一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法.pdf

本发明涉及一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，所述系统为基于PROFINET总线的分布式控制系统，包括至少两个储能电站子单元，所述储能电站子单元之间通过PROFINET以太网交换机形成以太网环架构，所述PROFINET以太网交换机与储能电站监控站连接；每个子单元包括主站以及至少两个从站，所述主站通过PROFINET总线与从站连接。本发明提供的技术方案能够实现数据的快速、同步、可靠传输。

1.  一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统，其特征在于，所述系统为基于PROFINET总线的分布式控制系统，包括至少两个储能电站子单元，所述储能电站子单元之间通过PROFINET以太网交换机形成以太网环架构，所述PROFINET以太网交换机与储能电站监控站连接；每个子单元包括主站以及至少两个从站，所述主站通过PROFINET总线与从站连接。

2.  如权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述至少两个从站通过PROFINET总线串联后再通过PROFINET总线与所述主站连接；或所述从站通过PROFINET总线连接至PROFINET交换机后再通过PROFINET总线与主站连接；
所述主站用于监控及调度储能电站，所述从站用于控制储能电站内每个储能单元。

3.  如权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述主站为采用冗余模式的两个主站，由一个主站和从站间完成数据传输，另一个为备用主站。

4.  如权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，每个所述从站包括分别与多个所述现场设备连接的控制模块和输入输出模块、以及与主站连接的通信模块。

5.  如权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述储能电站子单元之间采用采用以太网光缆连接；且以太网光缆采用双绞线形式；所述两个主站之间采用同步光缆连接。

6.  一种如权利要求1-4中任一项所述的用于储能电站现场设备之间的数据传输系统的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：主站与从站之间通过建立的PROFINET通信信道周期性地完成数据交换；
所述主站向从站发送控制信息，从站接收主站发送的控制信息，并对控制信息进行处理后按照现场设备实际需求的时序依次输出至多个输入输出模块，以控制现场设备动作；
所述从站的控制模块按照现场设备实际需求的时序依次对下属的多个输入输出模块进行采集以获得多个现场设备的信息，并将采集到的信息封装后发送到主站；完成主站和从站的一次数据传输。

7.  如权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于，当主站将数据传输至从站的现场设备时，主站与每一个从站建立单独的输出通道；
当从站将数据传输至主站时，在主站和要将数据传输至主站的每一个从站现场设备之间建立单独的输入通道。

8.  如权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于，根据业务的实时性需求，将预先设置的数据根据通信业务需求划分成三个通信信道：同步实时信道，实时信道和标准TCP/IP信道。

