CN202721498U - 一种基于pcc平台的微电网协调控制器 - Google Patents

一种基于pcc平台的微电网协调控制器 Download PDF

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吴福保
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周邺飞
赫卫国
孙鸿麟
张新龙
刘海璇
华光辉
张祥文
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Abstract

本实用新型提供一种基于PCC平台的微电网协调控制器，包括CPU处理模块（19）和CPU处理模块（19）控制连接的HUB模块（20）、串口通信模块（21）、数字量输入模块（22）和数字量输出模块（23）；所述CPU处理模块（19）通过所述HUB模块（20）连接外部的微电网能量管理系统（6）；所述CPU处理模块（19）通过所述串口通信模块（21）向外部的微电网就地控制器模块（24）发送运行控制指令或接收所述微电网就地控制器模块（24）发送的运行信息。实现对微电网的数据采集、数据处理、状态监测分析、运行控制和并/离网切换控制等。

Description

一种基于PCC平台的微电网协调控制器
技术领域
本实用新型涉及微电网系统控制领域，具体涉及一种基于PCC平台的微电网协调控制器。
背景技术
微电网是一种由分布式发电、储能和负荷共同组成的小型低压系统。微电网内部电源以清洁能源为主，主要由电力电子设备实现电能的变换。微电网通过控制实现网络内部的电力电量平衡，可并网或独立运行，相对于外部电网表现为单一的自治受控单元，能够满足用户对电能质量和供电安全方面的需求。
协调控制器作为微电网系统的核心控制设备，是连接微电网能量管理系统（MEMS）与微电网电源、储能、负荷等就地设备的中枢环节。协调控制器对微电网进行数据采集、数据处理、状态监测分析、运行控制、并/离网切换控制等，MEMS通过协调控制器获取微电网运行数据，并向协调控制器发送运行调度指令，指令再由协调控制器分解，并下发就地控制器执行。
由于微电网拓扑结构的多样性（微电网电源、储能、负荷具有不确定性），微电网协调控制器必须具备拓展的机构才能够适应控制要求。PCC（programmable computer controller，可编程计算机控制器）主要用于工业过程控制领域，采用标准模块化设计，模块可靠性高、扩展灵活，可以支持各种现场总线，并能够提供大量可定义I/O接口。
实用新型内容
本实用新型提供的一种基于PCC平台的微电网协调控制器，所述协调控制器（5）包括CPU处理模块（19）和CPU处理模块（19）控制连接的HUB模块（20）、串口通信模块（21）、数字量输入模块（22）和数字量输出模块（23）；
所述CPU处理模块（19）通过所述HUB模块（20）连接外部的微电网能量管理系统（6）；
所述CPU处理模块（19）通过所述串口通信模块（21）向外部的微电网就地控制器模块（24）发送运行控制指令或接收所述微电网就地控制器模块（24）发送的运行信息。
本实用新型提供的第一优选技术方案中：所述就地控制器模块（24）包括负荷控制器（25）、分布式发电单元控制器（26）和储能控制器（27）；
所述负荷控制器（25）包括敏感符合控制器（15）、可控负荷控制器（16）和可切负荷控制器（17），接收所述CPU处理模块（19）发送的运行指令执行投入或切除负荷（3）的操作，将负荷（3）的运行信息发送给所述CPU处理模块（19）；
所述分布式发电单元控制器（26）包括光伏逆变器（9）和风机逆变器（10），接收所述CPU处理模块（19）发送的运行指令执行转换发电单元运行方式和出力大小的操作，将分布式发电单元（1）的运行信息发送给所述CPU处理模块（19）；
所述储能控制器（27）包括BMS（11），接收所述CPU处理模块（19）发送的运行指令执行充放电的操作，将储能系统（2）的运行信息发送给所述CPU处理模块（19）。
本实用新型提供的第二优选技术方案中：所述数字量输入模块（22）连接各个支路的支路开关（18）、并网开关（4）和微电网手动控制装置（28），采集支路开关（18）和并网开关（4）的分/合闸状态信号、人工手动控制微电网手动控制装置（28）的开/停信号和微电网并/离网控制信号发送给所述CPU处理模块（19）。
