CN103986155A - 微型电网控制系统 - Google Patents

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吴秋轩
吴晨曦
林伟杰
余善恩
罗艳斌
庄坤江
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Abstract

本发明提供一种微型电网控制系统，包括可再生能源直流发电装置、蓄电池组、交流母线端、负载端、本地负载以及控制器，还包括交流发电机，交流母线端连接有选择开关；负载端通过负载开关与本地负载相连，选择开关和负载开关的控制端与控制器输出端相连；交流母线端和负载端分别设有电信号检测装置，电信号检测装置与控制器输入端相连，控制器具有根据检测到的电信号与预设电信号阈值相比较以切换供电模式的控制模块。本发明的有益效果：通过电信号检测装置及选择开关配合，统筹安排供电模式；采用多功能集成创新、专用驱动芯片、模块化优化设计，具有非常完善的保护功能和多合一互补功能。

Description

微型电网控制系统
技术领域
本发明涉及领域供电技术领域，具体是指一种微型电网控制系统。
背景技术
微电网相当于电力系统的毛细血管系统，是智能电网中新的网络结构单元，是推动智能电网发展的关键领域之一。微电网本质上是含有分布式电源的配用电技术，具有鲜明的技术革命特征：灵活性、安全性高；既可以并入大电网，又可以作为独立电网运行，可以有效提高电网的抗灾害打击能力，保证网内电力供应的安全性；高效节能，可有效实现电力供应和消费的优质匹配，优化电力资源网内分配,且线损非常低；可有效解决风、光等清洁能源并网问题。 
微电网市场有望在未来5年迎来高速成长期。从全球来看，目前微电网主要处于实验和示范阶段,但从过去五年来看，微电网的技术推广已经度过幼稚期，市场规模稳步成长。着眼于当下世界范围的能源和环境困局以及电力安全需求的长期高企，对微电网技术应用良好应用前景抱有高预期，世界各地的政府、主要能源公司和电力公司等积极主导或参与当地微电网工程建设。未来5到10年，微电网的市场规模、地区分布和应用场所分布都将会发生显著变化。 
从国内情况来看，政府日趋重视，自下而上推动力越来越强，市场前景广阔,企业积极参与。近三年，微电网开始逐渐走到政策前台，国家能源局也计划在“十二五”期间建设30个微电网示范工程，各级政府已经出台了一些支持性政策，自下而上推动力越来越显著；国内大能源和电网企业参与热情非常高，布局意味明显；2012年陆续有一批重大示范工程获批,预期未来各地会有更多政府或企业主导的项目上马，微电网在国内的市场将非常广阔。
现有的微型电网控制系统存在结构复杂、各电源装置难以协同工作、功率因数低等缺陷，例如专利号为201220525631.1的实用新型公开的包括可再生能源直流发电装置、蓄电池组、交流母线端、与交流母线端相连的负载端、本地负载以及控制器等，其交流母线端及负载端未设置检测装置，控制器不能根据电信号变化情况切断市电电网供电，因此受外网电压波动影响大，并且发电机、蓄电池组的工作无法及时根据电信号变化情况协同配合，因此在复杂的实际应用条件下需要增设诸多辅助设备进行调整统筹。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供一种结构简单合理、反应迅捷、适用范围广的微型电网控制系统。
本发明采用的技术方案为：
微型电网控制系统，包括可再生能源直流发电装置、蓄电池组、交流母线端、与交流母线端相连的负载端、本地负载以及控制器，可再生能源直流发电装置通过DC/AC转换器连接交流母线端，蓄电池组通过DC/AC双向变换器连接交流母线端，DC/AC转换器及DC/AC双向变换器还通过CAN总线与控制器通讯连接，还包括交流发电机，交流母线端连接有用于在交流发电机和市电电网之间切换的选择开关；负载端通过负载开关与本地负载相连，选择开关和负载开关的控制端与控制器输出端相连；交流母线端和负载端分别设有电信号检测装置，电信号检测装置与控制器输入端相连，控制器具有根据检测到的电信号与预设电信号阈值相比较以切换供电模式的控制模块。 
进一步地，DC/AC双向变换器与控制器之间连接有光耦隔离驱动电路。
进一步地，DC/AC双向变换器包括DC/DC变换器、三电平逆变器和LC滤波网络，蓄电池组依次经过DC/DC变换器、三电平逆变器和LC滤波网络与交流母线端相连，DC/DC变换器通过直流侧电压及电流检测电路与控制器相连，DC/DC变换器与控制器之间还连接有过压/过流保护电路，LC滤波网络通过交流侧电压及电流检测电路与控制器相连，三电平逆变器与控制器之间连接有根据三电平逆变器自身输出电信号以及过压/过流保护电路输出电信号进行输出电流调节的变流电路。
进一步地，本地负载通过负载开关与负载端Y型连接；其中部分本地负载为测试负载，控制器具有在市电电网供电状态下将测试负载电信号与预设信号比较以判断市电电网是否正常的测试模块，测试负载额定功率2-4kw。
