CN105356519A - 一种交直流混合微电网控制方法及装置 - Google Patents

一种交直流混合微电网控制方法及装置 Download PDF

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曾国宏
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Abstract

一种交直流混合微电网控制方法及装置，属于微电网领域，对交直流混合微电网内各部件的运行数据进行采集与处理，根据微电网内部的优化策略以及上级能量管理系统的调度指令得出控制指令，并将控制指令下发到微电网内各部件，实现对一个微电网的能量管理；控制交直流混合微电网与配电网的并网、离网切换；根据上级能量管理系统的调度指令参与多个交直流混合微电网之间的能量分配。

Description

一种交直流混合微电网控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种交直流混合微电网控制方法及装置，属于微电网技术领域。
背景技术
在国家大力倡导使用可再生能源以及节能减排的方针指引下，分布式电源在配电网中的渗透率逐渐提高。分布式电源具有波动性、随机性、功率密度低等特性，除了集中建造大规模的光伏电站、风电站以外，在配电网侧可以接入小规模的分布式电源。在配电网侧接入分布式电源以及一些可控负荷后的配电系统稳定控制、能量管理、故障保护与检修、故障恢复等是亟待解决的问题。一个交直流混合微电网包括：交流母线、直流母线、光伏电站、风电站、储能装置、电动汽车充电装置、直流负荷、交流负荷以及电力电子装置等，交直流混合微电网控制装置就是要实现上述交直流混合微电网内的能量管理功能。
发明内容
为实现一个交直流混合微电网内的能量管理，本发明提供了一种交直流混合微电网控制方法及装置。
一种交直流混合微电网控制方法,对交直流混合微电网内各部件的运行数据进行采集与处理，根据微电网内部的优化策略以及上级能量管理系统的调度指令得出控制指令，并将控制指令下发到微电网内各部件，实现对一个微电网的能量管理；控制交直流混合微电网与配电网的并网、离网切换；根据上级能量管理系统的调度指令参与多个交直流混合微电网之间的能量分配。
一种交直流混合微电网控制方法,含有以下步骤：ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器同时启动；所有外设第一串口通信接口、第二串口通信接口、第三串口通信接口、以太网接口、USB接口、JTAG接口、RTC电源、I/O接口、SCI通信接口、CAN通信接口、JTAG接口、DA模块、RTC实时时钟、AD模块、外扩RAM、外扩FLASH进行初始化，进入默认启动状态等待ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令；
还含有以下步骤：
步骤1)、ARM控制器向DSP控制器发送指令：启动DSP控制器的AD转换、读取CPLD控制器的开关量DI、DO值，此时DSP控制器会根据ARM控制器的指令，DSP控制器和CPLD控制器进行通信；其中DSP控制器的AD数据采集对象主要包括、PCC点、交流母线、直流母线的电压、电流、功率、频率信息；CPLD控制器的开关量DI、DO值采集对象主要包括：PCC点开关的状态、直流负荷、交流负荷的断路器状态信息；
步骤2)、ARM控制器向第二串口通信接口发送指令，启动第二串口通信接口的外部总线上挂载的设备的数据采集；其中第二串口通信接口的外部总线上挂载了：交流/直流变流器、风电站、电动汽车充电桩、储能装置、光伏电站的总线通信设备，通信内容主要是各个部件的运行信息；
上述任务同时启动，ARM控制器等待DSP控制器和第二串口通信接口返回数据后，对数据进行处理、运行控制策略后，再执行下述步骤；
步骤3)、ARM控制器向DSP控制器发送控制指令，DSP控制器根据DSP控制器下发的指令执行相应的操作，若此时ARM控制器下发的指令中需要控制CPLD控制器，则DSP控制器会将ARM控制器的指令转发给CPLD控制器，由CPLD控制器来执行相应的操作；
步骤4)、ARM控制器向第二串口通信接口发送控制指令，第二串口通信接口外部总线上的设备接收到ARM控制器发送的指令后，根据指令内容执行相应的操作；
步骤5)、ARM控制器向第一串口通信接口发送数据，将系统的运行状态从第一串口通信接口中打印输出到外部终端；同时接收第一串口通信接口返回的数据，ARM控制器将第一串口通信接口返回的数据处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令；
步骤6)、ARM控制器向第三串口通信接口发送数据，将采集回来并处理后的数据从第三串口通信接口中输出到外部设备；同时接收第三串口通信接口返回的数据，ARM控制器将第三串口通信接口返回的数据处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令；
