功能，而且还可以定义不同的参数和不同的设置。
[0111]
例如，由生成的算法实现的功能可以包括：
[0112]-确保微电网的稳定性(在频率和电压方面)，特别是当微电网在隔离模式下操作时(例如通过发送每个电负载或电源的有功和无功电力设定点，这些设定点能够基于设备的操作参数计算，例如旋转机器的操作速度)；
[0113]-自动管理要实现的操作序列，以从隔离模式改变到连接模式(可能包括例如断开电负载、选择性地激活或去激活存储装置、驱动开关装置以确保重新连接到主电网)，而有或没有电压损失；
[0114]-通过链路24在控制系统和本地能源之间建立通信协议。
[0115]
应当理解，这些功能是通过示例给出的，作为变型，可以实现其他功能，特别是与能源12至16以及可能的可逆电负载6的管理相关的功能。
[0116]
例如，与电气保护相关的一些功能可以基于微电网2中存在的负载和电源的性质，还基于它们互连的方式，以及微电网中所述保护设备的位置，定义为每个保护设备自动定义至少一个跳闸阈值，该信息已经在步骤s100中获得。
[0117]
当多个保护装置级联连接在微电网2中时，也可以为保护装置定义选择性参数。
[0118]
接下来，在框s104，该方法包括在控制器18中安装生成的功能的步骤。例如，生成的功能组通过通信链路从终端26自动传输到控制器18。控制器18自动接收生成的算法，并自动将它们安装在例如计算机存储器中。
[0119]
作为变型，步骤s104可以包括向控制器18发送技术信息，允许控制器18自动驱动所连接的装置的操作，例如微电网2的各种装置(特别是保护装置，例如断路器)的设置和操作参数，这些数据可能形成在步骤s100中获取的数据的一部分。
[0120]
在微电网2的操作期间，控制器18加载和使用组50中定义的功能，特别是根据环境选择或要求的使用情况。
[0121]
例如，可以基于微电网的操作条件或基于外部参数(例如电网10的负载或状态、一天中的时间、影响一个或多个能源可用性的环境条件等)，从多个可能的预定义使用情况中自动选择一个使用情况，这些外部参数优选能够由控制器18自动测量或获取。
[0122]
接下来，在框s106，该方法可以可选地包括自动生成第二组算法的步骤，该第二组算法使得可以当微电网连接到电网10时优化微电网2的消耗。
[0123]
例如，这些算法可以实现如下功能：
[0124]-基于由主电网10的管理者应用的定价策略来管理微电网的电力消耗和/或生产，特别是当电网10提供的电力成本随着时间变化时(例如当价格增加时减少消耗和/或增加本地电力生产)；
[0125]-管理高峰时期的电力消耗和/或本地电力生产(“调峰”)；
[0126]-禁止向主电网10输出电能；
[0127]-促进所生产电力的自我消耗(例如当微电网2中存在光伏面板时，通过促进光伏面板生产的电力的消耗和/或存储)。
[0128]
也在这种情况下，这些算法最好以可执行指令或编译软件代码的形式生成。这些算法可以从预先存在的数据库中选择。
[0129]
在图3的概述中，算法生成模块52基于在步骤s100中接收的技术数据自动构建第二组算法54。例如，算法生成模块52由终端26或服务器30执行的软件代码来实现。然后，在微电网2操作期间，这些算法可以由服务器30或终端20执行。
[0130]
接下来，在框s108，该方法可以可选地包括基于所获取的技术数据自动创建人/机界面的步骤，该步骤尤其包括生成微电网2的示意性图形表示。
[0131]
在图3的概述中，图形界面生成模块56基于包含在接收的数据库中的技术数据自
动构建图形界面58。
[0132]
例如，图形界面生成模块56由终端26或服务器30执行的软件代码来实现(与图形界面的呈现相关的数据随后被传输到终端26)。
[0133]
图4示出了在步骤s108中自动生成的图形界面的示例。
[0134]
实际上，图形界面70旨在显示在计算机终端的屏幕上，例如旨在供负责监控微电网2的正确操作的操作者使用，无论是在本地界面22上还是在由终端20或服务器30(基于来自微电网2控制系统的信息)生成的网络界面上远程显示。
[0135]
图形界面70包括布置在背景上的多个图形符号，这些符号是基于输入数据，例如基于微电网2的拓扑，而且还基于填充在数据库50中的微电网2的设备的特性，相对于彼此在空间上选择和布置的。
[0136]
在所示的示例中，界面70包括象征微电网2中的电互连的线72，以及代表微电网2的所有或一些设备的图标74。
[0137]
图标74通过线72的部分连接，以代表微电网2中相应电气设备的连接方式的布置。
[0138]
例如，图标74从预定义列表或图形符号库中选择，每个图标与代表该设备性质的设备类型(负载、电源、开关设备、保护设备等)相关。
[0139]
提供位于界面70的不同位置的显示区域76、78，以便显示代表微电网2的设备和/或微电网2本身的操作状态的数据。这些数据可以数字或字母数字的形式、以符号或象形图的形式或者以任何适当的组合或表示来显示。
[0140]
例如，第一显示区域76可以与图标74相关，用于以更具体的方式显示与微电网2的设备项相关的数据。一个或多个第二显示区域78可以更具体的方式显示与整个微电网2相关的数据，然而不特别与一项设备相关。
[0141]
尽管在图4中未示出，但一些显示区域也可以与线72相关，例如为了显示与电导体的状态相关的信息或者与流经该电导体的电流相关的信息。
[0142]
因此，应当理解，仅显示网格中实际存在的必要元素。
[0143]
图形界面70的该示例显然不是限制性的，并且可以根据微电网2的性质和安装者做出的呈现选择而不同地呈现。
[0144]
回到图2，在框s110，该方法可以可选地包括自动配置通信链路24的步骤。
[0145]
在图3的概述中，配置模块56基于包含在接收的数据库中的技术数据自动定义设置和配置数据。例如，配置模块56由控制器18和/或终端20执行的软件代码实现。
[0146]
这些设置和这些参数然后应用于连接到链路24的各种通信接口。
[0147]
通常，生成的设置和参数使得可以配置链路24，从而授权微电网2控制系统(特别是控制器18和终端20)与柔性电负载6和可驱动电源(或者甚至在适用的情况下，将微电网2与主电网10互连的开关设备)之间的通信。
[0148]
配置步骤s110可以包括但不限于基于在步骤s100中获取的数据自动定义的操作：
[0149]-所连接的设备的地址，特别是网络地址；
[0150]-它们之间的通信参数(例如基于链路24的性质和/或拓扑和/或所使用的通信协议)；
[0151]-对每个相关设备的(读和/或写)访问权限。
[0152]
不言而喻，作为变型，上述多个步骤可以不同的顺序执行。某些步骤可以省略。在
其他实施例中，所描述的示例不阻止其他步骤与所描述的步骤一起和/或顺序地实现。
[0153]
借助于本发明，配电微电网能够以自动化的方式快速、容易地配置。
[0154]
上述方法和系统的实施例使得能够自动且以定制的方式对负责驱动和监控微电网2的控制系统的所有或一些功能进行编程，以便考虑微电网2的特定特征。
[0155]
特别地，最棘手的设置操作比如设置保护设备的参数、定义特定的保护计划以及使控制器18实现的监控和驱动功能适应微电网2的特定拓扑是自动化的，并且可以在不系统地需要专业安装人员现场干预的情况下进行。
[0156]
上面设想的实施例和变型可以彼此组合，以便创建新的实施例。