CN205791564U - 一种含多类风机的海岛多微网硬件系统 - Google Patents

一种含多类风机的海岛多微网硬件系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型是一种含多类风机的海岛多微网硬件系统。该系统包括一次系统与二次系统：一次系统包括多微网母线、风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备，风力发电系统包含笼型异步风力发电系统和双馈异步风力发电系统两种类型；二次系统是海岛多微网的控制系统，主要包括区域型中央控制器和微电网中央控制器。本实用新型建立一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，对开展海岛多微网系统规划设计、模式切换和优化运行的研究具有重要的工程应用价值。

Description

一种含多类风机的海岛多微网硬件系统
技术领域
本实用新型属于微电网领域，具体涉及一种含多类风机的海岛多微网硬件系统。
背景技术
大部分海岛缺少石油、煤炭等一次能源的支撑，且远离主网运行调度的影响范围，其用电需求与安全保障成为难以解决的问题。随着电力电子技术、分布式储能等技术的发展，结合微型电网单点接入、运行模式灵活等显著的优点，各国的海岛电网已从单纯依靠柴油发电机等旋转发电设备供电，转向风能、太阳能等多种清洁能源相结合的海岛微电网。
此外，随着海岛微电网工程的大规模建成，一定区域内多个邻近微网因互联互供所需将形成海岛多微网系统。目前我国在海岛多微网系统方面的研究和现场运行经验较少，随着海岛微电网进入快速发展阶段，有必要发展一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，以开展海岛多微网的关键技术研究。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为：201220002686.4，名称为：一种实验室用的微电网系统，该申请内的微电网系统只包括一次系统，未涉及二次系统设计，微电网系统不具备完善的功能，而且该申请内的微电网系统为单微网，不适用多微网的关键技术研究；中国专利申请号为：201510606883.5，名称为：一种含串联和并联结构的光储型多微网系统，该申请内的多微网系统属于并网型多微网，没有涉及风力发电系统和柴油发电系统，负荷不包含海岛中常见的淡化系统和蓄冷系统，不适用海岛多微网的研究。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，包含笼型异步风力发电系统和双馈异步风力发电系统，负荷设备考虑了淡化系统和蓄冷系统，对开展海岛多微网系统的规划设计、模式切换和优化运行研究具有重要意义。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，包括一次系统与二次系统。
所述一次系统包括多微网母线、风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备；风力发电系统包括笼型异步风力发电系统和双馈异步风力发电系统；光伏发电系统、储能系统、笼型异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第一子微网母线相连接，形成第一子微网，第一子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；柴油发电系统、储能系统、双馈异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第二子微网母线相连接，形成第二子微网，第二子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、笼型异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第三子微网母线相连接，形成第三子微网，第三子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；第一子微网、第二子微网和第三子微网构成并联型海岛多微网。
进一步地，所述二次系统是主控硬件采用ARM芯片stm32F745的海岛多微网控制系统，主要包括区域型中央控制器和微电网中央控制器，两者都具有底层设备通信模块、终端通信模块、DI（Digital input，数字量输入）模块、DO（Digital Output，数字量输出）模块、AI（Analog input，模拟量输入）模块、AO（Analog Output，模拟量输出）模块和温度模块。
进一步地，所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统中，笼型异步风力发电系统由风电系统配电箱、控制器和笼型异步发电机组成；双馈异步风力发电系统由风电系统配电箱、控制器和双馈异步发电机组成；光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；柴油发电系统由柴油发电机组成；储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；负荷设备包括灯泡组、蓄冷系统、电动机和淡化系统。
进一步地，笼型异步风力发电系统中风电系统配电箱与控制器相连，控制器与笼型异步发电机组成；双馈异步风力发电系统中风电系统配电箱与控制器相连，控制器与双馈异步发电机组成；光伏发电系统中光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接；柴油发电系统中柴油发电机通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接；储能系统中串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接；负荷设备中灯泡组、蓄冷系统、电动机和淡化系统均各自通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接。
