CN111444598B - 综合能源系统的控制终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合能源控制系统，通过设置OPC通信模块和小信号板，可以依靠控制模块和处理模块强大的算力建立综合能源系统和仿真综合能源系统之间的连接。控制终端可以通过OPC通信模块采集仿真综合能源系统的仿真信号以及通过小信号板采集综合能源系统的实际信号，并根据采集到的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略，根据控制策略输出对应的控制指令至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

Description

综合能源系统的控制终端

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种综合能源系统的控制终端。

背景技术

综合能源系统是指利用控制终端整合某一区域内的煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，可有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。

出于综合能源系统安全运行考虑，不能通过施加各种扰动试验来了解其动态特性和控制策略效果，于是增加对其进行验证最有效的方法就是通过动态仿真。然而现有综合能源系统的动态仿真技术并不成熟，无法把控制终端接入软件仿真系统，实现闭环仿真控制。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中无法把控制终端接入仿真系统实现闭环仿真的问题，提供一种综合能源系统的控制终端。

一种综合能源系统的控制终端，包括控制模块、处理模块、小信号板和OPC通信模块；

所述小信号板连接综合能源系统，用于采集所述综合能源系统的实际信号，并将所述实际信号发送至所述处理模块，所述处理模块对所述实际信号进行处理并将处理后的实际信号发送至所述控制模块；

所述OPC通信模块连接仿真综合能源系统，所述控制模块连接所述OPC通信模块，并通过所述OPC通信模块采集所述仿真综合能源系统的仿真信号；

所述控制模块用于根据所述仿真信号和处理后的实际信号以及预设的策略表输出控制策略，根据控制策略生成控制指令，并通过所述OPC通信模块和所述小信号板将所述控制指令分别发送至所述仿真综合能源系统和所述综合能源系统。

在其中一个实施例中，所述处理模块包括异常值剔除单元、特征提取单元、滤波单元和数据变换单元；

其中，所述异常值剔除单元用于根据预设的信号区间剔除所述实际信号中的异常值；所述特征提取单元连接所述异常值剔除单元，用于对所述实际信号进行特征提取；所述滤波单元连接所述特征提取单元，用于对特征提取后的信号进行滤波；所述数据变换单元连接所述滤波单元，用于对滤波后的信号进行数据变换。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括数据处理单元，所述数据处理单元用于将所述仿真信号和所述实际信号转换为相同的数据类型并进行处理。

在其中一个实施例中，所述控制模块还包括策略单元，用于存储预先编写的多种控制策略；

所述数据处理单元根据所述策略表、所述仿真信号和所述实际信号输出对应的控制策略，并根据所述控制策略生成对应的控制指令。

在其中一个实施例中，所述OPC通信模块与所述控制模块通过SPI通信接口连接；

所述小信号板与所述处理模块通过所述SPI通信接口连接；

所述处理模块与所述控制模块通过所述SPI通信接口连接。

在其中一个实施例中，所述处理模块包括第一时钟单元，所述控制模块包括第二时钟单元，所述处理模块和所述控制模块通过所述SPI通信接口通信以使所述第一时钟单元和所述第二时钟单元保持同步。

在其中一个实施例中，所述小信号板包括模数转换单元和连接所述模数转换单元的电平转换单元，所述模数转换单元用于对输入的实际信号进行模数转换，所述电平转换单元用于将所述实际信号的电压域转换为一致的电压域。

在其中一个实施例中，所述仿真综合能源系统设置于PC机上，所述OPC通信模块通过所述SPI通信接口与所述PC机连接。

在其中一个实施例中，还包括电源模块，用于为所述综合能源系统的控制终端供电。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括直流供电单元和交流供电单元，所述直流供电单元连接所述控制模块、所述处理模块、所述小信号板和所述OPC通信模块；所述交流供电单元连接所述控制模块、所述处理模块、所述小信号板和所述OPC通信模块。

上述综合能源系统的控制终端通过设置OPC通信模块和小信号板，可以依靠控制模块和处理模块强大的算力建立综合能源系统和仿真综合能源系统之间的连接。控制终端可以通过OPC通信模块采集仿真综合能源系统的仿真信号以及通过小信号板采集综合能源系统的实际信号，并根据采集到的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略，根据控制策略输出对应的控制指令至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的综合能源系统的控制终端的模块示意图；

