CN106787207A - 一种微电网一体化装置及控制方法 - Google Patents

一种微电网一体化装置及控制方法 Download PDF

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CN106787207A CN201710031864.3A CN201710031864A CN106787207A CN 106787207 A CN106787207 A CN 106787207A CN 201710031864 A CN201710031864 A CN 201710031864A CN 106787207 A CN106787207 A CN 106787207A
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朱正国
秦毅
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Abstract

本发明提供一种微电网一体化装置，包括中央处理器、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通信模块和多个报警指示灯；模拟量输入模块通过电流互感器和电压互感器接入微电网并依次通过低通滤波电路、AD数模转换器与中央处理器的第一端相连；开关量输入模块通过开关量传感器接入微电网并通过光耦与中央处理器的第二端相连；中央处理器第三及第四端分别对应与开关量输出模块及通信模块相连，且其上还设有第一和第二定时器；开关量输出模块包括依序连接的输出阵列和继电器，且输出阵列还与多个报警指示灯相连，继电器还与微电网相连。实施本发明，能够简化微电网控制结构，降低微电网建设成本。

Description

一种微电网一体化装置及控制方法
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，尤其涉及一种微电网一体化装置及控制方法。
背景技术
目前，为协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分发掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，进一步提高电力系统运行的灵活性、可控性和经济性以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求进而引入一种可以让新能源及可再生能源并网发电规模化应用的电网，又名“微电网”。
微电网通过有效的协调控制，使主要基于新能源和可再生能源的分布式电源并网所产生的负面问题都在微电网内得到解决，减少了分布式电源并网对大电网产生的各种扰动，微电网有并网运行和独立运行两种运行方式，对大电网可以起到削峰填谷的作用，微电网中的能量来源多为新型能源及可再生能源，对于新能源以及可再生能源并网发电规模化应用具有重要意义。
在微电网领域中，目前电网控制多采用分散控制，控制设备较多，造成控制结构复杂，建设成本高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种微电网一体化装置及控制方法，能够简化微电网控制结构，降低微电网建设成本。
为了解决上述问题，本发明提供一种微电网一体化装置，所述微电网一体化装置包括中央处理器、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通信模块和多个报警指示灯；其中，
所述模拟量输入模块包括电流互感器、电压互感器、低通滤波电路和AD数模转换器；其中，所述电流互感器的输入端接入微电网，输出端与所述低通滤波电路的第一端相连，用于采集所述微电网的电流信号；所述电压互感器的输入端接入所述微电网，输出端与所述低通滤波电路的第二端相连，用于采集所述微电网的电压信号；所述低通滤波电路的第三端与所述AD数模转换器的输入端相连，用于过滤所述采集到的电流信号及电压信号；所述AD数模转换器的输出端与所述中央处理器的第一端相连，用于将所述过滤后的电流信号及电压信号转变成相应的数字信号；
所述开关量输入模块包括开关量传感器和光耦；其中，所述开关量传感器的输入端与所述微电网相连，输出端与所述光耦的输入端相连，用于采集所述微电网产生的光信号；所述光耦的输出端与所述中央处理器的第二端相连，用于将光信号转换成二进制的电信号；其中，所述二进制的电信号是由所述微电网在外部输入有手动离网指令或手动并网指令时所产生的光信号转变成，或是由所述微电网在自动启动并网或离网时所产生的光信号转变成；
