CN103529817B - 一种含分布式光伏的微电网协调控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含分布式光伏的微电网协调控制器，所述微电网协调控制器包括天文钟、终端服务器、工业交换机、路由器、UPS电源和工控机；UPS电源用于为整个微电网协调控制器提供电源，工控机控制连接天文钟、工业交换机和路由器，天文钟用于保证微电网协调控制器内部的时钟同步；工控机通过路由器连接外部的上级能量管理系统，接受该上级能量管理系统的调度命令；至少一个的终端服务器连接工业交换机，微电网协调控制器通过终端服务器连接微电网内部的各个设备，采集各个设备的数据，监视各个设备的状态，并且下发控制命令至各个设备。本发明提供的一种微电网协调控制器，有效提高微电网中各电源的可靠性和各负荷的供电可靠性，提高微电网的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及微电网运行控制领域，具体涉及一种含分布式光伏的微电网协调控制器。
背景技术
近年来人们对能源的需求越来越大，电网作为重要的能量输送系统起了不可获取的作用。同时，大量分散的、形式多样、性能各异的分布式电源简单并网会对电网和用户造成冲击，给电能质量、系统保护、系统运行的可靠性带来不利影响。为协调电网和分布式电源的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户带来的价值与效益，本世纪初，学者们提出了微网（MicroGrids，MG）的概念。从系统的角度看，微电网将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合形成一个单一可控的独立供电系统。它采用了大量的现代电力电子技术、将微型电源和储能设备并在一起，直接接在用户侧。对于大电网来说，微电网可被视为电网的一个可控单元，可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络的需求；对用户来说，微电网可以满足他们特定的需求，如降低馈线损耗、增加本地可靠性、保持本地电压稳定、通过利用余热提高能量利用的效率等。微电网或与配电网互联运行，或独立运行（称为孤立运行方式)，当配电网出现故障而微电网与其解列时，仍能维持微电网自身的正常运行。因此，微网是实现分布式电源组网的一种优良模式，在电网与分布式供能系统之间形成了一个交互的中间层，有效减小间歇性电源大量分散接入对电网的不利影响，提高电网的协调运行水平及供电质量和可靠性。
协调控制器作为微电网系统的核心控制设备，是连接微电网能量管理系统（MEMS）与微电网电源、储能、负荷等就地设备的中枢环节。协调控制器对微电网进行数据采集、数据处理、状态监测分析、运行控制、并/离网切换控制等，MEMS通过协调控制器获取微电网运行数据，并向协调控制器发送运行调度指令，指令再由协调控制器分解，并下发就地控制器执行。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种含分布式光伏的微电网协调控制器，所述微电网协调控制器包括天文钟、终端服务器、工业交换机、路由器、UPS电源和工控机；
所述UPS电源用于为整个所述微电网协调控制器提供电源；
所述工控机控制连接所述天文钟、工业交换机和路由器；所述天文钟用于保证所述微电网协调控制器内部的时钟同步；
所述工控机通过所述路由器连接外部的上级能量管理系统，接受所述上级能量管理系统的调度命令；
至少一个的所述终端服务器连接所述工业交换机，所述微电网协调控制器通过所述终端服务器连接微电网内部的各个设备，采集所述各个设备的数据，监视所述各个设备的状态，并且下发控制命令至所述各个设备。
本发明提供的第一优选实施例中：所述微电网协调控制器通过所述终端服务器控制连接的所述微电网内部的各个设备包括分布式电源、储能装置、负荷、测控保护装置、VQC装置、并网点保护同期装置、电能质量检测治理装置。
本发明提供的第二优选实施例中：所述终端服务器将现场串口485、422、232信号转换为网络信号传输给所述工控机；所述工控机为Moxa工控机，运行on3000系统。
