CN207835071U - 微电网控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种微电网控制系统，包括中央控制器、与所述中央控制器相连的多个子控制器、以及分别连接到所述多个子控制器上的多个受控单元，其中，所述中央控制器用于对微电网进行整体控制，所述子控制器收集来自所述受控单元的信息，将所述信息发送给所述中央控制器并从所述中央控制器接收针对所述受控单元的控制指令，将所述控制指令发送给所述受控单元以使其执行相关的操作，所述中央控制器、所述子控制器以及所述受控单元之间通过高速总线进行连接。根据本实用新型的微电网控制系统，能够解决微网单元间协同工作性能差问题，提升微网系统的控制性能，改善系统的健壮性。
Description
技术领域
本实用新型涉及微电网，具体涉及一种微电网控制系统。
背景技术
人们日常使用的电力大多由各种发电厂(例如核电厂、火力发电厂、水力发电厂等)发电，经过电网的输送进行供给的。但是，这种方式不能覆盖所有地区。例如对于偏远山区，架设大规模的电力输送网络代价高昂；而对于海岛等地形，更是严重受限于自然条件。因此，在这些地区要借助其他形式的发电来提供电力。例如：燃料电池、生物能发电、太阳能发电、风力发电、蓄电热装置等。由于这些发电装置以及储能装置的品类繁多，如何对他们进行有效协调和控制显得至关重要。
作为解决方案之一，近年来，微电网在世界各国受到广泛关注。微电网(Micro-Grid)，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。
由于微电网上连接了数量众多的分布式电源，且这些电源的类型复杂，工作情况迥异，因此，如何协调好他们之间的工作关系至关重要。一种能够对需求做出及时响应，并能灵活高效地协调各分布电源之间协作的微电网是备受期待的。
实用新型内容
本实用新型着眼于提供一种能够提升控制性能，改善系统健壮性的微电网控制系统。
现有微电网控制系统中的中央控制器和子控制器通过低速总线通信连接。中央控制器无法完成对各个子控制单元的快速控制，使得系统中各单元的协调工作性能较差。
当使用现有技术时，源要直到母线电压上升到一定程度时才意识到功率不平衡，然后才开始降功率。由于直流母线电容非常大，等待电压发生足够大的变化所需要的时间很长，这导致达到新的平衡所耗费的时间很长。而且现有技术需要依赖母线电压的波动才能实现功率的均衡，母线频繁波动对器件寿命也是不利的。
针对上述问题，本申请的设计人创造性地提出了利用高速总线的代替低速总线的解决方案，结合控制器的分布式布局，能够极大提升微电网控制系统的性能。
根据实用新型的一个方式的种微电网控制系统，包括中央控制器、与所述中央控制器相连的多个子控制器、以及分别连接到所述多个子控制器上的多个受控单元，其中，所述中央控制器用于对微电网进行整体控制，所述子控制器收集来自所述受控单元的信息，将所述信息发送给所述中央控制器并从所述中央控制器接收针对所述受控单元的控制指令，将所述控制指令发送给所述受控单元以使其执行相关的操作，所述中央控制器、所述子控制器以及所述受控单元之间通过高速总线进行连接。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述多个子控制器以串联连接的方式被连接到所述中央控制器上。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述多个子控制器中的一个子控制器连接并网AC/DC变换器以及孤网DC/AC变换器。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述多个子控制器中的另一个子控制器连接电池DC/DC变换器、超容DC/DC变换器、柴油发电机DC/DC变换器、第一光伏DC/DC变换器、第二光伏DC/DC 变换器以及预留DC/DC变换器。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述多个子控制器中的另一个子控制器连接制动变换器、第一直流风机DC/DC变换器、第二直流风机DC/DC变换器以及交流风机AC/DC变换器。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述多个子控制器以并列连接的方式被连接到所述中央控制器上。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述高速总线是工业以太网总线。
根据本实用新型的另一方式的微电网控制系统，其中，所述子控制器与所述受控单元之间设置有模式切换开关，能够将所述子控制器和所述受控单元之间的信号交互切换至PWM模式或滞环模式。
附图说明