所述中央处理器的第三端与所述开关量输出模块相连，第四端与所述通信模块相连，且其上还设有第一定时器和第二定时器；其中，所述中央处理器用于计算所述模拟量输入模块采集到的数字信号和/或所述开关量输入模块采集到的二进制信号，并将计算结果通过所述通信模块输出给外部设备，且进一步根据所述计算结果，启动所述第一定时器输出第一控制指令集给所述开关量输出模块或启动所述第二定时器输出第二控制指令集给所述开关量输出模块；
所述开关量输出模块包括输出阵列和继电器；其中，所述输出阵列的输入端与所述中央处理器的第三端相连，输出端分别与所述继电器的一端及所述多个报警指示灯相连，用于接收所述中央处理器输出的相应控制指令集，并根据所述接收到的控制指令集，控制所述继电器启动或断开，以及控制所述多个报警指示灯灯亮或灯灭；所述继电器的另一端与所述微电网相连，用于控制所述微电网运行。
其中，所述微电网一体化装置还包括与所述中央处理器的第五端相连的人机交互模块，所述人机交互模块上设有多个按键及一个LCD液晶屏，用于获取用户输入的操作所述微电网并网的指令或离网的指令，并响应及输出所述获取到的操作指令给所述中央处理器。
其中，所述通信模块包括光纤接口子模块、以太网接口子模块、串口通信子模块、GPRS子模块以及WIFI子模块。
本发明实施例还提供了一种微电网一体化装置控制方法，其在前述的微电网一体化装置上实现，所述方法包括：
通过模拟量输入模块采集微电网的模拟量以及通过开关量输入模块采集所述微电网的开关量，并对所述采集到的模拟量及开关量进行计算；其中，所述模拟量是由所述微电网的电流信号及电压信号组成；所述开关量是由所述微电网在外部输入有手动离网指令或手动并网指令时所产生的光信号转变成的二进制信号组成，或是由所述微电网在自动启动并网或离网时所产生的光信号转变成的二进制信号组成；
根据计算结果，待中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能。
其中，所述根据计算结果，待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能的步骤具体包括：
在待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时，开启所述第一定时器开始计数；其中，所述第一定时器每中断一次计数值加一且待到达预设阈值时清零；
检测所述中央处理器当前获取的外部指令情况及并网开关所形成的二进制信号情况，并根据检测结果，确定当前进入的工作模式；其中，当检测到中并网开关所形成的二进制信号为0且所述微电网全网所有电压为0时，则当前进入的工作模式为实现所述微电网在崩溃情况下的自动或手动启动的黑启动模式；当检测外部输入有手动并网指令时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现离网转并网功能的第一模式；当检测外部输入有手动离网指令时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现有计划并网转离网功能的第二模式；当检测到没有任何外部输入指令且并网开关所形成的二进制信号为1时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现无计划并网转离网功能的第三模式；
判断当前工作模式下所述第一定时器的当前计数值是否为奇数；
如果是，则根据所述计算结果，输出所述第一控制指令集，对所述微电网实现电能质量指标计算功能、频率计算以及紧急控制逻辑计算功能、电压计算以及紧急控制逻辑计算功能和孤岛检测功能；
如果否，则根据所述计算结果，输出所述第一控制指令集，对所述微电网实现完成并网点和微电源双向计量功能、继电保护功能以及完成故障录波功能。
其中，所述根据计算结果，待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能的步骤具体还包括：
在待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，开启所述第二定时器开始计数；其中，所述第二定时器每中断一次计数值加一且待到达预设阈值时清零；
根据所述计算结果，输出所述第二控制指令集，对所述微电网实现新能源发电预测功能、负荷预测、优化调度功能和能效管理功能。
其中，所述第一定时器定时中断为0.5s，所述第二定时器定时中断为100s。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明将微电网中的并网点和微电源双向计量功能、电能质量监测功能、黑启动、并离网切换、频率稳定控制、电压稳定控制、孤岛检测、继电保护、新能源发电功率预测、负荷功率、能量优化调度、能效管理优化、故障录波、人机交互、数据通讯、数据储存等功能于一体，简化了微电网控制结构，降低了微电网建设成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的微电网一体化装置的系统结构图；