本发明提供的第三优选实施例中：所述微电网协调控制器通过所述工业交换机与微电网网络设备通信，所述微电网网络设备包括：电能质量监测设备、光伏汇流箱、温度组件设备和环境检测仪。
本发明提供的第四优选实施例中：所述工控机连接有屏幕、键盘和鼠标，所述屏幕实时显示监控以及告警信息，所述键盘和鼠标用于对微电网协调控制器的操作控制。
本发明提供的第五优选实施例中：所述微电网协调控制器控制微电网的顺序包括：
（1）、并网开机，合上并网开关，然后按照负荷、分布式发电单元、储能装置、无功补偿、电能质量治理的顺序依次投入各设备，确认微电网进入并网运行状态后结束顺控控制过程；
（2）、离网开机，所述微电网处于静止状态时，在接受并确认离网开机令后，所述微电网协调控制器启动离网开机顺序过程，判断符合离网开机条件后发控制命令依次启动微电网内主电源，稳定微电网内部电压和频率，然后投入电能质量治理装置与重要负荷，启动微电网辅助发电单元，检查各设备投入情况，所述微电网进入离网状态；
（3）、并网停机，所述微电网处于正常并网状态时，在接受并确认停机令后，所述微电网协调控制器启动并网停机顺序过程控制，按预先设定的控制顺序，依次退出负荷、分布式电源、储能装置，无功补偿和电能质量治理装置，最后断开并网开关，确认全部设备已经退出后，所述微电网进入静止状态；
（4）、离网停机，所述微电网处于正常离网运行时，在接受并确认停机令后，所述微电网协调控制器执行离网停机顺序过程控制，发控制命令按预先设定的流程，依次退出重要负荷、辅助分布式电源，然后退出主电源，在确认全部设备已经退出后，所述微电网进入静止状态；
（5）、并-离网有缝切换，所述微电网处于正常并网运行时，在接受并确认离网有缝切换令后，所述微电网协调控制器启动并/离网有缝切换顺序控制过程，发控制命令按顺序退出微电网内运行设备，然后断开并网开关，所述微电网进入静止运行状态；然后启动主电源，建立微电网内电压和频率，接着投入电能质量治理装置与重要负荷，所述微电网进入离网运行状态；
（6）、离-并网有缝切换，所述微电网处于正常离网运行状态时，在接受并确认并网有缝切换令后，所述微电网系统控制器启动离/并网有缝切换顺序控制过程，发出控制命令按顺序退出重要负荷、电能质量治理装置和主电源，所述微电网进入静止运行状态；然后合上并网开关，并按顺序投入负荷、分布式电源、储能装置、电能质量治理装置，所述微电网进入并网运行状态；
（7）、并-离网平滑切换，所述微电网处于并网运行状态时，在接受并确认离网平滑切换命令后，所述微电网协调控制器首先切除可切负荷和可控负荷，然后发平滑切换命令给并网点保护同期装置，后续由并网点保护同期装置控制并-离网的平滑切换过程；所述并网点保护同期装置送出并网开关跳闸指令，并同步送出启动信号至主电源，通知主电源停止P/Q运行方式，并为进入V/F运行模式做好准备；并网点开关在开关分闸后将开关的分位信号立即送至主电源，主电源确认后立即以V/F方式启动，实现重要负荷的不间断供电；微电网协调控制器在确认并网点开关分闸以及主电源进入V/F运行模式后，认定并-离网平滑切换顺序过程完成，所述微电网进入离网运行状态；
（8）、离-并网平滑切换，所述微电网处于正常离网运行状态时，所述微电网协调控制器在接受并确认并网平滑切换命令后，启动离/并网平滑切换顺序过程控制，发出同期合闸命令给并网点保护同期装置，后续由并网点保护同期装置控制离网到并网的平滑切换；并网点保护同期装置首先检测并网开关两侧的电压和频率是否满足同期条件，如满足同期条件则送出并网开关合闸信号，并同步送出启动信号给主电源设备，指示主电源做好运行准备；并网点开关合闸后，送出开关合位信号至主电源，主电源立即停止V/F运行模式，进入P/Q运行模式，并进入待机运行状态；如不满足同期条件，则并网点保护同期装置将电网侧的电压和频率运行值送给主电源；所述微电网协调控制器确认并网开关合闸，所述主电源由V/F进入P/Q运行状态后，按顺序投入可控负荷和可切负荷，所述微电网进入并网运行状态。
本发明提供的一种含分布式光伏的微电网协调控制器，相对最接近的现有技术的有益效果包括：