步骤7)、ARM控制器向以太网接口发送数据，将采集回来并处理后的数据转换成TCP/IP协议的数据通过以太网上传到上一级能量管理系统中；同时ARM控制器接收以太网接口中返回的数据，返回的数据内容进行处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令。
根据采集回的数据进行分析、判断、计算再结合交直流混合微电网的控制策略给出相对应的控制操作，达到交直流混合微电网的能量管理目的。
若电压监测模块监测到系统电压跌落后将发出复位信号，ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器将重新启动，再循环执行上述步骤1至步骤7。
一种交直流混合微电网控制装置,由ARM控制器及其接口、DSP控制器及其接口、CPLD逻辑控制器及其接口、电源模块构成；
电源模块为ARM控制器及其接口、DSP控制器及其接口、CPLD逻辑控制器及其接口提供电源；ARM控制器及其接口和DSP控制器及其接口之间通过通道进行数据交换，DSP控制器及其接口和CPLD逻辑控制器及其接口之间通过通道进行数据交换，ARM控制器及其接口和CPLD逻辑控制器及其接口之间的数据交换通过DSP控制器及其接口中转；
ARM控制器及其接口包括ARM控制器、外设接口；DSP控制器及其接口包括DSP控制器、外设接口；CPLD逻辑控制器及其接口包括CPLD控制器、外设接口；电源模块包括电源输入接口、电源子模块；
外设接口包括第一串口通信接口、第二串口通信接口、第三串口通信接口、以太网接口、USB接口、JTAG接口、RTC电源、I/O接口；外设接口包括SCI通信接口、CAN通信接口、JTAG接口、DA模块、RTC实时时钟、AD模块、外扩RAM、外扩FLASH；外设接口包括JTAG接口、I/O接口、带隔离数字量输入接口、带隔离数字量输出接口；电源子模块包括电压监测模块、晶振模块、ARM电源模块、DSP电源模块、CPLD电源模块；
第一串口通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；第二串口通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；第三串口通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；以太网接口包括网卡、网络隔离变压器；SCI通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；CAN通信接口包括光耦隔离模块、CAN驱动模块；
ARM控制器及其接口和DSP控制器及其接口之间的数据交换通道可以是：SCI串口通信方式或SPI通信方式或双口RAM通信；DSP控制器及其接口和CPLD逻辑控制器及其接口之间的数据交换通道可以是利用数据总线、地址总线以及控制线的方式通信或通过SCI串口通信方式进行；
电源模块中电源输入接口是系统总电源接口，电压监测模块监测系统总电源的电压范围，并在系统电压跌落时向ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器提供统一的复位信号，晶振模块为ARM控制器、DSP控制器、提供统一的时钟信号输入。
本发明的技术效果：
1.本装置可采集交直流混合微电网内的光伏发电系统、风力发电系统、储能装置、电动汽车充电装置、负荷、交流母线、直流母线、各个电力电子装置的运行数据；
2.本装置可采集交直流混合微电网的PCC(公共连接点)点运行数据，并可控制PCC点的并网和离网切换；
3.本装置可将采集到的数据进行处理和打包，将本微电网的运行数据通过以太网上传到上一级能量管理系统中；
4.本装置可接收上一级能量管理系统下发的指令并根据指令内容分别控制交直流混合微电网内各个装置的运行状态；
5.本装置可外接一块触摸屏，其可显示本交直流混合网微电网的运行状态及数据，还可通过触摸屏手动修改微电网内各个装置的运行参数；
6.本装置可以根据上一级能量管理系统的指令参与多个微电网之间的能量管理。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明，以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是一个交直流混合微电网的基本结构图；
图2为本发明的整体方案结构图；
图3为本发明的整体方案详细结构图；
图4为本发明的程序流程图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
实施例1：一种交直流混合微电网控制方法,对交直流混合微电网内各部件的运行数据进行采集与处理，根据微电网内部的优化策略以及上级能量管理系统的调度指令得出控制指令，并将控制指令下发到微电网内各部件，实现对一个微电网的能量管理；控制交直流混合微电网与配电网的并网、离网切换；根据上级能量管理系统的调度指令参与多个交直流混合微电网之间的能量分配。
采集的运行数据为光伏发电系统、风力发电系统、储能装置、电动汽车充电装置、负荷、交流母线、直流母线、各个电力电子装置的运行数据；
采集的运行数据还包括交直流混合微电网的PCC(公共连接点)点运行数据，能够控制PCC点的并网和离网切换；
