CN202395525U - 一种微型电网智能终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型电网智能终端，包括主控模块、数据采集控制模块和通信模块，主控模块分别与数据采集控制模块和通信模块双向连接。其中，主控模块用于控制微型电网智能终端的运行；数据采集控制模块用于采集微型电网中与之相连的不同电网设备的实时数据并对其进行控制；通信模块用于与微型电网系统控制器进行通信。该微型电网智能终端可以采集微型电网中与之相连的电网设备的实时数据，并根据采集到的数据、结合数据库和微型电网系统控制器下发的控制策略指令信息，实现对分布式电源的优化控制。

Description

一种微型电网智能终端

技术领域

本实用新型涉及一种微型电网智能终端，属于智能电网技术领域。

背景技术

微型电网(micro-grid)也称微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微型电网既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行，是智能电网的重要组成部分。

在微型电网中，各种分布式电源的并网发电对电力系统的安全稳定运行提出了新的挑战，如何解决此类问题将成为未来微型电网技术发展亟需解决的关键课题之一。为了满足对电能质量的要求，一般微型电网都配备了智能配电系统。例如在申请号为201010575018.6的中国发明专利中公开了一种在配网终端中结合分布式发电与配电网络的系统，包括配电网络、分布式电源、配网终端、储能单元，配电网络与分布式电源之间的并网馈线上设有断路器，分布式电源与储能单元连接，分布式电源与储能单元共同与用户负载连接；配网终端中设有第一采集分析模块、第二采集分析模块、第三采集分析模块、监控器；第一采集分析模块采集并处理断路器的状态量，第二采集分析模块采集并处理分布式电源并网馈线的模拟量信息，第三采集分析模块采集配电网负载情况及运行状况，检测器监控储能单元状况。该智能配电系统利用配网终端来实现分布式发电与配电网络的结合，但上述配网终端缺乏对微型电网内部的分布式电源、储能单元以及其他设备的运行进行有效监管和控制的功能。

另外，在专利号为201020278347.X的中国实用新型专利中，公开了一种智能微电网的监控系统，以解决现有技术中智能微电网在运行过程中的稳定性和可靠性不足的问题。该监控系统包括：控制装置，与所述智能微电网中的分布式发电装置以及负载连接，用于根据预设的方式控制所述分布式发电装置和所述负载；监测装置，与所述智能微电网中的分布式发电装置、市电回路以及负载连接，用于获取所述分布式发电装置、所述市电回路以及所述负载的运行参数；输出装置，与所述监测装置连接，用于显示所述分布式发电装置和所述负载的运行数据。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种微型电网智能终端。利用该智能终端可以在微型电网中实现对分布式电源的优化控制。

为了达到上述目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种微型电网智能终端，其特征在于：

所述微型电网智能终端包括主控模块、数据采集控制模块和通信模块，所述主控模块分别与所述数据采集控制模块和所述通信模块双向连接；其中，

所述主控模块用于控制微型电网智能终端的运行；

所述数据采集控制模块用于采集所连接的电网设备的实时数据，并对所述电网设备进行控制；

所述通信模块用于与微型电网系统控制器进行通信。

其中较优地，所述主控模块包括主控芯片和存储单元。

其中较优地，所述主控模块还包括用于用户输入操作控制的输入单元和用于对外输出运行状态和运行过程的输出单元。

其中较优地，所述数据采集控制模块中具有RS 485接口，用于实现所述微型电网智能终端与微型电网中电网设备的连接。

其中较优地，所述数据采集控制模块中具有以太网接口。

其中较优地，所述数据采集控制模块中具有数字输入输出接口，用于实现所述微型电网智能终端与断路器的连接。

其中较优地，所述数字输入输出接口中具有光电耦合器，用于实现所述微型电网智能终端的供电电源与所述断路器的控制电源之间的隔离。

其中较优地，所述通信模块通过以太网接口与所述微型电网系统控制器连接。

本实用新型所提供的微型电网智能终端可以采集微型电网中与之相连的电网设备的数据，并根据采集到的数据、结合数据库的分析和微型电网系统控制器下发的控制策略指令信息，实现对分布式电源的优化控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为微型电网智能终端与其他电网设备的连接示意图；

