天然气电站直流微电网混合cpu多重双向dc端口装置及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种天然气电站直流微电网双向DC端口装置。
【背景技术】
[0002] 天然气电站是由若干台天然气发电机组经整流模块后组建的具有较大功率的直 流供电系统，可为各种直流负载及逆变器单元提供可靠支撑。天然气发电机组较比传统的 柴油发电机组碳、硫排放量低，同时同等能量下天然气较比柴油的价格低。因此，采用天然 气发电机组系统在节能减排和降低发电成本方面都有很大优势。
[0003] 但是，天然气发电机组的动态功率调节能力较比柴油发电机组差，这种动态响应 慢的特性制约了其在供电网络冲击性负载场合的应用。当直流微电网中负载变化率和前后 功率差较大时，往往会造成天然气发电机组的停车事故，中断直流微电网能量供给。
[0004] 同时，逆变器单元所支撑的非线性负载及不平衡负载将对直流电网引入大量偶次 基频谐波，降低直流微电网电能质量，消耗天然气发电机容量，降低了系统整体效率。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是为了解决现有天然气发动机组动态响应慢，同时采用逆变器支撑的 非负载和不平衡负载引入大量偶次基频谐波，降低了直流微电网电能质量，消耗天然气发 电机容量，降低系统效率的问题，提供了一种天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端 口装置及其实现方法。
[0006] 本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置，它包括DSP指令 计算模块、FPGA逻辑信号处理模块、多重DC/DC功率变换模块、检测与保护模块、控制采样 与信号整定模块、CAN总线通信模块和储能模块；
[0007] 多重DC/DC功率变换模块的两端分别连接天然气站直流微电网和储能模块，
[0008] 控制采样与信号整定模块用于测量天然气站直流微电网的信息和多重DC/DC功 率变换模块的电流信息，控制采样与信号整定模块分别与DSP指令计算模块和FPGA逻辑信 号处理模块相连接，实现对所有监控环节的信息监控；
[0009] 检测与保护模块用于检测双向DC端口装置的安全信息，将安全信息发送至FPGA 逻辑信号处理模块；
[0010] CAN总线通信模块与DSP指令计算模块相连接，实现上位机对双向DC端口装置的 控制。
[0011] 本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的实现方法，该方 法的具体过程为：
[0012] 步骤1、利用DSP指令计算模块采用浮点运算进行闭环控制运算，生成PWM调制 波；
[0013] 步骤2、DSP指令计算模块将步骤1产生的PWM调制波通过16位并行总线发送至 FPGA逻辑信号处理模块；
[0014] 步骤3、FPGA逻辑信号处理模块根据多重DC/DC功率变换模块中并联功率变化器 的数量，将接收到的PWM调制波生成对应的PWM移向载波信号；
[0015] 步骤4、FPGA逻辑信号处理模块将接收到的PWM调制波信号进行同步复制，将复制 的PWM调制波信号与PWM移向载波信号相比较，生成IBGT触发信号；
[0016] 步骤5、FPGA逻辑信号处理模块根据控制采样与信号整定模块获取的采样信息， 判断是否处于安全范围，如果否则执行步骤6,如果是则执行步骤7 ;
[0017] 步骤6、FPGA逻辑信号处理模块根据检测与保护模块的检测信号判断是否处于安 全范围，如果是则返回执行步骤5,如果否则FPGA逻辑信号处理模块对IBGT触发信号进行 封锁；
[0018] 步骤7、FPGA逻辑信号处理模块将步骤4产生的IBGT触发信号经过光纤发送至多 重DC/DC功率变换模块；
[0019] 步骤8、DSP指令计算模块判断CAN总线通信模块是否接收到上位机控制指令，如 果否则执行步骤9,如果是则执行步骤10 ;
[0020] 步骤9、双向DC端口装置进入孤立模式储能剩余容量均衡补偿控制；
[0021] 步骤10、双向DC端口装置根据上位机控制指令进入主从控制或孤立模式储能剩 余容量均衡补偿控制。
[0022] 本发明的优点：本发明能够工作在主从模式或孤立模式下，通过对天然气电站直 流微电网母线电压波动进行监控，实现有功功率在微电网直流母线与储能环节间双向流 动，维持直流微电网母线电压恒定，保证直流母线功率平衡。当处于主从模式下时，由CAN 总线通讯单元获取上位机指令，确定功率流动方向，实现直流微电网电压与储能环节能量 的协调控制；当处于孤立模式下时，由控制采样与信号整定单元对相关参数进行监控，自发 实现补偿功率流动及剩余容量均衡管理。此外，通过改变DC端口功率流，可抑制由多种类 负荷对微电网直流母线所引入的谐波功率扰动，改善微电网直流母线电压质量。为实现全 功率补偿功能，该装置采用的控制方式包括：主从模式补偿控制、孤立模式储能剩余容量均 衡补偿控制、直流母线DC端口谐波抑制控制。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的结构示 意图；
[0024] 图2是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的实现方 法的流程框图；
[0025] 图3是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的孤立模 式储能剩余容量均衡补偿控制仿真曲线图，其中实现代表n= 6,虚线代表n= 2,点划线代 表n= 1 ;
[0026] 图4是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的直流母 线DC端口谐波抑制控制仿真曲线图；
[0027] 图5是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的孤立模 式储能剩余容量均衡补偿控制输出功率波形图；
[0028] 图6是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的孤立模 式储能剩余容量均衡补偿控制SoC波形；
[0029] 图7是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的直流母 线DC端口谐波抑制控制电感电流仿真波形图；
[0030] 图8是本发明所述天然气站直流微电网混合CPU多重双向DC端口装置的直流母 线DC端口谐波抑制控制直流母线功率及直流母线电压仿真波形图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0031] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述天然气站直流 微电网混合CPU多重双向DC端口装置，它包括DSP指令计算模块1、FPGA逻辑信号处理模 块2、多重DC/DC功率变换模块3、检测与保护模块4、控制采样与信号整定模块5、CAN总线 通信模块6和储能模块7 ;
[0032] 多重DC/DC功率变换模块3的两端分别连接天然气站直流微电网和储能模块7，
[0033] 控制采样与信号整定模块5用于测量天然气站直流微电网的信息和多重DC/DC功 率变换模块3的电流信息，控制采样与信号整定模块5分别与DSP指令计算模块1和FPGA 逻辑信号处理模块2相连接，实现对所有监控环节的信息监控；
[0034] 检测与保护模块4用于检测双向DC端口装置的安全信息，将安全信息发送至FPGA 逻辑信号处理模块2 ;
[0035] CAN总线通信模块6与DSP指令计算模块1相连接，实现上位机对双向DC端口装 置的控制。
【具体实施方式】 [0036] 二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式所述天然气站直流 微电网混合CPU多重双向DC端口装置的实现方法，该方法的具体过程为：
[0037] 步骤1、利用DSP指令计算模块1采用浮点运算进行闭环控制运算，生成PWM调制 波；
[0038] 步骤2、DSP指令计算模块1将步骤1产生的PWM调制波通过16位并行总线发送 至FPGA逻辑信号处理模块2 ;
[0039] 步骤3、FPGA逻辑信号处理模块2根据多重DC/DC功率变换模块3中并联功率变 化器的数量，将接收到的PWM调制波生成对应的PWM移向载波信号