微電網(wǎng)中央控制器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種微電網(wǎng)中央控制器，其特征在于，包括CPU模塊、電力參數(shù)采集模塊、電能質(zhì)量監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊、逆功率調(diào)節(jié)模塊、孤島檢測(cè)模塊、其它特殊功能模塊。本發(fā)明專利技術(shù)通過一定的策略協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，確保微網(wǎng)中所有分布式電源協(xié)調(diào)有序工作，并對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的逆變器和設(shè)備進(jìn)行連續(xù)平滑的功率調(diào)節(jié)，控制分布式發(fā)電電源與負(fù)載控制在一定比例合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)合理使用分布式發(fā)電設(shè)備目的，提高了分布式發(fā)電設(shè)備效率，同時(shí)，微網(wǎng)中央控制器具有網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程、本地等多種軟件升級(jí)方式和調(diào)試方式，提高微網(wǎng)控制系統(tǒng)的可維護(hù)性和靈活易用性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
微電網(wǎng)中央控制器
本專利技術(shù)涉及新能源分布式發(fā)電，具體為一款智能的微電網(wǎng)中央控制器。【技術(shù)背景】近年來分布式電源的應(yīng)用越來越廣泛，但是分布式電源的引入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)原有的運(yùn)行控制和保護(hù)等帶來諸多方面的影響。因此，必須深入研究分布式電源與配電網(wǎng)的相互作用機(jī)理。特別是當(dāng)分布式電源發(fā)電量占整個(gè)電網(wǎng)比例很高時(shí)，即高滲透率情況下，對(duì)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定性會(huì)有很大的影響，如電壓、頻率、功率角、以及電網(wǎng)調(diào)度等。角、以及電網(wǎng)調(diào)度等，接入電電源出力的間，分布式電源出力的間歇性，因此需要充分考慮現(xiàn)有分布式發(fā)電技術(shù)以及該技術(shù)對(duì)電網(wǎng)安全的影響。此外，由于分布式電源的存在，傳統(tǒng)的輻射式的單向能量流動(dòng)模式不在存在，取而代之的是能量雙向流動(dòng)模式，危及到電網(wǎng)維護(hù)人員和使用人員的安全。微電網(wǎng)是指多個(gè)分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，微電網(wǎng)是未來電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個(gè)重要手段，是對(duì)大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。因此，從電網(wǎng)安全與可靠性角度出發(fā)，都需要對(duì)分布式電源加以管理與控制。然而，國(guó)內(nèi)外對(duì)微電網(wǎng)控制系統(tǒng)研究多集中在理論研究方面，還沒有專門針對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際的產(chǎn)品研發(fā)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)提出一種微電網(wǎng)中央控制器，將微電網(wǎng)能量控制與保護(hù)結(jié)合在一起，提高微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的可維護(hù)性和靈活易用性。本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下所述：一種微網(wǎng)中央控制器，其特征在于，包括：CPU模塊、電力參數(shù)采集模塊、電能質(zhì)量監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊、逆功率調(diào)節(jié)模塊、孤島檢測(cè)模塊和其它特殊功能模塊，其中，CPU模塊硬件采用基于RISC架構(gòu)工業(yè)級(jí)ARM9處理器，接口豐富、功耗極低、處理能力強(qiáng)勁。軟件采用基于Linux2.6操作系統(tǒng)的多進(jìn)程多線程的設(shè)計(jì)方法，完全滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求。電力參數(shù)采集模塊完成對(duì)電網(wǎng)電力參數(shù)的采集。包括相電壓、相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電能等數(shù)據(jù)。電能質(zhì)量監(jiān)控模塊對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)處電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行采集監(jiān)控。如：不平衡度、THD等。數(shù)據(jù)采集、協(xié)議解析功能模塊具有強(qiáng)大的通信能力，集成了工業(yè)和電力通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；包括ModbusRTU、ModbusTCP、CAN2.0、DL/T645-1997/2007協(xié)議、電力規(guī)約101/103/104協(xié)議、IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、電動(dòng)汽車充電協(xié)議(國(guó)電、南網(wǎng))等協(xié)議，同時(shí)也兼容IEC60870-5-103傳輸規(guī)約。逆功率調(diào)節(jié)模塊通過采集并網(wǎng)點(diǎn)處功率，微網(wǎng)中央控制器對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的多臺(tái)逆變器進(jìn)行連續(xù)平滑的功率調(diào)節(jié)，控制分布式發(fā)電電源與負(fù)載控制在一定比例合理范圍內(nèi)，達(dá)到了功率控制與優(yōu)化的目的，實(shí)現(xiàn)了合理使用分布式發(fā)電設(shè)備目的，提高了分布式發(fā)電設(shè)備效率。