1、本发明提供的一种含分布式光伏的微电网协调控制器，能够实现基本SCADA功能、并离网协调控制功能、顺序过程控制功能、数据通信与交换功能，可有效提高微电网中各电源的可靠性，提高各负荷的供电可靠性，提高微电网的可靠性，同时，协调控制可实现上层能量管理系统提出的控制要求，对微电网系统中各设备进行控制。
2、终端服务器实现485、422、232信号的转换，因此该微电网协调控制器实时采集和监控各种通信方式的微电网设备。
3、工控机连接有屏幕、键盘和鼠标，能够实时显示监控以及告警等信息，方便对微电网协调控制器的操作控制。
附图说明
如图1所示为本发明提供的一种含分布式光伏的微电网协调控制器与外部连接的示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明提供一种含分布式光伏的微电网协调控制器，如图1所示为本发明提供的一种含分布式光伏的微电网协调控制器与外部连接的示意图，由图1可知，该微电网协调控制器包括天文钟、终端服务器、工业交换机、路由器、UPS（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）电源和工控机。
UPS电源用于为整个微电网协调控制器提供电源，工控机控制连接天文钟、工业交换机和路由器，天文钟用于保证微电网协调控制器内部的时钟同步。
工控机通过路由器连接外部的上级能量管理系统，接受该上级能量管理系统的调度命令。
至少一个的终端服务器连接工业交换机，微电网协调控制器通过终端服务器连接微电网内部的各个设备，采集各个设备的数据，监视各个设备的状态，并且下发控制命令至各个设备。
具体的，微电网协调控制器通过终端服务器控制连接的微电网内部的各个设备包括分布式电源、储能装置、负荷、测控保护装置、VQC装置、并网点保护同期装置、电能质量检测治理装置。终端服务器将现场串口485、422、232信号转换为网络信号传输给工控机。该工控机可以是Moxa工控机，运行on3000系统。
优选的，微电网协调控制器还可以通过工业交换机与微电网网络设备通信，该微电网网络设备包括：电能质量监测设备、光伏汇流箱、温度组件设备和环境检测仪等。
工控机还连接有屏幕、键盘和鼠标等设备，屏幕实时显示监控以及告警等信息，键盘和鼠标用于方便对微电网协调控制器的操作控制。
含分布式光伏的微电网的整个工况可以分为并网，离网，静止三种运行稳态，各工况定义如下表：
表1微电网工况状态定义表
本发明提供的一种含分布式光伏的微电网协调控制器控制微电网的顺序包括：
（1）、并网开机；（2）、离网开机；（3）、并网停机；（4）、离网停机；（5）、并-离网有缝切换；（6）、离-并网有缝切换；（7）、并-离网平滑切换；（8）、离-并网平滑切换。
具体的：
（1）、并网开机
并网开机是指正常情况下微电网从静止状态到并网状态的顺序控制过程。微电网处于静止状态时，在接受并确认并网开机令后，微电网协调控制器启动并网开机顺控过程，检查各设备启动条件，发控制命令按顺序投入微电网内相关设备。首先合上并网开关，然后按照负荷、分布式发电单元、储能装置、无功补偿、电能质量治理的顺序依次投入各设备。顺控过程执行完毕后协调控制器确认微电网进入并网运行状态，结束顺控控制过程。
（2）、离网开机
离网开机是指正常情况下微电网从静止状态到离网状态的顺序控制过程。微电网处于静止状态时，在接受并确认离网开机令后，微电网协调控制器启动离网开机顺序过程，判断是否符合离网开机条件后发控制命令依次启动微电网内主电源，稳定微电网内部电压和频率，然后投入电能质量治理装置与重要负荷，启动微电网辅助发电单元，检查各设备投入情况，微电网进入离网状态。
（3）、并网停机
并网停机是指正常情况下微电网从并网状态到静止状态的顺序控制过程。微电网处于正常并网状态时，在接受并确认停机令后，微电网协调控制器启动并网停机顺序过程控制，按预先设定的控制顺序，依次退出负荷、分布式电源、储能装置，无功补偿和电能质量治理装置，最后断开并网开关，确认全部设备已经退出后，微电网进入静止状态。
（4）、离网停机
离网停机是指微电网正常情况下由离网状态转为静止状态的顺序控制过程。微电网处于正常离网运行时，在接受并确认停机令后，微电网协调控制器执行离网停机顺序过程控制，发控制命令按预先设定的流程，依次退出重要负荷、辅助分布式电源，然后退出主电源，在确认全部设备已经退出后，微电网进入静止状态。