从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本实用新型的微电网控制系统的结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例中的微电网控制系统的结构示意图；
图3是本实用新型的微电网控制系统的一个具体实施方式的结构示意图；
图4是表示本实用新型中子控制器的工作原理的示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1是本实用新型的微电网控制系统的结构示意图。如图1所示，微电网控制系统100包括：中央控制器CU；多个(N个)子控制器S1、S2、……、SN；以及与该多个子控制器分别连接的多个(N个)受控单元 U1、U2、……、UN。其中，中央控制器CU承担着对整个系统进行整体控制的功能，所述中央控制器CU通过高速总线与各子控制器S连接，接收来自子控制器S的检测信号，并能够将针对各受控单元的控制指令发送给各子控制器S。受控单元U的数量和类型可以根据具体情况来设置。所述子控制器S通过高速总线与受控单元U相连接，能够与该受控单元进行信号交互，收集来自该受控单元U的信息并可根据中央控制器CU的指示向受控单元U发出操作指令。这里，中央控制器CU、子控制器S以及受控单元U之间均通过高速总线连接。高速总线可采用现有已知的总线，可根据具体工作场景选择合适的高速总线。例如，可以是工业以太网 (Profinet)总线等。
子控制器S与各受控单元U相连，采集信息并转发给中央控制器，同时接收中央控制器下发的控制数据，经处理后输出控制指令给各受控单元 U。中央控制器统一调度所有子控制器，在系统功率分配出现波动时，能迅速调动相应的子控制器作出补偿。比如当负载突然出现波动时，负载电流会立即波动。中央控制器通过高速总线迅速捕获负载波动信息，随即向正在工作的源发送降功率指令，源收到指令后迅速降低功率。源和负载之间快速达到新的平衡状态。由于采用了高速总线，在调节过程中，母线电压几乎没有波动，避免了对器件寿命造成影响。与现有技术相比，本申请的技术方案能快速做出响应，极大提高了系统的协调性。
此外，图1中，各个子控制器之间采用了串联连接的方式，即：第一个子控制器S1与中央控制器相连接，第二个子控制器S2不直接连接到中央控制器CU，而是与所述第一个子控制器S1相连接，第三个子控制器 S3与所述第二个子控制器S2相连，以此类推，第N个子控制器SN与第 N-1子控制器SN-1相连接。通过按这种方式进行连接，可大大提高总线布局的灵活性。如果全部的子控制器均连接至中央控制器，则中央控制器上需要设置足够容纳子控制器的连接端口，这对中央控制器的结构设计带来了沉重负担，而且，这种连接方式需要并行排列多条总线，导致控制系统的成本急剧上升。而根据图1中的连接方式，中央控制器上仅需设置与第一个子控制器相连的连接端口即可，而每个子控制器本身的连接端口也足够连接其他子控制器。因此，当有新的子控制器需要接入控制系统时，将该新的子控制器与邻近的子控制器连接即可。通过这种方式，原则上可无限兼容新的设备，大大扩展了微电网控制系统的扩展性和兼容性。
图2是本实用新型另一实施例中的微电网控制系统的结构示意图。如图2所示，控制系统101与图1所示结构的不同之处在于，子控制器以并联连接的方式与中央控制器相连，即：各个子控制器分别被直接连接到中央控制器上。虽然这种连接方式无法获得图1所示连接方式的好处(参照上述)，但对于特定情形，例如连接至微电网系统的设备数量不多的时候是适用的。此时，这种连接方式更为直接，从而能够使得中央控制器更便捷的控制子控制器。
上述的受控单元U，是指并入微电网的可控设备，包括：发电装置、储能装置、监测装置等。发电装置包括：柴油发电机组或燃气发电机组、风力发电装置、太阳能发电装置和生物能发电装置等。储能装置包括：化学储能装置、电磁储能装置、物理储能装置等。这里，电化学储能装置例如包括铅酸电池、锂系电池、镍系电池、钠系电池或液流电池；电磁储能装置包括超级电容储能设备；物理储能装置包括飞轮储能设备等。监测装置用于实现对电网上各处电能质量(电压、电流、频率、有功功率、无功功率)的监测和快速处理，包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变(谐波)、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性。通过电能质量的监测和调节，与储能系统协同运作，能够实现供电的连续性、稳定性和可靠性。
图3是本实用新型的微电网控制系统的一个具体实施方式的结构示意图。如图3所示，微电网控制系统包括：中央控制器CU；与中央控制器连接的PC机、触摸屏以及分布式I/O；子控制器S1、S2、S3；以及与各子控制器相连的各种变换器(相当于受控单元)。