孤島檢測(cè)模塊采用孤島檢測(cè)與功率調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制策略，破壞原有就地配電系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，進(jìn)一步降低孤島檢測(cè)的盲區(qū)，保證現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)維安全。其它控制策略模塊微網(wǎng)孤網(wǎng)/并網(wǎng)模式切換控制、多目標(biāo)優(yōu)化、負(fù)荷預(yù)測(cè)、故障診斷等。其有益效果為：通過一定的策略協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，確保微網(wǎng)中所有分布式電源協(xié)調(diào)有序工作。對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的逆變器和設(shè)備進(jìn)行連續(xù)平滑的功率調(diào)節(jié)，控制分布式發(fā)電電源與負(fù)載控制在一定比例合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)合理使用分布式發(fā)電設(shè)備目的，提高了分布式發(fā)電設(shè)備效率。同時(shí)，微網(wǎng)中央控制器具有網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程、本地等多種軟件升級(jí)方式和調(diào)試方式，提高微網(wǎng)控制系統(tǒng)的可維護(hù)性和靈活易用性。【附圖說明】圖1為本專利技術(shù)功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)軟件總流程圖；圖3為本專利技術(shù)控制進(jìn)程流程圖；圖4為本專利技術(shù)通信采集進(jìn)程流程圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作更進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本專利技術(shù)提供一種微網(wǎng)中央控制器，其主要包括一下七個(gè)模塊：CPU模塊：是該微電網(wǎng)中央控制器的運(yùn)算核心和控制核心，其硬件采用了ARM9處理器，軟件采用基于嵌入式Linux2.6系統(tǒng)的多進(jìn)程多線程的設(shè)計(jì)方法。電力參數(shù)采集模塊：完成對(duì)電網(wǎng)電力參數(shù)的采集，包括相電壓、相電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能。電能質(zhì)量監(jiān)控模塊：對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)處電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行采集監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊：集成了工業(yè)和電力通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括ModbusRTU、ModbusTCP、CAN2.0、DL/T645-1997/2007協(xié)議、電力規(guī)約101/103/104協(xié)議、IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、電動(dòng)汽車充電協(xié)議，同時(shí)也兼容IEC60870-5-103傳輸規(guī)約。逆功率調(diào)節(jié)模塊：通過采集并網(wǎng)點(diǎn)處功率，微網(wǎng)中央控制器對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的多臺(tái)逆變器進(jìn)行連續(xù)平滑的功率調(diào)節(jié)，控制分布式發(fā)電電源與負(fù)載控制在一定比例合理范圍內(nèi)，該部分在圖1中未畫出。孤島檢測(cè)模塊：采用孤島檢測(cè)與功率調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制策略，破壞原有就地配電系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，降低孤島檢測(cè)的盲區(qū)，保證現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)維安全。孤島檢測(cè)模塊采用主動(dòng)孤島檢測(cè)和被動(dòng)孤島檢測(cè)相結(jié)合的方式，其中主動(dòng)孤島檢測(cè)通過測(cè)量線路阻抗的方法實(shí)現(xiàn)，被動(dòng)孤島檢測(cè)則使用傳統(tǒng)檢測(cè)辦法，即檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓或頻率有無異常波動(dòng)并超過范圍的方法。其它特殊功能模塊：完成該微電網(wǎng)中央控制器的輔助功能，包括微網(wǎng)孤網(wǎng)/并網(wǎng)模式切換控制、多目標(biāo)優(yōu)化、負(fù)荷預(yù)測(cè)、故障診斷。具體的，本專利技術(shù)的微電網(wǎng)中央控制器，由軟件和硬件組成。微電網(wǎng)中央控制器硬件開發(fā)可分為CPU模塊、DI/DO模塊、電源模塊、RS485通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、電力參數(shù)采集模塊。CPU模塊是分布式發(fā)電中央控制器的運(yùn)算核心和控制核心。DI/DO模塊包括兩部分：DI部分電路和DO部分電路。DI部分電路對(duì)開關(guān)輸入量進(jìn)行采集，DO部分電路對(duì)開關(guān)輸出量進(jìn)行控制。采集的輸入開關(guān)量有并網(wǎng)接觸器輔助觸點(diǎn)狀態(tài)、孤島保護(hù)信號(hào)等；輸出的開關(guān)量有并網(wǎng)接觸器分合閘信號(hào)以及狀態(tài)指示燈信號(hào)等。RS485通信電路設(shè)計(jì)上使用了MAX13487芯片，使用光耦芯片HCPL-6000,對(duì)通信回路進(jìn)行隔離保護(hù)。以太網(wǎng)通信模塊部分的設(shè)計(jì)采用了相互獨(dú)立的雙網(wǎng)口模式。雙網(wǎng)口的設(shè)計(jì)使得內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的訪問方式靈活多樣化。此外，以太網(wǎng)口還可以用于系統(tǒng)內(nèi)核升級(jí)、應(yīng)用程序開發(fā)等功能。電源部分是分布式發(fā)電中央控制器的關(guān)鍵部件之一，關(guān)系到各芯片電源的可靠性和電路板的穩(wěn)定性，電源輸入電壓：24VDC。電力參數(shù)采集模塊采用電力測(cè)量專用芯片ADE77XX，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電力參數(shù)進(jìn)行快速的測(cè)量；同時(shí)，將電力參數(shù)傳輸?shù)椒植际桨l(fā)電中央控制器中，以供控制系統(tǒng)使用。