CN208539656U - 一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器 - Google Patents

一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，包括网络互连模块、人机交互模块、数据采集及控制模块、数据存储及控制模块、外部设备通信模块，网络互连模块采用以太网通信方式分别与人机交互模块、数据采集及控制模块和数据存储及控制模块连接，网络互连模块采用光纤通信和以太网通信方式与外部设备通信模块连接。本实用新型适用于含混合储能孤立型海岛微电网的微电网中央控制器实现了对海岛微电网各接入设备的实时动态控制调节，维持海岛微电网功率平衡，保障微电网的安全稳定运行，具有广阔的应用前景。

Description

一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器
技术领域
本实用新型涉及微电网控制技术领域，尤其涉及的是一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器。
背景技术
由于海岛特殊的地理位置和资源优势，使得海岛的开发具有重大的现实意义和战略意义。而我国海岛数量众多，风光等可再生能源十分丰富，但由于海岛与大陆隔离，多数海岛存在用电困难，供电可靠性低，如何解决传统能源危机，成为海岛开发需要攻克的难关。
微电网能够将分布式电源、储能装置、用户负荷以及其它保护、控制、监测装置结合起来，是一种集电能收集、传输、存储和分配于一体的新型电力交换系统，能够实现自我控制、保护和管理，优化和提高可再生能源利用率和供电可靠性，改善电能质量。因此，通过建设海岛微电网，可以充分利用海岛丰富的风光资源，通过对分布式电源的优化调度，实现各种能源的综合出力最优化，为海岛提供清洁、稳定、安全的电力。
孤立型微电网是微电网的一个特例，长期处于独立运行模式，微电网内负荷需求完全依赖于微电网各分布式电源的供电，用以保障当地用户的基本电能需求。为平衡风光出力的随机性和间歇性造成的功率波动，孤立型海岛微电网通常需要配置混合储能装置来协调负荷和平抑波动，微电网中央控制器是微电网控制体系物理架构和逻辑架构的核心设备，对实现海岛微电网的安全稳定运行具有重要意义。但是，目前的微电网中央控制器仍存在缺陷，一是缺少提高通信可靠性的有效方法；二是比较注重于控制策略的研究，对控制器软硬件设计的具体方案研究不够。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，实现对海岛微电网各接入设备的实时动态控制调节，维持海岛微电网的功率平衡，保障微电网的安全稳定运行，具有广阔的应用前景。
本实用新型的技术方案如下：一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其包括网络互连模块、人机交互模块、数据采集及控制模块、数据存储及控制模块和外部设备通信模块，所述网络互连模块采用以太网通信方式分别与人机交互模块连接、数据采集及控制模块和数据存储及控制模块连接，所述网络互连模块采用光纤通信和以太网通信方式与外部设备通信模块连接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的人机交互模块包括与网络互连模块连接的STM32407显示主控板，以及与STM32407显示主控板连接的触摸显示屏；所述STM32407显示主控板采用以太网通信方式与网络互连模块连接，所述STM32407显示主控板采用UART通信方式与触摸显示屏连接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的数据采集及控制模块包括与网络互连模块连接的DSP芯片TMS320C6748，以及与DSP芯片TMS320C6748连接的FPGA芯片；所述DSP芯片TMS320C6748采用以太网通信方式与网络互连模块连接；所述FPGA芯片采用upp通信方式与DSP芯片TMS320C6748连接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的数据存储及控制模块包括与所述网络互连模块采用以太网通信方式连接的IMX6开发板，所述IMX6开发板采用以太网通信方式与网络互连模块相接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的外部设备通信模块包括与网络互连模块连接的光纤收发器，以及与网络互连模块连接的IEC61850协议转换模块；所述光纤收发器采用光纤通信方式与网络互连模块相接；所述IEC61850协议转换模块采用以太网通信方式与网络互连模块相接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的光纤收发器和IEC61850协议转换模块分别连接外部设备。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的外部设备包括光伏逆变器、能量型储能逆变器、功率型储能逆变器、开关等其它控制装置以及其它非IEC61850协议的设备。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的网络互连模块为交换机。
