CN107069813A - 一种新能源智能电网控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源智能电网控制系统，采用风力发电模块与太阳能光伏发电模块发出的电能输送至配电柜中，汇集至24V直流母线，一端连接蓄电池储能模块与直流负载，另一端经双向稳压模块稳压、逆变器升压逆变后，与大电网并网连接，向大电网输送电能。本发明可以对用户身边的清洁能源如风能、太阳能进行收集，产出电能供用户使用，并可在发电盈余时对大电网进行送电，同时，对系统内各个关键节点电压、电流、有功、无功数据进行收集，反馈给用户电能质量信息，并在用户端提供了三相负载功率自平衡功能，可以更好地为用户提升电能质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，具体是一种新能源智能电网控制系统。
背景技术
随着电网规模不断扩大，传统的配电网络格局开始显现出它的弊端，人们开始提出配电网的网格化布局。于此同时，新能源技术以及分布式发电技术的发展使得他们的结合产物：新能源智能电网技术开始进入人们的视线。
新能源智能电网技术是一项十分契合配电网网格化布局的技术，它拥有独立的电能来源，能够供应用户在大电网出现故障时的孤岛运行需求，也能在发电盈余时向大电网送电，减轻大电网供电压力。
现有的新能源智能电网技术在电流检测方面，存在很大弊端，现有的电流检测多采用传统的负载采样技术，准确率低，在孤岛运行时安全性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源智能电网控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新能源智能电网控制系统，采用风力发电模块与太阳能光伏发电模块发出的电能输送至配电柜中，汇集至24V直流母线，一端连接蓄电池储能模块与直流负载，另一端经双向稳压模块稳压、逆变器升压逆变后，与大电网并网连接，向大电网输送电能。
作为本发明进一步的方案：当所述大电网故障时，系统依靠风力发电模块、太阳能光伏发电模块和蓄电池储能模块发电支持系统脱离大电网孤岛运行。
作为本发明进一步的方案：所述控制系统在用户端根据优先级不同设置一级负载、二级负载和三级负载，根据对蓄电池储能模块剩余电量的检测，智能切除次要负载，保证重要负载的供电。
作为本发明进一步的方案：所述控制系统在用户端各个相线均设置有电流电压监测点，根据计算出的三相负载功率不平衡度进行智能调度，提升电能质量。
作为本发明进一步的方案：所述控制系统采用电流检测模块检测并网逆变器与大电网间的电流，从而控制多个电子开关，进一步控制风力发电模块、太阳能光伏发电模块、直流负载和蓄电池储能模块。
作为本发明进一步的方案：所述电流检测模块包括电流传感器、芯片U1、芯片U2、芯片U3、二极管D1和三极管VT1，所述电流传感器分别连接芯片U1引脚2和芯片U1引脚3，芯片U1引脚1、引脚7和引脚8分别对应连接芯片U2引脚14、引脚13和引脚12，芯片U2引脚2、引脚3和引脚19分别对应连接芯片U3引脚12、引脚17和引脚5，芯片U3引脚10分别连接接地二极管D1负极和电阻R3，电阻R3另一端分别连接电源VCC和三极管VT集电极，三极管VT基极分别连接芯片U2引脚9和电阻R1，电阻R1另一端分别连接芯片U2引脚8、三极管VT发射极和太阳能光伏发电模块，所述芯片U1采用ADC0832，所述芯片U2采用单片机AT89C2051，所述芯片U3采用LM1893。
作为本发明再进一步的方案：所述芯片U3与三极管VT构成的模块有4个，从而进一步构成4个电子开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以对用户身边的清洁能源如风能、太阳能进行收集，产出电能供用户使用，并可在发电盈余时对大电网进行送电，同时，对系统内各个关键节点电压、电流、有功、无功数据进行收集，反馈给用户电能质量信息，并在用户端提供了三相负载功率自平衡功能，可以更好地为用户提升电能质量。
附图说明
图1为新能源智能电网控制系统的结构示意图。
