一种基于dsp和arm的光伏智能微电网的管理系统的制作方法
一种基于dsp和arm的光伏智能微电网的管理系统的制作方法
【专利说明】一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及农业生产领域，具体涉及一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统。
【背景技术】
[0003]电力系统负荷的持续增长、结构的不断老化、环保问题、能源利用效率瓶颈以及用户对电能质量的高标准要求，已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战。智能微电网对分布式电源的有效利用以及灵活、智能的控制特点，使其在解决上述问题方面表现出极大潜能。在诸多分布式能源微电网中尤以光伏智能微电网分布较为广泛，它能提供灵活的运行方式与高质量的供电服务，其主要由以下几个部分组成:太阳能光伏组件、光伏逆变器、双向储能逆变器、储能电池模块、能源管理系统(EMS )、双向智能电表。经光伏组件转换的电能，经过光伏逆变器可转换为两种形式:在负载需求大时通过交流母线直接向负载供电；当负载需求量小甚至无需求时，通过交流母线向电网馈电。在高峰期利用光伏组件转换的电量为负载供电，而在低谷期通过储能逆变器将电网的廉价电存储在储能电池模块中。当电网发生停电或者光伏组件无法供电时，即可通过储能逆变器将储能电池模块中的电能逆变供给负载，光伏智能微电网的结构如图1所示。
[0004]在整套光伏智能微电网系统的高效运行中，能源管理系统(EMS)具有举足轻重的核心作用。能源管理系统在合理优化分配所发电量、灵活利用低谷电将电能储存在储能电池模块，智能调控发、供、储电各种模式的各种应用中起着至关重要的作用。现有的能源管理系统信号处理和控制单元集成于一体，可以实现对微电网中各物理量的实时监控和基本控制，但是受硬件及构架的限制，很难实现复杂算法和高级控制功能，使得能源优化配置功能在传统的能源管理系统中没有得到充分发挥。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其可有效解决上述问题，能够实现复杂算法和高级控制功能，使得能源优化配置功能得到充分发挥。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案进行实施:
一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元和能源优化配置单元，ARM模块包括控制单元和上位机单元，数据通信单元用于实现控制单元与光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互，控制单元对数据通信单元输入的信号进行分析处理，控制单元依据分析处理的结果执行如下三个操作:其一为依据处理的结果通过数据通信单元发送相应指令调控光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块的运行状态；其二为将处理的结果通过上位机单元发送至上位机监控模块进行显示；其三为将数据发送至能源优化配置单元进行能源微电网优化配置分析处理、能源优化配置单元将分析处理结果通过数据通信单元反馈给控制单元、控制单元依据反馈结果执行相应动作。
[0007]上述技术方案中，通过DSP模块和ARM模块组合构成光伏智能微电网的管理系统，将复杂的能源微电网优化配置控制算法转入DSP模块中的能源优化配置单元进行操作，解决传统控制单元处理能力不足的问题；提高控制系统的运算速度和上位机监控模块的监控水平。
【附图说明】
[0008]图1为光伏智能微电网的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
[0010]光伏智能微电网结构的如图1所示，微电网能源管理系统需要与光伏逆变器、储能逆变器以及储能BMS进行数据通信，并且根据这些设备提供的微电网运行状态数据，采用能源微电网优化配置控制算法对微电网运行模式进行控制管理。