图2为微型电网智能终端的整体结构示意图；

图3为微型电网智能终端中主控模块的硬件结构图；

图4为微型电网智能终端中数据采集控制模块的电路原理图；

图5为数据采集控制模块中，输入电路中的光耦隔离示意图；

图6为数据采集控制模块中，输出电路中的光耦隔离示意图。

具体实施方式

图1显示了一个典型的微型电网中，微型电网智能终端与其他电网设备之间的连接关系。该微型电网智能终端可以与微型电网中的各类电网设备相连接，例如与光伏逆变器、风机逆变器、储能系统、有源滤波器、智能电表、母线保护器等进行连接，用于采集光伏逆变器、风机逆变器、储能系统、有源滤波器、智能电表、母线保护器等设备的实时数据。此外，该微型电网智能终端还可以与断路器连接，通过采集开关输入量来采集断路器状态，并通过输出开关输出量来控制断路器的动作。

图2为微型电网智能终端的整体结构示意图。在该微型电网智能终端中，包括主控模块、通信模块和数据采集控制模块。其中，主控模块分别与数据采集控制模块和通信模块双向连接。该主控模块用于控制整个智能终端的正常运行。它可以通过数据采集控制模块来采集不同电网设备的数据，并通过通信模块来实现与微型电网系统控制器之间的信息交换。数据采集控制模块用于采集各种不同电网设备的数据并对这些不同电网设备进行控制。通信模块用于与微型电网系统控制器进行通信，一方面将主控模块中存放的数据通过以太网上传到微型电网系统控制器的数据库中，另一方面接收微型电网系统控制器下发的微型电网控制策略指令信息，然后解析控制策略指令信息获取控制指令，并将这些控制指令传递到主控模块。

上述的微型电网系统控制器是指各微型电网智能终端上级的系统控制器。它可以是指微型电网内部总的系统控制器，也可以是微型电网内局部区域的系统控制器。一个微型电网系统控制器可以与若干个微型电网智能终端相连接。通过微型电网系统控制器与微型电网智能终端的连接，可以实现对整个分布式发电区域乃至整个分布式发电网络中分布式电源的控制。

主控模块中主要包括主控芯片和存储单元，还可以包括用于用户输入操作控制的输入单元和用于对外输出运行状态和运行过程的输出单元。其中，输入单元可采用键盘或鼠标来实现，输出单元可采用显示器来实现。较优地，为了增强该微型电网智能终端与用户的交互性，该主控模块还包括用于视频输出的VGA接口和用于读取外部存储卡的CF卡接口。此外，该主控模块还可以包括多个USB接口。

在图3所示的一个实施例中，主控模块中的主控芯片采用AMDGeode CS5536，在此基础上运行QNX实时操作系统和实时数据库，用于存放外部电网设备的数据并执行微型电网系统控制器下发的控制命令。该芯片主频高达500MHz，内存采用DDR SDRAM，最大为512MB，还具有128KB的二级缓存，其强劲的CPU和大容量内存已经可以满足嵌入式实时操作系统QNX的运行需求，使得智能终端可以快速响应来自以太网通信和设备的采集与控制。该主控芯片连接有用于控制显示器的芯片AMD Geode LX 800和连接显示器的CRT接口。该主控芯片还通过LPC Super I/O接口连接有键盘与鼠标，用于用户输入操作指令，如更改运行参数等。同时，该主控模块还包括4路USB2.0，CF卡接口、VGA接口、PC104接口等，使得对外围设备的支持更加全面。

主控模块是整个微型电网智能终端的运行核心，其执行流程如下：一方面，主控模块不间断地将数据采集控制模块送来的设备数据与断路器状态经过通信模块发送至微型电网系统控制器；另一方面，当微型电网系统控制器下发了对某个设备进行控制的指令信息时，经过通信模块接收和解析后，主控模块进行读取，然后主控模块按照事先规定好的控制点号对相应的设备进行控制，如执行启动/停止逆变器、断开/闭合断路器等动作。其中，数据采集控制模块的采集过程一直处于进行当中，主控模块经过通信模块发送数据至微型电网系统控制器占据了整个主控模块的大部分执行周期。

数据采集控制模块用于采集微型电网中与之相连的电网设备的实时数据，并对这些电网设备进行控制。数据采集控制模块设置有RS485接口、以太网接口和数字输入输出接口三种接口。其中，RS485接口用于连接微型电网内的不同设备，数字输入输出接口用于连接断路器。通过RS485接口可以连接智能电表、光伏逆变器、风机逆变器、储能控制器、有源滤波器等设备，通过这些接口可以采集电网设备的数据，也可以修改电网设备的运行参数和控制启停动作等。其采用的通信协议可以为标准的ModBus RTU/ASCII协议、DLT645协议或者其他自定义的通信协议。以太网接口用于将该微型电网智能终端接入以太网，通过以太网接口可以采集母线运行、二次保护设备等实时数据，其采用的通信协议可以为标准的IEC60870-5-103协议、IEC60870-5-104协议等。

