微电网中央控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微电网中央控制器，其特征在于，包括CPU模块、电力参数采集模块、电能质量监控模块、数据采集和协议解析模块、逆功率调节模块、孤岛检测模块、其它特殊功能模块。本发明通过一定的策略协调优化控制，确保微网中所有分布式电源协调有序工作，并对微电网系统内的逆变器和设备进行连续平滑的功率调节，控制分布式发电电源与负载控制在一定比例合理范围内，实现合理使用分布式发电设备目的，提高了分布式发电设备效率，同时，微网中央控制器具有网络远程、本地等多种软件升级方式和调试方式，提高微网控制系统的可维护性和灵活易用性。
【专利说明】微电网中央控制器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源分布式发电，具体为一款智能的微电网中央控制器。 技术背景
[0002] 近年来分布式电源的应用越来越广泛，但是分布式电源的引入会对配电网原有的 运行控制和保护等带来诸多方面的影响。因此，必须深入研究分布式电源与配电网的相互 作用机理。特别是当分布式电源发电量占整个电网比例很高时，即高渗透率情况下，对电网 安全、稳定性会有很大的影响，如电压、频率、功率角、以及电网调度等。角、以及电网调度 等，接入电电源出力的间，分布式电源出力的间歇性，因此需要充分考虑现有分布式发电技 术以及该技术对电网安全的影响。
[0003] 此外，由于分布式电源的存在，传统的辐射式的单向能量流动模式不在存在，取而 代之的是能量双向流动模式，危及到电网维护人员和使用人员的安全。微电网是指多个分 布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，开发和延伸微电网能够充分促进 分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，微电网 是未来电网实现高效、环保、优质供电的一个重要手段，是对大电网的有益补充。因此，从电 网安全与可靠性角度出发，都需要对分布式电源加以管理与控制。
[0004] 然而，国内外对微电网控制系统研究多集中在理论研究方面，还没有专门针对微 电网进行实际的产品研发。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的不足，本发明提出一种微电网中央控制器，将微电网能量控制 与保护结合在一起，提高微电网控制系统的可维护性和灵活易用性。
[0006] 本发明的技术方案如下所述： 一种微网中央控制器，其特征在于，包括：CPU模块、电力参数采集模块、电能质量监控 模块、数据采集和协议解析模块、逆功率调节模块、孤岛检测模块和其它特殊功能模块，其 中， (PU模块硬件采用基于RISC架构工业级ARM9处理器，接口丰富、功耗极低、处理能力 强劲。软件采用基于Linux2. 6操作系统的多进程多线程的设计方法，完全满足工业现场控 制的实时性要求。
[0007] 电力参数采集模块完成对电网电力参数的采集。包括相电压、相电流、有功功率、 无功功率、功率因数、频率、电能等数据。
[0008] 电能质量监控模块对并网点处电网电能质量进行采集监控。如：不平衡度、THD 等。
[0009] 数据采集、协议解析功能模块具有强大的通信能力，集成了工业和电力通用标 准协议；包括 Modbus RTU、Modbus TCP、CAN2. 0、DL/T645-1997/2007 协议、电力规约 101/103/104协议、IEC-61850标准协议、电动汽车充电协议（国电、南网）等协议，同时也兼 容IEC60870-5-103传输规约。
[0010] 逆功率调节模块通过采集并网点处功率，微网中央控制器对分布式发电系统内的 多台逆变器进行连续平滑的功率调节，控制分布式发电电源与负载控制在一定比例合理范 围内，达到了功率控制与优化的目的，实现了合理使用分布式发电设备目的，提高了分布式 发电设备效率。
[0011] 孤岛检测模块采用孤岛检测与功率调节相结合的控制策略，破坏原有就地配电系 统的负荷平衡，进一步降低孤岛检测的盲区，保证现有电网的运维安全。
[0012] 其它控制策略模块微网孤网/并网模式切换控制、多目标优化、负荷预测、故障诊 断等。
[0013] 其有益效果为：通过一定的策略协调优化控制，确保微网中所有分布式电源协调 有序工作。对微电网系统内的逆变器和设备进行连续平滑的功率调节，控制分布式发电电 源与负载控制在一定比例合理范围内，实现合理使用分布式发电设备目的，提高了分布式 发电设备效率。同时，微网中央控制器具有网络远程、本地等多种软件升级方式和调试方 式，提高微网控制系统的可维护性和灵活易用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明功能模块结构示意图； 图2为本发明软件总流程图； 图3为本发明控制进程流程图； 图4为本发明通信采集进程流程图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0016] 如图1所示，本发明提供一种微网中央控制器，其主要包括一下七个模块： (PU模块：是微电网中央控制器的运算核心和控制核心，其硬件采用了 ARM9处理器，软 件采用基于嵌入式Linux2. 6系统的多进程多线程的设计方法。
[0017] 电力参数采集模块：完成对电网电力参数的采集，包括相电压、相电流、功率、功率 因数、频率、电能。
[0018] 电能质量监控模块：对并网点处电网电能质量进行采集监控。
[0019] 数据采集和协议解析模块：集成了工业和电力通用标准协议，包括Modbus RTU、 Modbus TCP、CAN2. 0、DL/T645-1997/2007 协议、电力规约 101/103/104 协议、IEC-61850 标 准协议、电动汽车充电协议，同时也兼容IEC60870-5-103传输规约。
