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1、EMS能量管理系统介绍22020年4月19日文档仅供参考EMS能量管理系统1 引言1.2.1 项目名称名称：EMS能量管理系统研发设备：1、 监控主机2、 EMS Master3、 EMS Slave1.2.4 用户1）直接用户项目完成后的直接用户为微网电站。2）潜在用户海岛、政府办公大楼、小区建筑型等是其潜在用户，也能够应用于其它储能微网项目、或并网项目。1.2.5同其它系统或其它机构基本的相互来往关系随着电子技术和计算机技术，特别是电力电子技术的飞速发展，以及各类型蓄电池的成本减低和普及，微网、储能电站会有一个越来越大的市场。在微网系统中，为了协调各个发电设备，需要有一个功能调度设备完成功
2、率分配工作。本系统带有RS485接口，能够满足与远程监控系统接口，可实现太阳能光伏发电系统的无人值守。1.2.6与其它监控系统通信通信协议：MODBUS RTU物理接口：RS-4851.3 定义EMS能量管理系统：微网中负责管理各种发电设备、负载设备的功能调度、管理设备。EMS上位机：EMS Master：EMS Slave：2可行性研究的前提2.1 要求2.1.1 功能要求随着全球范围内能源紧缺和环境保护问题的日益突出，可再生能源的利用引起广泛的重视。大规模太阳能光伏微网发电系统是充分利用太阳能的一种有效方式之一，微网系统中发电调度是系统中最核心的装置之一，直接关系到电网的稳定和太阳能的利用
3、和转换效率，一直是人们关注和研究的热点问题之一。能量管理单元是根据收集到的各个发电设备运行状态数据、负载的用电数据，做出合适的判断，管理、控制各设备正常运行、保证电网稳定的装置。将光伏、风电和柴油发电相结合，以获得间歇性太阳能和风能资源发电的最大化利用，同时保证能够提供持续的高质量电能供应。另外，系统运行费用以及对环境的污染均降低了。光伏阵列、蓄电池、风电机组、负荷、柴油发电机组是这个系统中的主要部分，如何能保证能量在这几部分中合理的分配以达到整个系统的稳定运行是建设永兴岛微电网需要解决的一个关键问题。能量管理系统就是要解决光/风/柴/储/负荷之间的配合问题，使得系统能够协调运行，既保证可再生
4、能源的充分利用、降低柴油消耗、保护环境。对EMS能量管理单元功能的基本要求 稳定电网：1. 协调发电、用电设备，稳定电网。2. 统计用电数据。3. 记录、显示电网状态。 控制功能：1. 接收上级指令，并作出对应动作。2. 控制各个发电设备的运行。3. 管理部分负载。 控制器显示、通信功能：1. 自带显示界面，显示各种状态、参数。2. RS485通信接口与上位机通信。2.1.2技术要求1、产品安全稳定，成本低。2、在现有成熟技术的基础上进行创新，开发出具有高性能的，容量扩展容易的新产品，借鉴国内外同行同类产品的成熟技术，吸收国内同仁先进的算法和编程技巧。3、产品应符合相关国家或行业标准。3系统设
5、计3.1系统整体结构综合分析国内外的情况，能量管理系统上位机采用工控机作为硬件平台。工控机具有较强的抗干扰能力、外部扩展口种类多，而且开发相平台是与普通计算机相同，这样开发相对方便。系统框图：3.2具体功能要求3.2.1 EMS上位机具体功能要求1、显示实时显示电网运行的数据、状态。如电网频率、电压、电流、发电功率、用电功率、有功、无功等。实时显示网络中设备运行状态。发电设备状态数据、用电设备状态数据、PCS电池充放电状态及容量等。查询显示各设备运行记录；显示数据库中记录设备的运行数据曲线、工作状态曲线等。根据曲线对电网、设备进行分析，从而制定出更好的控制策略和方法。2、控制控制网络中设备的启
6、动、停止。手动控制一个或多个设备停止工作，从而能够进行检修工作。手动控制PCS对电池进行充放电，电池活化处理以及电池检测等工作。手动控制可控负荷的工作。接收上级指令或经过编辑好的控制过程，向EMS系统发送控制指令，满足调度的要求。3、记录记录电网运行数据、状态，能够远传到远程监控中心，以便将来进行电网运行状态分析时使用。记录网络中各个设备运行状态数据、运行状态。能够远传到远程监控中心进行查询、显示和分析。记录控制命令执行过程，记录远端下发的控制指令，记录向EMS系统下发的控制指令。能够经过网络将数据远传到监控中心或分析设备中，以便将来进行电网运行状态分析时使用。4、数据输入编辑系统网络结构。经
7、过界面操作配置系统网络图，设备链接示意图，自动产生网络对应的数据库。设备设备配置数据。经过界面操作配置系统中各个设备、Slave设备的配置数据，下发的各个设备。5、通信远程通信。经过RS485或TCP/IP将EMS管理网络的数据远传到监控中心或分析设备中，共分析人员使用。与Master通信。向Master下发远程或界面操作产生的控制指令，接收Master运行状态数据。3.2.2 EMS Master具体功能要求1、采集数据、控制设备经过采集设备(串口、CAN采集)或电压、电流传感器采集电网的运行参数（电压、电流、频率等），计算电网的有功、无功。累计计算发电设备的运行数据（Slave上传或外接采
