CN103427437A - 一种中央控制器装置 - Google Patents

Abstract

一种中央控制器装置，包括通信模块、测控模块、任务调度模块、DSP控制处理模块和CAN总线通信模块；现场微源控制器的测量模块中的互感器板直接与微电网系统中的微电源输出线路连接，将检测到的线路信息送入AD转换模块，将模拟量转换为数字量，AD转换模块将采集到的信息送至DSP控制处理模块，DSP控制处理模块最后通过CAN总线通信模块将检测到的线路及开关状态信息发送到上层中央控制器，同时CAN总线通信模块下装上层中央控制器发送的控制指令给微源控制器，微源控制器按照各电气量设定值，由DSP控制处理模块通过相关控制算法控制本地设备实现相关的控制功能，完成控制。

Description

一种中央控制器装置

技术领域

本发明属于微电网控制技术领域，具体设计为中央控制系统提供一个硬件平台，在该平台上完成微网整体控制策略的设计和实施。

背景技术

可再生能源发电（如光伏发电、风力发电）是获取电能的一个重要途径，它们分布并联在传统的电力线上，向用户提供能量。但是，随着数量众多的分布式电源接入现有配电网，传统辐射状的无源配电网络将产生根本性的变化，这些变化将给配电网的安全可靠运行带来威胁。为了协调配电网与分布式电源之间的矛盾，充分利用分布式电源为电网和用户带来的价值和效益，21世纪初，一些专家学者提出了微型电网的概念，相应地把微电网中的分布式电源叫做微型电源，简称微源。

微电网将分布式电源、负荷、储能及各种控制器结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。它不改变现有配电网络结构，通过对网内的分布式发电电源和负荷的管理消除分布式电源对传统配电网的影响，更好地发挥分布式电源的应用潜能，其相关技术获得了世界很多国家的重视。

微电网在实际运行中需要解决的关键问题之一就是控制问题。微电网中微电源多样复杂，而且具有独立运行能力，其能实现即插即用和无缝切换的功能，相对大电网可作为一个能够实现自我控制和管理的自治系统，这就导致了微电网的控制策略更加复杂。

目前，国外一些国家虽已开展微电网研究，但仅仅完成了微电网的基础理论研究，解决了微电网运行、保护和经济性分析的基本理论问题；国内对微电网的研究虽然取得了一定的进展，但与欧洲、美国及日本等由研究机构、制造厂商和电力公司组成的庞大研究团队相比，我国在研究力量和取得的成果上仍与之存在较大差距。另外，国内外对微电网中微电源控制器的研究多集中于理论研究和仿真分析阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CC装置，涉及微电网系统中逆变器并/离网控制逻辑的产生和下装、CAN总线通信、光纤以太网通信设计，以克服现有技术存在的不足，提供实时的微网控制，确保微电网系统在离网运行模式下微源与用户负荷功率的动态匹配，提高微电网的稳定性和可靠性，其既有理论政策支持又有实践推广价值。

为了实现上述发明目的，本发明具体特征在于：

一种中央控制器（CC）装置，包括通信模块和测控模块，其特征在于包括任务调度模块（ARM平台）、DSP控制处理模块和CAN总线通信模块。现场微源控制器（MC）的测量模块中的互感器板直接与微电网系统中的微电源输出线路连接，将检测到的线路信息（线路电压、电流）送入AD转换模块，将模拟量转换为数字量，AD模块将采集到的信息送至DSP控制处理模块，DSP最后通过CAN总线通信模块将检测到的线路及开关状态信息发送到上层中央控制器（CC），同时CAN总线通信模块也可以下装上层中央控制器发送的控制指令给微源控制器（MC），MC按照各电气量设定值，由DSP通过相关控制算法控制本地设备实现相关的控制功能，完成控制：

（1）任务调度模块基于ARM处理器，通过移植Linux操作系统，实现任务的调度。同事植入实时内存数据库，通过内存共享手段，实现多线程间数据共享，实时点测量数据存在于内存中，为中央控制器的系统优化控制子系统、设定值计算子系统、能源预测子系统提供数据支撑。

（2）DSP控制处理模块，其作用是对采集到的电压信号进行测频，电气参数（有功、无功功率、功率角）计算以及相关控制算法的实现，控制算法主要包括并/离网双模式切换、有功/无功（P/Q）控制和恒压/恒频（U/f）控制。

（3）CAN总线通信模块，用以实现中央控制器和微源控制器、负荷控制器（LC）间的数据通信，MC和LC将采集到电量信息经数字化后打包成报文上传CC，CC经过系统经济优化决策信息、能源预测信息、潮流分析计算信息综合处理后，得出未来一个工作周期的微电源出力设定值，下装到MC、LC。

