CN106712074A - 基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，包括触摸显示屏、AD采集模块、IOIN模块、IOOUT模块、DSP控制模块、FPGA脉冲触发模块和电源模块。触摸显示屏通过串口与DSP控制器相连接，实现系统状态显示及指令下达；AD采集模块实现电压、电流的采集；IOIN模块实现相应指令控制；IOOUT模块实现相应指令响应；DSP控制模块对微电网电压实施智能跟踪，对并网实施实时控制；FPGA脉冲触发模块实现器件驱动信号的发送及故障检测。由于本发明的DSP控制模块会对微电网电压进行智能跟踪，响应速度快，具有实用性强、可靠性和准确性高等特点，可以满足用户对电能质量和供电安全要求。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术，尤其涉及一种基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置。
背景技术
随着常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国日益关注太阳能、风能、蓄电池、飞轮储能等分布式发电技术。微电网作为智能电网重要的组成部分，对新能源推广、节能降耗、降低炭排放量具有重要意义的高新技术，微电网与传统电网相结合也被国内外专家一致认为是未来电力系统的发展趋势。微电网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网和小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。在主电网正常状态下，微电网需要长期稳定运行；在大电网故障时，微电网必须快速脱离主电网，进入并保持于孤岛运行，待大电网故障排除后重新自动并网运行；当微电网出现故障点时，同样需要快速切除微电网。由于微电网中的一些分布式电源，如风力发电和太阳能发电，受外界气候条件影响很大，输出电压时常波动，因此，如何稳定、可靠地实施微电网并网是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其包括：
DSP控制模块，对微电网电压实施智能跟踪，对并网实施实时控制；
触摸显示屏，通过串口与DSP控制模块相连，实现系统状态显示及指令下达；
AD采集模块，与DSP控制模块相连采集电网侧电压和电流；
IOIN模块，与DSP控制模块相连实现相应指令控制；
IOOUT模块，与DSP控制模块相连实现相应指令响应；
FPGA脉冲触发模块，与DSP控制模块相连实现器件驱动信号的发送及故障检测；
电源模块，与DSP控制模块相连对DSP控制模块提供电源。
所述DSP控制模块采用DSP28335浮点型处理器。
所述触摸显示屏采用RS485接口半双工传输。
所述AD采集模块包含8路模数转换，采集三相电网电压、三相微电网电压、两相微电网电流，通过模数转换芯片MAX1308进行转换，并送入DSP控制模块参与系统控制。
所述IOIN模块包含4路IO端口输入信号，分别为电压锁相跟踪指令、微电网并网指令，微电网切除指令和紧停指令，IOIN模块电路采用PS2701隔离芯片将输入信号与DSP控制模块接收端口进行电气隔离。
所述IOOUT模块包含4路IO端口输出信号，分别为电源供电正常指示灯、微电网并网指示灯、微电网切除指示灯和故障指示灯。
所述并网控制装置采用电力电子器件IGBT或晶闸管，实现微电网并网达到毫秒级的动态响应。
所述电源模块采用专用AC/DC电源模块，电源种类主要包括+5V、+15V和±15V。
所述AD采集模块经过两级运放电路及一级隔离电路。
所述DSP控制模块采用DSP28335浮点型处理器，实现高精确度快速运算。
本发明采用电压智能跟踪技术，实时检测微电网电压，克服了微电网中的一些分布式电源受外界气候条件影响很大、时常波动导致采样误差问题，能够准确测量微电网侧电压并准确无误判断并网、脱网条件，具有实用性强、可靠性和准确性高等特点，满足了用户对电能质量和供电安全要求。
本发明使用微电网并网装置对微电网并网点进行有效监控，实现对微电网的综合监测和保护功能，具有数据采集、故障切除、异常信息报警、开合闸控制、并网控制、电能质量监测等综合性功能，保证了电网系统的正常运行。
附图说明
图1为本发明基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，包括DSP控制模块1，触摸显示屏2，AD采集模块3，IOIN模块4，IOOUT模块5，FPGA脉冲触发模块6和电源模块7。DSP控制模块1分别与触摸显示屏2，AD采集模块3，IOIN模块4，IOOUT模块5，FPGA脉冲触发模块6和电源模块7相连接。
本发明中的DSP控制模块采用TMS320FDSP28335浮点型处理器，该处理器是TI公司最新推出的32位浮点DSP控制器处理器，具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出，12位16通道ADC，同时具有外部存储扩展接口、看门狗、三个定时器。
本发明中的触摸显示屏，通过串口与DSP控制模块相连，实现系统状态显示及指令下达；可以显示相应控制指令、显示相应状态信息、绘制电压实时波形等。