本实用新型的有益效果：本实用新型适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器具有多种设备通信方式，包括：网络互连模块采用以太网通信方式与STM32407显示主控板连接；STM32407显示主控板采用UART通信方式与触摸显示屏连接；网络互连模块采用以太网通信方式与DSP芯片TMS320C6748连接；DSP芯片TMS320C6748采用upp通信方式与FPGA连接；网络互连模块采用以太网通信方式与IMX6开发板连接；网络互连模块采用光纤通信方式和以太网通信方式与外部设备连接。所以本实用新型的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器通信接口丰富，当某一通信方式发生故障时并不影响其它正常通信方式的运作，大大提高了微电网中央控制器的通信可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的结构组成示意图。
图2为本实用新型的触摸显示屏的运行控制界面图。
图3为本实用新型适的触摸显示屏的光伏监测界面图。
图4为本实用新型的触摸显示屏的储能监测的蓄电池部分界面图。
图5为本实用新型适的触摸显示屏的储能监测的超级电容部分界面图。
图6为本实用新型适的触摸显示屏的负荷监测界面图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型公开了一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其包括网络互连模块1、人机交互模块2、数据采集及控制模块3、数据存储及控制模块4和外部设备通信模块5，所述网络互连模块1采用以太网通信方式分别与人机交互模块2连接、数据采集及控制模块3和数据存储及控制模块4连接，所述网络互连模块2采用光纤通信和以太网通信方式与外部设备通信模块5连接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的人机交互模块2包括与网络互连模块连接的STM32407显示主控板21，以及与STM32407显示主控板连接的触摸显示屏22；所述STM32407显示主控板采用以太网通信方式与网络互连模块连接，所述STM32407显示主控板采用UART通信方式与触摸显示屏连接。
由于采用STM32407显示主控板，所以可方便地根据显示界面的需求进行规划和开发。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的数据采集及控制模块3包括与网络互连模块1连接的DSP芯片TMS320C6748 31，以及与DSP芯片TMS320C6748连接的FPGA（即是现场可编程门阵列）芯片32；所述DSP芯片TMS320C6748 31采用以太网通信方式与网络互连模块1连接；所述FPGA芯片32采用upp通信方式与DSP芯片TMS320C6748连接。
由于TMS320C6748具有接口扩展能力强、低功耗、高性能等特点，可实现毫秒级控制（如电压、频率稳定控制）和重要的秒级控制（如实时功率平衡控制），并可通过网口下发通信控制，所以采用DSP芯片TMS320C6748能够满足海岛微电网对微电网中央控制器通信可靠和运行控制能力强的要求，保障微电网的安全稳定运行，而FPGA速度快，效率高，适于大数据量的高速传输，主要负责外部AD采集。
上述的现场可编程门阵列的英文为：Field-Programmable Gate Array，英文缩写为：FPGA。所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的数据存储及控制模块4包括与所述网络互连模块采用以太网通信方式连接的IMX6开发板41，所述IMX6开发板采用以太网通信方式与网络互连模块相接。
本实用新型采用IMX6开发板后，所以数据存储空间大，稳定性强，可以用于保存历史数据，实现分钟级别的控制、预测（如经济运行优化控制、光伏功率日前预测、负荷功率实时预测）和大部分的秒级控制（如黑启动控制）。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的外部设备通信模块5包括与网络互连模块连接的光纤收发器51，以及与网络互连模块连接的IEC61850协议转换模块52；所述光纤收发器51采用光纤通信方式与网络互连模块相接；所述IEC61850协议转换模块52采用以太网通信方式与网络互连模块相接。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的光纤收发器51和IEC61850协议转换模块52分别连接外部设备。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的外部设备包括光伏逆变器、蓄电池逆变器（属于能量型储能逆变器）、超级电容逆变器（属于功率型储能逆变器）、开关等其它控制装置以及其它非IEC61850协议的设备。
所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其中，所述的网络互连模块为交换机。
