分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備及方法
2023-09-19 22:35:05
分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備及方法
【專利摘要】本發明涉及智能微網領域，旨在提供一種分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備及方法。該設備控制計算模塊、電能質量測量模塊、通信管理模塊、輸入輸出接口模塊、隔離電路和存儲模塊；控制計算模塊包括計算MCU和控制MCU這兩個微控制單元，電能質量測量模塊包括電壓互感器和電流互感器、信號調理電路和採樣電路，電壓互感器、電流互感器、信號調理電路和採樣電路依次連接；所述通信管理模塊與控制計算模塊中的計算MCU相接，控制MCU經隔離模塊與通信管理模塊、輸入輸出接口模塊、存儲模塊相連。本發明的設備採用全隔離電路，對設備所有輸入輸出信號進行光電或者電氣隔離，增強了設備的抗幹擾能力，能夠適應各類微型電網現場的使用。
【專利說明】分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備，屬於智能微網領域。
【背景技術】
[0002]微型電網是指由分布式發電單元、儲能裝置、保護裝置、能量轉換裝置、相關負荷、控制與監測系統組成的小型發電系統，是一個能夠自我控制、保護和穩定運行的系統。微型電網既能夠和大電網併網運行，也可以自我孤島運行，是智能電網的重要組成部分。
[0003]隨著微型電網的廣泛應用，微型電網控制與監測技術成為關注重點。由於組成微型電網的分布式發電單元工作原理和特性有著很大差別，控制和監測方法也不相同，對微型電網控制與監測系統提出了更高的要求。能夠讓多種分布式發電單元在微型電網中共存穩定運行，是微型電網控制與監測系統技術研究的關鍵。組成微型電網的分布式發電單元都具有獨立的電力電子裝置，與控制系統交互數據都採用通信的方式。目前分布式發電單元多數採用現場總線技術，而中央控制單元很少具有現場總線接口。
[0004]電能質量是考核微型電網是否正常運行的標準。微型電網每處的電能質量影響到微型電網整體的控制。電能質量對微型電網的穩定運行有著重要意義，這對電能質量的監測和計算提出了較高要求。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備及方法。
[0006]為解決技術問題，本發明採用如下技術方案:
[0007]提供一種分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備，包括設於微型電網的電壓互感器和電流互感器；該設備還包括控制計算模塊、電能質量測量模塊、通信管理模塊、輸入輸出接口模塊、隔離電路和存儲模塊；存儲模塊包括一塊EEPR0M，存儲著設備號、初始化信息等。
[0008]所述控制計算模塊包括計算MCU和控制MCU這兩個微控制單元，分別用於實現電能信息計算、分析與流程控制、通信交互，兩者之間採用高速串口進行數據傳輸；
[0009]所述電能質量測量模塊包括前述電壓互感器和電流互感器，還包括信號調理電路和採樣電路，電壓互感器、電流互感器、信號調理電路和採樣電路依次連接；
[0010]所述通信管理模塊通過乙太網通信協議與上層的中央控制器相連，還通過CAN總線通信協議或RS485通信協議與微型電網中的發電設備相連，用於實現數據交互；
[0011]所述輸入輸出模塊具有模擬輸入輸出、I/o數字輸入、繼電器輸出和開漏OC門輸出；
[0012]所述隔離模塊用於實現對所有的對外接口進行電氣上的隔離；
[0013]所述通信管理模塊與控制計算模塊中的計算MCU相接，控制MCU經隔離模塊與通信管理模塊、輸入輸出接口模塊、存儲模塊相連。
[0014]本發明中，所述輸入輸出模塊包括4路0-5V/4_20mA的輸入電路、2路0-5V/4-20mA的輸出電路、4路繼電器輸出電路、4路開漏OC門輸出電路、10路數字I/O量輸入電路。