进一步地，所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统中，微电网中央控制器底层设备通信模块从风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备端采集数据并下达通信控制指令；微电网中央控制器终端通信模块传输数据至区域型中央控制器，并接收区域型中央控制器的控制指令；微电网中央控制器DI模块采集所有断路器状态；微电网中央控制器DO模块输出继电器控制信号；微电网中央控制器AI模块采集光照强度、风速信号；微电网中央控制器AO模块为备用输出；微电网中央控制器温度模块采集环境温度数据；区域型中央控制器终端通信模块接收微电网中央控制器传输的数据，并下达控制指令。
系统工作原理如下：
海岛多微网的微电网中央控制器通过底层设备通信模块实时采集风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备的运行数据（储能系统荷电状态、可控负荷总有功、完全可切除负荷总有功、分布式电源出力、各断路器开关状态、子微网运行状态），再通过终端通信模块传输数据至区域型中央控制器；区域型中央控制器对接收的数据进行统计分析，经决策后向微电网中央控制器发送控制指令，微电网中央控制器再向风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备下达指令，确定相关分布式电源的出力、负荷的投切以及各子微网的并离网控制，实现海岛多微网功率实时平衡控制、运行优化和模式切换。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和显著效果：本实用新型建立一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，可实时监控海岛多微网各分布式电源和负荷的实时运行状态，对开展多微网系统能量优化管理有重要工程应用价值；同时，海岛多微网的控制系统根据接收的底层设备实时运行数据，确定相关分布式电源的出力、负荷的投切以及各子微网的并离网控制，可快速验证多微网功率实时平衡控制、运行优化和模式切换策略的有效性。
附图说明
图1是一种含多类风机的海岛多微网硬件系统电气拓扑图。
图2是含多类风机的海岛多微网控制装置的功能架构图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例详细说明本实用新型的技术方案，以便更清楚、直观地理解本实用新型实质，本实用新型主要是对硬件结构提出的技术方案，涉及的软件部分是本领域技术人员可参照现有技术编程实现的。
图1是一种含多类风机的海岛多微网硬件系统电气拓扑图。
一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，其包括一次系统与二次系统。
所述一次系统包括多微网母线、风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备；风力发电系统包括笼型异步风力发电系统和双馈异步风力发电系统；光伏发电系统、储能系统、笼型异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第一子微网母线相连接，形成第一子微网，第一子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；柴油发电系统、储能系统、双馈异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第二子微网母线相连接，形成第二子微网，第二子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、笼型异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第三子微网母线相连接，形成第三子微网，第三子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；第一子微网、第二子微网和第三子微网构成并联型海岛多微网。
所述二次系统是主控硬件采用芯片stm32F745的海岛多微网控制系统，主要包括区域型中央控制器和微电网中央控制器，两者都具有底层设备通信模块、终端通信模块、DI（Digital input，数字量输入）模块、DO（Digital Output，数字量输出）模块、AI（Analog input，模拟量输入）模块、AO（Analog Output，模拟量输出）模块和温度模块。
所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统中，笼型异步风力发电系统由风电系统配电箱、控制器和笼型异步发电机组成；双馈异步风力发电系统由风电系统配电箱、控制器和双馈异步发电机组成；光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；柴油发电系统由柴油发电机组成；储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；负荷设备包括灯泡组、蓄冷系统、电动机和淡化系统。
笼型异步风力发电系统中风电系统配电箱与控制器相连，控制器与笼型异步发电机组成；双馈异步风力发电系统中风电系统配电箱与控制器相连，控制器与双馈异步发电机组成；光伏发电系统中光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接；柴油发电系统中柴油发电机通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接；储能系统中串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接；负荷设备中灯泡组、蓄冷系统、电动机和淡化系统均各自通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接。