（5）、并-离网有缝切换
并-离网有缝切换是指微电网正常情况下由并网状态切换至离网状态的顺序过程控制，在此过程中重要负荷暂时中断供电。微电网处于正常并网运行时，在接受并确认离网有缝切换令后，微电网协调控制器启动并/离网有缝切换顺序控制过程，发控制命令按顺序退出微电网内运行设备，然后断开并网开关，微电网进入静止运行状态；然后启动主电源，建立微电网内电压和频率，接着投入电能质量治理装置与重要负荷，微电网进入离网运行状态。
（6）、离-并网有缝切换
离-并网有缝切换是指微电网正常情况下由并网运行状态切换至离网运行状态的顺序过程控制，在此过程中重要负荷暂时中断供电。微电网处于正常离网运行状态时，在接受并确认并网有缝切换令后，微电网系统控制器启动离/并网有缝切换顺序控制过程，发出控制命令按顺序退出重要负荷、电能质量治理装置和主电源，微电网进入静止运行状态；然后合上并网开关，并按顺序投入负荷、分布式电源、储能装置、电能质量治理装置，微电网进入并网运行状态。
（7）、并-离网平滑切换
并-离网平滑切换是指微电网正常情况下由并网运行状态无缝切换至离网运行状态的顺序过程控制，在此期间重要负荷实现不间断供电。微电网处于并网运行状态时，在接受并确认离网平滑切换命令后，微电网协调控制器首先切除可切负荷和可控负荷，然后发平滑切换命令给并网点保护同期装置，后续由并网点保护同期装置控制并-离网的平滑切换过程。并网点保护同期装置送出并网开关跳闸指令，并同步送出启动信号至主电源，通知主电源停止P/Q运行方式,并为进入V/F运行模式做好准备；并网点开关在开关分闸后将开关的分位信号立即送至主电源，主电源确认后立即以V/F方式启动，实现重要负荷的不间断供电；微电网协调控制器在确认并网点开关分闸以及主电源进入V/F运行模式后，认定并-离网平滑切换顺序过程完成，微电网进入离网运行状态。
（8）、离-并网平滑切换
离-并网平滑切换是指微电网正常情况下由离网运行状态切换至并网运行状态的顺序过程控制，在此过程中保证重要负荷不间断供电。微电网处于正常离网运行状态时，微电网协调控制器在接受并确认并网平滑切换命令后，启动离/并网平滑切换顺序过程控制，发出同期合闸命令给并网点保护同期装置，后续由并网点保护同期装置控制离网到并网的平滑切换。并网点保护同期装置首先检测并网开关两侧的电压和频率是否满足同期条件，如满足同期条件则送出并网开关合闸信号，并同步送出启动信号给主电源设备，指示主电源做好运行准备；并网点开关合闸后，送出开关合位信号至主电源，主电源立即停止V/F运行模式，进入P/Q运行模式，并进入待机运行状态；如不满足同期条件，则并网点保护同期装置将电网侧的电压和频率运行值送给主电源，主电源以此为参考值，微电网电压和频率，以满足同期条件。（主电源直接采集电源测电压频率）微电网协调控制器确认并网开关合闸，主电源由V/F进入P/Q运行状态后，按顺序投入可控负荷和可切负荷，以及其他相关设备，微电网进入并网运行状态。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种含分布式光伏的微电网协调控制器，其特征在于，所述微电网协调控制器包括天文钟、终端服务器、工业交换机、路由器、UPS电源和工控机；
所述UPS电源用于为整个所述微电网协调控制器提供电源；
所述工控机分别与所述天文钟、工业交换机和路由器连接；所述天文钟用于保证所述微电网协调控制器内部的时钟同步；
所述工控机通过所述路由器连接外部的上级能量管理系统，接受所述上级能量管理系统的调度命令；
所述终端服务器与所述工业交换机连接，所述微电网协调控制器通过所述终端服务器与微电网内部的设备连接，并采集各个设备的数据、监视所述各个设备的状态和下发控制命令至所述各个设备；
所述微电网协调控制器通过所述终端服务器控制连接的所述微电网内部的各个设备包括分布式电源、储能装置、负荷、测控保护装置、VQC装置、并网点保护同期装置、电能质量检测治理装置；
所述终端服务器将现场串口485、422、232信号转换为网络信号传输给所述工控机；所述工控机为Moxa工控机，运行on3000系统；
