一种风水储互补发电系统控制装置的制作方法

本实用新型涉及新能源发电控制技术领域，具体涉及一种风水储互补发电系统控制装置。

背景技术：

风电具有随机性、波动性等特点，并网发电后易造成电网的电压、频率大幅波动，恶化电能质量，严重影响电力系统稳定性。

利用互补发电系统控制装置来实现水电机组和储电系统的合理控制，能够对风电功率的波动进行有效平抑，进而提高风电的消纳能力。

目前互补发电系统的控制装置中，一般采用单片机、工业控制机等作为核心处理单元，单片机可拓展性差，调试繁琐，抗干扰能力差，可靠性低，运行中可能出现单片机死机，从而使互补发电系统控制装置的可靠性大大降低；工业控制机开发周期长，现场布线不够灵活，安装体积大，结构复杂，维护成本较高。

另外，单片机和工业控制机等测频单元仍采用数字电路来实现，其精度与实时性较差，可靠性较低，往往成为该类装置的薄弱环节。可编程计算机控制器PCC扩展性好，抗干扰能力强，可靠性高，结构简单，开发周期短，维护成本低，其内部的时间处理单元TPU具有门时测量功能，可实现频率测量，且精度高、响应速度快。PCC控制器支持CAN总线等多种通讯方式，适用于分布式互补发电系统。因此互补发电系统控制装置急需使用可编程计算机控制器PCC，使得互补发电系统控制装置具备扩展性好，抗干扰能力强，可靠性高，结构简单，开发周期短，维护成本低这些优点。

技术实现要素：

本实用新型目的是为了解决单片机可拓展性差，调试繁琐，抗干扰能力差，可靠性低的问题和工业控制机开发周期长，现场布线不够灵活，安装体积大，结构复杂，维护成本较高的问题。

为此，本实用新型提供了一种风水储互补发电系统控制装置，包括电网调度系统、控制部分、储电系统、调速器、水力发电设备、风力发电系统、负载、配电网、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第四变压器、交流母线、第一开关、第二开关，所述控制部分包括功率变送器、电压互感器、整形电路、模拟量输入、可编程计算机控制器PCC、拓展接口、通讯模块，所述电网调度系统与通讯模块、拓展接口、可编程计算机控制器PCC依次串联连接；所述可编程计算机控制器PCC包括CPU单元、存储单元、时间处理TPU单元、CAN总线接口单元、数字量输入单元，所述CAN总线接口单元与储电系统、调速器、风力发电系统通过双向控制信号并联，所述调速器的另一端与水力发电设备连接。

所述储电系统另一端与第一变压器连接，所述水力发电设备另一端与第二变压器连接，所述风力发电系统另一端与第三变压器连接，第一变压器与第二变压器、第三变压器并联接入交流母线；所述负载通过第一开关并入交流母线，所述配电网通过第二开关并入交流母线。

所述功率变送器输入端连接在第三变压器与交流母线之间，功率变送器的输出端与模拟量输入的输入端连接，所述模拟量输入输出端连接在可编程计算机控制器PCC的输入口。

所述电压互感器的输入端连接在交流母线与第二开关之间，电压互感器的输出端与整形电路的输入端相连，整形电路的输出端与可编程计算机控制器PCC的数字量输入单元相连。

所述可编程计算机控制器PCC的型号为PP41，所述通讯模块为IF681，所述拓展接口为EX101。

所述功率变送器为BD-3P，模拟量输入为AI774。

所述电压互感器为一个变压器T1，所述整形电路由电阻R1、电容C1、集成运放U1组成，所述电压互感器的变压器T1的初级绕组为输入端，次级绕组的一端连接电阻R1，电阻R1的另一端与电容C1都接入集成运放U1的同相端，电容C1的另一端与集成运放U1的异相端、变压器T1次级绕组的另一端都接入控制部分的地线，集成运放U1的输出端接入可编程计算机控制器PCC的数字量输入单元。