8、集设备）；采集可控负荷的状态数据。根据电网数据和状态、上级的调度命令，根据设定好的调度算法，计算出控制量，将控制量根据控制算法，细分到各个Slave中，向Slave发送合适的控制指令。监控模拟、数字输入口的状态，根据逻辑做出相对应的动作。控制模拟、数字口的状态。2、通信与上位机、上级或监控进行通信。接收上级（控制）指令，作为控制算法的输入条件。管理Slave。查询控制管辖的Slave，判断Slave的状态。3、记录记录电网运行数据、状态，供上位机查询显示用，以便将来进行电网运行状态分析时使用。记录Slave运行状态数据，记录Slave管辖设备的运行状态数据。能够经过专用设备或上位机进行查询和显
9、示。记录控制命令执行过程，记录上位机、监控主机下发的控制指令，记录向Slave下发的控制指令。能够经过网络将数据读入上位机或分析设备中，以便将来进行电网运行状态分析时使用。3.2.3 EMS Slave具体功能要求1、控制控制协调PCS、逆变器、油机、风机、可控负荷等设备运行。具有一定的自主控制功能，在满足Master控制要求的基础上，自动分配管辖设备的工作点。2、通信与Master进行通信。接收Master下发的控制指令，作出判断并执行。向Master主动/查询报告管辖设备的运行状态。与管辖设备PCS、逆变器等进行通信。向管辖设备发送控制指令，调节设备的运行状态。接收设备的运行状态数据，向M
10、aster进行报告。3、记录记录Master下发到本Slave的控制执行指令，以便将来进行电网运行状态分析时使用。记录下发到管辖PCS、逆变器等设备的控制命令，并记录管辖设备对下发指令执行的情况。记录管辖PCS、逆变器等设备运行状态及数据，同时向Master报告设备的各种运行数据、状态、报警等。3.3技术指标3.3.1 EMS系统技术指标EMS系统指标设备容量上位机监控平台1台Master1台Slave最大数量8台Slave控制设备数量4台最大控制设备数量32台发电设备最多24台负载最多8台控制功率最大发电功率12MW最大控制负载功率4MW时间响应检测控制时间判断-下发命令-设备执行)3.3.
11、2 EMS上位机具体技术指标EMS上位机接口RS485接口1个，MODBUS协议，通信速率2400bps-38400bps,默认9600bps,最大通信距离1500m(2400bps)RJ45接口1个，100M/10MVGA接口1个，现场显示供电电压交流220V/50Hz，直流18-32V最大功耗120W系统参数防护等级IP20 噪声83dB工作环境温度-20+40工作环境湿度20%-93%冷却方式风冷显示方式TFT 触摸屏安装方式机柜、琴台EMC要求EMC要求ClassB软件参数操作记录数量最多1万条报警记录数量最多1万条运行参数记录数量最多10万条操作密码保护3级无密码：查询记录、报警等1
12、级：复位报警等；现场维护人员使用2级：更改系统运行参数，控制设备；设备管理人员使用3级：配置系统等，厂家使用编辑、下载系统参数3.3.3 EMS Master具体技术指标EMS Master时间指标检测控制时间判断-下发命令-设备执行)上位机命令响应10ms巡检Slave周期100ms接口RS485接口2个，MODBUS协议，通信速率2400bps-38400bps,默认9600bps,最大通信距离1500m(2400bps)RJ45接口1个，100M/10MCAN接口2个，通信速率2Kbps-50Kbps,默认10Kbps,最大通信距离1500m(2Kbps)模拟输入接口6路（电网电压、电流
13、）,4-20mA模拟输出接口8路，4-20mA开关量输入接口12路，无源开关量输出接口12路，无源供电电压DC18-32V电流1A最大功耗20W系统参数防护等级IP20 工作环境温度-20+70工作环境湿度20%-93%3.3.4 EMS Slave具体技术指标EMS Slave时间指标检测控制时间判断-下发命令-设备执行)上位机命令响应10ms巡检Slave周期100ms接口RS485接口2个，MODBUS协议，通信速率2400bps-38400bps,默认9600bps,最大通信距离1500m(2400bps)RJ45接口1个，100M/10MCAN接口2个，通信速率2Kbps-50Kbp
14、s,默认10Kbps,最大通信距离1500m(2Kbps)模拟输入接口6路（电网电压、电流）,4-20mA模拟输出接口8路，4-20mA开关量输入接口12路，无源开关量输出接口12路，无源供电电压DC18-32V电流1A最大功耗20W系统参数防护等级IP20 工作环境温度-20+70工作环境湿度20%-93%4技术路线4.1 开发环境4.1.1 EMS上位机方案1：采用组态软件开发。优点：开发相对简单，速度快，维护方便。缺点：软件部署需要购买版权。方案2：采用通用软件开发，例如VC+/QT之类。优点：部署软件不需要额外费用。缺点：开发复杂，对人员技术水平要求高，维护相对困难。4.1.2 EMS Master、EMS Slave采用C语言实现开发环境采用IAR for ARM。4.2 软件流程主控软件主要由主程序和通信程序两部分组成，主程序流程图如图3a所示，通信程序流程图如图3b所示。图3a 主程序流程
