一种基于高速实时以太网通信的分布式微电网保护系统的制作方法

本实用新型属于微电网领域，尤其是涉及一种基于高速实时以太网通信的分布式微电网保护系统。

背景技术：

随着社会的发展，新能源行业逐渐的得到了重视，由于新能源的不稳定性，不可确定性，以及天气带来的影响，导致发电量波动明显，影响整个电网的使用平衡，因此大规模兴建新能源发电厂受到限制，在这种情况下，分布式发电，智能微电网弥补了以上缺点。所谓智能微电网，即由发电系统，储能系统，负载构成的小电网、微电网，它具有高速调节供需平衡，并网、离网快速切换等特点。其中发电系统：风力发电机组，光伏发电为主。储能系统：电池，超级电容为主。负载：生活用电气设备，工业生产设备等。

由于微电网较大电网相比其体量较小，且稳定性较差的特征，特别是在脱离大电网独立运行的情况下，单凭发电设备，及用电设备的自我保护无法完成微电网的整体安全，并且根据微电网的部署特性发现，各个网内发电系统相距的距离大多数都是间隔较远的，进行集中式的微电网安全保护，其难度和实现方式方法来说，相对较困难。并且微电网系统中由于其规模小的特点，一旦发生相关的故障问题，其动作速度以及波及范围都变得又快又广。所以一套针对较分散的微电网的保护装置或系统变得非常有必要和重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于高速实时以太网通信的分布式微电网保护系统，通过高速实时的以太网通信网络进行独立组网，形成一套完善的针对复杂类型微电网的保护系统。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于高速实时以太网通信的分布式微电网保护系统，包括主保护装置和若干子保护模块，

所述主保护装置包括嵌入式处理器及与其信号连接LCD、以太网协议栈芯片和多种通讯端口，

所述子保护模块包括计算单元及与其信号连接的数字量输入输出单元、数据采集处理单元、存储单元和通信接口单元，所述数字量输入输出单元控制连接若干接触器，所述数据采集处理单元信号连接若干传感器；

所述主保护装置和若干子保护模块构成环状网络结构，环状网络结构中互联的子保护模块的通信接口单元之间通过高速实时的以太网通信总线连接，主保护装置的以太网协议栈芯片通过高速实时的以太网通信总线与子保护模块的通信接口单元通信连接。

进一步的，所述主保护装置的通讯端口包括USB接口、SD卡接口、以太网接口和RS485通信接口。

进一步的，所述通信接口单元包括以太网接口和USB接口。

进一步的，所述计算单元为单片机系统或者可编程处理器件。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型特别针对微电网内包含多种新能源类型，且系能源系统间间隔较远的微电网系统，通过高速实时的以太网通信网络进行独立组网，形成一套完善的针对复杂类型微电网的保护系统，进一步提高微电网的运行稳定性、友好性、可拓展性。减少微电网对大电网造成的故障影响，以及微电网对负载得影响。

(2)本实用新型通过高速实时的以太网通信总线完成子保护模块间的互联，使其从监测到判断都变得非常的快速，以降低微电网内部相关故障的影响范围，尽可能提高微电网客户的体验。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述微电网保护系统组网示意图；

图2为本实用新型实施例所述主保护装置的电路原理框图；

图3为本实用新型实施例所述子保护模块的电路原理框图；

图4为本实用新型实施例所述主保护装置的软件拓扑结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种基于高速实时以太网通信的分布式微电网保护系统，包括主保护装置和若干子保护模块，

如图2所示，所述主保护装置包括嵌入式处理器及与其信号连接LCD、以太网协议栈芯片和多种通讯端口，所述嵌入式处理器选择ARM Cortex-A8,所述通讯端口包括USB接口、SD卡接口、以太网接口和RS485通信接口，所述RS485通信接口主要在于与微电网能量调度系统进行链接，完成相关控制策略的修正，确保设备正常运行；USB接口可以对系统内部存储的相关故障信息，告警信息进行批量导出，方便工程师对相关故障的分析和排查；所述LCD用来进行相关保护参数设置，修正等工作；所述SD卡接口用于插入SD卡，用于存储相关装置信息。高速实时的以太网协议栈芯片用于快速的与子保护模块进行互动，数据交互及传输，进行保护网络的组网。

所述主保护装置的软件部分采用Linux操作系统完成软件开发，并配置相关的实时空间完成相关协议栈的通信工作，确保其高速性，实时性。其主要软件拓扑包括各种接口驱动、用户应用层，如图4所示。

如图3所示，所述子保护模块包括计算单元及与其信号连接的数字量输入输出单元、数据采集处理单元、存储单元和通信接口单元，所述数字量输入输出单元控制连接若干接触器，所述数据采集处理单元信号连接若干传感器；

所述数据采集处理单元主要包括采集电路和信号处理电路，信号处理电路对采集数据信号进行滤波整理、压缩等处理，行程一条符合规范的信息数据，并存储在存储单元；所述存储单元采用标准的SATA接口，客户可以根据自己的数据存储量合理的选择一定容量的硬盘；

所述通信接口单元包括以太网接口和USB接口，主要完成数据的传输及导出，采用标准的以太网物理层硬件，并针对电力电子行业特殊定制通信协议，完成快速的通信需求。

所述计算单元，可选择单片机系统或者可编程处理器件，主要完成数据采集处理单元输入的电压、电流的计算和严重故障的就地处理，如电压不正常，电流不正常等严重故障，此部分故障本地即可判断并就地执行，不需要再回传给所述主保护装置；在保护工作完成后会通过高速实时的以太网总线告知所述主保护装置，使其修改相关保护策略。

所述数字量输入输出单元由主保护装置或子保护模块下发命令进行当前支路的接触器的分断功能，并通过数字量采集，判断是否完全断开。

如图1所示，所述主保护装置和若干子保护模块构成环状网络结构，环状网络结构中互联的子保护模块的通信接口单元之间通过高速实时的以太网通信总线连接，主保护装置的以太网协议栈芯片通过高速实时的以太网通信总线与子保护模块的通信接口单元通信连接。

本申请微电网保护系统采用环状网络结构进行网络组网，使其快速完成整个网络的数据传输，并实现一个周期读完所有子保护模块的数据量，大大提高数据传输效率。

所述子保护模块分布在微电网的各个微源及负荷的接入点，并通过专有网络进行连接，此部分网络连接使用的为工业快速以太网通信协议；子保护模块通过传感器对接入点的电压、电流等信息进行采集，并经过调理、压缩后导入到计算单元，计算单元进行一些相关计算后判断是否有相关问题和风险，如果发现严重故障，就地完成接错误判断，并通过接触器动作完成切断；并将相关的数据和信息传输到存储单元进行保存。相关子保护模块将相关信息实时传输到主保护装置，通过主保护装置完成微电网整体的保护策略，是否各个电源和负荷满足系统整体保护范围，并通过通信及显示完成相关故障的报出，完成保护系统与能量调度系统的联动工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。