并/离网双模式切换：

1）微电网系统从并网运行状态切换到离网运行状态：初始时，CC发送切换指令到MC，MC控制逆变器将中央控制器给定的电压的幅值和相位作为离网后电压闭环控制中的幅值和相位参考值，以避免切换瞬间因负载电压突变而产生冲击电流。然后逆变器通过电压闭环控制，使输出电压逐步升至负载电压额定值，此后，MC控制逆变器由P/Q控制切换至U/f控制；

2）微电网系统从离网运行状态切换到并网运行状态：此过程中，MC接收中央控制器发送的切换指令，并监视电网电压，此时MC控制逆变器采用电压闭环控制，使输出电压跟踪电网电压以实现同步。当检测逆变器输出电压的幅值和相位与电网电压的一致时，闭合逆变器的并网开关，此后，MC控制逆变器由U/f控制切换至P/Q控制；

有功/无功（P/Q）控制：中央控制器发送有功功率、无功功率设定值给MC，通过P/Q控制将有功、无功功率解耦，经PI调节器为电流控制分量提供参考值，电流误差信号在PI调节器作用下为逆变器提供脉宽调制信号；

电压/频率（U/f）控制：中央控制器发送电压、频率设定值到MC，通过U/f控制使逆变器输出电压、频率恒定。

（4）CAN通信模块，其作用在于实现MC与中央控制器、本地设备的通信，既可以将采集到的线路信息以及开关状态信息发送给中央控制器，DSP输出的控制指令发送给本地设备，同时可以接收中央控制器发送的控制指令。

其中，该装置包括微电网系统中逆变器并/离网切换流程中控制逻辑的产生，并通过CAN总线下装到MC、LC，实现微源与负荷的正确投切顺序，使系统正常启动。DSP控制处理器根据采集的本地信息和接收到的中央控制器控制指令，确定微电网系统处于何种运行模式下，自动实现对运行模式的切换和本地设备的相关控制，确保局部电压稳定。

其中，该装置对外通过CAN总线和以太网来连接，能够有效支持分布式控制或实时控制。

本发明的有益效果在于：

1.通过与现场的MC、LC进行信息交换，根据中央控制器的指令调节微电源输出的有功和无功功率出力，改善了系统的稳定性和电能质量；

2.具有经济效益优化决策、能源管理，提高了微电网系统运行效率；

3.对外通过CAN总线、光纤以太网来连接，能够有效支持分布式控制或实时控制；

4.对分布式能源的并网接入具有推动作用，一方面在当前政策和技术条件下，积极推进新能源的并网接入，另一方面，随着能源政策的日臻完善和微电网控制技术的逐步发展，可以在现有的理论研究和硬件基础上顺利完成其功能拓展，从而实现分布式能源顺利接入微电网。

附图说明

图1是本发明所述的微电网中央控制器控制系统的结构示意图。

图2是本发明中央控制器与MC之间的信息流动示意图。

图3是本发明中并网控制流程图。

图4是本发明中并网控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1是本发明的系统结构示意图。该系统包含了模式切换模块、控制处理模块、CAN总线通信模块。

模式切换模块为微电网与主网断开和连接提供逻辑信号，实现本地设备的并离网模式切换。

控制模块向MC提供有功功率和电压的设定值，MC根据P-f和Q-V下垂特性对逆变器输出的有功/无功实现独立控制以及离网状态下逆变器输出的电压、频率恒定。

控制器与外部接口采用CAN总线通信，负责中央控制器和本地设备的通信。MC将DSP输出的线路信息和开关运行状态信息发送给中央控制器，中央控制器下装到控制指令使本地设备执行相关控制命令。

图2是本发明中央控制器与MC之间的信息流动图，MC通过图1中的互感器板采集微电网系统中微电源的输出电压、输出电流，AD采样模块采集互感器得到的信息，并将其转换为数字量，交由DSP控制处理模块进行处理，DSP输出采集到的微电源线路信息（微电源的输出电压、电流以及开关状态信息）由CAN总线发送给中央控制器，并接收中央控制器的控制指令（开关控制指令和功率、电压设定值）。

图3微电网启动并网运行时，微电网中心控制器先闭合微电网与电网连接开关SS，发送指令给负载控制器，闭合所有负载开关，之后指令分布式电源以PQ形式启动并网发电；启动之后，微电网中心控制器接收各分布式发电电源的运行参数以及运行状态，同时监控微电网与电网的公用连接点PCC的功率状态，避免微电网逆潮流的出现，保持微电网稳定运行。

图4孤岛一旦出现，微电网内负载需求功率全部由分布式电源提供，当负载需求功率大大大于电源输出功率时，负载端的电压幅值和频率将出现急剧变化，负载控制器立即断开普通负载和重要负载的进线开关，仅保留特别重要负载的开关闭合，从而保证电源输出功率大于负载需求功率。分布式电源检测出孤岛状态后改变逆变器供电控制策略，以VSI的形式向负载供电，同时将孤岛信号发送给微电网中心控制器。微电网中心控制器根据发电电源的工作状态再逐步发送指令给负载控制器是否闭合重要负载开关，同时监测电网恢复信号，若电网恢复正常，则微电网重新并网。