本实用新型提供的第三优选技术方案中：所述数字量输出模块（23）连接各个支路的支路开关（18）、并网开关（4）和微电网故障报警装置（29），数字量输出模块（23）接收CPU处理模块（19）发出的支路开关（4）、并网开关（18）的分/闸控制指令和微电网报警、故障信号，控制微电网支路开关（4）和并网开关（18）的分合以及微电网故障报警装置（29）。
本实用新型提供的第四优选技术方案中：所述协调控制器（5）包括液晶显示模块（30）、CAN通信模块和功率模块；
所述液晶显示模块（30）通过所述HUB模块（20）与所述CPU处理模块（19）连接。
本实用新型提供的第五优选技术方案中：所述CPU处理模块（19）采用PCC的X20系列标准型CPU处理模块。
本实用新型提供的第六优选技术方案中：所述HUB模块（20）采用X20系列0AC808.9工业HUB模块。
本实用新型提供的第七优选技术方案中：所述数字量输入模块（22）X20系列DI9371模块。
本实用新型提供的第八优选技术方案中：所述数字量输出模块（23）采用X20系列DI9322模块。
本实用新型提供的第九优选技术方案中：所述液晶显示模块（30）采用昆仑通态TPC7062K液晶模块。
本实用新型提供的一种基于PCC平台的微电网协调控制器的有益效果包括：
1、判断微电网系统的工况状态。当微电网处于并网运行状态下，协调控制器根据外部命令执行相应的并网控制策略，实现预设的运行目标；当微电网处于离网运行状态下，协调控制器负责协调各设备有功/无功出力，维持系统稳定运行；当微电网处于转换暂态时，协调控制器安排各设备有序动作，顺利完成系统状态切换；
2、实现协调控制器和微电网能量管理系统之间的信息交互的任务；
3、实现协调控制器对通讯数据的采集处理的任务；
4、实现数字开关量输入采集，以及数字开关量的输出控制；
5、PCC易于扩展，协调控制装置可以根据微电网系统的实际规模和容量，对模块数量进行灵活配置；
6、实现PCC和液晶显示模块之间的信息交互，液晶显示模块提供了丰富且人性化的人机界面，画面通过组态方式显示微电网系统内各个设备的工作状态以及相关数据信息，液晶显示模块采用触摸控制，可以通过HUB模块下发微电网控制指令或者控制参数到微电网协调控制器。
附图说明
图1为典型400V低压母线微电网结构示意图；
图2为一种基于PCC平台的微电网协调控制器与外部设备连接的实施例一的示意图；
图3为一种基于PCC平台的微电网协调控制器与外部设备连接的实施例二的示意图。
其中1为发电单元；2为储能系统；3为负荷；4为并网开关；5为微电网协调控制器；6为微电网能量管理系统；7为光伏发电支路；8为风力发电支路；9为光伏逆变器；10为风机逆变器；11为BMS；12为敏感负荷支路；13为可控负荷支路；14为可切负荷支路；15为敏感负荷控制器；16为可控负荷控制器；17为可切负荷控制器；18为支路开关；19为CPU处理模块；20为HUB模块；21为串口通信模块；22为数字量输入模块；23为数字量输出模块；24为就地控制器模块；25为负荷控制器；26为分布式发电单元控制器；27为储能控制器；28为微电网手动控制装置；29为微电网故障报警装置；30为液晶显示模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1所示为典型400V低压母线微电网结构示意图，由图1可知，微电网包括分布式发电单元1、储能系统2、负荷3、并网开关4、微电网协调控制器5和微电网能量管理系统6，微电网协调控制器5控制连接分布式发电单元1、储能系统2、负荷3、并网开关4和微电网能量管理系统6。
分布式发电单元通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化发电单元，主要以光伏发电和风力发电为主。分布式发电单元1包括光伏发电支路7和风力发电支路8，光伏发电支路7上串有光伏逆变器9，风力发电支路8上串有风机逆变器10。
储能系统主要实现能量的储存、释放和快速功率交换。储能系统2包括电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS）11，该BMS 11控制连接PCS和电池堆。
负荷3包括敏感负荷支路12、可控负荷支路13和可切负荷支路14，各个负荷支路上均设置有负荷控制器，负荷控制器包括敏感符合控制器15、可控负荷控制器16和可切负荷控制器17。