图2为本发明实施例提供的微电网一体化装置的电路连接示意图；
图3为本发明实施例提供的微电网一体化装置控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种微电网一体化装置，所述微电网一体化装置包括中央处理器1、模拟量输入模块2、开关量输入模块3、开关量输出模块4、通信模块5和多个报警指示灯6；其中，
模拟量输入模块2包括电流互感器21、电压互感器22、低通滤波电路23和AD数模转换器24；其中，电流互感器21的输入端接入微电网，输出端与低通滤波电路23的第一端a1相连，用于采集微电网的电流信号；电压互感器22的输入端接入微电网，输出端与低通滤波电路23的第二端a2相连，用于采集微电网的电压信号；低通滤波电路23的第三端a3与AD数模转换器24的输入端相连，用于过滤采集到的电流信号及电压信号；AD数模转换器24的输出端与中央处理器1的第一端b1相连，用于将过滤后的电流信号及电压信号转变成相应的数字信号；
开关量输入模块3包括开关量传感器31和光耦32；其中，开关量传感器31的输入端与微电网相连，输出端与光耦32的输入端相连，用于采集微电网产生的光信号；光耦32的输出端与中央处理器1的第二端b2相连，用于将光信号转换成二进制的电信号；其中，二进制的电信号是由微电网在外部输入有手动离网指令或手动并网指令时所产生的光信号转变成，或是由微电网在自动启动并网或离网时所产生的光信号转变成；
中央处理器1的第三端b3与开关量输出模块4相连，第四端b4与通信模块5相连，且其上还设有第一定时器T1和第二定时器T2；其中，中央处理器1用于计算模拟量输入模块2采集到的数字信号和/或开关量输入模块3采集到的二进制信号，并将计算结果通过通信模块5输出给外部设备（未图示），且进一步根据所述计算结果，启动第一定时器T1输出第一控制指令集给开关量输出模块4或启动第二定时器T2输出第二控制指令集给开关量输出模块4；
开关量输出模块4包括输出阵列41和继电器42；其中，输出阵列41的输入端与中央处理器1的第三端b3相连，输出端分别与继电器42的一端及所述多个报警指示灯6相连，用于接收中央处理器1输出的相应控制指令集，并根据所述接收到的控制指令集，控制继电器42启动或断开，以及控制多个报警指示灯6灯亮或灯灭；继电器42的另一端与微电网相连，用于控制微电网运行。
应当说明的是，模拟量输入模块2采集的模拟量包括但不限于微电网的电流信号和电压信号，开关量输入模块3采集的开关量包括但不限于并网开关、开关开入位置以及微电网并网或离网时其它接入开关量输入模块3中各个部件所产生的信号。
更进一步的，微电网一体化装置还包括与中央处理器1的第五端b5相连的人机交互模块7，人机交互模块7上设有多个按键及一个LCD液晶屏，用于获取用户输入的操作微电网并网的指令或离网的指令，并响应及输出获取到的操作指令给中央处理器1。
更进一步的，通信模块包括光纤接口子模块、以太网接口子模块、串口通信子模块、GPRS子模块以及WIFI子模块。
如图2所示，为本发明实施例中微电网一体化装置的应用场景图，并进一步进行说明，具体如下：
整机电源从外部供电转换为装置内部电源，为整个装置供电；
电流互感器、电压互感器、低通滤波电路和ADC组成模拟量输入模块采集微电网的模拟量；电流互感器和电压互感器分别接入微电网，采集微电网的电流信号和电压信号，并将上述采集到的电流信号和电压信号依次经过低通滤波，ADC输入给中央处理器CPU；
开关量输入模块为采集微电网开关量的光耦，光耦将采集到的二进制信号直接输入到中央处理器CPU；
中央处理器CPU通过计算采集到的模拟量和开关量，计算出装置的需要输入，给到开关量输出模块的输出阵列，同时将部分信号通过通信模块将信息上送；
开关量输出模块的输出阵列接收到中央处理器CPU的命令之后，直接通过与输出阵列相连的继电器输出。
如图3所示，为本发明实施例中，提供的一种微电网一体化装置控制方法，其在前述的微电网一体化装置上实现，所述方法包括：
步骤S1、通过模拟量输入模块采集微电网的模拟量以及通过开关量输入模块采集所述微电网的开关量，并对所述采集到的模拟量及开关量进行计算；其中，所述模拟量是由所述微电网的电流信号及电压信号组成；所述开关量是由所述微电网在外部输入有手动离网指令或手动并网指令时所产生的光信号转变成的二进制信号组成，或是由所述微电网在自动启动并网或离网时所产生的光信号转变成的二进制信号组成；