图2为新能源智能电网控制系统中电流检测模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种新能源智能电网控制系统，采用风力发电模块与太阳能光伏发电模块发出的电能输送至配电柜中，汇集至24V直流母线，一端连接蓄电池储能模块与直流负载，另一端经双向稳压模块稳压、逆变器升压逆变后，与大电网并网连接，向大电网输送电能。
当所述大电网故障时，系统依靠风力发电模块、太阳能光伏发电模块和蓄电池储能模块发电支持系统脱离大电网孤岛运行。
所述控制系统在用户端根据优先级不同设置一级负载、二级负载和三级负载，根据对蓄电池储能模块剩余电量的检测，智能切除次要负载，保证重要负载的供电。
所述控制系统在用户端各个相线均设置有电流电压监测点，根据计算出的三相负载功率不平衡度进行智能调度，提升电能质量。
所述控制系统采用电流检测模块检测并网逆变器与大电网间的电流，从而控制多个电子开关，进一步控制风力发电模块、太阳能光伏发电模块、直流负载和蓄电池储能模块。
所述电流检测模块包括电流传感器、芯片U1、芯片U2、芯片U3、二极管D1和三极管VT1，所述电流传感器分别连接芯片U1引脚2和芯片U1引脚3，芯片U1引脚1、引脚7和引脚8分别对应连接芯片U2引脚14、引脚13和引脚12，芯片U2引脚2、引脚3和引脚19分别对应连接芯片U3引脚12、引脚17和引脚5，芯片U3引脚10分别连接接地二极管D1负极和电阻R3，电阻R3另一端分别连接电源VCC和三极管VT集电极，三极管VT基极分别连接芯片U2引脚9和电阻R1，电阻R1另一端分别连接芯片U2引脚8、三极管VT发射极和太阳能光伏发电模块，所述芯片U1采用ADC0832，所述芯片U2采用单片机AT89C2051，所述芯片U3采用LM1893。
所述芯片U3与三极管VT构成的模块有4个，从而进一步构成4个电子开关。
单片机U2为控制单元，用单片机U2实现对电流信号的采集和对电力线载波数据发送功能的控制，它使整个数据采集系统成为一个智能化的有机整体。单片机采用ATMEL的AT89C2051，它包含2KB内存、128B的内存、15根I/O口线、两个定时计数器和一个全双工的串行口。在设计中，用到了AT89C2051的T1定时器和串行口以及P1端口线。由于该单片机与MCS-51相兼容，因此在硬件电路设计和软件编程方面更加方便。
数据采集单元主要由MRCS传感器和ADC0832组成。ADC0832是带有串行输入输出功能的8位逐次逼近式模/数转换器，其转换时间为80μs。它的两个模拟量输入通道是可编程的，可以由串行输入口DI的三位控制字指定通道，并选择单端输入和差分输入两种工作方式之一。MRCS将电流信号以电压信的形式提供给ADC0832。选择ADC0832的CH1为单端输入工作方式，CH0为不工作。DI端输入的控制字为“111”，可将DI固定接高电平。当单片机的P1.2口将ADC0832的CS脚置低电平时，在CLK的前三个脉冲上升沿，从DI端输入控制字“111”，在接下来的八个脉冲完成转换过程。按照逐次逼近式的机理，依先高位后低位的顺序，转换一位，存储一位。并在下降沿由DO端输出一位；在后续七个脉冲的下降沿又将存储好的转换结果按照先低位后高位的顺序从DO端输出。因此，一次完整的模/数转换过程完成，转换后的八位数据就从P1.0口读入到单片机中。
从实际应用角度出发，系统在具体采集处理功能的基础上，必须要有通信接口，具备远程传输功能，实现电力线载波通信的关键问题是如何根据电力线的特性选择合适的MODEM芯片及设计可靠的接口电路。因为电力线上的用电设备种类繁多，对载波信号传输过程所产生的干扰大部分是低频调幅性干扰，所以电力MODEM芯片的调制方式应该采用抗脉冲干扰强的调频方式，同时应适当提升载波信号功率以加大传输距离，在本系统中选择FSK制式的LM1893。
电力线载波发送电路主要包括LM1893。AT89C2051通过串行口与LM1893通信，通信采用标准异步通信方式，并通过控制LM1893的收发状态完成数据传输。选用定时器1作为波特率发生器，串行口采用波特率可变工作方式1。该方式为标准异步通信，其通信格式为每帧10位。AT89C2051的P1.7口控制LM1893的5脚TX/RX，决定数据是发送还是接收。当为高电平时，LM1893处于发送状态。AT89C2051的串行输出口TXD与LM1893调制解调数据输入端17脚连接，由单片机采集的数据就从LM1893的17脚送入，经过FSK调制成150kHz的FSK载波信号，送10脚输出载波信号。它能避免系统受到诸如强雷电脉冲等瞬时过电压的干扰。