将采集到的数据进行处理和打包，将本微电网的运行数据通过以太网上传到上一级能量管理系统中；
接收上一级能量管理系统下发的指令并根据指令内容分别控制交直流混合微电网内各个装置的运行状态；
外接一块触摸屏，能够显示本交直流混合网微电网的运行状态及数据，能够通过触摸屏手动修改微电网内各个装置的运行参数。
实施例2：如图1、图2、图3和图4所示，交直流混合微电网73的交流侧通过PCC(公共连接点)点并入配电网72，交直流混合微电网控制装置71负责交直流混合微电网73的内部能量管理，同时交直流混合微电网控制装置71可与上级能量管理系统70通信。
交直流混合微电网73包括：交流母线75、直流母线77、交流/直流变流器82、交流负荷83、风电站85、电动汽车充电桩81、储能装置80、直流负荷78、光伏电站79、PCC点74。
交直流混合微电网73仅是交直流混合微电网结构中的一种，本发明针对的交直流混合微电网并不局限于交直流混合微电网73所示的结构，此处只是为了更好的解释本发明的具体内容而举交直流混合微电网中的一例。
一种交直流混合微电网控制装置由ARM控制器及其接口2、DSP控制器及其接口3、CPLD逻辑控制器及其接口4、电源模块1构成。
其中电源模块1为ARM控制器及其接口2、DSP控制器及其接口3、CPLD逻辑控制器及其接口4提供电源；ARM控制器及其接口2和DSP控制器及其接口3之间通过通道28进行数据交换，DSP控制器及其接口3和CPLD逻辑控制器及其接口4之间通过通道48进行数据交换，ARM控制器及其接口2和CPLD逻辑控制器及其接口4之间的数据交换通过DSP控制器及其接口3中转。
其中ARM控制器及其接口2包括ARM控制器7、外设接口8；DSP控制器及其接口3包括DSP控制器9、外设接口10；CPLD逻辑控制器及其接口4包括CPLD控制器11、外设接口12；电源模块1包括电源输入接口5、电源子模块6。
外设接口8包括第一串口通信接口20、第二串口通信接口21、第三串口通信接口22、以太网接口23、USB接口24、JTAG接口25、RTC电源26、I/O接口27；外设接口10包括SCI通信接口40、CAN通信接口41、JTAG接口42、DA模块43、RTC实时时钟44、AD模块45、外扩RAM46、外扩FLASH47；外设接口12包括JTAG接口55、I/O接口56、带隔离数字量输入接口57、带隔离数字量输出接口58；电源子模块6包括电压监测模块16、晶振模块15、ARM电源模块17、DSP电源模块18、CPLD电源模块19。
第一串口通信接口20包括光耦隔离模块29、电平转换模块30；第二串口通信接口21包括光耦隔离模块31、电平转换模块32；第三串口通信接口22包括光耦隔离模块33、电平转换模块34；以太网接口23包括网卡35、网络隔离变压器36。SCI通信接口40包括光耦隔离模块49、电平转换模块50；CAN通信接口41包括光耦隔离模块51、CAN驱动模块52。
ARM控制器及其接口2和DSP控制器及其接口3之间的数据交换通道28可以是：SCI串口通信方式或SPI通信方式或双口RAM通信；DSP控制器及其接口3和CPLD逻辑控制器及其接口4之间的数据交换通道48可以是利用数据总线、地址总线以及控制线的方式通信或通过SCI串口通信方式进行。
电源模块1中电源输入接口5是系统总电源接口，电压监测模块16监测系统总电源的电压范围，并在系统电压跌落时向ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11提供统一的复位信号，晶振模块15为ARM控制器7、DSP控制器9、提供统一的时钟信号输入。
ARM控制器7在运行时搭载了操作系统，可以进行多任务管理和多个系统任务的同时运行，ARM控制器是本发明的控制核心，实现系统进程管理、数据采集与处理、指令下发、数据上传等功能。ARM控制器7控制DSP控制器9和CPLD控制器11的程序运行，由ARM控制器7下发指令，DSP控制器9和CPLD控制器11执行与指令相对应的操作。
ARM控制器7是一款支持操作系统且具有多个外设资源的32位处理器，ARM控制器7通过通道28与DSP控制器9通信；第一串口通信接口20和ARM控制器7相连，第一串口通信接口20中光耦隔离模块29实现ARM和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，第一串口通信接口20中电平转换模块30实现不同通讯方式的电平转换，如RS232等；第二串口通信接口21和ARM控制器7相连，第二串口通信接口21中光耦隔离模块31实现ARM和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，第二串口通信接口21中电平转换模块32实现不同通讯方式的电平转换，如RS485等；第三串口通信接口22和ARM控制器7相连，第三串口通信接口22中光耦隔离模块33实现ARM和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，第三串口通信接口22中电平转换模块34实现不同通讯方式的电平转换，如RS232、RS485等；以太网接口23和ARM控制器7相连，以太网接口23中的网卡35实现TCP/IP数据协议转换，网卡35连接网络隔离变压器36，网络隔离变压器36可以提高系统抗电磁干扰能力；USB接口24和ARM控制器7相连，提供ARM程序的下载接口；JTAG接口25和ARM控制器7相连，提供ARM在线调试接口；RTC电源26和ARM控制器7相连，给ARM的实时时钟RTC在系统掉电后提供备用电源；I/O接口27与ARM控制器7相连，提供系统数字量输入与输出接口。