图2为本申请的又一实施例提供的综合能源系统的控制终端的模块示意图；

图3为本申请的另一实施例提供的综合能源系统的控制终端的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。

正如背景技术所述，出于综合能源系统的安全性考虑，对其进行验证的有效方法是根据综合能源系统建立仿真综合能源系统。目前通常采用控制终端下发控制策略来进行实际能源系统的能效监管、能耗诊断和能源调配。然而，由于现有的综合能源系统的动态仿真技术不成熟，无法将仿真能源综合能源系统接入控制终端，实现闭环仿真控制。且市场上的控制终端主要应用于综合能源系统，未针对闭环仿真的特点开发相应的接口，使得综合能源系统的开发周期变长。

针对上述技术问题，本申请提供一种综合能源系统的控制终端，可接入综合能源系统和仿真综合能源系统，并采集综合能源系统和仿真综合能源系统的信号，实时监测各能耗使用情况，对能耗数据进行统计与分析，根据采集的信号和内置的策略表下发控制策略至综合能源系统和仿真综合能源系统，以实现不同种类能源的充分利用，在用能环节提高能源效率，降低运营成本。

本申请的一个实施例提供一种综合能源系统的控制终端，连接综合能源系统和仿真综合能源系统，并根据采集到的综合能源系统和仿真综合能源系统的信号下发控制指令至综合能源系统和仿真综合能源系统，实现闭环控制。请参阅图1，该综合能源系统的控制终端包括控制模块100、处理模块200、小信号板300和OPC通信模块400。

小信号板300连接综合能源系统，用于采集综合能源系统的实际信号，并将实际信号发送至处理模块200。实际能源系统由在某一区域内提供能量的供能网络、能源交换环节、能源存储环节以及终端用户等构成。其中供能网络可以包括供电网络、供气网络、供冷/供热网络等；能源交换环节可以包括冷热电三联供机组、发电机组、锅炉、空调、热泵等；能源存储环节可以包括储电、储气、储热、储冷等。小信号板300采集到的实际信号包括实际能源系统中的电压信号、电流信号等，实际信号可以是模拟量信号或数字量信号。本实施例中小信号板300与可以包括12路模拟量输入，4路模拟量输出，4路数字量输入和4路数字量输出，小信号板300的模拟量输入范围为0V～5V，模拟量输出为0V～5V，数字量输入为0V～24V，数字量输出为0V～24V，当然，本申请不限于此，用户也可根据实际需要对小信号板300的接口数量以及模拟量输入、模拟量输出、数字量输入和数字量输出的范围进行扩展。

处理模块200对小信号板300采集的实际信号进行高速运算和处理，并将处理后的实际信号发送至控制模块100。具体的，处理模块200可以是DSP(digital signalprocessor,数字信号处理)处理器。DSP处理器可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合需要的信号形式。本申请中，DSP处理器为可编程信号处理器，以便用户根据需求通过编程改变处理器所要完成的功能。

OPC通信模块400连接仿真综合能源系统，控制模块100连接OPC通信模块400，并通过OPC通信模块400采集仿真综合能源系统的仿真信号。OPC(OLE for Process Control)技术是指为了给工业控制系统应用程序之间的通信建立一个接口标准，在工业控制设备与控制软件之间建立统一的数据存取规范，给工业控制领域提供了一种标准数据访问机制，将硬件与应用软件有效地分离开来，是一套与厂商无关的软件数据交换标准接口和规程，主要解决过程控制系统与其数据源的数据交换问题，可以在各个应用之间提供透明的数据访问。本实施例中，仿真综合能源系统可以是安装于PC机上的仿真软件，控制终端通过OPC技术与PC机连接实现与仿真综合能源系统的通信。其中，仿真综合能源系统为根据综合能源系统构建的仿真预测模型，用以研究综合能源系统的能量管控策略。仿真信号可以包括仿真综合能源系统的仿真电流信号、仿真电压信等。

