CN205385292U - 电力系统可靠性运行管理控制系统 - Google Patents

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凤志民
李从飞
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Abstract

本实用新型公开了一种电力系统可靠性运行管理控制系统，包括整流发电机组、飞轮机组、负载和控制模块，市电通过可控整流器向整流发电机组提供直流电，整流发电机组发出的直流电经过总开关传送至直流母线，向飞轮机组和负载供电，飞轮机组并联于直流母线上，控制模块通过采集系统工作参数控制飞轮机组的工作模式切换。本实用新型通过各变换器的协调控制，在各模式之间切换，以维持母线电压的恒定，实现能量的平衡，保证系统的正常运行。

Description

电力系统可靠性运行管理控制系统
技术领域
本实用新型属于微电网能量管理技术领域，具体涉及一种电力系统可靠性运行管理控制系统。
背景技术
电网规模日益扩大,电网事故的后果也越来越严重，电力系统的可靠性和风险问题受到了越来越多的关注。微电网将发电系统、储能系统和负荷相结合，通过相关控制装置之间的配合，可以同时向用户提供电能和热能，并能够适时的有效支撑起大电网，起到消峰填谷的作用。但是，面对微电网的接入，对大电网也存在着冲击，面临严重的电压品质问题；如大功率负载投切引起全网电压波动，对用电设备造成冲击影响；推进变频器等电力电子变流装置向主网引入谐波干扰，对并网运行的敏感负载造成影响。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种电力系统可靠性运行管理控制系统，通过分层的控制策略，上层控制和下层控制，完成微电网在多个工作模式之间的切换。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,包括整流发电机组、飞轮机组、负载和控制模块，市电通过可控整流器向整流发电机组提供直流电，整流发电机组发出的直流电经过总开关传送至直流母线，向飞轮机组和负载供电，飞轮机组并联于直流母线上，控制模块通过采集系统工作参数控制飞轮机组的工作模式切换。所述飞轮机组包括三相全控桥逆变电路、直流并联电容、储能电机和飞轮，直流并联电容并联于直流母线上，三相全控桥逆变电路驱动储能电机，飞轮直接耦合在电机转子上，三相全控桥逆变电路的各桥臂开关管的开断由控制模块控制。所述控制系统还包括三相全控桥逆变电路故障诊断电路，三相全控桥逆变电路各相的中节点通过分压和限流电阻连接一个运算放大器，运算放大器的输出端连接光电耦合器，桥臂上其中一个开关管开关信号和光电耦合器的输出端送入逻辑“与”运算器，光电耦合器的输出端经过逻辑“非”后与另一个开关管的开关信号送入逻辑“与”运算器输出。所述整流发电机组包括直流电动机DM、起动器、十二相同步整流发电机SG和一套负责监视、控制机组运行的集控台组成，直流电动机DM励磁绕组串联了可调电阻，电阻值可手动控制，通过调节电机DM励磁电流，实现转速调节，以拖动12相整流发电机SG至额定转速，再通过外接直流电源手动调节12相发电机SG励磁，以控制发电机输出的直流电压。所述控制模块包括采样调理电板、主控制板、供电电源板和显示终端，采样调理电板包括传感器和放大调理电路，主控制板包括了STM32和FPGA两块控制芯片，STM32控制采样调理电板的数据采样、打包上传、DC-AC变换控制，FPGA根据采集到的传感器数据，控制各个继电器的开合实现飞轮储能系统的工作模式切换。所述传感器采样数据包括储能电机的两相线电流、直流母线电压和飞轮转速。
发明有益效果是:本实用新型通过各变换器的协调控制，在各模式之间切换，以维持母线电压的恒定，实现能量的平衡，保证系统的正常运行。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本实用新型的具体实施方式的飞轮储能装置结构图。
图2是本实用新型的具体实施方式的微电网的结构图。
图3是本实用新型的具体实施方式的变流器故障诊断电路。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本实用新型的微电网采用飞轮储能来调节电网波动，微电网包括整流发电机组、飞轮机组、负载和控制模块组成，图1为本实用新型的飞轮储能装置结构图，飞轮储能装置包括变流器、异步电机和飞轮部分组成，飞轮储能装置并联于直流母线，由变流器驱动储能电机，飞轮直接耦合在电机转子上，变流器采用三相全控桥拓扑结构，能够实现能量的双向流动，由于飞轮储能装置的设计要求电机具备较强的瞬时过载能力、较长的稳定使用寿命和较大的转速波动范围，选用结构简单、维护方便、可靠性强、能量密度高的龙型异步电机，大直径钢质飞轮可以增大转动惯量，因此本实用新型采用大直径钢质飞轮。
如图2所示，为本实用新型微电网的结构图，380V市电通过可控整流器转换为直流电输出，向整流发电机组提供200V直流电。整流发电机组由一台直流电动机DM、一套起动器(KC1、KC2、KC)、一台十二相同步整流发电机SG和一套负责监视、控制机组运行的集控台组成，向500V直流母线供电，其中，直流电动机DM励磁绕组串联了可调电阻，电阻值可手动控制，通过调节电机DM励磁电流，实现转速调节，以拖动12相整流发电机SG至额定转速(1500r/min)，再通过外接直流电源手动调节12相发电机SG励磁，以控制发电机输出的直流电压。