[0011]本发明采取的技术方案如图1所示，一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元11和能源优化配置单元12，ARM模块包括控制单元13和上位机单元14，数据通信单元11用于实现控制单元13与光伏逆变器22、储能逆变器23、储能电池管理模块21、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互(数据交互是指数据通信单元11接收来自光伏逆变器22、储能逆变器23、储能电池管理模块21、智能双向电表和上位机监控模块输入的数据并将其转换为控制单元13所需要的数字量并发送至控制单元13，将控制单元13的控制信息按照相应的通信协议转发给上述各设备或模块)，控制单元13对数据通信单元11输入的信号进行分析处理，控制单元13依据分析处理的结果执行如下三个操作:其一为依据处理的结果通过数据通信单元11发送相应指令调控光伏逆变器22、储能逆变器23、储能电池管理模块21的运行状态；其二为通过上位机单元14将处理的数据结果按照与上位机监控模块的通信协议打包，并直接发送至上位机监控模块进行显示，上位机单元14与上位机监控模块通过数据线进行连接；其三为将数据发送至能源优化配置单元12进行能源微电网优化配置分析处理、能源优化配置单元12将分析处理结果通过数据通信单元11反馈给控制单元13、控制单元13依据反馈结果执行相应动作。控制单元13用于将数据通信单元11发送过来是数据进行分析和处理，将复杂算法的运行转移到能源优化配置单元12中实现。该模块运行嵌入式操作系统，使用多线程处理功能，控制各命令的执行。
[0012]上述技术方案中，通过DSP模块和ARM模块组合构成光伏智能微电网的管理系统，将复杂的能源微电网优化配置控制算法转入DSP模块中的能源优化配置单元12进行操作，解决传统控制单元13处理能力不足的问题；提高控制系统的运算速度和上位机监控模块的监控水平。
[0013]具体的方案 为:数据通信单元11采用485通信方式分别与光伏逆变器22、储能逆变器23、智能双向电表子进行数据交互，数据通信单元11以CAN通信方式与储能电池管理模块21进行数据交互；数据通信单元11也可采用以太网和上位机监控模块进行数据交互；数据通信单元11采用HPI通信方式与控制单元13进行数据交互。控制单元13还可通过数据通信单元11与远程服务器进行数据交互。DSP模块和ARM模块的硬件具体可采用德州仪器(TI)公司的OMAPL138处理器进行实现。ARM模块运行嵌入式操作系统，使用多线程处理功能，通过以太网与远程服务器通信，同时对来自控制单元13的数据进行处理和发送，对从上位机监控模块接收的数据进行解释和处理，并将控制指令发送给数据通信模块，进而控制光伏逆变器22、储能逆变器23和储能电池管理模块21的工作模式。上位机监控模块包括触摸屏上位机和远程服务器。触摸屏上位机可以显示操作界面，实时显示微电网的运行状态，并能够根据用户的操作对控制单元13下发各种指令。远程服务器通过以太网与能源管理系统通信，并运行上位机监控软件，能够记录、分析各种接受到的数据。能源优化配置单元12和数据通信单元11运行于DSP的DSP/B1S系统，使用TCP/IP以太网通信协议和远程服务器通信，运行程序采用编程语言写入。
[0014]下面以微电网系统实例来对本发明进行具体说明:
微电网系统中采用两组光伏组件、两台5KW光伏逆变器22、两组储能电池系统、两台储能逆变器23和两套BMS。
[0015]光伏智能微电网的管理系统的工作过程为:
操作1:数据通信单元11、控制单元13、上位机单元、能源优化配置单元12上电启动，远程服务器启动并运行相应软件，并通过以太网与EMS建立连接，通过上位机单元发出控制指令，配置微电网的运行模式和控制参数；
操作2:光伏逆变器22、储能逆变器23和储能BMS上电启动，并通过数据通信单元11实时向EMS发送微电网运行数据；
操作3:上位机发出启动命令，控制单元13开始运行，读取微电网运行数据，调用能源微电网优化配置控制算法，发送控制指令，微电网开始运行；
操作4:控制单元13将运行数据通过以太网发送给远程服务器，上位机监控软件界面可以实时观测到数据采集模块发送的数据、能源微电网优化配置控制算法中的中间数据。通过观测、记录和分析相关数据，可以准确评估微电网的运行状态，分析出现的故障问题，并给出微电网的建议配置方案以解决这些问题和故障。
[0016]采用本发明提供的基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统进行操作存在如下优点，其一:采用DSP和ARM结合的控制器结构，提高了处理器的处理能力，控制单元13和上位机监控模块紧密结合，在控制微电网的同时能够实时监控控制单元13内部的数据和采集到的微电网内部状态数据；其二:通过触摸屏上位机可以直接控制微电网系统，配置运行模式和算法的参数，极大地方便了系统的调试和运行；其三:远程服务器可以记录、分析微电网运行的历史数据，进而对微电网运行状态进行预测分析，同时根据智能算法提供微电网的建议配置；其四:使用以太网，数据带宽大，且数据传输的可靠性得到了极大的保证。