DSP控制器9是一款支持浮点运算的32位数据信号位处理器，DSP控制器9通过通道28与ARM控制器7通信，DSP控制器9通过通道48与通信；SCI通信接口40和DSP控制器9相连，SCI通信接口40中光耦隔离模块49实现DSP和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，SCI通信接口40中电平转换模块50实现不同通讯方式的电平转换，如RS232等；CAN通信接口41和DSP控制器9相连，CAN通信接口41中光耦隔离模块51实现DSP和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，CAN通信接口41中CAN驱动模块52提高CAN通信的驱动能力；JTAG接口42和DSP控制器9相连，提供DSP在线调试和仿真接口；DA模块43和DSP控制器9相连，实现DSP输出地数字量转换为模拟量的功能；RTC实时时钟44与DSP控制器9相连，RTC实时时钟44通过I2C总线和DSP控制器9通信，为DSP提供实时钟间包括年、月、日、时刻等；AD模块45与DSP控制器9相连，AD模块45可提供多路与DSP控制器9AD采样电压范围相匹配的模拟量信号转换通道；外扩RAM46与DSP控制器9相连，扩展了DSP控制器9的内部RAM空间；外扩FLASH47与DSP控制器9相连，扩展了DSP控制器9的内部程序存储空间。
CPLD控制器11是一款可编程逻辑控制器，实现数字量的逻辑运算，CPLD控制器11通过通道48与DSP控制器9通信；JTAG接口55和CPLD控制器11相连，提供CPLD在线调试和仿真接口；I/O接口56与CPLD控制器11相连，提供CPLD系统数字量输入与输出接口；带隔离数字量输入接口57与CPLD控制器11相连，可将外部设备的数字电平信号通过光耦隔离转换为与CPLD控制器11的I/O口电平兼容的数字量，提高CPLD控制器11的电平兼容性和电磁兼容性；带隔离数字量输出接口58和CPLD控制器11相连，将CPLD控制器11的数字量信号通过继电器隔离模块输出，提高CPLD控制器11的数字量信号的驱动能力和抗干扰能力。
通道28可以是SCI串口通信或SPI通信或双口RAM通信；通道48可以是利用数据总线、地址总线以及控制线的方式通信或SCI串口通信进行。根据实际应用中通信速度、通信距离、抗干扰性能要求，可以选择不同方式进行组合。
电源模块1中的电源输入接口5分别与ARM电源模块17、DSP电源模块18、CPLD电源模块19相连，将系统总电源分别变换为满足ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11系统供电要求的电源；电压监测模块16输入侧连接5，输出复位信号分别连接ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11的复位端，当检测到总电源电压跌落后统一输出复位信号使ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11同时复位；晶振模块15的输出侧分别连接ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11的时钟信号输入端，为ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11提供统一的时钟信号。
一种交直流混合微电网控制方法,含有以下步骤；
ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11同时启动。所有外设第一串口通信接口20、第二串口通信接口21、第三串口通信接口22、以太网接口23、USB接口24、JTAG接口25、RTC电源26、I/O接口27、SCI通信接口40、CAN通信接口41、JTAG接口42、DA模块43、RTC实时时钟44、AD模块45、外扩RAM46、外扩FLASH47进行初始化，进入默认启动状态等待ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11发送控制指令。
ARM控制器7启动后开始加载操作系统，等待操作系统加载完成后开始启动系统任务：
步骤1.)ARM控制器7向DSP控制器9发送指令：启动DSP控制器9的AD转换、读取CPLD控制器11的开关量DI、DO值，此时DSP控制器9会根据ARM控制器7的指令，DSP控制器9和CPLD控制器11进行通信；其中DSP控制器9的AD数据采集对象主要包括72、PCC点74、交流母线75、直流母线77的电压、电流、功率、频率等信息；CPLD控制器11的开关量DI、DO值采集对象主要包括：PCC点74开关的状态、直流负荷78、交流负荷83等的断路器状态信息。