发电机发出的500V直流电经过整流桥和总开关K1传送至直流母线，分别向飞轮异步电机和电阻负载供电。飞轮机组由三相全控桥逆变电路、直流并联电容、三相异步电机和飞轮组成。其中，各桥臂开关管的开断由控制模块控制。飞轮固定在异步电机转子轴上，采用SVPWM控制，通过6个开关管从直流网侧吸收能量并储存，直流母线电压跌落时，通过续流二极管将能量传回直流网侧。
三相全控桥变流器因长时间工作在高频、高温状态，易损坏的器件，为了确定变流器的故障位置，本实用新型设置了故障诊断电路，如图3所示，以A相桥臂为例，在T1故障下，当A相电流ia为正开关信号时，A相上下桥臂电压均与正常值不同。与此类似，T2故障分析也能获得各自故障的定位信息，图2为A相桥臂开路故障诊断电路。图中R1、R2为分压电阻，用于获取A相桥臂电压；U1是TL0741型运算放大器，用于驱动光耦U2；和为故障诊断电路输出信号，经锁存后就可记录故障信息，Sa+、Sa-为开关信号。
正常运行时T1、T2电压为在T1发生开路故障时，当电流ia＞0时，开关信号Sa+不能使T1导通，从A相桥臂流出的电流只能通过T2的反向二极管续流，此时(Udc为直流侧电压)。结合图2可知，此时运算放大器U1不能驱动光耦U2，u0输出为高电平，u0与开关信号进行逻辑“与”运算后为‘1’，即T1的故障诊断信号输出为高电平；同理，在T2发生开路故障且电流ia＜0时，则输出为高电平。因此无论哪个桥臂发生开路故障，或者上下桥臂同时发生开路，该诊断电路都能有效地识别故障桥臂的位置。
飞轮储能微网电力系统可以工作在三种工作模式下，即充电模式、放电模式和保持模式，充电模式下，电网向飞轮储能系统供电，飞轮储能电机作电动机运行，变流器工作在逆变状态，控制电能输入，使飞轮储能电机上升到指定转速。在放电模式：飞轮储能系统向电网馈能，飞轮储能电机作发电机运行，变流器工作在整流状态，控制电能回馈，使飞轮储能电机下降到指定转速。在保持模式：飞轮电机依靠自身惯性维持恒速运行，处于旁路状态，仅从电网吸收最小能量以克服运行损耗。
控制模块硬件电路包括采样调理电板、主控制板、供电电源板和显示终端，主控制板包括了STM32和FPGA两块控制核心，采样调理电板包括3路传感器和放大调理电路，STM32核心主要实现了异步电机的两相线电流、直流母线电压和飞轮转速的数据采样、采样数据打包上传、DC-AC变换控制的功能，FPGA控制继电器开关信号的输出。根据采集到的传感器数据，在STM32中完成系统工作模式的判别，工作模式确定，通过FSMC总线将具体的控制命令传递到FPGA，实行具体的命令，控制各个继电器的开合。通过上层控制和下层控制的协调配合，可以高效完成各种不同工作模式之间的切换，并保持直流母线电压的恒定。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,包括整流发电机组、飞轮机组、负载和控制模块，市电通过可控整流器向整流发电机组提供直流电，整流发电机组发出的直流电经过总开关传送至直流母线，向飞轮机组和负载供电，飞轮机组并联于直流母线上，控制模块通过采集系统工作参数控制飞轮机组的工作模式切换。
2.根据权利要求1所述的电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,所述飞轮机组包括三相全控桥逆变电路、直流并联电容、储能电机和飞轮，直流并联电容并联于直流母线上，三相全控桥逆变电路驱动储能电机，飞轮直接耦合在电机转子上，三相全控桥逆变电路的各桥臂开关管的开断由控制模块控制。
3.根据权利要求2所述的电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,所述控制系统还包括三相全控桥逆变电路故障诊断电路，三相全控桥逆变电路各相的中节点通过分压和限流电阻连接一个运算放大器，运算放大器的输出端连接光电耦合器，桥臂上其中一个开关管开关信号和光电耦合器的输出端送入逻辑“与”运算器，光电耦合器的输出端经过逻辑“非”后与另一个开关管的开关信号送入逻辑“与”运算器输出。
4.根据权利要求1所述的电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,所述整流发电机组包括直流电动机DM、起动器、十二相同步整流发电机SG和一套负责监视、控制机组运行的集控台组成，直流电动机DM励磁绕组串联了可调电阻，电阻值可手动控制，通过调节电机DM励磁电流，实现转速调节，以拖动12相整流发电机SG至额定转速，再通过外接直流电源手动调节12相发电机SG励磁，以控制发电机输出的直流电压。
5.根据权利要求1所述的电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,所述控制模块包括采样调理电板、主控制板、供电电源板和显示终端，采样调理电板包括传感器和放大调理电路，主控制板包括了STM32和FPGA两块控制芯片，STM32控制采样调理电板的数据采样、打包上传、DC-AC变换控制，FPGA根据采集到的传感器数据，控制各个继电器的开合实现飞轮储能系统的工作模式切换。
6.根据权利要求5所述的电力系统可靠性运行管理控制系统，其特征在于,所述采集到的传感器数据包括储能电机的两相线电流、直流母线电压和飞轮转速。
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