一种依据电网频率偏差进行功率调节的控制器的制作方法

1.本实用新型属于电力系统自动化技术领域，涉及功率调节控制器，尤其是一种依据电网频率偏差进行功率调节的控制器。


背景技术：

2.近年来，居民用电负荷在电网总体负荷中占比越来越高。随着大功率用电器、新能源车辆充电桩等产品覆盖比例提高，电网整体负荷预测呈现复杂性。而且，由于风电、光电等新能源在电网中渗透率持续提高，特高压直流输电逆变站数量增多，因此电网为负荷变化留存的惯量裕度持续降低。综上两方面原因，当前电网运行存在潜在风险，发生频率崩溃等事故概率提高。
3.目前，电网频率调节大多只在发电端进行调节，依据电网频率偏差，对发电机组输出功率进行控制。但是，在当前电力系统运行中，如果仅依靠对传统发电端出力进行调节来保障电网频率稳定，会无法及时满足负荷端的快速变化而调节失效。进而造成电网频率不稳定，严重时甚至引起整网崩溃。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种依据电网频率偏差进行功率调节的控制器，解决当前电力系统运行无法及时满足负荷端的快速变化而调节失效，进而造成电网频率不稳定，甚至引起整网崩溃的技术问题。
5.本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
6.一种依据电网频率偏差进行功率调节的控制器，包括互感器单元、高精度量测单元和处理控制通信单元；
7.所述互感器单元连接一次交流信号，其通过内置互感线圈将一次交流信号按照互感比例变换为cmos电平交流小信号，并输出至高精度量测单元；
8.所述高精度量测单元接收互感器单元的cmos电平交流小信号，对其进行调理、计量得到量测数据，并输出至处理控制通信单元；
9.所述处理控制通信单元接收高精度量测单元的量测数据，对其进行处理得到电网频率偏差关键参量及目标功率，并下发至被控设备实现功率调节功能。
10.进一步，所述互感器单元包括三路电压互感器和三路电流互感器；所述三路电压互感器通过一次电压信号输入端连接380v三相交流信号；所述三路电流互感器通过一次电流信号输入端连接5a三相交流信号；三路电压互感器和三路电流互感器按照互感比例变换为cmos电平交流小信号；三路电压互感器和三路电流互感器通过信号线与高精度量测单元相连接。
11.进一步，所述电压互感器为zmpt107
‑
1型互感器；所述电流互感器为zemct131型互感器。
12.进一步，所述高精度量测单元包括模拟前端电路、计量芯片、主控芯片、缓存芯片
和网络phy芯片；所述模拟前端电路将前级输入的cmos电平交流小信号进行调理，形成两路模拟信号分别输入计量芯片与主控芯片；所述主控芯片通过内部模数采样adc对cmos电平交流小信号进行连续采样，控制计量芯片对该交流小信号进行测量，控制缓存芯片将采样与测量结果保存在缓存中，控制网络phy芯片收发控制指令与量测数据。
13.进一步，所述模拟前端电路使用ref5025id芯片作为基准电压源。
14.进一步，所述主控芯片为stm32h743芯片，计量芯片为rn8302b芯片，缓存芯片为k4s561632j芯片，网络phy芯片为ip101gr芯片。
15.进一步，所述处理控制通信单元包括核心模组cu1000、无线网卡和网络交换机；所述网络交换机与高精度量测单元、核心模组cu1000及无线网卡相连接，所述核心模组cu1000通过其内部网络接口收发量测数据和控制指令；所述无线网卡通过usb串行高速接口与核心模组cu1000相连接；所述cu1000核心模组对接收到的量测数据进行处理，得到目标功率并通过无线网卡下发至被控设备，实现功率调节功能。
16.进一步，所述核心模组cu1000的内置主芯片为x1000e芯片；所述网络交换机为ip175gh芯片；所述无线网卡为air724ug模块。
17.进一步，所述处理控制通信单元还包含通用同步/异步串行收发器usart，所述核心模组cu1000通过spi串行接口与通用同步/异步串行收发器usart相连接，用于与被控设备进行rs485/rs232数据通信。
18.进一步，所述处理控制通信单元还包括控制器局域网络can，所述核心模组cu1000还通过spi串行接口连接控制器局域网络can，用于与被控制设备进行can数据通信。
19.本实用新型的优点和积极效果是：
20.1、本实用新型通过互感器单元将电网标准交流信号按线性比例变换为cmos电平交流小信号，通过高精度量测单元将cmos电平交流小信号按照高速采样要求进行模数采集，处理控制通信单元根据量测数据计算出电网频率偏差，得到被控装置功率调节目标，进而对被控设备进行功率控制，解决了现有技术仅通过调节发电端出力方法带来的无法及时满足负荷端的快速变化而导致调节失效、电网频率不稳定，甚至引起整网崩溃的技术问题。
21.2、本实用新型根据电网频率偏差快速调节实时功率，解决了当前电力系统因新能源渗透率提高、直流逆变器增多而造成的运行隐患，从电网用户侧对电力系统运行产生有益影响，提高系统整体可靠性。
附图说明
22.图1为本实用新型的电路方框图；
23.图2为本实用新型的控制流程图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