[0020] 逆功率调节模块：通过采集并网点处功率，微网中央控制器对分布式发电系统内 的多台逆变器进行连续平滑的功率调节，控制分布式发电电源与负载控制在一定比例合理 范围内，该部分在图1中未画出。
[0021] 孤岛检测模块：采用孤岛检测与功率调节相结合的控制策略，破坏原有就地配电 系统的负荷平衡，降低孤岛检测的盲区，保证现有电网的运维安全。孤岛检测模块采用主 动孤岛检测和被动孤岛检测相结合的方式，其中主动孤岛检测通过测量线路阻抗的方法实 现，被动孤岛检测则使用传统检测办法，即检测PCC点处的电压或频率有无异常波动并超 过范围的方法。
[0022] 其它特殊功能模块：完成微电网中央控制器的辅助功能，包括微网孤网/并网模 式切换控制、多目标优化、负荷预测、故障诊断。
[0023] 具体的，本发明的微电网中央控制器，由软件和硬件组成。
[0024] 微电网中央控制器硬件开发可分为CPU模块、DI/D0模块、电源模块、RS485通信模 块、以太网通信模块、电力参数采集模块。
[0025] CPU模块是分布式发电中央控制器的运算核心和控制核心。
[0026] DI/D0模块包括两部分：DI部分电路和D0部分电路。DI部分电路对开关输入量 进行采集，D0部分电路对开关输出量进行控制。采集的输入开关量有并网接触器辅助触点 状态、孤岛保护信号等；输出的开关量有并网接触器分合闸信号以及状态指示灯信号等。
[0027] RS485通信电路设计上使用了 MAX13487芯片，使用光耦芯片HCPL-6000,对通信回 路进行隔离保护。
[0028] 以太网通信模块部分的设计采用了相互独立的双网口模式。双网口的设计使得内 网和外网的访问方式灵活多样化。此外，以太网口还可以用于系统内核升级、应用程序开发 等功能。
[0029] 电源部分是分布式发电中央控制器的关键部件之一，关系到各芯片电源的可靠性 和电路板的稳定性，电源输入电压：24VDC。
[0030] 电力参数采集模块采用电力测量专用芯片ADE77XX，可实现对电网电力参数进行 快速的测量；同时，将电力参数传输到分布式发电中央控制器中，以供控制系统使用。
[0031] 微电网中央控制器系统应用软件分为数据采集进程、控制进程。把所有数据采集 放置在一个进程中便于管理，ADE77XX需单独开启一个进程。因此，数据采集进程采用父子 进程方式。
[0032] 控制进程单独启用一个进程，实现具体功能包括：逆功率调节功能和孤岛检测功 能。同时，控制进程根据判断进程PID方法，侦听数据采集进程运行状态，因此提高了控制 算法的稳定性、可靠性。
[0033] 软件架构框图如图2所示，软件总架构采用了多进程处理方式，具体分别为：数据 采集进程、控制进程和Web进程。各进程相互独立运行，保证了系统任务的实时性。
[0034] 控制进程流程图如图3所示，控制进程采用了单进程、多线程的方式。保证了各个 控制线程的实时性。同时，开启一个定时器，主要用于孤岛的被动检测。
[0035] 数据采集进程流程图如图4所示，通信采集进程也是采用了单进程、多线程的方 式，具体包括串口、网口、ADE7758等设备的操作。
[0036] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
[0037] 上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经 改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 微网中央控制器，其特征在于，包括：CPU模块、电力参数采集模块、电能质量监控模 块、数据采集和协议解析模块、逆功率调节模块、孤岛检测模块和其它特殊功能模块，其中， (PU模块是微电网中央控制器的运算核心和控制核心，其硬件采用了 ARM9处理器，软 件采用基于嵌入式Linux2. 6系统的多进程多线程的设计方法； 电力参数采集模块完成对电网电力参数的采集，包括相电压、相电流、功率、功率因数 、频率、电能； 电能质量监控模块对并网点处电网电能质量进行采集监控； 数据采集和协议解析模块集成了工业和电力通用标准协议，包括Modbus RTU、Modbus TCP、CAN2. 0、DL/T645-1997/2007 协议、电力规约 101/103/104 协议、IEC-61850 标准协议、 电动汽车充电协议，同时也兼容IEC60870-5-103传输规约； 逆功率调节模块通过采集并网点处功率，微网中央控制器对分布式发电系统内的多 台逆变器进行连续平滑的功率调节，控制分布式发电电源与负载控制在一定比例合理范围 内； 孤岛检测模块采用孤岛检测与功率调节相结合的控制策略，破坏原有就地配电系统的 负荷平衡，降低孤岛检测的盲区，保证现有电网的运维安全； 其它特殊功能模块完成微电网中央控制器的辅助功能，包括微网孤网/并网模式切换 控制、多目标优化、负荷预测、故障诊断。
2. 根据权利要求1所述的微电网中央控制器，其特征在于，所述电力参数采集模块部 分采用电力测量专用芯片ADE77XX，实现对电网电力参数进行快速的测量。
3. 根据权利要求1所述的微电网中央控制器，其特征在于，所述孤岛检测模块采用主 动孤岛检测和被动孤岛检测相结合的方式，其中主动孤岛检测通过测量线路阻抗的方法实 现，被动孤岛检测则使用传统检测办法，即检测PCC点处的电压或频率有无异常波动并超 过范围的方法。
【文档编号】H02J3/38GK104218606SQ201410442047
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】李鹏, 郭晓斌, 许爱东, 雷金勇, 黄鮝, 申展 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司