以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种中央控制器装置，包括通信模块和测控模块，其特征在于：它还包括任务调度模块（ARM平台）、DSP控制处理模块和CAN总线通信模块；现场微源控制器（MC）的测量模块中的互感器板直接与微电网系统中的微电源输出线路连接，将检测到的线路信息（线路电压、电流）送入AD转换模块，将模拟量转换为数字量，AD转换模块将采集到的信息送至DSP控制处理模块，DSP控制处理模块最后通过CAN总线通信模块将检测到的线路及开关状态信息发送到上层中央控制器（CC），同时CAN总线通信模块下装上层中央控制器发送的控制指令给微源控制器（MC），微源控制器（MC）按照各电气量设定值，由DSP控制处理模块通过相关控制算法控制本地设备实现相关的控制功能，完成控制。

2.根据权利要求1所述的中央控制器装置，其特征在于：所述任务调度模块基于ARM处理器，通过移植Linux操作系统，实现任务的调度；同时植入实时内存数据库，通过内存共享手段，实现多线程间数据共享，实时点测量数据存在于内存中，为中央控制器的系统优化控制子系统、设定值计算子系统、能源预测子系统提供数据支撑。

3.根据权利要求1所述的中央控制器装置，其特征在于：所述DSP控制处理模块，是对采集到的电压信号进行测频，电气参数（有功、无功功率、功率角）计算以及相关控制算法的实现，控制算法包括并/离网双模式切换、有功/无功（P/Q）控制和恒压/恒频（U/f）控制。

4.根据权利要求3所述的中央控制器装置，其特征在于：所述并/离网双模式切换：

微电网系统从并网运行状态切换到离网运行状态：初始时，上层中央控制器（CC）发送切换指令到微源控制器（MC），微源控制器（MC）控制逆变器将中央控制器给定的电压的幅值和相位作为离网后电压闭环控制中的幅值和相位参考值，以避免切换瞬间因负载电压突变而产生冲击电流；然后逆变器通过电压闭环控制，使输出电压逐步升至负载电压额定值，此后，微源控制器（MC）控制逆变器由、有功/无功（P/Q）控制切换至恒压/恒频（U/f）控制；

微电网系统从离网运行状态切换到并网运行状态：此过程中，微源控制器（MC）接收中央控制器发送的切换指令，并监视电网电压，此时微源控制器（MC）控制逆变器采用电压闭环控制，使输出电压跟踪电网电压以实现同步；当检测逆变器输出电压的幅值和相位与电网电压的一致时，闭合逆变器的并网开关，此后，微源控制器（MC）控制逆变器由恒压/恒频（U/f）控制切换至有功/无功（P/Q）控制。

5.根据权利要求3所述种中央控制器装置，其特征在于：所述有功/无功（P/Q）控制：中央控制器发送有功功率、无功功率设定值给微源控制器（MC），通过有功/无功（P/Q）控制将有功、无功功率解耦，经PI调节器为电流控制分量提供参考值，电流误差信号在PI调节器作用下为逆变器提供脉宽调制信号。

6.根据权利要求3所述的中央控制器装置，其特征在于：所述电压/频率（U/f）控制：中央控制器发送电压、频率设定值到微源控制器（MC），通过恒压/恒频（U/f）控制使逆变器输出电压、频率恒定。

7.根据权利要求1所述的中央控制器装置，其特征在于：所述CAN总线通信模块，用以实现中央控制器和微源控制器（MC）、负荷控制器（LC）间的数据通信，微源控制器（MC）和负荷控制器（LC）将采集到电量信息经数字化后打包成报文上传上层中央控制器（CC），上层中央控制器（CC）经过系统经济优化决策信息、能源预测信息、潮流分析计算信息综合处理后，得出未来一个工作周期的微电源出力设定值，下装到微源控制器（MC）和负荷控制器（LC）。

8.根据权利要求1所述的中央控制器装置，其特征在于：所述CAN通信模块，在于实现微源控制器（MC）与中央控制器、本地设备的通信，既可以将采集到的线路信息以及开关状态信息发送给中央控制器，DSP控制处理模块输出的控制指令发送给本地设备，同时可以接收中央控制器发送的控制指令。

9.根据权利要求1至8之一所述的中央控制器装置，其特征在于：该装置包括微电网系统中逆变器并/离网切换流程中控制逻辑的产生与并通过CAN总线下装到微源控制器（MC）和负荷控制器（LC），实现微源与负荷的正确投切顺序，是系统正常启动；DSP控制处理模块根据采集的本地信息和接收到的中央控制器控制指令，确定微电网系统处于何种运行模式下，自动实现对运行模式的切换和本地设备的相关控制，确保局部电压稳定。

10.根据权利要求9所述的中央控制器装置，其特征在于：该装置对外通过CAN总线和以太网来连接，能够有效支持分布式控制或实时控制。

Images