微电网能量管理系统6收集分析微电网协调控制器5发送的微电网系统运行信息，评估当前微电网运行状态，通过优化计算形成综合运行控制指令，下发给微电网协调控制器5。
光伏发电支路7、风力发电支路8、储能系统2、敏感负荷支路12、可控负荷支路13和可切负荷支路14上均串有支路开关18。各个支路的支路开关18均与并网开关4连接。
实施例一：
如图2所示为本实用新型提供的一种基于PCC平台的微电网协调控制器与外部设备连接的实施例一的示意图。
微电网协调控制器5包括CPU处理模块19和CPU处理模块19控制连接的HUB模块20、串口通信模块21、数字量输入模块22和数字量输出模块23。
CPU处理模块19是整个设备的核心，运行整个协调控制程序，在较短时间内对HUB模块20、串口通信模块21、数字量输入模块22和数字量输出模块23的信息进行分析处理，实时判断微电网系统的运行状态，确定系统下一步的运行计划，并通过串口通信模块21和数字量输出模块23等来下发控制指令。该CPU处理模块19采用PCC的X20系列标准型CPU处理模块，该模块循环周期短，并且能够处理大量数据以及浮点运算。
HUB模块20用于Ethernet端口扩展，便于微电网协调控制器5与微电网能量管理系统6等通信设备之间以太网通讯。微电网协调控制器5通过以太网接口读取微电网能量管理系统6的综合控制命令，并上送微电网系统内各设备实时运行数据。该HUB模块20采用X20系列0AC808.9工业HUB模块。
微电网能量管理系统6通过HUB模块20与CPU处理模块19连接，将控制指令通过HUB模块20下发给CPU处理模块19，同时CPU处理模块19将微电网系统的运行信息通过HUB模块20发送给微电网能量管理系统6。
微电网的就地控制器模块24通过串口通信模块21与CPU处理模块19连接，微电网能量管理系统6下发给微电网协调控制器5的运行控制指令，通过计算分解成各就地设备的指令，通过串口通信模块21发送给就地控制器模块24里的各个就地控制器执行，实现并网、离网的稳定运行以及模式切换。
串口通信模块21用于协调控制器与串行接口（Serial Interface）设备通讯。协调控制器通过串口通信模块读取就地控制器模块里的各个就地控制器的状态信息，并将通过优化计算形成综合运行控制指令下达各个就地控制器。不同类型的就地控制器除了可以采用串口方式外，也可以采用以太网或者方式，可以根据需要选择不同功能通信模块。
实施例二：
如图3所示为本实用新型提供的一种基于PCC平台的微电网协调控制器与外部设备连接的实施例二的示意图，就地控制器模块24包括负荷控制器25、分布式发电单元控制器26和储能控制器27。
负荷控制器25接收微电网协调控制器5下发的指令，执行投入或切除负荷的操作，同时将负荷3运行信息实时上送至微电网协调控制器5，为负荷3制定运行控制策略提供参考。负荷控制器25包括敏感符合控制器15、可控负荷控制器16和可切负荷控制器17。
分布式发电单元控制器26接受微电网协调控制器5下发的指令，调整其并网接口的控制信号，转换分布式发电单元运行方式和出力大小，满足微电网实时运行需要，同时将分布式发电单元1运行数据按时发送给微电网协调控制器。分布式发电单元控制器26包括光伏发电支路7上的光伏逆变器9和风力发电支路8上的风机逆变器10。
储能控制器27执行微电网协调控制器5下发的指令曲线，进行充放电操作，起到稳定分布式发电输出，为系统削峰填谷的作用，同时将储能系统2实时运行信息发送给微电网协调控制器5。储能控制器27包括BMS 11。
优选的，数字量输入模块22连接各个支路的支路开关18、并网开关4和微电网手动控制装置28，采集微电网支路开关18和并网开关4的分/合闸状态信号、人工手动控制装置28的开/停信号以及微电网并/离网控制信号等，并将采集的信号输入CPU处理模块。该数字量输入模块22采用X20系列DI9371模块。
优选的，数字量输出模块23连接各个支路的支路开关18、并网开关4和微电网故障报警装置29，数字量输出模块23接收CPU处理模块19发出的微电网支路开关18、并网开关4的分/闸控制指令，转换成数字信号输出，控制微电网支路开关18和并网开关4分合，同时还接收CPU处理模块19发出的微电网报警、故障信号，并转换成数字信号输出到微电网故障报警装置29。该数字量输出模块23采用X20系列DI9322模块。