控制模块100接收到仿真信号和实际信号后，先对仿真信号和实际信号进行处理，然后根据处理后的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略。其中，内嵌的策略表为用于保存综合能源系统中各种设备配置的数据库，由于综合能源系统较为复杂，需要配置的项目也较多，策略表可以将系统中重要的配置功能汇集成各种配置模块，以便快速生成控制策略。控制模块100还根据控制策略生成控制指令，并将对应的控制指令分别通过OPC通信模块400和小信号板300输出至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现在供能环节对不同种类能源的充分利用以及用能环节提高能源效率、降低成本。可以理解的是，当综合能源系统中增加或减少某一模组时，仿真综合能源系统也相应地增加或减少某一模组，进而控制模块100实时采集综合能源系统和仿真综合能源系统的信号，并根据采集到的信号和策略表选取控制策略，根据控制策略生成控制指令并下发至综合能源系统和仿真综合能源系统，实时验证系统的动态运行效果。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端通过设置OPC通信模块400和小信号板300，可以依靠控制模块100和处理模块200强大的算力建立综合能源系统和仿真综合能源系统之间的连接。控制终端可以通过OPC通信模块400采集仿真综合能源系统的仿真信号以及通过小信号板300采集综合能源系统的实际信号，并根据采集到的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略，根据控制策略输出对应的控制指令至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

在其中一个实施例中，小信号板300的物理接口包括SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设)通信接口，控制终端通过SPI通信接口与综合能源系统连接，采集综合能源系统的实际信号，且用户可根据需要对SPI接口进行拓展。请参阅图2，小信号板300包括模数转换单元310和电平转换单元320。模数转换单元310用于将采集到的模拟量信号转换为数字量信号，以便处理模块200处理。由于综合能源系统各电子电路中，由于低电压逻辑的引入，系统内部常常出现输入/输出逻辑不协调的问题，因此需要采用电平转换单元320进行电平转换处理，使得各个信号的电压阈值相同，便处理模块200处理。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端，小信号板300的物理通信接口采用SPI通信接口，使得用户可以根据需要对接口进行扩展，实现与各种外部设备的连接。另外，通过设置OPC通信模块400和小信号板300，可以依靠控制模块100和处理模块200强大的算力建立综合能源系统和仿真综合能源系统之间的连接。综合能源系统的控制终端可以根据采集到的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略，根据控制策略输出对应的控制指令至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

在其中一个实施例中，请继续参阅图2，处理模块200包括异常值剔除单元210、特征提取单元220、滤波单元230和数据变换单元240。

其中，异常值剔除单元210用于剔除实际信号中的异常值。可以理解的是，异常值剔除单元210中存储有各个信号的阈值区间，例如电压阈值区间、电流阈值区间等，异常值剔除单元210将接收到的各类实际信号与阈值区间比较，当某一个或多个实际信号在阈值区间范围外时，可判定在阈值区间外的信号为异常信号，则异常值剔除单元210删除异常信号。

特征提取单元220对剔除异常值后的实际信号进行特征提取，例如对电压信号或电流信号进行傅里叶变换，得到相位谱、幅值谱和频率谱，并提取相位、幅值和频率等，还可根据信号特征计算设备功率。

滤波单元230对特征提取后的信号进行滤波，过滤掉一定范围内的数据信号，达到选择性传输的目的，本实施例中，滤波单元320可以是数字滤波器。

数据变换单元240用于将各类实际信号进行处理，用以统一变量的量纲，尽可能使变量呈正态分布，使变量间的非线性关系变换为线性关系，以便后续控制模块100进行处理。

进一步的，处理模块200还可以包括存储单元，用于存储采集到的实际信号，实现数据的备份。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端，控制模块100可通过处理模块200采集综合能源系统的实际信号，处理模块200可先对实际信号进行处理，后再传输给控制模块200，从而可降低对控制模块100的数据处理要求，提高控制模块100的效率。另外，通过设置OPC通信模块400和小信号板300，可以依靠控制模块100和处理模块200强大的算力建立综合能源系统和仿真综合能源系统之间的连接。控制终端可以采集仿真综合能源系统的仿真信号和综合能源系统的实际信号，并根据采集到的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略，根据控制策略输出对应的控制指令至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

