CN105306327A - 一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，适用于由分布式电源、负荷和微电网监控平台等所组成的典型微电网系统。在微电网系统中，将分布式电源、负荷和微电网监控平台等通过统一EtherCAT工业总线连接，其中一个设备是主站，其他设备是从站，主站和从站、各从站之间均能够通过EtherCAT总线实现数据传输。如图1所示，将分布式电源、负荷和微电网监控平台等按照特定顺序连接，可以实现微电网系统中电压、电流等模拟量信息和开关命令与状态反馈等数字量信息更快速地传输至分布式电源等设备，满足微电网系统并网和孤岛切换等控制的需要，在保证数据传输实时性基础上，更利于扩展应用和工程实施。

Description

一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法

所属技术领域

本发明专利涉及微电网系统领域，具体涉及在微电网系统中采用统一EtherCAT工业总线实现分布式电源相互之间、分布式电源与中央控制系统之间的信息交互，提高数据传输速度，提高微电网系统并网、孤岛稳定运行和不同模式相互切换的能力。

背景技术

目前，我国正在大力建设智能电网事业，作为智能电网的重要组成部分，微电网系统能够有效解决大电网与间歇性分布式电源之间的矛盾，得到了广泛的关注和发展。微电网系统可以看作是电力系统中一个包含有本地分布式电源和负荷的配电子网，通过单一节点与外部电网相连，可以并网或孤岛运行，具有相对独立的自我控制、调度、管理和保护等功能。

微电网系统内部包含有分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控平台等，并以通讯的方式实现分布式电源、测控设备、负荷等与微电网监控平台之间的信息传输，微电网监控平台实时显示分布式电源、测控设备和负荷等状态信息，并控制分布式电源等实现对系统内部负荷的稳定供电，并实现并网和孤岛切换、自我控制、调度管理等功能。目前微电网系统层及分布式电源层的控制方法等都比较成熟，然而由于实际工程实施时通讯延时等方面原因，微电网系统不能达到既定的目标性能，主要表现为以下几方面问题。

一、目前微电网系统中分布式电源和负荷等种类繁多、设备型号各异，所采用的通讯方式等也各不相同，存在有ModbusRTU、ModbusTCP、CAN等多种通信协议，导致微电网控制系统需要根据具体项目中分布式电源等实际情况进行定制开发，不具备统一、规模化应用的能力。

二、目前微电网系统中只是分布式电源、测控设备、负荷与微电网监控平台之间存在通信连接，微电网监控平台检测系统中各部分状态并控制分布式电源、负荷等运行，而分布式电源、测控设备和负荷相互之间无信息交互，增加了微电网系统协调控制的难度。

三、由于微电网系统中设备分散、所处地域可能较远，传统ModbusRTU、ModbusTCP等工业领域通信方式延时较大，很难保证状态监测等信号传输和系统控制的实时性要求，可能导致微电网系统并网和孤岛相互切换等过程失败。

发明内容

为了解决目前微电网系统中通信方式种类繁多等问题，同时在分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控平台相互之间能够进行更快速、实时地信息交互，保证微电网系统的稳定控制，本发明提供了一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，将分布式电源、测控设备、负荷与微电网监控平台等微电网系统中所有组成部分按照特定顺序通过统一EtherCAT工业总线进行通信连接，避免了传统ModbusRTU、ModbusTCP等多种通信方式不统一的问题，同时通过EtherCAT工业总线实现了分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控平台等相互之间信息交互，通信速度有显著提高，有助于实现微电网系统协调控制。

技术方案

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法适用于目前由分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控平台等所组成的典型微电网系统，如图1所示。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法将微电网系统中分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控平台等通过统一EtherCAT工业总线相互连接，其中一个设备是主站，其他设备是从站，主站和从站之间、各从站相互之间均能够通过EtherCAT总线实现数据传输和信息交互，大大提高了数据传输速度。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法所应用的微电网系统中分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控平台等设备均集成了EtherCAT总线处理器，具备EtherCAT总线接入能力。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法通过对分布式电源、测控设备、负荷与微电网监控平台等按照特定顺序连接，可以实现微电网系统中电压、电流等模拟量信息和并网开关控制命令与状态反馈等数字量信息更快速地传输至分布式电源等设备，满足微电网系统并网和孤岛切换等控制的要求。

本专利的有益效果

首先，本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法采用EtherCAT工业总线替代了传统ModbusRTU、ModbusTCP等通信方式，解决了微电网系统中通信方式不统一等问题，且有利于扩展应用、易于工程实施。其次，微电网系统中分布式电源、测控设备、负荷与微电网监控平台等通过EtherCAT总线可以实现相互之间信息交互，改变了传统由微电网监控平台进行统一监控的通讯架构，更利于微电网系统中各设备之间协调控制。第三，本发明将分布式电源、测控设备、负荷与微电网监控平台等微电网系统中组成部分按照特定顺序进行通信连接，提高了系统状态等信息向分布式电源等传输速度，更利于满足微电网控制系统对数据采集和命令传送的实时性要求。