在本系统中，对电压和电流的测量，选用了美国Cirrus Logic公司最新推出的CS5460A芯片。该芯片包含两个累加式AD转换器用于测量电量数据，具有高速电能计算功能，还有一个串行接口用于数据读写。
风力发电模块和太阳能光伏发电模块优先给蓄电池储能模块充电，当蓄电池充满后，断开风力发电模块与电池的连接，风力发电模块可以逆变并网。而当主网发生故障断开时，先由风力发电模块继续逆变供电，当无风无阳光时断开风力发电模块与微电网的连接，由蓄电池逆变供电，在重负荷的时候还可以同时逆变供电。
并网逆变器系统由功率主电路、控制器、驱动电路、检测电路等组成。其中，功率主电路采用DC/DC，DC/AC两级结构，其中DC/DC电路采用Boost升压变换器，DC/AC电路采用SPWM驱动的单相全桥电路。
控制环节一方面控制DC/DC环节，以实现蓄电池的最大功率点跟踪，另一方面控制DC/AC环节，以使直流母线电压稳定，并将电能转化为220V/50Hz正弦交流电。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频同相。逆变器并网时，要求其输出电流与电网电压同频同相。
在实际运行中，由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时性等都造成了三相负载的不平衡。低压电网若在三相负荷不平衡度较大情况下运行，将会极大影响电能质量，给低压电网与电气设备造成不良影响。因此，用户端的三相功率自平衡功能也是智能微电网最希望解决的关键问题。
系统根据对各相点电流电压的监控，得到电压电流检测模块送回来的的数据，计算三相负载的不平衡度，对功率调节进行计算，得出最优调度方案，再对部分负载进行相间转移，实现三相功率的自平衡。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种新能源智能电网控制系统，其特征在于，采用风力发电模块与太阳能光伏发电模块发出的电能输送至配电柜中，汇集至24V直流母线，一端连接蓄电池储能模块与直流负载，另一端经双向稳压模块稳压、逆变器升压逆变后，与大电网并网连接，向大电网输送电能。
2.根据权利要求1所述的新能源智能电网控制系统，其特征在于，当所述大电网故障时，系统依靠风力发电模块、太阳能光伏发电模块和蓄电池储能模块发电支持系统脱离大电网孤岛运行。
3.根据权利要求1所述的新能源智能电网控制系统，其特征在于，所述控制系统在用户端根据优先级不同设置一级负载、二级负载和三级负载，根据对蓄电池储能模块剩余电量的检测，智能切除次要负载，保证重要负载的供电。
4.根据权利要求1所述的新能源智能电网控制系统，其特征在于，所述控制系统在用户端各个相线均设置有电流电压监测点，根据计算出的三相负载功率不平衡度进行智能调度，提升电能质量。
5.根据权利要求1所述的新能源智能电网控制系统，其特征在于，所述控制系统采用电流检测模块检测并网逆变器与大电网间的电流，从而控制多个电子开关，进一步控制风力发电模块、太阳能光伏发电模块、直流负载和蓄电池储能模块。
6.根据权利要求1所述的新能源智能电网控制系统，其特征在于，所述电流检测模块包括电流传感器、芯片U1、芯片U2、芯片U3、二极管D1和三极管VT1，所述电流传感器分别连接芯片U1引脚2和芯片U1引脚3，芯片U1引脚1、引脚7和引脚8分别对应连接芯片U2引脚14、引脚13和引脚12，芯片U2引脚2、引脚3和引脚19分别对应连接芯片U3引脚12、引脚17和引脚5，芯片U3引脚10分别连接接地二极管D1负极和电阻R3，电阻R3另一端分别连接电源VCC和三极管VT集电极，三极管VT基极分别连接芯片U2引脚9和电阻R1，电阻R1另一端分别连接芯片U2引脚8、三极管VT发射极和太阳能光伏发电模块，所述芯片U1采用ADC0832，所述芯片U2采用单片机AT89C2051，所述芯片U3采用LM1893。
7.根据权利要求1所述的新能源智能电网控制系统，其特征在于，所述芯片U3与三极管VT构成的模块有4个，从而进一步构成4个电子开关。
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