步骤2.)ARM控制器7向第二串口通信接口21发送指令，启动第二串口通信接口21的外部总线上挂载的设备的数据采集；其中第二串口通信接口21的外部总线上挂载了：交流/直流变流器82、风电站85、电动汽车充电桩81、储能装置80、光伏电站79等的总线通信设备，通信内容主要是各个部件的运行信息。
上述任务同时启动，ARM控制器7等待DSP控制器9和第二串口通信接口21返回数据后，对数据进行处理、运行控制策略后，再执行下述指令：
步骤3.)ARM控制器7向DSP控制器9发送控制指令，DSP控制器9根据DSP控制器9下发的指令执行相应的操作，若此时ARM控制器7下发的指令中需要控制CPLD控制器11，则DSP控制器9会将ARM控制器7的指令转发给CPLD控制器11，由CPLD控制器11来执行相应的操作；
步骤4.)ARM控制器7向第二串口通信接口21发送控制指令，第二串口通信接口21外部总线上的设备接收到ARM控制器7发送的指令后，根据指令内容执行相应的操作；
步骤5.)ARM控制器7向第一串口通信接口20发送数据，将系统的运行状态从第一串口通信接口20中打印输出到外部终端；同时接收第一串口通信接口20返回的数据，ARM控制器7将第一串口通信接口20返回的数据处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口21、DSP控制器9、CPLD控制器11发送控制指令。
步骤6.)ARM控制器7向第三串口通信接口22发送数据，将采集回来并处理后的数据从第三串口通信接口22中输出到外部设备；同时接收第三串口通信接口22返回的数据，ARM控制器7将第三串口通信接口22返回的数据处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口21、DSP控制器9、CPLD控制器11发送控制指令。
步骤7.)ARM控制器7向以太网接口23发送数据，将采集回来并处理后的数据转换成TCP/IP协议的数据通过以太网上传到上一级能量管理系统中；同时ARM控制器7接收以太网接口23中返回的数据，返回的数据内容进行处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口21、DSP控制器9、CPLD控制器11发送控制指令。
实际上在ARM控制器7加载操作系统后，上述步骤1-步骤7的任务是同时运行的，系统一直在循环执行上述任务，根据采集回的数据进行分析、判断、计算再结合交直流混合微电网的控制策略给出相对应的控制操作，达到交直流混合微电网的能量管理目的。
若电压监测模块16监测到系统电压跌落后将发出复位信号，ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11将重新启动，再循环执行上述步骤1-步骤7任务。
实施例3：如图1所示，图1中交直流混合微电网73，交直流混合微电网73的交流侧通过PCC(公共连接点)点并入配电网72，交直流混合微电网控制装置71负责交直流混合微电网73的内部能量管理，同时交直流混合微电网控制装置71可与上级能量管理系统70通信。交直流混合微电网73包括：交流母线75、直流母线77、交流/直流变流器82、交流负荷83、风电站85、电动汽车充电桩81、储能装置80、直流负荷78、光伏电站79、PCC点74。
图1中给出的交直流混合微电网拓扑结构仅是交直流混合微电网结构中的一种，本发明针对的交直流混合微电网并不局限于图1中交直流混合微电网73所示的结构，此处只是为了更好的解释本发明的具体内容而举例。
根据图1中给出的一种交直流混合微电网的结构，对本发明交直流混合微电网控制装置的能量管理功能进一步解释为：
1.一个交直流混合微电网需要配置一台交直流混合微电网控制装置；
2.交直流混合微电网控制装置需要实时采集本微电网内的交流母线75、直流母线77的电压、电流、频率等信息；采集PCC点55的开关状态以及PCC点74上下口的电压差；采集交流/直流变流器82的工况、功率流方向、电压、电流、频率等；采集交流负荷83、风电站85、电动汽车充电桩81、储能装置80、直流负荷78、光伏电站79的工作状态、电压、电流、功率等信息。
3.交直流混合微电网控制装置对采集到的信息进行处理，根据不同的目标可以进行下面几种方式的能量管理：
1.)提高风、光利用率：控制微电网内用电设备优先使用风电站和光伏电站发出的电能，减少弃风和弃光；
2.)移峰填谷：一般在24小时负荷曲线中会出现用电峰和谷，那么在用电高峰期控制风电站和光伏电站以最大功率输出、储能系统放电、电动汽车有序充放电，这样能达到消峰的作用；在用电低谷期，控制储能系统充电、电动汽车充电，大量吸收电网功率，达到填谷的作用。
3.)单个微电网与配电网的能量调度：若微电网内部出现风能或太阳能无法本地无法全部消纳时，可将这部分多余的电能输送到配电网中；若电网需要微电网更多地吸收配电网中的电能，那可以控制微电网内各个设备优先使用配电网中的电能，减少甚至停止风电站和光伏电站的发电，增加储能装置充电功率。