进一步地，控制器包括根据蓄电池组当前电压值与多档预设电压阈值比较结果进行充电模式切换的充电模块。
进一步地，控制器包括一在虚功轴施加扰动信号以检测频率偏移情况并在频率偏移至值时切断市电电网输入的孤岛侦测模块，孤岛侦测模块具有计时时刻到达时施加扰动信号的定时器，控制器还设有手动触发施加扰动信号动作的控制装置。
进一步地，控制器包括检测交流母线端频率并根据当前频率与额定频率差值进行频率补偿的频率调节模块。
进一步地，控制器型号为TI Concerto F28M35X；选择开关是型号为K3P20C25DA的三相三极固态继电器；电信号检测装置为电流互感器和电压互感器；交流母线端输入交流电压范围180-260V、输入频率范围40-60Hz、最大输入功率10kW；负载端持续交流输出功率5kW、输出额定交流电压190-250V、输出额定交流电流20A、输出额定交流频率47-53Hz、输出电压谐波<3%。
进一步地，可再生能源直流发电装置包括风力发电机和/或太阳能发电装置。
进一步地，还包括与控制器通过RJ45网线通讯连接的监控上位机，监控上位机位于区域调度中心。
本发明的有益效果在于：通过电信号检测装置及选择开关配合，统筹安排供电模式；控制器具有并网点潮流控制和蓄电池高效充放电优化控制功能，有效提升中小容量微型电网的调度优化和蓄电池转换效率及寿命；控制器具有孤岛检测模块，进行基于数据融合技术的综合孤岛检测，进一步缩小微电网运行逆变电源孤岛检测的检测盲区；控制器可根据频率偏移情况进行频率调节；采用多功能集成创新、专用驱动芯片、模块化优化设计，具有非常完善的保护功能和多合一互补功能，适于风力光伏发电、风光互补发电、太阳能路灯控制、分布式微网发电通用。
　
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明DC/AC双向变换器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图就使用此吸油烟机对本发明作进一步详细描述：  
参照图1，微型电网控制系统，包括可再生能源直流发电装置、蓄电池组1、交流母线端、与交流母线端相连的负载端、本地负载以及控制器，可再生能源直流发电装置通过DC/AC转换器连接交流母线端，蓄电池组通过DC/AC双向变换器连接交流母线端，DC/AC转换器及DC/AC双向变换器还通过CAN总线与控制器通讯连接，还包括交流发电机2，交流母线端连接有用于在交流发电机2和市电电网3之间切换的选择开关SS1；负载端通过负载开关SS2与本地负载相连，选择开关SS1和负载开关SS2的控制端与控制器输出端相连；交流母线端和负载端分别设有电信号检测装置，电信号检测装置与控制器输入端相连，控制器具有根据检测到的电信号与预设电信号阈值相比较以切换供电模式的控制模块。 
从图1还可以看出，为保证信号稳定可靠，DC/AC双向变换器与控制器之间连接有光耦隔离驱动电路。
参照图2所示，DC/AC双向变换器包括DC/DC变换器、三电平逆变器和LC滤波网络，蓄电池组依次经过DC/DC变换器、三电平逆变器和LC滤波网络与交流母线端相连，DC/DC变换器通过直流侧电压及电流检测电路与控制器相连，DC/DC变换器与控制器之间还连接有过压/过流保护电路，LC滤波网络通过交流侧电压及电流检测电路与控制器相连，三电平逆变器与控制器之间连接有根据三电平逆变器自身输出电信号以及过压/过流保护电路输出电信号进行输出电流调节的变流电路。
本地负载通过负载开关SS2与负载端Y型连接；其中部分本地负载为测试负载，控制器具有在市电电网供电状态下将测试负载电信号与预设信号比较以判断市电电网3是否正常的测试模块，测试负载额定功率2-4kw。
控制器包括根据蓄电池组当前电压值与多档预设电压阈值比较结果进行充电模式切换的充电模块。
控制器包括一在虚功轴施加扰动信号以检测频率偏移情况并在频率偏移至值时切断市电电网3输入的孤岛侦测模块，孤岛侦测模块具有计时时刻到达时施加扰动信号的定时器，控制器还设有手动触发施加扰动信号动作的控制装置。
控制器包括检测交流母线端频率并根据当前频率与额定频率差值进行频率补偿的频率调节模块。
控制器型号为TI Concerto F28M35X；选择开关SS1是型号为K3P20C25DA的三相三极固态继电器；电信号检测装置为电流互感器和电压互感器；交流母线端输入交流电压范围180-260V、输入频率范围40-60Hz、最大输入功率10kW；负载端持续交流输出功率5kW、输出额定交流电压190-250V、输出额定交流电流20A、输出额定交流频率47-53Hz、输出电压谐波<3%。
可再生能源直流发电装置包括风力发电机和/或太阳能发电装置，图1中包括风力发电机4和太阳能发电装置5。
还包括与控制器通过RJ45网线通讯连接的监控上位机6，监控上位机3位于区域调度中心。
 