本实用新型的有益效果是：

1、由于使用了可编程计算机控制器PCC，具备了扩展性好，抗干扰能力强，可靠性高，结构简单，开发周期短，维护成本低这些优点。

2、由于可编程计算机控制器PCC的时间处理TPU单元具有门时测量功能，可实现频率测量，且精度高、响应速度快。

3、由于由于可编程计算机控制器PCC支持CAN总线等多种通讯方式，适用于分布式互补发电系统。

4、由于可编程计算机控制器PCC的型号为PP41，将PP41作为互补发电系统控制装置核心元件实现控制，集显示、键盘、通讯接口于一体，结构简单，其平均无故障时间达50万小时，可靠性高。PP41在具有良好拓展性的同时，又具有编程容易、开发周期短、调试方便、执行速度快、成本低以及更利于描述复杂的控制思想等优点。

附图说明

图1是本实用新型的信号连接示意图；

图2是本实用新型的另一实例的信号连接示意图；

图中：A、控制部分；1、功率变送器；2、电压互感器；3、整形电路；4、模拟量输入；5、可编程计算机控制器PCC；6、拓展接口；7、通讯模块；8、电网调度系统；9、储电系统；10、调速器；11、水力发电设备；12、风力发电系统；13、负载；14、配电网；15、第一变压器；16、第二变压器；17、第三变压器；18、第四变压器；19、交流母线；20、第一开关；21、第二开关。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1：

为了解决单片机可拓展性差，调试繁琐，抗干扰能力差，可靠性低的问题和工业控制机开发周期长，现场布线不够灵活，安装体积大，结构复杂，维护成本较高的问题，本实施例如图1提供了一种风水储互补发电系统控制装置，包括电网调度系统8、控制部分A、储电系统9、调速器10、水力发电设备11、风力发电系统12、负载13、配电网14、第一变压器15、第二变压器16、第三变压器17、第四变压器18、交流母线19、第一开关20、第二开关21，所述控制部分A包括功率变送器1、电压互感器2、整形电路3、模拟量输入4、可编程计算机控制器PCC5、拓展接口6、通讯模块7，所述电网调度系统8与通讯模块7、拓展接口6、可编程计算机控制器PCC5依次串联连接；所述可编程计算机控制器PCC5包括CPU单元、存储单元、时间处理TPU单元、CAN总线接口单元、数字量输入单元，所述CAN总线接口单元与储电系统9、调速器10、风力发电系统12通过双向控制信号并联，所述调速器10的另一端与水力发电设备11连接。

本实用新型使用了可编程计算机控制器PCC5作为控制装置的核心器件，电网调度系统8的电网调度指令信号通过以太网经通讯模块7及拓展接口模块6送至可编程计算机控制器PCC 5。预先装入可编程计算机控制器PCC 5的专用程序，根据电网调度指令及所采集信息计算得到各类控制信号，这些控制信号经由CAN总线接口输出至储电系统9、风力发电系统12、调速器10，由调速器10再控制水力发电系统11，可以实现各系统现地控制。可编程计算机控制器PCC 5的显示单元和键盘可显示实时数据与相关曲线以及设置相关参数与运行方式。

本实用新型由于使用了可编程计算机控制器PCC5，具备了扩展性好，抗干扰能力强，可靠性高，结构简单，开发周期短，维护成本低这些优点。可编程计算机控制器PCC5支持CAN总线等多种通讯方式，适用于分布式互补发电系统。

实施例2：

在实施例１的基础上，所述储电系统9另一端与第一变压器15连接，所述水力发电设备11另一端与第二变压器16连接，所述风力发电系统12另一端与第三变压器17连接，第一变压器15与第二变压器16、第三变压器17并联接入交流母线19；所述负载13通过第一开关20并入交流母线19，所述配电网14通过第二开关21并入交流母线19。

所述功率变送器1输入端连接在第三变压器17与交流母线19之间，功率变送器1的输出端与模拟量输入4的输入端连接，所述模拟量输入4输出端连接在可编程计算机控制器PCC5的输入口。

所述电压互感器2的输入端连接在交流母线19与第二开关21之间，电压互感器2的输出端与整形电路3的输入端相连，整形电路3的输出端与可编程计算机控制器PCC5的数字量输入单元相连。