在其中一个实施例中，控制模块100包括数据处理单元110。控制模块100接收仿真信号和处理后的实际信号后，数据处理单元110将仿真信号和实际信号转换为相同的数据类型，例如将仿真信号和实际信号中所有浮点型数据都转换为整形数据后再进行处理。控制模块100中还设有策略单元120，用于存储预先编写的控制策略；控制策略为一种配置综合能源系统设置的机制，可以帮助用户针对综合能源系统和仿真综合能源系统进行设置，达到最佳的能耗利用效果。策略单元120中存储有根据实际情况预先编写的多种控制策略，以便数据处理单元110根据需求选取。控制策略的选取一方面根据策略表中的参数配置，另一方面根据采集到的实际信号和仿真信号。数据处理单元110根据处理后的仿真信号和实际信号结合内嵌的策略表输出对应的控制策略。数据处理单元110还用于运行控制策略生成控制指令并下发至综合能源系统和仿真综合能源系统，以验证系统动态运行效果。具体的，本实施例中控制模块100的硬件结构可以采用ARM处理器，ARM处理器具有功耗低、性能高、成本小的优点，且可编程，用户可根据需要进行策略开发与验证。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端，通过采集综合能源系统和仿真综合能源系统的信号，根据内嵌的策略表可快速输出控制策略，并根据控制策略生成相应的控制指令，通过OPC通信模块400和小信号板300分别下发至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

在其中一个实施例中，OPC通信模块400与安装有仿真综合能源系统的PC机连接的物理接口也可采用SPI通信接口，控制模块100可以通过SPI通信接口与装有仿真综合能源系统的PC机连接并读取仿真综合能源系统的仿真信号。由于OPC通信模块采用SPI通信接口，因此，用户可根据需求对SPI通信接口进行扩展。

进一步的，控制模块100与处理模块200之间、处理模块200与小信号板300之间以及控制模块100与OPC通信模块400之间也可以通过SPI通信接口进行通信，且通信接口可扩展。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端，通过设置OPC通信模块，使得仿真综合能源系统可以接入控制终端，且OPC通信模块400的物理通信接口采用SPI通信接口，使得用户可以根据需求对SPI接口进行扩展。另外，通过设置OPC通信模块400和小信号板300，可以依靠控制模块100和处理模块200强大的算力建立综合能源系统和仿真综合能源系统之间的连接。控制终端可以采集仿真综合能源系统的仿真信号和综合能源系统的实际信号，并根据采集到的仿真信号和实际信号以及内嵌的策略表输出控制策略，根据控制策略输出对应的控制指令至仿真综合能源系统和综合能源系统，以实现对不同种类能源的充分利用，提高能源利用效率、降低用能成本。

在其中一个实施例中，请继续参阅图2，处理模块200还包括第一时钟单元250，第一时钟单元250用于同步处理模块200中各个电路。控制模块110包括第二时钟单元130，第二时钟单元130用于同步控制模块110中各个电路。处理模块200和控制模块100采用SPI通信协议进行通信，并每隔预设时间分别对第一时钟单元250和第二时钟单元130进行校正，使第一钟单元250和第二时钟单元130保持同步。本实施例中，处理模块200和控制模块100之间的最大时间误差不得超过综合能源系统最小仿真步长，通常综合能源系统最小仿真步长为5ms。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端，处理模块200和控制模块100可以通过SPI协议进行通信，通过在处理模块200和控制模块100内分别设置第一时钟单元250和第二时钟单元130，处理模块200和控制模块100通过通信使第一时钟单元250和第二时钟单元130保持同步，从而确保小信号板300和OPC通信模块400采集到的信号的时钟准确性。