微電網(wǎng)中央控制器系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為數(shù)據(jù)采集進(jìn)程、控制進(jìn)程。把所有數(shù)據(jù)采集放置在一個(gè)進(jìn)程中便于管理，ADE77XX需單獨(dú)開啟一個(gè)進(jìn)程。因此，數(shù)據(jù)采集進(jìn)程采用父子進(jìn)程方式。控制進(jìn)程單獨(dú)啟用一個(gè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)具體功能包括：逆功率調(diào)節(jié)功能和孤島檢測(cè)功能。同時(shí)，控制進(jìn)程根據(jù)判斷進(jìn)程PID方法，偵聽數(shù)據(jù)采集進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)，因此提高了控制算法的穩(wěn)定性、可靠性。軟件架構(gòu)框圖如圖2所示，軟件總架構(gòu)采用了多進(jìn)程處理方式，具體分別為：數(shù)據(jù)采集進(jìn)程、控制進(jìn)程和Web進(jìn)程。各進(jìn)程相互獨(dú)立運(yùn)行，保證了系統(tǒng)任務(wù)的實(shí)時(shí)性。控制進(jìn)程流程圖如圖3所示，控制進(jìn)程采用了單進(jìn)程、多線程的方式。保證了各個(gè)控制線程的實(shí)時(shí)性。同時(shí)，開啟一個(gè)定時(shí)器，主要用于孤島的被動(dòng)檢測(cè)。數(shù)據(jù)采集進(jìn)程流程圖如圖4所示，通信采集進(jìn)程也是采用本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
微網(wǎng)中央控制器，其特征在于，包括：CPU模塊、電力參數(shù)采集模塊、電能質(zhì)量監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊、逆功率調(diào)節(jié)模塊、孤島檢測(cè)模塊和其它特殊功能模塊，其中，CPU模塊是微電網(wǎng)中央控制器的運(yùn)算核心和控制核心，其硬件采用了ARM9處理器，軟件采用基于嵌入式Linux2.6系統(tǒng)的多進(jìn)程多線程的設(shè)計(jì)方法；電力參數(shù)采集模塊完成對(duì)電網(wǎng)電力參數(shù)的采集，包括相電壓、相電流、功率、功率因數(shù)?、頻率、電能；電能質(zhì)量監(jiān)控模塊對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)處電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行采集監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊集成了工業(yè)和電力通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括Modbus?RTU、Modbus?TCP、CAN2.0、DL/T645?1997/2007協(xié)議、電力規(guī)約101/103/104協(xié)議、IEC?61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、電動(dòng)汽車充電協(xié)議，同時(shí)也兼容IEC60870?5?103傳輸規(guī)約；逆功率調(diào)節(jié)模塊通過采集并網(wǎng)點(diǎn)處功率，微網(wǎng)中央控制器對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的多臺(tái)逆變器進(jìn)行連續(xù)平滑的功率調(diào)節(jié)，控制分布式發(fā)電電源與負(fù)載控制在一定比例合理范圍內(nèi)；孤島檢測(cè)模塊采用孤島檢測(cè)與功率調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制策略，破壞原有就地配電系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，降低孤島檢測(cè)的盲區(qū)，保證現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)維安全；其它特殊功能模塊完成微電網(wǎng)中央控制器的輔助功能，包括微網(wǎng)孤網(wǎng)/并網(wǎng)模式切換控制、多目標(biāo)優(yōu)化、負(fù)荷預(yù)測(cè)、故障診斷。...

【技術(shù)特征摘要】
1.微網(wǎng)中央控制器，其特征在于，包括：CPU模塊、電力參數(shù)采集模塊、電能質(zhì)量監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊、逆功率調(diào)節(jié)模塊、孤島檢測(cè)模塊、DI/DO模塊、以太網(wǎng)通信模塊以及其它特殊功能模塊，其中，CPU模塊是所述微網(wǎng)中央控制器的運(yùn)算核心和控制核心，其硬件采用了ARM9處理器，軟件采用基于嵌入式Linux2.6系統(tǒng)的多進(jìn)程多線程的設(shè)計(jì)方法；電力參數(shù)采集模塊完成對(duì)電網(wǎng)電力參數(shù)的采集，包括相電壓、相電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能，所述電力參數(shù)采集模塊采用電力測(cè)量專用芯片ADE77XX，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電力參數(shù)進(jìn)行快速的測(cè)量；電能質(zhì)量監(jiān)控模塊對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)處電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行采集監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析模塊集成了工業(yè)和電力通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括ModbusRTU、ModbusTCP、CAN2.0、DL/T645-1997/2007協(xié)議、電力規(guī)約101/103/104協(xié)議、IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、電動(dòng)汽車充...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李鵬，郭曉斌，許愛東，雷金勇，黃燾，申展，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44