步骤S2、根据计算结果，待中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能。
具体过程为，在启动第一定时器时与启动第二定时器时，微电网一体化装置所实现的功能是不同的，具体如下：
（1）启动第一定时器时
在待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时，开启所述第一定时器开始计数；其中，所述第一定时器每中断一次计数值加一且待到达预设阈值时清零；
检测所述中央处理器当前获取的外部指令情况及并网开关所形成的二进制信号情况，并根据检测结果，确定当前进入的工作模式；其中，当检测到中并网开关所形成的二进制信号为0且所述微电网全网所有电压为0时，则当前进入的工作模式为实现所述微电网在崩溃情况下的自动或手动启动的黑启动模式；当检测外部输入有手动并网指令时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现离网转并网功能的第一模式；当检测外部输入有手动离网指令时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现有计划并网转离网功能的第二模式；当检测到没有任何外部输入指令且并网开关所形成的二进制信号为1时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现无计划并网转离网功能的第三模式；
判断当前工作模式下所述第一定时器的当前计数值是否为奇数；
如果是，则根据所述计算结果，输出所述第一控制指令集，对所述微电网实现电能质量指标计算功能、频率计算以及紧急控制逻辑计算功能、电压计算以及紧急控制逻辑计算功能和孤岛检测功能；
如果否，则根据所述计算结果，输出所述第一控制指令集，对所述微电网实现完成并网点和微电源双向计量功能、继电保护功能以及完成故障录波功能。
（2）启动第二定时器时
在待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，开启所述第二定时器开始计数；其中，所述第二定时器每中断一次计数值加一且待到达预设阈值时清零；
根据所述计算结果，输出所述第二控制指令集，对所述微电网实现新能源发电预测功能、负荷预测、优化调度功能和能效管理功能。
在本发明实施例中，第一定时器优先级高于第二定时器，且第一定时器定时中断为0.5s，第二定时器定时中断为100s。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明将微电网中的并网点和微电源双向计量功能、电能质量监测功能、黑启动、并离网切换、频率稳定控制、电压稳定控制、孤岛检测、继电保护、新能源发电功率预测、负荷功率、能量优化调度、能效管理优化、故障录波、人机交互、数据通讯、数据储存等功能于一体，简化了微电网控制结构，降低了微电网建设成本。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种微电网一体化装置，其特征在于，所述微电网一体化装置包括中央处理器、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通信模块和多个报警指示灯；其中，
所述模拟量输入模块包括电流互感器、电压互感器、低通滤波电路和AD数模转换器；其中，所述电流互感器的输入端接入微电网，输出端与所述低通滤波电路的第一端相连，用于采集所述微电网的电流信号；所述电压互感器的输入端接入所述微电网，输出端与所述低通滤波电路的第二端相连，用于采集所述微电网的电压信号；所述低通滤波电路的第三端与所述AD数模转换器的输入端相连，用于过滤所述采集到的电流信号及电压信号；所述AD数模转换器的输出端与所述中央处理器的第一端相连，用于将所述过滤后的电流信号及电压信号转变成相应的数字信号；
所述开关量输入模块包括开关量传感器和光耦；其中，所述开关量传感器的输入端与所述微电网相连，输出端与所述光耦的输入端相连，用于采集所述微电网产生的光信号；所述光耦的输出端与所述中央处理器的第二端相连，用于将光信号转换成二进制的电信号；其中，所述二进制的电信号是由所述微电网在外部输入有手动离网指令或手动并网指令时所产生的光信号转变成，或是由所述微电网在自动启动并网或离网时所产生的光信号转变成；