本实用新型提供的微电网协调还可以包括液晶显示模块30、CAN通信模块和功率模块，由于PCC易于扩展，协调控制装置可以根据微电网系统的实际规模和容量，对模块数量进行灵活配置。
液晶显示模块30通过HUB模块20与CPU处理模块连接19，液晶显示模块30通过HUB模块20从微电网协调控制器5获取微电网信息。液晶显示模块30提供了丰富且人性化的人机界面，画面通过组态方式显示微电网系统内各个设备的工作状态以及相关数据信息。液晶显示模块30采用触摸控制，可以通过HUB模块20下发微电网控制指令或者控制参数到微电网协调控制器5。该液晶显示模块30采用了昆仑通态TPC7062K液晶模块。
以上虽然根据附图对本实用新型的实例进行了详细说明，但不仅限于此具体实施方式，本领域的技术人员根据此具体技术方案进行的各种等同、变形处理，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PCC平台的微电网协调控制器，其特征在于，所述协调控制器（5）包括CPU处理模块（19）和CPU处理模块（19）控制连接的HUB模块（20）、串口通信模块（21）、数字量输入模块（22）和数字量输出模块（23）；
所述CPU处理模块（19）通过所述HUB模块（20）连接外部的微电网能量管理系统（6）；
所述CPU处理模块（19）通过所述串口通信模块（21）向外部的微电网就地控制器模块（24）发送运行控制指令或接收所述微电网就地控制器模块（24）发送的运行信息。
2.如权利要求1所述的协调控制器，其特征在于，所述就地控制器模块（24）包括负荷控制器（25）、分布式发电单元控制器（26）和储能控制器（27）；
所述负荷控制器（25）包括敏感符合控制器（15）、可控负荷控制器（16）和可切负荷控制器（17），接收所述CPU处理模块（19）发送的运行指令执行投入或切除负荷（3）的操作，将负荷（3）的运行信息发送给所述CPU处理模块（19）；
所述分布式发电单元控制器（26）包括光伏逆变器（9）和风机逆变器（10），接收所述CPU处理模块（19）发送的运行指令执行转换发电单元运行方式和出力大小的操作，将分布式发电单元（1）的运行信息发送给所述CPU处理模块（19）；
所述储能控制器（27）包括BMS（11），接收所述CPU处理模块（19）发送的运行指令执行充放电的操作，将储能系统（2）的运行信息发送给所述CPU处理模块（19）。
3.如权利要求1所述的协调控制器，其特征在于，所述数字量输入模块（22）连接各个支路的支路开关（18）、并网开关（4）和微电网手动控制装置（28），采集支路开关（18）和并网开关（4）的分/合闸状态信号、人工手动控制微电网手动控制装置（28）的开/停信号和微电网并/离网控制信号发送给所述CPU处理模块（19）。
4.如权利要求1所述的协调控制器，其特征在于，所述数字量输出模块（23）连接各个支路的支路开关（18）、并网开关（4）和微电网故障报警装置（29），数字量输出模块（23）接收CPU处理模块（19）发出的支路开关（4）、并网开关（18）的分/闸控制指令和微电网报警、故障信号，控制微电网支路开关（4）和并网开关（18）的分合以及微电网故障报警装置（29）。
5.如权利要求1所述的协调控制器，其特征在于，所述协调控制器（5）包括液晶显示模块（30）、CAN通信模块和功率模块；
所述液晶显示模块（30）通过所述HUB模块（20）与所述CPU处理模块（19）连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的协调控制器，其特征在于，所述CPU处理模块（19）采用PCC的X20系列标准型CPU处理模块。
7.如权利要求1-5任一项所述的协调控制器，其特征在于，所述HUB模块（20）采用X20系列0AC808.9工业HUB模块。
8.如权利要求1-5任一项所述的协调控制器，其特征在于，所述数字量输入模块（22）X20系列DI9371模块。
9.如权利要求1-5任一项所述的协调控制器，其特征在于，所述数字量输出模块（23）采用X20系列DI9322模块。
10.如权利要求1-5任一项所述的协调控制器，其特征在于，所述液晶显示模块（30）采用昆仑通态TPC7062K液晶模块。
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