基于分布式发电的智能微电网系统能量控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是基于分布式发电的智能微电网系统，重点内容是关于智能微电网系统能量控制装置的设计。
【背景技术】
[0002]随着全球环境问题的日益突出，开发和利用可再生能源，已成为世界能源可持续发展战略的重要组成，也是大多数发达国家和发展中国家21世纪能源发展的基本选择。经过多年来不懈努力，目前可再生能源已在世界能源供应战略结构中占据了不可或缺的地位，越来越受到各国政府和工业界的重视。逐步优化能源结构、提高能源效率、发展可再生能源，也是我国可持续发展战略中不可缺少的重要组成部分。分布式发电微电网技术是近年来兴起的一种新型电网模式，是智能电网中配电系统和用电系统的重要组成部分，是配电网系统中新的网络结构，而微网能量管理系统是整个微网系统的协调控制核心，是分布式能源实现有效利用，微网系统实现高效、经济、安全、可靠运行的重要保障。
[0003]智能微电网系统能量控制装置将分布式同步发电单元、储能单元以及交流负载等构成一个有机整体，通过公共连接点与公用配电网相连接，实现对本区域内的发电、储电及用电设备的能量互动管理。
[0004]本项目中的智能微电网系统能量控制装置在硬件设计上采用嵌入式微处理器和数字信号处理器双控制电路，通过可编程逻辑阵列和多通道同步数据采集等电路，实现智能微电网系统中的多种能源的介入管理、质量监测、潮流分析和负荷预测等。
【发明内容】
[0005]本装置的硬件电路包括数字信号处理器TMS320VC5402、PowerPC嵌入式微处理器MCF5282、多通道同步数据采集电路AD7609、输入信号调理电路、数字锁相频率跟踪电路、数字隔离输出继电器驱动电路、数字隔离输入电路、模拟量输入电路、数据存储器、时钟电路、供电电源、通讯电路、电气逻辑保护电路以及主回路切换网络。
[0006]输入信号调理电路对公用配电网、分布式发电单元输出的交流电压、电流信号通过多阶抗混频滤波、程控增益放大等环节进行调整后，连接到由3个AD7609构成的多通道同步数据采集电路，实现18位双极性差分输入的多通道同步采样。同步数据采集电路的交流同步采样时钟，由FPGA构成的数字锁相频率跟踪电路提供，实现对交流输入信号的频率跟踪，保证交流采样的同步实时性和相位准确性。数字锁相频率跟踪电路把多路交流输入的跟踪信号传递给数字信号处理器TMS320VC5402，实现TMS320VC5402对各种供电电源的缺相故障检测。多通道同步数据采集电路的AD7609与TMS320VC5402之间采用并行数据交换接口和串行数据接口 SPI双模式进行数据交换。TMS320VC5402对获取的采集数据，进行时域分析和频域分析等数学运算处理，获得相应的交流电压/电流的幅值、频率、相位，以及四象限功率和功率潮流方向用电信息。TMS320VC5402通过自身的并行数据接口 HPI，与嵌入式微处理器MCF5282以主从设备方式进行数据交换。
[0007]MCF5282根据TMS320VC5402传送的各种电量信息，结合设定的能量控制策略，控制主回路的能量流向。MCF5282通过模拟量输入电路监测用电负载的阻抗特性、分布式发电单元和储能单元的工作环境状况；通过数字隔离输入电路监测相关低压配电系统的隔离开关状态等，随时调整控制方式，必要时输出报警信号。主回路能源网络控制是电气保护的重点，采用四层保护方式，(I)在嵌入式微处理器中，设计保护程序；(2)在数字隔离输出继电器驱动电路设置数字互锁逻辑；(3)由可编程逻辑阵列(FPGA)中设计电气保护逻辑，控制数字隔离输出继电器驱动的使能输出；(4)主回路功率输出控制网络设置电气保护逻辑电路，同时将主回路切换网络状态实时通过数字隔离输入电路反馈给MCF5282。
[0008]嵌入式微处理器MCF5282对相关的用电信息，以两种方式和渠道进行数字信息的互操作。(I)依据IEC61970、IEC61968的CM(公用信息模型)、CIS(数据接口规范)进行数据结构和类型的封装处理，将用电信息上传到电力调度主站的EMS(能量管理系统)和DMS(配电管理系统)；(2)依据IEC62056的DLMS (设备语言报文规范)、COSEM (能源计量配套规范)进行数据结构和类型的封装处理，将用电信息上传到电力营销主站的用电信息采集系统。
[0009]数字信号处理器TMS320VC5402、嵌入式微处理器MCF5282作为控制装置的两个测控核心，在数据存储器电路、供电电源电路和时钟电路等外围电路设计上，进行高可靠性设计。数据存储器电路采用大容量铁电Flash存储器，针对TMS320VC5402和MCF5282进行双数据交换端口设计，通过锂电池实现数据在供电电源故障时的可靠保存。供电电源电路采用N+1方式，实现主从冗余热备和低电压保护报警切换。时钟电路采用内置温度补偿晶振芯片，实现配用电系统网络广播校时和GPS时钟同步。
[0010]能量输出控制策略:
[0011]本装置的能量输出控制策略软件系统基于嵌入式实时多任务微操作系统VXW0RK，同时运行储能系统工作状态监测分析、分布式发电单元监测分析、公用配电网功率潮流分析和用电负荷功率分析等四个程序进程。
[0012]软件系统优先进行公用配电网的工作状态监测和功率潮流方向分析。
[0013]当公用配电网正常时，程序进入功率输出分析模块，在该程序模块中，根据公用配电网信息，结合用电负荷应急等级分析模块输出的用电负荷功率潮流信息和应急等级分析，输出控制策略信息到储能系统功率输出策略模块和分布式发电单元功率输出策略模块。
[0014]当公用配电网脱离主电网，处于供电中断状态时，系统程序优先进入分布式发电单元功率输出策略模块和储能系统功率输出策略模块。在储能系统功率输出策略模块中，如果检测到分布式发电单元没有启动，储能系统没有启动