一种微电网综合控制器

1.本实用新型属于微电网控制技术领域，尤其涉及一种微电网综合控制器。


背景技术：

2.微电网系统是一种包括分布式电源、储能装置、电力电子变换装置及负载，且具有一定调节和控制能力的小型配电子网，既可以与配电网并网运行，也可以与配电网断开以孤网模式运行。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。但是由于微电网中各类分布式单元数量众多、运行特性各异，位置分散，如何实现数据的实时采集通信，协调控制这些分布式单元，使其能够快速、安全、可靠地接入电网，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，同时保证电网的稳定运行，是本技术领域技术人员重点关注的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种微电网综合控制器，该装置可以实时采集通信、协调控制微电网分布式设备，并快速、安全接入电网来可靠供给负荷多种能源形式，还可以对分布式设备进行远程控制和功率设置。
4.本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种微电网综合控制器，包括单片机控制模块、dsp控制模块、通信模块、微电网分布式设备、pcc状态采集与控制模块、电压采集与控制模块、电流采集与控制模块、无线通信模块、网络接口模块、云平台、交换机、数据采集与监视控制系统，所述单片机控制模块通过总线连接dsp控制模块，所述单片机控制模块电连接通信模块，所述通信模块电连接微电网分布式设备，所述dsp控制模块分别电连接pcc状态采集与控制模块、电压采集与控制模块、电流采集与控制模块、无线通信模块、网络接口模块，所述无线通信模块无线连接云平台，所述网络接口模块电连接交换机，所述交换机电连接数据采集与监视控制系统。
5.进一步，所述单片机控制模块采用型号为arm926ej-s的arm微处理器，所述dsp控制模块采用型号为tms320f28335的dsp芯片。
6.进一步，所述通信模块包括六路rs485通信接口、两路高速can通信接口，所述pcc状态采集与控制模块包括两个开关量输入接口和两个开关量输出接口。
7.进一步，所述电压采集与控制模块包括六路交流电压采集电路，所述电流采集与控制模块包括三路电流采集电路。
8.进一步，所述微电网分布式设备包括电池管理系统、功率变换系统、光伏逆变器、储能集装箱数据采集器、ups电源。
9.本实用新型的有益效果为：
10.本装置的单片机控制模块通过通信模块采集微电网分布式设备所发送的运行数据信息，并通过总线将数据传输给dsp控制模块，dsp控制模块负责数据处理和转发、控制策略运算，dsp控制模块通过pcc状态采集与控制模块实现微电网分布式设备并离网控制和
并/离网模式切换控制，还通过电压采集与控制模块、电流采集与控制模块对微电网分布式设备进行远程控制和功率设置，可见，本控制器可以实时采集通信、协调控制微电网分布式设备，并快速、安全接入电网来可靠供给负荷多种能源形式，保证电网的稳定运行，解决了数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题，还可以对分布式设备进行远程控制和功率设置，解决了微电网地处偏远、不利于维护、维护成本高的问题。
附图说明
11.图1为本实用新型一种微电网综合控制器的原理示意图。
12.图2为本实用新型一种微电网综合控制器的微电网拓扑结构框图。
13.图3为本实用新型一种微电网综合控制器的软件构架图。
14.图4为本实用新型一种微电网综合控制器的外部接口图。
15.图5(a)-图5(e)为本实用新型一种微电网综合控制器的dsp控制模块电路图。
16.图6(a)-图6(b)为本实用新型一种微电网综合控制器的pcc状态采集与控制模块电路图。
17.图7为本实用新型一种微电网综合控制器的电流采集与控制模块电路图。
18.图8(a)-图8(b)为本实用新型一种微电网综合控制器的电压采集与控制模块电路图。
19.图9(a)-图9(d)为本实用新型一种微电网综合控制器的通信模块电路图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.如图1至图9所示，本实用新型提供的一种微电网综合控制器，包括单片机控制模块、dsp控制模块、通信模块、微电网分布式设备、pcc状态采集与控制模块、电压采集与控制模块、电流采集与控制模块、无线通信模块、网络接口模块、云平台、交换机、数据采集与监视控制系统，单片机控制模块通过总线连接dsp控制模块，单片机控制模块电连接通信模块，通信模块电连接微电网分布式设备，dsp控制模块分别电连接pcc状态采集与控制模块、
电压采集与控制模块、电流采集与控制模块、无线通信模块、网络接口模块，无线通信模块无线连接云平台，网络接口模块电连接交换机，交换机电连接数据采集与监视控制系统。