作为一种实例，所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统中，微电网中央控制器底层设备通信模块从风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备端采集数据并下达通信控制指令；微电网中央控制器终端通信模块传输数据至区域型中央控制器，并接收区域型中央控制器的控制指令；微电网中央控制器DI模块采集所有断路器状态；微电网中央控制器DO模块输出继电器控制信号；微电网中央控制器AI模块采集光照强度、风速信号；微电网中央控制器AO模块为备用输出；微电网中央控制器温度模块采集环境温度数据；区域型中央控制器终端通信模块接收微电网中央控制器传输的数据，并下达控制指令。
图2是含多类风机的海岛多微网控制装置的功能架构图。
作为优选实施方式，用于该海岛多微网的相关配置如下：
主控硬件：芯片stm32F745，基于高性能的ARM®Cortex™-M7的32位RISC内核，工作频率高达216MHz，并带有1M的高速Flash和320K的SRAM；
通信模块：包括以太网通信模块、RS485通信模块和CAN通信模块，其中以太网电平转换模块采用芯片DP83848C，RS485电平转换模块采用芯片ADM2483，CAN差分电平转换模块采用芯片PCA82C50；
DI模块：型号DI9372，12路数字输入，24Vdc，采集所有断路器状态；
DO模块：型号DO9321，12路数字输出，24Vdc\0.5A，输出继电器控制信号；
AI模块：型号AI4632，4路模拟输入，可自定义为±10V或0-20mA，16-bit分辨率，采集光照强度、风速信号；
AO模块：型号AO4632，4路模拟输出，可自定义为±10V或0-20mA，16-bit分辨率，备用输出；
温度模块：型号AT6402，6路温度输入，采集环境温度数据。
系统工作原理如下：
海岛多微网的微电网中央控制器通过底层设备通信模块实时采集风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备的运行数据（储能系统荷电状态、可控负荷总有功、完全可切除负荷总有功、分布式电源出力、各断路器开关状态、子微网运行状态），再通过终端通信模块传输数据至区域型中央控制器；区域型中央控制器对接收的数据进行统计分析，经决策后向微电网中央控制器发送控制指令，微电网中央控制器再向风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备下达指令，确定相关分布式电源的出力、负荷的投切以及各子微网的并离网控制，实现海岛多微网功率实时平衡控制、运行优化和模式切换。
本实用新型建立一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，可实时监控海岛多微网各分布式电源和负荷的实时运行状态，对开展多微网系统能量优化管理有重要工程应用价值；同时，海岛多微网的控制系统根据接收的底层设备实时运行数据，确定相关分布式电源的出力、负荷的投切以及各子微网的并离网控制，可快速验证多微网功率实时平衡控制、运行优化和模式切换策略的有效性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1. 一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，其特征在于，包括一次系统与二次系统：
所述一次系统包括多微网母线、风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统和负荷设备；风力发电系统包括笼型异步风力发电系统和双馈异步风力发电系统；光伏发电系统、储能系统、笼型异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第一子微网母线相连接，形成第一子微网，第一子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；柴油发电系统、储能系统、双馈异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第二子微网母线相连接，形成第二子微网，第二子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；光伏发电系统、柴油发电系统、储能系统、笼型异步风力发电系统和负荷设备通过断路器和接触器与第三子微网母线相连接，形成第三子微网，第三子微网母线依次通过断路器、接触器、并离网开关与多微网母线连接；第一子微网、第二子微网和第三子微网构成并联型海岛多微网；
所述二次系统是海岛多微网控制系统，包括区域型中央控制器和微电网中央控制器，两者都具有底层设备通信模块、终端通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和温度模块。
2. 如权利要求1所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，其特征在于，区域型中央控制器采用ARM芯片stm32F745，微电网中央控制器采用ARM芯片stm32F745。
3. 如权利要求1所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，其特征在于，所述笼型异步风力发电系统由风电系统配电箱、控制器和笼型异步发电机组成；所述双馈异步风力发电系统由风电系统配电箱、控制器和双馈异步发电机组成；所述光伏发电系统由光伏电池板、光伏直流配电箱和光伏逆变器组成；所述柴油发电系统由柴油发电机组成；所述储能系统由锂电池组和储能双向变流器组成；所述负荷设备包括灯泡组、蓄冷系统、电动机和淡化系统。
4. 如权利要求1所述的一种含多类风机的海岛多微网硬件系统，其特征在于，所述笼型异步风力发电系统中风电系统配电箱与控制器相连，控制器与笼型异步发电机组成；所述双馈异步风力发电系统中风电系统配电箱与控制器相连，控制器与双馈异步发电机组成；所述光伏发电系统中光伏电池板与光伏直流配电箱相连，光伏直流配电箱与光伏逆变器相连接；所述柴油发电系统中柴油发电机通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接；所述储能系统中串联后的锂电池组与储能双向变流器相连接；所述负荷设备中灯泡组、蓄冷系统、电动机和淡化系统均各自通过一个断路器和一个接触器与微电网母线相连接。
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