25.一种依据电网频率偏差进行功率调节的控制器，如图1所示，包括依次连接的互感器单元、高精度量测单元和处理控制通信单元。
26.所述电压电路互感器包括：三路电压互感器、三路电流互感器；所述三路电压互感器与电网380v三相交流信号相连接；所述三路电流互感器与电网5a三相交流信号相连接；
所述互感器输出的cmos电平交流小信号与所述高精度量测单元相连接。
27.其中，所述电压互感器是具有将交流高压信号经互感原理转化为cmos电平交流小信号的传感器，在本实施例中，电压互感器采用zmpt107
‑
1型。
28.其中，所述电流互感器是具有将交流电流信号经互感原理转化为cmos电平交流小信号的传感器，在本实施例中，电流互感器采用zemct131型。
29.所述高精度量测单元包括：模拟前端电路、计量芯片、主控芯片、缓存芯片和网络phy芯片所述模拟前端电路将互感器单元输入cmos电平交流小信号进行进一步调理，形成两路模拟信号分别输入计量芯片与主控芯片；所述计量芯片通过专用采样引脚对模拟信号进行测量；所述主控芯片通过模数转换器adc引脚对模拟信号进行连续采样；所述计量芯片通过spi接口同所述主控芯片相连接；所述缓存芯片同所述主控芯片通过fmc内存接口相连接，所述缓存芯片用于对连续采样数据进行缓存；所述网络phy芯片同所述主控芯片通过rmii网络控制接口相连接。
30.所述主控芯片在内部程序控制下，通过内部模数采样adc对cmos电平交流小信号进行连续采样，同时控制计量芯片对此交流小信号进行测量。将采样与测量结果保存在缓存中，通过网络收发控制指令与量测数据。
31.其中，所述模拟前端电路包括：基准电压源和运算放大器；所述基准电压源是具有提供稳定参考电压的芯片，在本实施例中，基准电压源采用ref5025id芯片；运算放大器采用sgm8051xn5芯片，该运算放大器具有将cmos电平交流小信号进行滤波、放大、偏置功能的芯片。
32.在本实施例中，计量芯片为rn8302b芯片；主控芯片为stm32h743芯片；缓存芯片为k4s561632j芯片；网络phy芯片为ip101gr芯片。
33.所述处理控制通信单元包括：核心模组cu1000、无线网卡和网络交换机；所述核心模组cu1000通过其内部网络接口收发量测数据和控制指令；所述无线网卡通过usb串行高速接口同所述核心模组cu1000相连接；所述无线网卡提供无线网络接入能力，实现与被控设备的通信功能；所述网络交换机通过网络接口同核心模组cu1000相连接。
34.所述cu1000核心模组作为控制器的核心，对接收到的量测数据和计量数据进行处理，得到电网频率偏差关键参量，按照预设规则进行计算，得到目标功率计算结果并下发被控设备实现功率调节，将计算过程，中间量，计算结果通过网络接口同外部通信。
35.在本实施例中，核心模组cu1000内置主芯片为x1000e芯片；无线网卡为air724ug模块；网络交换机为ip175gh芯片。
36.为了实现串行通信功能，处理控制通信单元还包含通用同步/异步串行收发器usart；所述核心模组cu1000通过spi串行接口与所述通用同步/异步串行收发器usart相连接，所述通用同步/异步串行收发器usart用于同被控设备进行rs485/rs232数据通信。
37.为了实现can通信功能，处理控制通信单元还包括控制器局域网络can；所述核心模组cu1000通过spi串行接口与所述控制器局域网络can相连接，所述控制器局域网络用于同被控制设备进行can数据通信。
38.本实用新型的工作原理为：控制器上电后，所述处理控制通信单元内核心模组cu1000开始启动，对模组上的外部设备进行必要初始化，包括usart、can和网络；所述高精度量测单元内主控芯片stm32h743开始启动，对主控芯片内部寄存器、缓存芯片
k4s561632j、计量芯片rn8032b、网络phy芯片ip101gr进行初始化和配置。核心模组cu1000开始运行依据电网频率偏差进行功率调节的程序，发送采样指令到高精度量测单元，读取电网频率偏差参量，根据预先设定的调节规则，计算被控负荷设备的优选功率，通过rs485接口，将此优选功率发送给被控负荷设备，实现功率调节。将计算过程，中间量，计算结果通过4g网络接口同外部主站通信。
39.本实用新型的控制过程如图2所示，系统上电后，所述处理控制通信单元内核心模组cu1000开始启动，所述高精度量测单元内主控芯片stm32h743开始启动，完成初始化和配置。核心模组cu1000读取内部存储的启动脚本，设置高精度量测单元校正值、采样率、缓存深度等参数，并启动采集。核心模组cu1000启动采集后，从网络udp端口读取高精度量测单元发送的实时波形和计量参数，数据进行处理后，得到实时电网频率。电网电压频率处于49.94hz至50.06hz时，不进行调节；电网电压频率频率大于50.06hz时，不限制被控负荷功率；电网电压频率频率小于49.94hz时，按照规定斜率降低被控负荷功率上限；当电网电压频率频率小于49.80hz且持续若干周波后，主动关闭被控负荷，防止电力系统崩溃。当电网电压频率参量变化剧烈，不满足电力系统稳定运行条件时。通过关闭功率控制输出模块的控制输出，禁止对功率负荷进行控制。上述控制周期为100毫秒。
40.需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。