4.)多个微电网之间的能量调度：各个交直流混合微电网控制装置将采集到的本微电网数据打包上传到上一级能量管理系统中，上一级能量管理系统可以根据优化策略向各个微电网下发指令，控制能量在多个微电网之间流动，实现多微电网之间的能量管理功能。
根据图2和图3中给出的一种交直流混合微电网控制装置，由ARM控制器及其接口2、DSP控制器及其接口3、CPLD逻辑控制器及其接口4、电源模块1以上四部分构成。其中电源模块1为系统由ARM控制器及其接口2、DSP控制器及其接口3、CPLD逻辑控制器及其接口4提供电源；ARM控制器及其接口2和DSP控制器及其接口3之间通过通道28进行数据交换，DSP控制器及其接口3和CPLD逻辑控制器及其接口4之间通过通道48进行数据交换，ARM控制器及其接口2和CPLD逻辑控制器及其接口4之间的数据交换通过DSP控制器及其接口3中转。
其中ARM控制器及其接口2包括ARM控制器7、外设接口8；DSP控制器及其接口3包括DSP控制器9、外设接口10；CPLD逻辑控制器及其接口4包括CPLD控制器11、外设接口12；电源模块1包括电源输入接口5、电源子模块6。
在实际使用中ARM控制器7可选用三星公司的ARM920T系列芯片，DSP控制器9可选用TI公司的C28XXX系列的芯片，CPLD逻辑控制器11可选用XILINX公司的XC95系列的芯片，ARM控制器及其接口2和DSP控制器及其接口3之间通过通道28可以采用SPI方式进行，DSP控制器及其接口3和CPLD逻辑控制器及其接口4之间通过通道48可采用SCI串口方式。
其中外设接口8包括第一串口通信接口20、第二串口通信接口21、第三串口通信接口22、以太网接口23、USB接口24、JTAG接口25、RTC电源26、I/O接口27、ARM电源模块17；
在实际使用中第一串口通信接口20、第三串口通信接口22可以配置为经光耦隔离后的RS232通信接口；第二串口通信接口21可以配置为经光耦隔离后的RS485总线通信接口；以太网接口23利用RJ45标准网线接口；RTC电源26采用石英电池；ARM电源模块17采用AMS1117-3.3V芯片提供3.3V电源。
外设接口10包括SCI通信接口40、CAN通信接口41、JTAG接口42、DA模块43、RTC实时时钟44、AD模块45、外扩RAM46、外扩FLASH47、电源模块18；
在实际使用中SCI通信接口40可以配置为经光耦隔离后的RS232通信接口；CAN通信接口41经过光耦隔离后利用SN65HVD235芯片提高CAN驱动能力；RTC实时时钟44选取一款支持I2C的带年月日功能的芯片即可；电源模块18选用TI公司和DSP兼容的电源芯片。
外设接口12包括JTAG接口55、I/O接口56、带隔离数字量输入接口57、带隔离数字量输出接口58、电源模块19；在实际使用中带隔离数字量输入接口57的触发电压为5V；带隔离数字量输出接口58可以通过一个5V的继电器来隔离和驱动，负载能力一般为交流220V/2A；电源模块19采用AMS1117-3.3V芯片提供3.3V电源。
电源子模块6包括电压监测模块16、晶振模块15、ARM电源模块17、DSP电源模块18、CPLD电源模块19。
在实际使用中，电源输入接口5是系统总电源接口，电压监测模块16监测2路电压，分别为电源输入接口5的电压和ARM控制器7的输入电源电压系统，并向ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11提供统一的复位信号，晶振模块15为ARM控制器7、DSP控制器9、CPLD控制器11提供统一的时钟信号输入，一般选取30MHz。
以上对本发明所提供的一种交直流混合微电网控制装置进行了详细介绍，以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种交直流混合微电网控制方法,其特征在于对交直流混合微电网内各部件的运行数据进行采集与处理，根据微电网内部的优化策略以及上级能量管理系统的调度指令得出控制指令，并将控制指令下发到微电网内各部件，实现对一个微电网的能量管理；控制交直流混合微电网与配电网的并网、离网切换；根据上级能量管理系统的调度指令参与多个交直流混合微电网之间的能量分配。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网控制方法，其特征在于采集的运行数据为光伏发电系统、风力发电系统、储能装置、电动汽车充电装置、负荷、交流母线、直流母线、各个电力电子装置的运行数据；采集的运行数据还包括交直流混合微电网的PCC(公共连接点)点运行数据，能够控制PCC点的并网和离网切换；将采集到的数据进行处理和打包，将微电网的运行数据通过以太网上传到上一级能量管理系统中；外接一块触摸屏，能够显示交直流混合网微电网的运行状态及数据，能够通过触摸屏手动修改微电网内各个装置的运行参数。
3.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网控制方法，其特征在于含有以下步骤：
ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器同时启动；所有外设第一串口通信接口、第二串口通信接口、第三串口通信接口、以太网接口、USB接口、JTAG接口、RTC电源、I/O接口、SCI通信接口、CAN通信接口、JTAG接口、DA模块、RTC实时时钟、AD模块、外扩RAM、外扩FLASH进行初始化，进入默认启动状态等待ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令；
还含有以下步骤：
步骤1)、ARM控制器向DSP控制器发送指令：启动DSP控制器的AD转换、读取CPLD控制器的开关量DI、DO值，此时DSP控制器会根据ARM控制器的指令，DSP控制器和CPLD控制器进行通信；其中DSP控制器的AD数据采集对象主要包括、PCC点、交流母线、直流母线的电压、电流、功率、频率信息；CPLD控制器的开关量DI、DO值采集对象主要包括：PCC点开关的状态、直流负荷、交流负荷的断路器状态信息；
步骤2)、ARM控制器向第二串口通信接口发送指令，启动第二串口通信接口的外部总线上挂载的设备的数据采集；其中第二串口通信接口的外部总线上挂载了：交流/直流变流器、风电站、电动汽车充电桩、储能装置、光伏电站的总线通信设备，通信内容主要是各个部件的运行信息；
上述步骤同时启动，ARM控制器等待DSP控制器和第二串口通信接口返回数据后，对数据进行处理、运行控制策略后，再执行下述步骤；
步骤3)、ARM控制器向DSP控制器发送控制指令，DSP控制器根据DSP控制器下发的指令执行相应的操作，若此时ARM控制器下发的指令中需要控制CPLD控制器，则DSP控制器会将ARM控制器的指令转发给CPLD控制器，由CPLD控制器来执行相应的操作；
步骤4)、ARM控制器向第二串口通信接口发送控制指令，第二串口通信接口外部总线上的设备接收到ARM控制器发送的指令后，根据指令内容执行相应的操作；
步骤5)、ARM控制器向第一串口通信接口发送数据，将系统的运行状态从第一串口通信接口中打印输出到外部终端；同时接收第一串口通信接口返回的数据，ARM控制器将第一串口通信接口返回的数据处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令；
步骤6)、ARM控制器向第三串口通信接口发送数据，将采集回来并处理后的数据从第三串口通信接口中输出到外部设备；同时接收第三串口通信接口返回的数据，ARM控制器将第三串口通信接口返回的数据处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令；
步骤7)、ARM控制器向以太网接口发送数据，将采集回来并处理后的数据转换成TCP/IP协议的数据通过以太网上传到上一级能量管理系统中；同时ARM控制器接收以太网接口中返回的数据，返回的数据内容进行处理后再执行相应的控制策略向第二串口通信接口、DSP控制器、CPLD控制器发送控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种交直流混合微电网控制方法，其特征在于根据采集回的数据进行分析、判断、计算再结合交直流混合微电网的控制策略给出相对应的控制操作；若电压监测模块监测到系统电压跌落后将发出复位信号，ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器将重新启动，再循环执行上述步骤1至步骤7。
5.一种交直流混合微电网控制装置,由ARM控制器及其接口、DSP控制器及其接口、CPLD逻辑控制器及其接口、电源模块构成；
其特征在于电源模块为ARM控制器及其接口、DSP控制器及其接口、CPLD逻辑控制器及其接口提供电源；ARM控制器及其接口和DSP控制器及其接口之间通过通道进行数据交换，DSP控制器及其接口和CPLD逻辑控制器及其接口之间通过通道进行数据交换，ARM控制器及其接口和CPLD逻辑控制器及其接口之间的数据交换通过DSP控制器及其接口中转；
ARM控制器及其接口包括ARM控制器、外设接口；DSP控制器及其接口包括DSP控制器、外设接口；CPLD逻辑控制器及其接口包括CPLD控制器、外设接口；电源模块包括电源输入接口、电源子模块；
外设接口包括第一串口通信接口、第二串口通信接口、第三串口通信接口、以太网接口、USB接口、JTAG接口、RTC电源、I/O接口；外设接口包括SCI通信接口、CAN通信接口、JTAG接口、DA模块、RTC实时时钟、AD模块、外扩RAM、外扩FLASH；外设接口包括JTAG接口、I/O接口、带隔离数字量输入接口、带隔离数字量输出接口；电源子模块包括电压监测模块、晶振模块、ARM电源模块、DSP电源模块、CPLD电源模块；
第一串口通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；第二串口通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；第三串口通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；以太网接口包括网卡、网络隔离变压器；SCI通信接口包括光耦隔离模块、电平转换模块；CAN通信接口包括光耦隔离模块、CAN驱动模块；