功率变送器1采集风力发电系统12出口端的功率参量，其输出经模拟量输入模块4送至可编程计算机控制器PCC 5，实现功率信号采集；电网端电压信号经电压互感器2送至整形电路3，整形电路3将电压信号整形成同频率的方波信号，经可编程计算机控制器PCC 5的数字量输入接口送至时间处理TPU通道，用于测量电网频率。

由于可编程计算机控制器PCC的时间处理TPU单元具有门时测量功能，可实现频率测量，且精度高、响应速度快。

实施例3：

在实施例１和实施例2的基础上，如图2所示，所述可编程计算机控制器PCC5的型号为PP41，所述通讯模块7为IF681，所述拓展接口6为EX101。

所述功率变送器1为BD-3P，模拟量输入4为AI774。

所述电压互感器2为一个变压器T1，所述整形电路3由电阻R1、电容C1、集成运放U1组成，所述电压互感器2的变压器T1的初级绕组为输入端，次级绕组的一端连接电阻R1，电阻R1的另一端与电容C1都接入集成运放U1的同相端，电容C1的另一端与集成运放U1的异相端、变压器T1次级绕组的另一端都接入控制部分A的地线，集成运放U1的输出端接入可编程计算机控制器PCC5的数字量输入单元。

可编程计算机控制器PCC5使用了PP41，集显示、键盘、通讯接口、时间处理TPU单元等于一体，另带6个扩展槽，使之最多可以带60路数字量，24路模拟量输入输出。平均无故障时间达50万h，具有良好的可靠性。开发手段方便且具有良好的电磁兼容能力和现场总线全面支持技术。

功率变送器采用BD-3P，功率变送采用模拟量输入模块AI774，该模块可以测量4路输入模拟量；频率测量采用PCC控制器的数字量输入接口X2，该接口可输入10路数字量，其中前4个通道具有TPU功能，用来实现测频；拓展接口模块采用EX101；通讯模块采用IF681，该模块能够实现与电网调度系统间的以太网通讯。

网端电压信号经电压互感器2送入整形电路3，整形电路3由电阻R1、电容C1及比较器U1组成，整形电路3将网端电压信号整形成同频率的方波信号，经可编程计算机控制器PCC 5的数字量输入接口送至TPU通道，用于测量电网频率；功率变送器1采集风力发电系统12出口端功率参量，其输出经模拟量输入模块AI774送至可编程计算机控制器PCC 5，实现功率信号采集。可编程计算机控制器PCC 5由时间处理单元TPU、处理器CPU、存储单元组成，其经由拓展接口模块EX101与通讯模块IF681相连，实现与电网调度系统间的以太网通讯。可编程计算机控制器PCC 5的各类控制信号经CAN总线接口分别送至储能系统、风力发电系统、水力发电设备（调速器），实现各系统现地控制。

由于可编程计算机控制器PCC的型号为PP41，将PP41作为互补发电系统控制装置核心元件实现控制，集显示、键盘、通讯接口于一体，结构简单，其平均无故障时间达50万小时，可靠性高。PP41在具有良好拓展性的同时，又具有编程容易、开发周期短、调试方便、执行速度快、成本低以及更利于描述复杂的控制思想等优点。

本实用新型使用步骤如下：

使用步骤：

1、信号采集

电网调度系统指令经由通讯模块及拓展接口模块送至可编程计算机控制器PCC，功率变送器将风力发电系统的功率信号经由模拟量输入模块送至可编程计算机控制器PCC，网频信号经可编程计算机控制器PCC的数字量输入接口送至TPU通道，储电系统、水力发电设备以及风力发电系统的当前状态信息经由CAN总线接口送至PCC控制器。

2、计算

预先装入可编程计算机控制器PCC的专用程序，根据电网调度系统的指令及所采集信息计算得到水力发电设备和储能系统的控制指令。

3、输出

水力发电设备的控制指令经由CAN总线接口送至调速器，再由调速器控制水力发电系统；储电系统的控制指令经由CAN总线接口送至储电系统，风力发电系统的控制指令经由CAN总线接口送至风力发电系统。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。