本发明中的AD采集模块采集三相电网电压、三相微电网电压、两相微电网电流，通过模数转换芯片MAX1308进行转换，并送入DSP控制器参于系统控制。采用隔离芯片INA105U对传感器输入信号进行电气隔离，电源模块需要给INA105U芯片提供±15V电压，采用运放芯片TLC2264A1D对输入信号进行两级运放，将输入信号的电压等级控制在±5V范围之内，最后经过MAX1308芯片进行模拟量---数字量的转换，通过MAX1308芯片的12数据线与DSP芯片数据线相接连，通过DSP读取相应的电压、电流值。
本发明中的IOIN模块包含电压锁相跟踪指令、微电网并网指令，微电网切除指令、紧停指令4路IO端口输入信号，IOIN模块接入的电源为15V，通过PS2701隔离芯片及电平移位器芯片74LVC07将输入15V信号转换成3.3V送入DSP GPIO端口，通过DSP GPIO高低电平值可以实时检测IOIN模块输入的相应状态。
本发明中的IOOUT模块包含电源供电正常指示灯、微电网并网指示灯，微电网切除指示灯、故障指示灯4路IO端口输出信号，通过DSP GPIO端口控制IOOUT模块输出状态，通过隔离芯片及电平移位器芯片将DSP GPIO端口3.3V电压转换成15V输出电压，驱动相应的指示灯点亮及熄灭。
本发明中的FPGA脉冲触发模块实现功率器件的触发及故障信号检测，FPGA采用XC3S400-4PQ208I芯片，DSP ePWM单元的PWM输出信号及电力电子器件(IGBT或晶闸管)故障反馈信息连接到FPGA管脚，通过FPGA实现脉冲的触发及故障封锁，可以对电力电子器件实时保护效果，具有更快的故障相应能力。
本发明中的DSP控制模块主要实现电压智能跟踪及并网控制算法，通过DSP控制器可以实时检测并准确测量到大电网、微电网电压，准确无误判断并网、脱网条件。电压智能跟踪采用加权最小二乘法又称最优递归估计器或卡尔曼滤波器，基于协方差重设技术，应用于电压检测实现无相位滞后，加权最小二乘法观测器的数学表达式为：
式中y(t)为待观测输入信号、x(t)为输出信号、H(t)、r(t)、k(t)、P(t)、λ为中间变量。
基于加权最小二乘法观测器对电网电压进行观测，可以有效地滤除谐波及外部干扰信号，可以实现无差拍、无相位滞后实时跟踪，当大电网电压与微电网电压的幅值、相位、频率满足并网的要求时，通过给DSP ePWM单元发送并网指令，通过FPGA芯片发送脉冲触发信号，对电力电子器件(IGBT或晶闸管)进行触发，实现微电网的并网，整个过程都是系统智能完成，不需要人为干预，具体实用性强、可靠性和准确性高等特点，满足了用户对电能质量和供电安全要求。
Claims (10)
1.一种基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于，包括：
DSP控制模块，对微电网电压实施智能跟踪，对并网实施实时控制；
触摸显示屏，通过串口与DSP控制模块相连，实现系统状态显示及指令下达；
AD采集模块，与DSP控制模块相连采集电网侧电压和电流；
IOIN模块，与DSP控制模块相连实现相应指令控制；
IOOUT模块，与DSP控制模块相连实现相应指令响应；
FPGA脉冲触发模块，与DSP控制模块相连实现器件驱动信号的发送及故障检测；
电源模块，与DSP控制模块相连对DSP控制模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述DSP控制模块采用DSP28335浮点型处理器。
3.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述触摸显示屏采用RS485接口半双工传输。
4.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述AD采集模块包含8路模数转换，采集三相电网电压、三相微电网电压、两相微电网电流，通过模数转换芯片MAX1308进行转换，并送入DSP控制模块参与系统控制。
5.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述IOIN模块包含4路IO端口输入信号，分别为电压锁相跟踪指令、微电网并网指令，微电网切除指令和紧停指令，IOIN模块电路采用PS2701隔离芯片将输入信号与DSP控制模块接收端口进行电气隔离。
6.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述IOOUT模块包含4路IO端口输出信号，分别为电源供电正常指示灯、微电网并网指示灯、微电网切除指示灯和故障指示灯。
7.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述并网控制装置采用电力电子器件IGBT或晶闸管，实现微电网并网达到毫秒级的动态响应。
8.根据权利要求1所述的基于电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述电源模块采用专用AC/DC电源模块，电源种类主要包括+5V、+15V和±15V。
9.根据权利要求1任一项所述的电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述AD采集模块经过两级运放电路及一级隔离电路。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电压智能跟踪技术的微电网并网控制装置，其特征在于：所述DSP控制模块采用DSP28335浮点型处理器，实现高精确度快速运算。
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