所述中央处理器的第三端与所述开关量输出模块相连，第四端与所述通信模块相连，且其上还设有第一定时器和第二定时器；其中，所述中央处理器用于计算所述模拟量输入模块采集到的数字信号和/或所述开关量输入模块采集到的二进制信号，并将计算结果通过所述通信模块输出给外部设备，且进一步根据所述计算结果，启动所述第一定时器输出第一控制指令集给所述开关量输出模块或启动所述第二定时器输出第二控制指令集给所述开关量输出模块；
所述开关量输出模块包括输出阵列和继电器；其中，所述输出阵列的输入端与所述中央处理器的第三端相连，输出端分别与所述继电器的一端及所述多个报警指示灯相连，用于接收所述中央处理器输出的相应控制指令集，并根据所述接收到的控制指令集，控制所述继电器启动或断开，以及控制所述多个报警指示灯灯亮或灯灭；所述继电器的另一端与所述微电网相连，用于控制所述微电网运行。
2.如权利要求1所述的微电网一体化装置，其特征在于，所述微电网一体化装置还包括与所述中央处理器的第五端相连的人机交互模块，所述人机交互模块上设有多个按键及一个LCD液晶屏，用于获取用户输入的操作所述微电网并网的指令或离网的指令，并响应及输出所述获取到的操作指令给所述中央处理器。
3.如权利要求2所述的微电网一体化装置，其特征在于，所述通信模块包括光纤接口子模块、以太网接口子模块、串口通信子模块、GPRS子模块以及WIFI子模块。
4.一种微电网一体化装置控制方法，其特征在于，其在如权利要求1-3中任一项所述的微电网一体化装置上实现，所述方法包括：
通过模拟量输入模块采集微电网的模拟量以及通过开关量输入模块采集所述微电网的开关量，并对所述采集到的模拟量及开关量进行计算；其中，所述模拟量是由所述微电网的电流信号及电压信号组成；所述开关量是由所述微电网在外部输入有手动离网指令或手动并网指令时所产生的光信号转变成的二进制信号组成，或是由所述微电网在自动启动并网或离网时所产生的光信号转变成的二进制信号组成；
根据计算结果，待中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据计算结果，待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能的步骤具体包括：
在待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时，开启所述第一定时器开始计数；其中，所述第一定时器每中断一次计数值加一且待到达预设阈值时清零；
检测所述中央处理器当前获取的外部指令情况及并网开关所形成的二进制信号情况，并根据检测结果，确定当前进入的工作模式；其中，当检测到中并网开关所形成的二进制信号为0且所述微电网全网所有电压为0时，则当前进入的工作模式为实现所述微电网在崩溃情况下的自动或手动启动的黑启动模式；当检测外部输入有手动并网指令时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现离网转并网功能的第一模式；当检测外部输入有手动离网指令时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现有计划并网转离网功能的第二模式；当检测到没有任何外部输入指令且并网开关所形成的二进制信号为1时，则当前进入的工作模式为并离网切换中实现无计划并网转离网功能的第三模式；
判断当前工作模式下所述第一定时器的当前计数值是否为奇数；
如果是，则根据所述计算结果，输出所述第一控制指令集，对所述微电网实现电能质量指标计算功能、频率计算以及紧急控制逻辑计算功能、电压计算以及紧急控制逻辑计算功能和孤岛检测功能；
如果否，则根据所述计算结果，输出所述第一控制指令集，对所述微电网实现完成并网点和微电源双向计量功能、继电保护功能以及完成故障录波功能。
6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据计算结果，待所述中央处理器中的第一定时器的启动时间到达时输出第一控制指令集或待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，输出第二控制指令集，对所述微电网实现相应的功能的步骤具体还包括：
在待所述中央处理器中的第二定时器的启动时间到达时，开启所述第二定时器开始计数；其中，所述第二定时器每中断一次计数值加一且待到达预设阈值时清零；
根据所述计算结果，输出所述第二控制指令集，对所述微电网实现新能源发电预测功能、负荷预测、优化调度功能和能效管理功能。
7.如权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于，所述第一定时器定时中断为0.5s，所述第二定时器定时中断为100s。
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