24.单片机控制模块采用型号为arm926ej-s的arm微处理器，dsp控制模块采用型号为tms320f28335的dsp芯片。其中，单片机控制模块采用arm微处理器，嵌入式linux操作系统实现，cpu主频可达300mhz以上，运行内存64mb，存储器128mb，包含10位a/d转换器，工作温度范围为-40℃到～85℃。
25.通信模块包括六路rs485通信接口、两路高速can通信接口，pcc状态采集与控制模块包括两个开关量输入接口和两个开关量输出接口。其中，通信模块包括六路rs485通信接口、两路高速can通信接口，适应不同设备的需求。pcc状态采集与控制模块包括两个开关量输入接口和两个开关量输出接口，负责采集微电网与配电网之间的pcc开关的位置信息。
26.电压采集与控制模块包括六路交流电压采集电路，电流采集与控制模块包括三路电流采集电路。其中，六路交流电压采集接口和三路电流采集接口，具有遥信、遥测、遥脉及遥控的功能，负责对现场信号、工业设备的监测和控制，电压采集支持400v交流电压直接采集，节省电压互感器相关支出成本。
27.微电网分布式设备包括电池管理系统、功率变换系统、光伏逆变器、储能集装箱数据采集器、ups电源。
28.图2所示，微电网包含bms、pcs、光伏逆变器、储能集装箱数据采集器和ups电源等。微电网通过pcc开关和配电网连接。
29.图3所示，数据处理和转发模块、控制策略模块部署在微电网综合控制器的dsp控制模块中，实时库、历史库和人机界面部署在数据采集与监视控制系统(scada系统)的服务器主机中。
30.微电网综合控制器内置的数据处理和转发模块负责实现scada系统与分布式设备的数据交互，包括储能系统、光伏系统、配电测控终端等。
31.微电网综合控制器内置的控制策略模块根据装置采集到的实时数据进行微网实时控制，并通过数据处理和转发模块将控制指令下发给分布式设备。
32.数据处理和转发模块通过内部协议与组态实时库建立连接，并将分布式设备数据转发给实时库。实时库将获取的数据存入历史数据库中。
33.人机交互界面提供实时数据和历史数据查看功能，通过浏览器访问的形式，对系统进行实时监控和历史数据处理。人机交互界面提供控制参数配置功能，操作人员配置的参数，通过实时库下发给控制策略模块。
34.微电网综合控制器提供多种告警方式，当系统出现模拟量越限、数字量变位、通信系统自诊断故障时，在监控界面弹窗并闪烁，通知管理员进行处理，在管理员处理完毕前，告警弹窗始终保持在窗口最上层。
35.微电网系统的控制策略全部部署在控制策略模块中，策略由并网联络线功率控制，离网稳定控制、并离网切换控制三部分组成。
36.外部电网正常时，微电网运行在并网模式。并网运行策略是联络线功率控制，微电网综合控制器实时检测pcc处的功率，通过调节光伏发电和储能充放电，保证pcc处的有功功率不超过设定值。
37.外部电网停电时(外部电网故障或检修)，微电网运行在离网模式。离网运行策略
是稳定运行控制，储能变流器运行在vf模式，支撑系统电压和频率稳定，微电网综合控制器实时调整光伏发电功率，确保微网系统功率保持实时平衡。
38.并离网切换控制依托于微电网综合控制器与各变流器单元之间的协调控制，各单元向can总线发送数据间隔为1ms。
39.并网运行时，以15k的采样频率对电网电压进行锁相，当检测到d轴电压越限超过1ms，向微电网中各变流器单元下发并网恒功率转离网下垂指令，并断开pcc开关。离网运行时，当检测到电网电压恢复正常，以15k的采样频率分别对电网电压和变流器输出电压进行锁相，经过频率补偿限幅后(-0.5*2p rad/s～0.5*2p rad/s)通过can总线下发至各变流器单元；其d轴电压幅值偏差经过电压幅值补偿限幅后(-10v～10v)通过can总线下发至各变流器单元。各变流器单元在下垂控制的基础上，接收来自微电网综合控制器的角频率和电压幅值调节信号，对参考电压进行调节，实现与电网电压的同期。当微电网综合控制器检测到电网与逆变器输出d轴电压偏差小于10v且相角偏差小于0.05rad超过0.5s，则闭合pcc开关。
40.实施例
41.如图1所示，本装置启动后，首先，单片机控制模块通过通信模块采集微电网分布式设备所发送的运行数据信息，并通过modbus rtu通信协议将数据传输给dsp控制模块，dsp控制模块负责数据处理和转发、控制策略运算；然后，dsp控制模块通过pcc状态采集与控制模块采集微电网与配电网之间的pcc开关的位置信息、遥控pcc开关的分合闸，实现微电网分布式设备并离网控制和并/离网模式切换控制，dsp控制模块还通过电压采集与控制模块、电流采集与控制模块分别采集pcc开关外部和内部三相电压、流过pcc开关的三相电流，并对微电网分布式设备进行远程控制和功率设置，确保微电网系统运行稳定；最后，dsp控制模块通过网络接口模块连接的交换机上传数据至数据采集与监视控制系统(scada系统)，上传数据模式为每隔1min向数据采集与监视控制系统(scada系统)上传一次分布式设备的运行数据，dsp控制模块还通过无线通信模块利用4g无线网络将数据上传到云平台，实现数据交互。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。