所述微电网协调控制器控制微电网的顺序包括：
(1)、并网开机，合上并网开关，然后按照负荷、分布式发电单元、储能装置、无功补偿、电能质量治理的顺序依次投入各设备，确认微电网进入并网运行状态后结束顺控控制过程；
(2)、离网开机，所述微电网处于静止状态时，在接受并确认离网开机令后，所述微电网协调控制器启动离网开机顺序过程，判断符合离网开机条件后发控制命令依次启动微电网内主电源，稳定微电网内部电压和频率，然后投入电能质量治理装置与重要负荷，启动微电网辅助发电单元，检查各设备投入情况，所述微电网进入离网状态；
(3)、并网停机，所述微电网处于正常并网状态时，在接受并确认停机令后，所述微电网协调控制器启动并网停机顺序过程控制，按预先设定的控制顺序，依次退出负荷、分布式电源、储能装置，无功补偿和电能质量治理装置，最后断开并网开关，确认全部设备已经退出后，所述微电网进入静止状态；
(4)、离网停机，所述微电网处于正常离网运行时，在接受并确认停机令后，所述微电网协调控制器执行离网停机顺序过程控制，发控制命令按预先设定的流程，依次退出重要负荷、辅助分布式电源，然后退出主电源，在确认全部设备已经退出后，所述微电网进入静止状态；
(5)、并-离网有缝切换，所述微电网处于正常并网运行时，在接受并确认离网有缝切换令后，所述微电网协调控制器启动并/离网有缝切换顺序控制过程，发控制命令按顺序退出微电网内运行设备，然后断开并网开关，所述微电网进入静止运行状态；然后启动主电源，建立微电网内电压和频率，接着投入电能质量治理装置与重要负荷，所述微电网进入离网运行状态；
(6)、离-并网有缝切换，所述微电网处于正常离网运行状态时，在接受并确认并网有缝切换令后，所述微电网系统控制器启动离/并网有缝切换顺序控制过程，发出控制命令按顺序退出重要负荷、电能质量治理装置和主电源，所述微电网进入静止运行状态；然后合上并网开关，并按顺序投入负荷、分布式电源、储能装置、电能质量治理装置，所述微电网进入并网运行状态；
(7)、并-离网平滑切换，所述微电网处于并网运行状态时，在接受并确认离网平滑切换命令后，所述微电网协调控制器首先切除可切负荷和可控负荷，然后发平滑切换命令给并网点保护同期装置，后续由并网点保护同期装置控制并-离网的平滑切换过程；所述并网点保护同期装置送出并网开关跳闸指令，并同步送出启动信号至主电源，通知主电源停止P/Q运行方式，并为进入V/F运行模式做好准备；并网点开关在开关分闸后将开关的分位信号立即送至主电源，主电源确认后立即以V/F方式启动，实现重要负荷的不间断供电；微电网协调控制器在确认并网点开关分闸以及主电源进入V/F运行模式后，认定并-离网平滑切换顺序过程完成，所述微电网进入离网运行状态；
(8)、离-并网平滑切换，所述微电网处于正常离网运行状态时，所述微电网协调控制器在接受并确认并网平滑切换命令后，启动离/并网平滑切换顺序过程控制，发出同期合闸命令给并网点保护同期装置，后续由并网点保护同期装置控制离网到并网的平滑切换；并网点保护同期装置首先检测并网开关两侧的电压和频率是否满足同期条件，如满足同期条件则送出并网开关合闸信号，并同步送出启动信号给主电源设备，指示主电源做好运行准备；并网点开关合闸后，送出开关合位信号至主电源，主电源立即停止V/F运行模式，进入P/Q运行模式，并进入待机运行状态；如不满足同期条件，则并网点保护同期装置将电网侧的电压和频率运行值送给主电源；所述微电网协调控制器确认并网开关合闸，所述主电源由V/F进入P/Q运行状态后，按顺序投入可控负荷和可切负荷，所述微电网进入并网运行状态。
2.如权利要求1所述的微电网协调控制器，其特征在于，所述微电网协调控制器通过所述工业交换机与微电网网络设备通信，所述微电网网络设备包括：电能质量监测设备、光伏汇流箱、温度组件设备和环境检测仪。
3.如权利要求1所述的微电网协调控制器，其特征在于，所述工控机连接有屏幕、键盘和鼠标，所述屏幕实时显示监控以及告警信息，所述键盘和鼠标用于对微电网协调控制器的操作控制。
Priority Applications (1)
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