[0017]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元和能源优化配置单元，ARM模块包括控制单元和上位机单元，数据通信单元用于实现控制单元与光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互，控制单元对数据通信单元输入的信号进行分析处理，控制单元依据分析处理的结果执行如下三个操作:其一为依据处理的结果通过数据通信单元发送相应指令调控光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块的运行状态；其二为将处理的结果通过上位机单元发送至上位机监控模块进行显示；其三为将数据发送至能源优化配置单元进行能源微电网优化配置分析处理、能源优化配置单元将分析处理结果通过数据通信单元反馈给控制单元、控制单元依据反馈结果执行相应动作。2.根据权利要求1所述的基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:数据通信单元采用485通信方式分别与光伏逆变器、储能逆变器、智能双向电表子进行数据交互，数据通信单元以CAN通信方式与储能电池管理模块进行数据交互；数据通信单元采用HPI通信方式与控制单元进行数据交互。3.根据权利要求1或2所述的基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:控制单元还通过数据通信单元与远程服务器、触摸屏上位机进行数据交互。
【专利摘要】本发明涉及一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元和能源优化配置单元，ARM模块包括控制单元和上位机单元，数据通信单元用于实现控制单元与光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互，控制单元对数据通信单元输入的信号进行分析处理，能源优化配置单元进行能源微电网优化配置分析处理。上述技术方案中，通过DSP模块和ARM模块组合构成管理系统，将复杂的能源微电网优化配置控制算法转入DSP模块中的能源优化配置单元进行操作，解决传统控制单元处理能力不足的问题；提高控制系统的运算速度和上位机监控模块的监控水平。
【IPC分类】H02J13/00
【公开号】CN104901422
【申请号】CN201510339025
【发明人】陈宗海, 董广忠, 张陈斌, 武骥, 桂旺胜, 朱全日
【申请人】安徽贵博新能科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
【专利说明】一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及农业生产领域，具体涉及一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统。
【背景技术】
[0003]电力系统负荷的持续增长、结构的不断老化、环保问题、能源利用效率瓶颈以及用户对电能质量的高标准要求，已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战。智能微电网对分布式电源的有效利用以及灵活、智能的控制特点，使其在解决上述问题方面表现出极大潜能。在诸多分布式能源微电网中尤以光伏智能微电网分布较为广泛，它能提供灵活的运行方式与高质量的供电服务，其主要由以下几个部分组成:太阳能光伏组件、光伏逆变器、双向储能逆变器、储能电池模块、能源管理系统(EMS )、双向智能电表。经光伏组件转换的电能，经过光伏逆变器可转换为两种形式:在负载需求大时通过交流母线直接向负载供电；当负载需求量小甚至无需求时，通过交流母线向电网馈电。在高峰期利用光伏组件转换的电量为负载供电，而在低谷期通过储能逆变器将电网的廉价电存储在储能电池模块中。当电网发生停电或者光伏组件无法供电时，即可通过储能逆变器将储能电池模块中的电能逆变供给负载，光伏智能微电网的结构如图1所示。
[0004]在整套光伏智能微电网系统的高效运行中，能源管理系统(EMS)具有举足轻重的核心作用。能源管理系统在合理优化分配所发电量、灵活利用低谷电将电能储存在储能电池模块，智能调控发、供、储电各种模式的各种应用中起着至关重要的作用。现有的能源管理系统信号处理和控制单元集成于一体，可以实现对微电网中各物理量的实时监控和基本控制，但是受硬件及构架的限制，很难实现复杂算法和高级控制功能，使得能源优化配置功能在传统的能源管理系统中没有得到充分发挥。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其可有效解决上述问题，能够实现复杂算法和高级控制功能，使得能源优化配置功能得到充分发挥。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案进行实施:
一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元和能源优化配置单元，ARM模块包括控制单元和上位机单元，数据通信单元用于实现控制单元与光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互，控制单元对数据通信单元输入的信号进行分析处理，控制单元依据分析处理的结果执行如下三个操作:其一为依据处理的结果通过数据通信单元发送相应指令调控光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块的运行状态；其二为将处理的结果通过上位机单元发送至上位机监控模块进行显示；其三为将数据发送至能源优化配置单元进行能源微电网优化配置分析处理、能源优化配置单元将分析处理结果通过数据通信单元反馈给控制单元、控制单元依据反馈结果执行相应动作。
[0007]上述技术方案中，通过DSP模块和ARM模块组合构成光伏智能微电网的管理系统，将复杂的能源微电网优化配置控制算法转入DSP模块中的能源优化配置单元进行操作，解决传统控制单元处理能力不足的问题；提高控制系统的运算速度和上位机监控模块的监控水平。
【附图说明】
[0008]图1为光伏智能微电网的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
[0010]光伏智能微电网结构的如图1所示，微电网能源管理系统需要与光伏逆变器、储能逆变器以及储能BMS进行数据通信，并且根据这些设备提供的微电网运行状态数据，采用能源微电网优化配置控制算法对微电网运行模式进行控制管理。
[0011]本发明采取的技术方案如图1所示，一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元11和能源优化配置单元12，ARM模块包括控制单元13和上位机单元14，数据通信单元11用于实现控制单元13与光伏逆变器22、储能逆变器23、储能电池管理模块21、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互(数据交互是指数据通信单元11接收来自光伏逆变器22、储能逆变器23、储能电池管理模块21、智能双向电表和上位机监控模块输入的数据并将其转换为控制单元13所需要的数字量并发送至控制单元13，将控制单元13的控制信息按照相应的通信协议转发给上述各设备或模块)，控制单元13对数据通信单元11输入的信号进行分析处理，控制单元13依据分析处理的结果执行如下三个操作:其一为依据处理的结果通过数据通信单元11发送相应指令调控光伏逆变器22、储能逆变器23、储能电池管理模块21的运行状态；其二为通过上位机单元14将处理的数据结果按照与上位机监控模块的通信协议打包，并直接发送至上位机监控模块进行显示，上位机单元14与上位机监控模块通过数据线进行连接；其三为将数据发送至能源优化配置单元12进行能源微电网优化配置分析处理、能源优化配置单元12将分析处理结果通过数据通信单元11反馈给控制单元13、控制单元13依据反馈结果执行相应动作。控制单元13用于将数据通信单元11发送过来是数据进行分析和处理，将复杂算法的运行转移到能源优化配置单元12中实现。该模块运行嵌入式操作系统，使用多线程处理功能，控制各命令的执行。
[0012]上述技术方案中，通过DSP模块和ARM模块组合构成光伏智能微电网的管理系统，将复杂的能源微电网优化配置控制算法转入DSP模块中的能源优化配置单元12进行操作，解决传统控制单元13处理能力不足的问题；提高控制系统的运算速度和上位机监控模块的监控水平。
[0013]具体的方案 为:数据通信单元11采用485通信方式分别与光伏逆变器22、储能逆变器23、智能双向电表子进行数据交互，数据通信单元11以CAN通信方式与储能电池管理模块21进行数据交互；数据通信单元11也可采用以太网和上位机监控模块进行数据交互；数据通信单元11采用HPI通信方式与控制单元13进行数据交互。控制单元13还可通过数据通信单元11与远程服务器进行数据交互。DSP模块和ARM模块的硬件具体可采用德州仪器(TI)公司的OMAPL138处理器进行实现。ARM模块运行嵌入式操作系统，使用多线程处理功能，通过以太网与远程服务器通信，同时对来自控制单元13的数据进行处理和发送，对从上位机监控模块接收的数据进行解释和处理，并将控制指令发送给数据通信模块，进而控制光伏逆变器22、储能逆变器23和储能电池管理模块21的工作模式。上位机监控模块包括触摸屏上位机和远程服务器。触摸屏上位机可以显示操作界面，实时显示微电网的运行状态，并能够根据用户的操作对控制单元13下发各种指令。远程服务器通过以太网与能源管理系统通信，并运行上位机监控软件，能够记录、分析各种接受到的数据。能源优化配置单元12和数据通信单元11运行于DSP的DSP/B1S系统，使用TCP/IP以太网通信协议和远程服务器通信，运行程序采用编程语言写入。