附图说明

图1是微电网系统框图。

图1中，T1为微电网系统并网点电压等采样、开关等控制和反馈测控设备；

T2为一般负荷并网点测控设备；

T3为风电系统并网点测控设备；

T4为智能负荷并网点测控设备；

T5为微燃机系统并网点测控设备；

T6为储能系统并网点测控设备；

T7为光伏系统并网点测控设备；

ACBUS为微电网系统中交流母线；

图2是微电网系统EtherCAT连接图；

图3是从站实现方式；

图3中，PHY为以太网物理层设备。

具体实施方式

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法适用于由分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控系统等所组成的典型微电网系统，其中分布式电源、测控设备等均通过EtherCAT工业总线实现信息交互，并按照特定的连接顺序保证微电网系统并网点电压、电流、隔离开关等状态更快速地传输至分布式电源等设备，实现微电网系统多目标稳定运行。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法将图1所示微电网系统中分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控系统等通过统一EtherCAT工业总线以环形方式按照特定顺序连接，如图2所示。其中微电网监控系统作为主站，其他分布式电源、测控设备等作为从站，采用主从模式介质访问控制。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法中基于传统PC机搭建微电网监控系统，作为EtherCAT主站，选择传统PC机网络接口卡NIC作为主站接口，实现EtherCAT工业总线连接。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法中在传统分布式电源、测控设备等功能控制基础上将EtherCAT工业总线接入，作为EtherCAT从站，其具体实现方法见图3。分布式电源、测控设备等选择TI公司DSP2833X系列芯片作为其功能控制芯片，选择ET1100作为从站协议芯片（具备大于2个数据收发端口），以数据线和通信线实现两部分之间信息连接和通信。选择以太网PHY芯片KS8721，选择以太网数据变压器H1102，并通过RJ45连接器实现EtherCAT工业总线接入。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法中由主站（微电网监控系统）发送EtherCAT报文读写从站设备（分布式电源、测控设备等）的内存区来实现信息交互。如图2所示，报文传输经过相应从站节点时，从站协议芯片从报文中提取相关的命令数据，并将设备状态信息数据插入到报文中，然后将该报文传输到下一个EtherCAT从站，最后一个EtherCAT从站发回完全经过处理的报文，并由第一个从站将响应报文发送给主站（微电网监控系统）。图3所示为基于EtherCAT工业总线的从站实现方式，具体设备功能控制芯片从从站协议芯片读取控制数据，实现设备控制功能，并采样设备的反馈数据，写入从站协议芯片，供主站读取，因此从站的EtherCAT通信过程由从站协议芯片处理，不受功能控制芯片的制约。

本发明一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法在进行通信连接时，主站（微电网监控系统）发送的EtherCAT报文首先经过图1中T1测控设备，如图2所示，保证并网点电压、电流等模拟信号更快速地输出至储能变流器、微型燃气轮机等分布式电源，满足微电网系统由孤岛向并网切换时分布式电源调频、调压对电网电压等信息检测的实时性要求。同时，可以更快速地根据微电网监控系统命令实现对并网开关的控制，并及时地将并网开关状态传输至系统中分布式电源等，更利于并网和孤岛切换相互切换过程中分布式电源控制模式的切换。

Claims (11)

1.一种基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征是：适用于由分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控系统等所组成的典型微电网系统，分布式电源、测控设备等均通过统一EtherCAT工业总线实现信息交互，并按照特定的连接顺序保证微电网系统并网点电压、电流、隔离开关等状态更快速地传输至分布式电源等设备，实现微电网系统多目标稳定运行。

2.根据权利要求1所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于将图1所示微电网系统中分布式电源、测控设备、负荷和微电网监控系统等通过统一EtherCAT工业总线以环形方式按照特定顺序连接，如图2所示。

3.根据权利要求2所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于微电网监控系统作为主站，其他分布式电源、测控设备等作为从站，采用主从模式介质访问控制。

4.根据权利要求3所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于基于传统PC机搭建微电网控制系统，作为EtherCAT主站，选择传统PC机网络接口卡NIC作为主站接口，实现EtherCAT工业总线连接。

5.根据权利要求3所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于在传统分布式电源、测控设备等功能控制基础上将EtherCAT工业总线接入，作为EtherCAT从站，具体实现方法见图3。

6.根据权利要求5所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于分布式电源、测控设备等选择TI公司DSP2833X系列芯片作为其功能控制芯片，选择ET1100作为从站协议芯片，以数据线和通信线实现两部分之间的通信连接和信息交互，选择以太网PHY芯片KS8721，选择PULSE公司以太网数据变压器H1102，并通过RJ45连接器实现EtherCAT工业总线接入。

7.根据权利要求6所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于所选择从站协议芯片具体4个数据收发端口，选择其中2个数据收发端口满足基本数据收发的需要，另外2个数据收发端口作为备用满足未来扩展需要，可以形成多种总线接入物理拓扑结构。

8.根据权利要求3所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于由主站（微电网监控系统）发送EtherCAT报文读写从站（分布式电源、测控设备等）设备的内存区来实现，如图2所示，报文传输经过相应从站节点时，从站协议芯片从报文中提取相关的命令数据，并将设备状态信息等数据插入到报文中，然后将该报文传输到下一个EtherCAT从站，最后一个EtherCAT从站发回完全经过处理的报文，并由第一个从站将响应报文发送给主站（微电网监控系统）。

9.根据权利要求6所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于图3中具体设备功能控制芯片（DSP2833X）从从站协议芯片（ET1100）读取控制数据，实现设备控制功能，并采样设备的反馈数据，写入从站协议芯片，供主站读取，因此从站的EtherCAT通信过程由从站协议芯片处理，不受功能控制芯片的制约。

10.根据权利要求2所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于通信连接时，主站（微电网监控系统）发送的EtherCAT报文首先经过图1中T1测控设备，如图2所示，保证并网点电压、电流等模拟信号更快速地输出至储能变流器、微型燃气轮机等分布式电源，满足微电网系统由孤岛向并网切换分布式电源调频、调压对电网电压等信息检测的实时性要求。

11.根据权利要求10所述的基于高速以太网工业总线的微电网控制系统实现方法，其特征在于可以更快速地根据微电网监控系统命令实现对并网开关的控制，并更及时地将并网开关状态传输至系统中分布式电源，更利于并网和孤岛相互切换过程中分布式电源控制模式的切换。