参见图4所示的电路图，在该实施例中，数据采集控制模块共提供了4个RS485接口和一个10/100Mbps以太网接口。整个微型电网智能终端中，理论上通过RS485接口可以接入RS485总线的设备多达1020个，而通过工业交换机进行扩展，通过以太网接口可接入的设备多达255个。数字输入输出接口用于与断路器相连接，数字输入接口用于采集断路器开关位置和故障状态，数字输出接口用于控制断路器的分闸与合闸动作。较优地，为了避免微型电网智能终端的供电电源与断路器控制电源之间的干扰，在数字输入输出接口的实现电路中连接了光电耦合器，用于进行光耦隔离，即输入的数字开关量经过光耦隔离后再进入该微型电网智能终端(参见图5)，而输出的数字开关量也需经过光耦隔离后才对断路器起控制作用(参见图6)。在本实用新型的一个实施例中，共提供了32路数字量输入和32路数字量输出，可接入的断路器可达到16个，可以满足一个微型电网中的对断路器开关控制的需求。

通信模块一方面将主控模块中存放的数据利用自定义的通信协议从以太网上传到微型电网系统控制器的数据库当中，如将模拟量、开关量、SOE变位和日志信息等上传至微型电网系统控制器的数据库中；另一方面接收微型电网系统控制器下发的微型电网控制策略指令信息，然后解析指令信息获取控制指令，并将这些控制指令传递到主控模块。通信模块设置有以太网接口，用于实现该微型电网智能终端与微型电网系统控制器的连接。通信模块具有按照自定义的通信协议自动组合报文并转发，接收报文后自动解析并通知读取的功能，为主控模块减轻了数据组帧和解析的负担，大大提高了执行效率。在本实用新型的一个实施例中，所提供的与微型电网系统控制器通信的以太网接口为10/100Mbps以太网接口，可以满足与微型电网系统控制器之间的数据交换的速度，保证数据的实时上传与指令的快速下发。

在本微型电网智能终端中，主控模块可以通过数据采集控制模块采集微型电网中的不同设备的实时数据和断路器的运行状态，并对这些电网设备进行控制。同时该微型电网智能终端还包括有通信模块，通过通信模块中的以太网接口，可以向微型电网系统控制器上传模拟量、开关量、SOE变位和日志信息等，同时也可以接收微型电网系统控制器下发的控制策略指令信息，经过解析后通知主控模块进行读取命令并执行。该微型电网智能终端可以根据采集到的的数据、结合数据库的分析和微型电网系统控制器下发的控制策略指令信息，实现对分布式电源的优化控制。

上面对本实用新型所提供的微型电网智能终端进行了详细的说明，但并非对本实用新型的限制，例如本实用新型的实施并不局限于实施例中涉及的芯片型号和接口型号，本领域的一般技术人员可依据实际应用环境进行更改。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种微型电网智能终端，其特征在于：

所述微型电网智能终端包括主控模块、数据采集控制模块和通信模块，所述主控模块分别与所述数据采集控制模块和所述通信模块双向连接；其中，

所述主控模块用于控制微型电网智能终端的运行；

所述数据采集控制模块用于采集所连接的电网设备的实时数据，并对所述电网设备进行控制；

所述通信模块用于与微型电网系统控制器进行通信。

2.如权利要求1所述的微型电网智能终端，其特征在于：

所述主控模块包括主控芯片和存储单元。

3.如权利要求2所述的微型电网智能终端，其特征在于：

所述主控模块还包括用于用户输入操作控制的输入单元和用于对外输出运行状态和运行过程的输出单元。

4.如权利要求1所述的微型电网智能终端，其特征在于：

所述数据采集控制模块中具有RS 485接口，用于实现所述微型电网智能终端与微型电网中电网设备的连接。

5.如权利要求1所述的微型电网智能终端，其特征在于：

所述数据采集控制模块中具有以太网接口。

6.如权利要求1所述的微型电网智能终端，其特征在于：

所述数据采集控制模块中具有数字输入输出接口，用于实现所述微型电网智能终端与断路器的连接。

7.如权利要求6所述的一种微型电网智能终端，其特征在于：

所述数字输入输出接口中具有光电耦合器，用于实现所述微型电网智能终端的供电电源与所述断路器的控制电源之间的隔离。

8.如权利要求1所述的微型电网智能终端，其特征在于：

所述通信模块通过以太网接口与所述微型电网系统控制器连接。

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