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.微型电网控制系统，包括可再生能源直流发电装置、蓄电池组、交流母线端、与交流母线端相连的负载端、本地负载以及控制器，可再生能源直流发电装置通过DC/AC转换器连接交流母线端，蓄电池组通过DC/AC双向变换器连接交流母线端，DC/AC转换器及DC/AC双向变换器还通过CAN总线与控制器通讯连接，其特征在于：还包括交流发电机，交流母线端连接有用于在交流发电机和市电电网之间切换的选择开关；负载端通过负载开关与本地负载相连，选择开关和负载开关的控制端与控制器输出端相连；交流母线端和负载端分别设有电信号检测装置，电信号检测装置与控制器输入端相连，控制器具有根据检测到的电信号与预设电信号阈值相比较以切换供电模式的控制模块。
2.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：DC/AC双向变换器与控制器之间连接有光耦隔离驱动电路。
3.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：DC/AC双向变换器包括DC/DC变换器、三电平逆变器和LC滤波网络，蓄电池组依次经过DC/DC变换器、三电平逆变器和LC滤波网络与交流母线端相连，DC/DC变换器通过直流侧电压及电流检测电路与控制器相连，DC/DC变换器与控制器之间还连接有过压/过流保护电路，LC滤波网络通过交流侧电压及电流检测电路与控制器相连，三电平逆变器与控制器之间连接有根据三电平逆变器自身输出电信号以及过压/过流保护电路输出电信号进行输出电流调节的变流电路。
4.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：本地负载通过负载开关与负载端Y型连接；其中部分本地负载为测试负载，控制器具有在市电电网供电状态下将测试负载电信号与预设信号比较以判断市电电网是否正常的测试模块，测试负载额定功率2-4kw。
5.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：控制器包括根据蓄电池组当前电压值与多档预设电压阈值比较结果进行充电模式切换的充电模块。
6.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：控制器包括一在虚功轴施加扰动信号以检测频率偏移情况并在频率偏移至值时切断市电电网输入的孤岛侦测模块，孤岛侦测模块具有计时时刻到达时施加扰动信号的定时器，控制器还设有手动触发施加扰动信号动作的控制装置。
7.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：控制器包括检测交流母线端频率并根据当前频率与额定频率差值进行频率补偿的频率调节模块。
8.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：控制器型号为TI Concerto F28M35X；选择开关是型号为K3P20C25DA的三相三极固态继电器；电信号检测装置为电流互感器和电压互感器；交流母线端输入交流电压范围180-260V、输入频率范围40-60Hz、最大输入功率10kW；负载端持续交流输出功率5kW、输出额定交流电压190-250V、输出额定交流电流20A、输出额定交流频率47-53Hz、输出电压谐波<3%。
9.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：可再生能源直流发电装置包括风力发电机和/或太阳能发电装置。
10.根据权利要求1所述的微型电网控制系统，其特征在于：还包括与控制器通过RJ45网线通讯连接的监控上位机，监控上位机位于区域调度中心。
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