[0014]下面以微电网系统实例来对本发明进行具体说明:
微电网系统中采用两组光伏组件、两台5KW光伏逆变器22、两组储能电池系统、两台储能逆变器23和两套BMS。
[0015]光伏智能微电网的管理系统的工作过程为:
操作1:数据通信单元11、控制单元13、上位机单元、能源优化配置单元12上电启动，远程服务器启动并运行相应软件，并通过以太网与EMS建立连接，通过上位机单元发出控制指令，配置微电网的运行模式和控制参数；
操作2:光伏逆变器22、储能逆变器23和储能BMS上电启动，并通过数据通信单元11实时向EMS发送微电网运行数据；
操作3:上位机发出启动命令，控制单元13开始运行，读取微电网运行数据，调用能源微电网优化配置控制算法，发送控制指令，微电网开始运行；
操作4:控制单元13将运行数据通过以太网发送给远程服务器，上位机监控软件界面可以实时观测到数据采集模块发送的数据、能源微电网优化配置控制算法中的中间数据。通过观测、记录和分析相关数据，可以准确评估微电网的运行状态，分析出现的故障问题，并给出微电网的建议配置方案以解决这些问题和故障。
[0016]采用本发明提供的基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统进行操作存在如下优点，其一:采用DSP和ARM结合的控制器结构，提高了处理器的处理能力，控制单元13和上位机监控模块紧密结合，在控制微电网的同时能够实时监控控制单元13内部的数据和采集到的微电网内部状态数据；其二:通过触摸屏上位机可以直接控制微电网系统，配置运行模式和算法的参数，极大地方便了系统的调试和运行；其三:远程服务器可以记录、分析微电网运行的历史数据，进而对微电网运行状态进行预测分析，同时根据智能算法提供微电网的建议配置；其四:使用以太网，数据带宽大，且数据传输的可靠性得到了极大的保证。
[0017]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元和能源优化配置单元，ARM模块包括控制单元和上位机单元，数据通信单元用于实现控制单元与光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互，控制单元对数据通信单元输入的信号进行分析处理，控制单元依据分析处理的结果执行如下三个操作:其一为依据处理的结果通过数据通信单元发送相应指令调控光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块的运行状态；其二为将处理的结果通过上位机单元发送至上位机监控模块进行显示；其三为将数据发送至能源优化配置单元进行能源微电网优化配置分析处理、能源优化配置单元将分析处理结果通过数据通信单元反馈给控制单元、控制单元依据反馈结果执行相应动作。2.根据权利要求1所述的基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:数据通信单元采用485通信方式分别与光伏逆变器、储能逆变器、智能双向电表子进行数据交互，数据通信单元以CAN通信方式与储能电池管理模块进行数据交互；数据通信单元采用HPI通信方式与控制单元进行数据交互。3.根据权利要求1或2所述的基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，其特征在于:控制单元还通过数据通信单元与远程服务器、触摸屏上位机进行数据交互。
【专利摘要】本发明涉及一种基于DSP和ARM的光伏智能微电网的管理系统，包括DSP模块和ARM模块，DSP模块包括数据通信单元和能源优化配置单元，ARM模块包括控制单元和上位机单元，数据通信单元用于实现控制单元与光伏逆变器、储能逆变器、储能电池管理模块、智能双向电表、上位机监控模块之间的数据交互，控制单元对数据通信单元输入的信号进行分析处理，能源优化配置单元进行能源微电网优化配置分析处理。上述技术方案中，通过DSP模块和ARM模块组合构成管理系统，将复杂的能源微电网优化配置控制算法转入DSP模块中的能源优化配置单元进行操作，解决传统控制单元处理能力不足的问题；提高控制系统的运算速度和上位机监控模块的监控水平。
【IPC分类】H02J13/00
【公开号】CN104901422
【申请号】CN201510339025
【发明人】陈宗海, 董广忠, 张陈斌, 武骥, 桂旺胜, 朱全日
【申请人】安徽贵博新能科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
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