一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种储能电站的传输系统及其传输方法，具体讲涉及一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法。
背景技术
随着光伏/风力发电等可再生能源的发展，储能电站可提高光伏/风力发电的接入电网能力，储能电站的应用随之逐渐增多；现场总线领域，PROFINET是PROFIBUS国际组织创新的自动化标准，用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案；PROFINET支持用以太网通信的分散式现场设备和苛求时间的应用的集成，以及基于组件的分布式自动化系统的集成；同时，PROFINET作为开放的实时工业以太网通信协议，通过高层控制设备实现对多个现场设备的控制，为工业现场总线的实时性、拓扑的灵活性以及多个现场设备之间数据传输的可靠性和快速性提供了灵活的解决方案。目前，储能电站内现场设备之间的数据传输大都采用CAN、RS485或者MODBUS等，数据传输速率较低，且无法实现数据的实时性和同步传输。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，本发明能够实现数据的快速、同步、可靠传输。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统，其改进之处在于，所述系统为基于PROFINET总线的分布式控制系统，包括至少两个储能电站子单元，所述储能电站子单元之间通过PROFINET以太网交换机形成以太网环架构，所述PROFINET以太网交换机与储能电站监控站连接；每个子单元包括主站以及至少两个从站，所述主站通过PROFINET总线与从站连接。
进一步地，所述至少两个从站通过PROFINET总线串联后再通过PROFINET总线与所述 主站连接；或所述从站通过PROFINET总线连接至PROFINET交换机后再通过PROFINET总线与主站连接；
所述主站用于监控及调度储能电站，所述从站用于控制储能电站内每个储能单元。、
进一步地，所述主站的数目为2，两个主站采用冗余模式，正常状态下由一个主站和从站完成数据传输；故障状态下切换到备用主站。
进一步地，每个所述从站包括分别与多个现场设备连接的控制模块和输入输出模块、以及与主站连接的通信模块。
进一步地，所述储能电站子单元之间采用采用以太网光缆连接；且以太网光缆采用双绞线形式；所述两个主站之间采用同步光缆连接。
本发明还提供一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统的数据传输方法，其改进之处在于，所述方法包括：主站与从站之间通过建立的PROFINET通信信道周期性地完成数据交换；
所述主站向从站发送控制信息，从站接收主站发送的控制信息，并对控制信息进行处理后按照现场设备实际需求的时序依次输出至多个输入输出模块，以控制现场设备动作；
所述从站的控制模块按照现场设备实际需求的时序依次对下属的多个输入输出模块进行采集以获得多个现场设备的信息，并将采集到的信息封装后发送到主站；完成主站和从站的一次数据传输。
进一步地，当主站将数据传输至从站的现场设备时，主站与每一个从站建立单独的输出通道；
当从站将数据传输至主站时，在主站和要将数据传输至主站的每一个从站现场设备之间建立单独的输入通道。
进一步地，根据业务的实时性需求，将预先设置的数据根据通信业务需求划分成三个通信信道：同步实时信道，实时信道和标准TCP/IP信道。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
1、本发明提供的一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，储能电站内多个现场设备采用PROFINET工业以太网进行数据传输，实现储能电站内设备之间数据的快速可靠传输。
2、本发明提供的一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，实现储能电站内不同需求的数据在不同通信信道上传输，完成一般数据、实时数据和同步实时数据的传 输。
3、本发明提供的一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，根据PROFINET灵活的组网方式，采用单元组合后再组成环网的模式，利于储能电站内各设备的联网。
4、本发明提供的一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，根据数据传输需求，将储能电站内数据进行分类，实现不同需求的数据在不同通信信道上传输。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中；
图1是本发明第一实施方式中主站与从站的连接关系图；
图2是本发明第二实施方式中主站与从站的连接关系图；
图3是本发明实施例中基于PROFINET标准的通信系统的主站和现场设备(从站)之间的通信循环的时序图；
图4是本发明实施例中整个储能电站内所有现场设备连接示意图；
图5是本发明实施例中互为冗余主站以及从站的连接示意图；其中：PN1和PN2分别表示基于工业以太网技术的自动化总线标准的PROFINET1总线和PROFINET2总线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并 且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
为了解决现有技术中储能电站内数据传输速率较低，且无法实现数据的实时性和同步传输的问题，本发明提供一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法。
储能电站一般由多个储能单元组成，储能单元内含多个储能变流器、电池系统及辅助设备，为了实现储能电站内设备实时可靠的通信，本发明提供了一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统，该系统为基于PROFINET总线的分布式控制系统，包括一个主站以及多个从站，主站实现整个储能电站的监控及调度，从站负责电站内每个储能单元的控制；从站主要包括分别与多个现场设备连接的控制模块、输入输出模块、以及与主站的通信模块，实现与储能电站内多个现场设备的连接与控制；每个从站均与多个现场设备连接。
如图1所示，为本发明第一实施方式中主站与从站的连接关系图，各从站可以形成菊花链形式，通过PROFINET总线串联，串联后的整体通过PROFINET总线与所属主站连接；如图2所示，为本发明第二实施方式中主站与从站的连接关系图，各从站也可以采用星形拓扑，分别连接至PROFINET交换机与主站连接。
每个单元之间通过PROFINET以太网交换机形成以太网环，储能电站总监控站连接到环上任意一个交换机上，形成整个储能电站内所有现场设备的数据传输和监控，如图4所示。
本发明实施例中互为冗余主站以及从站的连接示意图如图5所示，储能电站内每个单元含两个主站和多个从站，两个主站采用冗余模式，正常状态下由一个主站和下属从站完成数据传输，故障状态下切换到备用主站，提高了系统可靠性。
储能电站子单元内通信采用以太网电缆双绞线连接，降低了系统成本且提高了可靠性，可以实现长距离通信；冗余主站之间采用同步光缆，实现数据的快速可靠同步。
本发明提供一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统的数据传输方法，主站和分散的从站之间的通过建立的PROFINET通信信道周期性地进行数据交换，图3示意了基于PROFINET标准的通信系统的工作模式，并示出了基于PROFINET标准的通信系统的主站和现场设备(从站)之间的通信循环的时序图；图3中，P表示主站数据，S代表从站数据。
主站通过周期性的访问各个从站，实现从站被控现场设备数据的刷新，在图3中，如果主站设备希望将数据传输至现场从站设备，主站必须与每一个从站建立单独的输出通道；同理，也必须在主站设备和要将数据传输至主站设备的每一个现场从站设备之间建立单独的输入通道。
从站控制设备按照一定的时序依次对下属的多个输入输出模块进行采集以获得多个现场 设备的信息，并将采集到的信息封装后发送到主站，还用于接收主站发送的控制信息，对控制信息进行处理后按照一定的时序依次输出至下属的多个输入输出模块，以控制多个现场设备动作。
本发明根据储能电站内不同设备对通信业务的需求划分为3个通信信道：
①用于非苛求时间数据的标准TCP/UDP和IP信道，例如参数赋值等；
②用于苛求时间进程数据的实时通信信道，例如电池的电压、电流、温度、荷电状态等，储能变流器的控制参数，接触器状态等基本参数；
③用于时间要求特别严格的等时同步实时通信信道，例如多个从控制设备的并行控制参数等。
这3种性能等级的PROFINET通信覆盖了储能电站内应用的全部范围，实现满足储能电站中不同实时性要求并存的系统中，为储能电站的通信体系提供了一种新的解决方案。
本发明采用的PROFINET通信标准的关键特性包括以下方面：
(1)在一根物理通信线上同时完成实时信道、等时同步实时信道和基于TCP的IT信道的通信；
(2)标准化的实时协议适用于储能电站内所有数据业务的应用，储能电站中各分布式设备之间的通信以及控制器与分散式现场设备之间的通信；
(3)可完成从一般性能到高性能及时间同步的极高性能的可缩放的实时通信。
本发明提供的一种用于储能电站现场设备之间的数据传输系统及其方法，具有很高的实时数据处理能力，且每个从站可实现多个模块的扩展，可以保证储能电站系统的控制实时性和扩展能力，降低系统总体成本。
除非另外具体陈述，术语比如处理、计算、运算、确定、显示等等可以指一个或更多个处理或者计算系统、或类似设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程将表示为处理系统的寄存器或存储器内的物理(如电子)量的数据操作和转换成为类似地表示为处理系统的存储器、寄存器或者其他此类信息存储、发射或者显示设备内的物理量的其他数据。信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任何一种来表示。例如，在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述 的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。