ARM控制器及其接口和DSP控制器及其接口之间的数据交换通道是：SCI串口通信方式或SPI通信方式或双口RAM通信；DSP控制器及其接口和CPLD逻辑控制器及其接口之间的数据交换通道能够利用数据总线、地址总线以及控制线的方式通信或通过SCI串口通信方式进行；
电源模块中电源输入接口是系统总电源接口，电压监测模块监测系统总电源的电压范围，并在系统电压跌落时向ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器提供统一的复位信号，晶振模块为ARM控制器、DSP控制器、提供统一的时钟信号输入。
6.根据权利要求5所述的一种交直流混合微电网控制装置，其特征在于ARM控制器进行多任务管理和多个系统任务的同时运行，ARM控制器进行系统进程管理、数据采集与处理、指令下发、数据上传；ARM控制器控制DSP控制器和CPLD控制器的程序运行，由ARM控制器下发指令，DSP控制器和CPLD控制器执行与指令相对应的操作。
7.根据权利要求5所述的一种交直流混合微电网控制装置，其特征在于ARM控制器通过通道与DSP控制器通信；第一串口通信接口和ARM控制器相连，第一串口通信接口中光耦隔离模块实现ARM和外界的电平隔离，第一串口通信接口中电平转换模块实现不同通讯方式的电平转换；第二串口通信接口和ARM控制器相连，第二串口通信接口中光耦隔离模块实现ARM和外界的电平隔离，第二串口通信接口中电平转换模块实现不同通讯方式的电平转换；第三串口通信接口和ARM控制器相连，中光耦隔离模块实现ARM和外界的电平隔离，中电平转换模块实现不同通讯方式的电平转换；以太网接口和ARM控制器相连，网卡实现TCP/IP数据协议转换，网卡连接网络隔离变压器；USB接口和ARM控制器相连，提供ARM程序的下载接口；JTAG接口和ARM控制器相连，提供ARM在线调试接口；RTC电源和ARM控制器相连，给ARM的实时时钟RTC在系统掉电后提供备用电源；I/O接口与ARM控制器相连，提供系统数字量输入与输出接口。
8.根据权利要求5所述的一种交直流混合微电网控制装置，其特征在于DSP控制器是一款支持浮点运算的位数据信号位处理器，DSP控制器通过通道与ARM控制器通信，DSP控制器通过通道与通信；SCI通信接口和DSP控制器相连，SCI通信接口中光耦隔离模块实现DSP和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，SCI通信接口中电平转换模块实现不同通讯方式的电平转换；CAN通信接口和DSP控制器相连，CAN通信接口中光耦隔离模块实现DSP和外界的电平隔离，提高系统抗干扰性能，CAN通信接口中CAN驱动模块提高CAN通信的驱动能力；JTAG接口和DSP控制器相连，提供DSP在线调试和仿真接口；DA模块和DSP控制器相连，将DSP输出地数字量转换为模拟量；RTC实时时钟与DSP控制器相连，RTC实时时钟通过IC总线和DSP控制器通信，为DSP提供实时钟间包括年、月、日、时刻；AD模块与DSP控制器相连，AD模块提供多路与DSP控制器AD采样电压范围相匹配的模拟量信号转换通道；外扩RAM与DSP控制器相连，扩展了DSP控制器的内部RAM空间；外扩FLASH与DSP控制器相连，扩展了DSP控制器的内部程序存储空间。
9.根据权利要求5所述的一种交直流混合微电网控制装置，其特征在于CPLD控制器通过通道与DSP控制器通信；JTAG接口和CPLD控制器相连，提供CPLD在线调试和仿真接口；I/O接口与CPLD控制器相连，提供CPLD系统数字量输入与输出接口；带隔离数字量输入接口与CPLD控制器相连，将外部设备的数字电平信号通过光耦隔离转换为与CPLD控制器的I/O口电平兼容的数字量；带隔离数字量输出接口和CPLD控制器相连，将CPLD控制器的数字量信号通过继电器隔离模块输出。
10.根据权利要求5所述的一种交直流混合微电网控制装置，其特征在于通道是SCI串口通信或SPI通信或双口RAM通信；通道或是利用数据总线、地址总线以及控制线的方式通信或SCI串口通信；电源模块中的电源输入接口分别与ARM电源模块、DSP电源模块、CPLD电源模块相连，电压监测模块输入侧连接，输出复位信号分别连接ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器的复位端，当检测到总电源电压跌落后统一输出复位信号使ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器同时复位；晶振模块的输出侧分别连接ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器的时钟信号输入端，为ARM控制器、DSP控制器、CPLD控制器提供统一的时钟信号。
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