[0015]本發明還提供了基於前述一體化設備的分布式發電微網控制和電能質量監控方法，包括:通過所述電能質量測量模塊採集微型電網的運行參數，送往計算MCU進行計算處理，然後通過通信管理模塊傳送到上層的中央控制器；通信管理模塊接收到中央控制器的控制指令後傳送至控制MCU，控制MCU將控制指令通過輸入輸出模塊對斷路開關進行控制，通過控制斷路開關閉合來控制微型電網的投切處理。
[0016]本發明中，當中央控制器下達獨立運行命令或者與中央控制器無法聯絡時，所述一體化設備進入獨立運行模式；在該模式下，對監測微型電網發電設備併網處的電能信息進行監測，通過邏輯運算控制發電設備；具體監控的判斷方式為:
[0017]如果發電設備發出的電能頻率f 51Hz，或者總諧波失真THD >10%,則將對該發電設備進行立即離網操作。
[0018]本發明中，在對微型電網的運行參數進行計算處理時採用帶基波電壓分離的三相鎖相環技術，並在常規的三相鎖相環中加入正負序、諧波分離模塊；該方法是通過依次相接的三相兩相變換模塊、基波諧波分離模塊、三相鎖相環SPLL模塊，對電網電壓中基波的正、負序分量以及諧波分量進行計算，並將分離得到的正序分量輸入鎖相環計算，以此提高鎖相環的精確度；具體包括:
[0019]在三相三線制系統中，將帶負序分量、k次諧波的三相電壓表示為:
[0020]
【權利要求】
1.一種分布式發電微網控制和電能質量監控一體化設備，包括設於微型電網的電壓互感器和電流互感器；其特徵在於，該設備還包括控制計算模塊、電能質量測量模塊、通信管理模塊、輸入輸出接口模塊、隔離電路和存儲模塊； 所述控制計算模塊包括計算MCU和控制MCU這兩個微控制單元，分別用於實現電能信息計算、分析與流程控制、通信交互，兩者之間採用高速串口進行數據傳輸； 所述電能質量測量模塊包括前述電壓互感器和電流互感器，還包括信號調理電路和採樣電路，電壓互感器、電流互感器、信號調理電路和採樣電路依次連接； 所述通信管理模塊通過乙太網通信協議與上層的中央控制器相連，還通過CAN總線通信協議或RS485通信協議與微型電網中的發電設備相連，用於實現數據交互； 所述輸入輸出模塊具有模擬輸入輸出、I/o數字輸入、繼電器輸出和開漏OC門輸出； 所述隔離模塊用於實現對所有的對外接口進行電氣上的隔離； 所述通信管理模塊與控制計算模塊中的計算MCU相接，控制MCU經隔離模塊與通信管理模塊、輸入輸出接口模塊、存儲模塊相連。
2.根據權利要求1所述的一體化設備，其特徵在於，所述輸入輸出模塊包括4路0-5V/4-20mA的輸入電路、2路0-5V/4_20mA的輸出電路、4路繼電器輸出電路、4路開漏OC門輸出電路、10路數字I/O量輸入電路。
3.基於權利要求1所述一體化設備的分布式發電微網控制和電能質量監控方法，其特徵在於，包括:通過所述電能質量測量模塊採集微型電網的運行參數，送往計算MCU進行計算處理，然後通過通信管理模塊傳送到上層的中央控制器；通信管理模塊接收到中央控制器的控制指令後傳送至控制MCU，控制MCU將控制指令通過輸入輸出模塊對斷路開關進行控制，通過控制斷路開關閉合來控制微型電網的投切處理。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當中央控制器下達獨立運行命令或者與中央控制器無法聯絡時，所述一體化設備進入獨立運行模式；在該模式下，對監測微型電網發電設備併網處的電能信息進行監測，通過邏輯運算控制發電設備；具體監控的判斷方式為: 如果發電設備發出的電能頻率f 51Hz，或者總諧波失真THD > 10%,則將對該發電設備進行立即離網操作。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，在對微型電網的運行參數進行計算處理時採用帶基波電壓分離的三相鎖相環技術，並在常規的三相鎖相環中加入正負序、諧波分離模塊；該方法是通過依次相接的三相兩相變換模塊、基波諧波分離模塊、三相鎖相環SPLL模塊，對電網電壓中基波的正、負序分量以及諧波分量進行計算，並將分離得到的正序分量輸入鎖相環計算，以此提高鎖相環的精確度；具體包括: 在三相三線制系統中，將帶負序分量、k次諧波的三相電壓表示為:
【文檔編號】H02J13/00GK103683507SQ201310664513
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】馬力, 彭勇剛, 韋巍 申請人:浙江大學