在其中一个实施例中，请参阅图3，综合能源系统的控制终端还包括电源模块500，连接小信号板300、OPC通信模块400、处理模块200和控制模块100，用于为综合能源系统的控制终端供电。电源模块500包括直流供电单元510和交流供电单元520，当其中一个供电单元出现故障时，还可通过另一个供电单元510供电。可以理解的是，电源模块500中还包括检测单元和切换单元，检测单元和切换单元均连接直流供电单元510和交流供电单元520。检测单元用于检测正在供电的供电单元是否损坏，若损坏，则检测单元控制切换单元切换只另外一个供电单元为控制终端供电。本实施例中，直流电流510可以是直流电池包，直流电池包的电压可以为12V，容量可以为2200mAh，确保控制终端可运行时间超过2小时。交流供电单元520可以是220V380V交流电源接口，用于连接外部交流电源，采用外部交流电源为控制终端供电。

上述实施例提供的综合能源系统的控制终端，其电源模块5100既包括直流供电单元510也包括交流供电单元520，当其中一个供电单元损坏的时候，还可以采用另一个供电单元供电，实现电源备用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种综合能源系统的控制终端，其特征在于，包括控制模块、处理模块、小信号板和OPC通信模块；

所述小信号板连接综合能源系统，用于采集所述综合能源系统的实际信号，并将所述实际信号发送至所述处理模块，所述处理模块对所述实际信号进行处理并将处理后的实际信号发送至所述控制模块；其中，所述综合能源系统包括供能网络、能源交换环节、能源存储环节以及终端用户；所述处理模块包括异常值剔除单元、特征提取单元、滤波单元和数据变换单元，所述异常值剔除单元用于根据预设的信号区间剔除所述实际信号中的异常值；所述特征提取单元连接所述异常值剔除单元，用于对所述实际信号进行特征提取；所述滤波单元连接所述特征提取单元，用于对特征提取后的信号进行滤波；所述数据变换单元连接所述滤波单元，用于对滤波后的信号进行数据变换；

所述OPC通信模块连接仿真综合能源系统，所述控制模块连接所述OPC通信模块，并通过所述OPC通信模块采集所述仿真综合能源系统的仿真信号；

所述控制模块用于根据所述仿真信号和处理后的实际信号以及预设的策略表输出控制策略，根据控制策略生成控制指令，并通过所述OPC通信模块和所述小信号板将所述控制指令分别发送至所述仿真综合能源系统和所述综合能源系统；其中，所述预设的策略表为用于保存所述综合能源系统中各种设备的配置的数据库；所述控制模块包括数据处理单元，所述数据处理单元用于将所述仿真信号和所述实际信号转换为相同的数据类型并进行处理；所述控制模块还包括策略单元，用于存储预先编写的多种控制策略；所述数据处理单元根据所述策略表、所述仿真信号和所述实际信号输出对应的控制策略，并根据所述控制策略生成对应的控制指令；所述OPC通信模块与所述控制模块通过SPI通信接口连接；所述小信号板与所述处理模块通过所述SPI通信接口连接；所述处理模块与所述控制模块通过所述SPI通信接口连接。

2.根据权利要求1所述的综合能源系统的控制终端，其特征在于，所述处理模块包括第一时钟单元，所述控制模块包括第二时钟单元，所述处理模块和所述控制模块通过所述SPI通信接口通信以使所述第一时钟单元和所述第二时钟单元保持同步。

3.根据权利要求2所述的综合能源系统的控制终端，其特征在于，所述小信号板包括模数转换单元和连接所述模数转换单元的电平转换单元，所述模数转换单元用于对输入的实际信号进行模数转换，所述电平转换单元用于将所述实际信号的电压域转换为一致的电压域。

4.根据权利要求3所述的综合能源系统的控制终端，其特征在于，所述仿真综合能源系统设置于PC机上，所述OPC通信模块通过所述SPI通信接口与所述PC机连接。

5.根据权利要求1所述的综合能源系统的控制终端，其特征在于，还包括电源模块，用于为所述综合能源系统的控制终端供电。

6.根据权利要求5所述的综合能源系统的控制终端，其特征在于，所述电源模块包括直流供电单元和交流供电单元，所述直流供电单元连接所述控制模块、所述处理模块、所述小信号板和所述OPC通信模块；所述交流供电单元连接所述控制模块、所述处理模块、所述小信号板和所述OPC通信模块。