图3所示的PC机可以是个人电脑，用户可通过PC机对中央控制器进行远程操控。触摸屏通常被设置在包括中央控制器的控制装置上，便于用户进行现场操作，设置。分布式I/O用于协助中央控制器接收/发布数据指令。作为上述受控单元的示例，图3示出了与子控制器相连的各种变换器。例如，与子控制器S1相连的是并网AC/DC变换器、孤网DC/AC变换器。与子控制器S2相连的有：电池DC/DC变换器、超容DC/DC变换器、柴油发电机DC/DC变换器、光伏1DC/DC变换器、光伏2DC/DC变换器、预留DC/DC变换器。与子控制器S3相连的有：制动变换器、直流风机1DC/DC变换器、直流风机2DC/DC变换器、交流风机AC/DC变换器。
中央控制器根据接收到的信息，对微电网进行整体控制。例如，在并网模式下尽可能少的利用来自大电网的电能，以保证风能和光能的最大利用率。考虑到风力发电机启停不易，尽量维持风力发电机的平稳运转。此外，鉴于光伏发电的运行成本低廉的特点，最大化保障其工作效率等。中央控制器可根据预先设定的控制程序来执行所述控制，所述控制程序能够根据微电网的实际情况以及技术演进，及时作出更新或改变。
由于中央控制器与子控制器以及各变换器之间通过高速总线连接，使得能够高速传输大容量数据信号。从而使得复杂、精准而快速的控制成为可能。
图4是表示本实用新型中子控制器与受控单元间信号交互的工作模式的示意图。在本实用新型的一个实施例中，每个子控制器可连接6个 IGBT半桥(受控单元)，每路都可通过模式切换开关选择为PWM模式或滞环模式。当IGBT半桥工作在滞环模式时，子控制器接收中央控制器下发的电流给定瞬时值信号，经过子控制器内部滞环调节器运算后，输出PWM信号驱动IGBT。当IGBT半桥工作在PWM模式时，子控制器接收来自中央控制器的占空比信号，直接产生PWM信号去驱动IGBT。每个 IGBT驱动支路配置一个滞环模块和一个PWM模块，可以进行在线模式切换。
关于各子控制器与各受控单元之间的信号交互的工作模式，可根据实际情况进行选择。例如，当受控单元仅仅为直流设备时，使用一路滞环或者一路PWM即可。而当受控单元为交流设备时，通常需要使用三路滞环或者三路PWM。
本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。
工业实用性
本实用新型适用于微电网，可用于改进微电网控制系统的性能。
Claims (8)
1.一种微电网控制系统，包括中央控制器、与所述中央控制器相连的多个子控制器、以及分别连接到所述多个子控制器上的多个受控单元，其特征在于，所述中央控制器用于对微电网进行整体控制，
所述子控制器收集来自所述受控单元的信息，将所述信息发送给所述中央控制器并从所述中央控制器接收针对所述受控单元的控制指令，将所述控制指令发送给所述受控单元以使其执行相关的操作，
所述中央控制器、所述子控制器以及所述受控单元之间通过高速总线进行连接。
2.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述多个子控制器以串联连接的方式被连接到所述中央控制器上。
3.如权利要求2所述的微电网控制系统，其特征在于，所述多个子控制器中的一个子控制器连接并网AC/DC变换器及孤网DC/AC变换器。
4.如权利要求3所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述多个子控制器中的另一个子控制器连接电池DC/DC变换器、超容DC/DC变换器、柴油发电机DC/DC变换器、第一光伏DC/DC变换器、第二光伏DC/DC变换器以及预留DC/DC变换器。
5.如权利要求4所述的微电网控制系统，其特征在于，所述多个子控制器中的另一个子控制器连接制动变换器、第一直流风机DC/DC变换器、第二直流风机DC/DC变换器以及交流风机AC/DC变换器。
6.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述多个子控制器以并列连接的方式被连接到所述中央控制器上。
7.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，所述高速总线是工业以太网总线。
8.如权利要求1-7中任一项所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述子控制器与所述受控单元之间设置有PWM模式控制支路、滞环模式控制支路及模式切换开关，所述模式切换开关的一端连接所述受控单元，另一段选择性连接PWM模式控制支路或滞环模式控制支路。
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2017
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