本实用新型采用交换机后可为微电网中央控制器提供更多的通信接口，用以连接微电网中央控制器中的各个模块，提高通信可靠性。
上述的各个模块均为硬件模块。
请参阅图2，触摸显示屏的运行控制界面显示海岛微电网系统一次图，主要是用来对光伏、蓄电池、超级电容以及医院、海关、通信、居民、海水淡化等负荷进行启停控制，具有自动和手动两种控制模式可供用户切换使用。
请参阅图3，触摸显示屏的光伏监测界面主要是用来监测光伏发电的运行状态信息，界面可显示光伏板工作状态、直流侧电压、直流侧电流、直流侧有功功率、效率、温度、交流侧电压、交流侧电流、交流侧有功功率、交流侧无功功率和频率，绘制每日光伏发电的实际功率曲线和预测功率曲线，同时显示日出力峰值、日发电量、日发电时长、总发电量、总发电时长等数据统计信息。
请参阅图4，触摸显示屏的储能监测的蓄电池部分界面主要是用来监测蓄电池工作的运行状态信息，界面可显示蓄电池工作状态、直流侧电压、直流侧电流、直流侧有功功率、直流侧无功功率、荷电量、温度、交流侧电压、交流侧电流、交流侧有功功率、交流侧无功功率和频率，绘制每日蓄电池出力的有功功率和无功功率的实时曲线，同时显示日充电量、日放电量、总充电量、总放电量、总充电时长、总放电时长等数据统计信息。
请参阅图5，触摸显示屏的储能监测的超级电容部分界面主要是用来监测超级电容工作的运行状态信息，界面可显示超级电容工作状态、直流侧电压、直流侧电流、直流侧有功功率、直流侧无功功率、荷电量、温度、交流侧电压、交流侧电流、交流侧有功功率、交流侧无功功率和频率，绘制每日超级电容出力的有功功率和无功功率的实时曲线，同时显示日充电量、日放电量、总充电量、总放电量、总充电时长、总放电时长等数据统计信息。
请参阅图6，触摸显示屏的负荷监测界面主要是用来监测海岛微电网中包括医院、海关、通信、居民、海水淡化等在内的负荷实时信息，包括负荷用电比例，以及负荷的供电来源比例等，绘制每日海岛微电网的负荷用电的实际功率曲线和预测功率曲线，同时显示日最大负荷、日最小负荷、日平均负荷、负荷率、最小负荷系数、日用电量等数据统计信息。
本实用新型适用于含混合储能孤立型海岛微电网的微电网中央控制器可以通过人机交互模块以触摸显示屏的方式显示对光伏、蓄电池、超级电容及负荷进行启停的操作控制，查看各设备的运行参数和关键数据；可以通过数据采集及控制模块进行外部AD采集，实现毫秒级控制（如电压、频率稳定控制）和重要的秒级控制（如实时功率平衡控制），并可以通过网口下发通信控制；可以通过数据存储及控制模块保存报警信息、历史记录、运行日志等历史数据，实现分钟级别的控制、预测（如经济运行优化控制、光伏日前预测、负荷实时预测）和大部分的秒级控制（如黑启动控制）；可以通过外部设备通信模块实现微电网中央控制器与外部设备之间的相互通信。综上所述，本实用新型通信接口丰富，有效提高了微电网中央控制器及其与外部设备间的通信可靠性，满足海岛微电网对微电网中央控制器的通信和控制要求。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
本实用新型适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器具有多种设备通信方式，包括：网络互连模块采用以太网通信方式与STM32407显示主控板连接；STM32407显示主控板采用UART通信方式与触摸显示屏连接；网络互连模块采用以太网通信方式与DSP芯片TMS320C6748连接；DSP芯片TMS320C6748采用upp通信方式与FPGA连接；网络互连模块采用以太网通信方式与IMX6开发板连接；网络互连模块采用光纤通信方式和以太网通信方式与外部设备连接。所以本实用新型的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器通信接口丰富，当某一通信方式发生故障时并不影响其它正常通信方式的运作，大大提高了微电网中央控制器的通信可靠性。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其特征在于，包括网络互连模块、人机交互模块、数据采集及控制模块、数据存储及控制模块和外部设备通信模块，所述网络互连模块采用以太网通信方式分别与人机交互模块连接、数据采集及控制模块和数据存储及控制模块连接，所述网络互连模块采用光纤通信和以太网通信方式与外部设备通信模块连接；所述的人机交互模块包括与网络互连模块连接的STM32407显示主控板，以及与STM32407显示主控板连接的触摸显示屏；所述STM32407显示主控板采用以太网通信方式与网络互连模块连接，所述STM32407显示主控板采用UART通信方式与触摸显示屏连接；所述的数据采集及控制模块包括与网络互连模块连接的DSP芯片TMS320C6748，以及与DSP芯片TMS320C6748连接的FPGA芯片；所述DSP芯片TMS320C6748采用以太网通信方式与网络互连模块连接；所述FPGA芯片采用upp通信方式与DSP芯片TMS320C6748连接；所述的数据存储及控制模块包括与所述网络互连模块采用以太网通信方式连接的IMX6开发板，所述IMX6开发板采用以太网通信方式与网络互连模块相接；所述的外部设备通信模块包括与网络互连模块连接的光纤收发器，以及与网络互连模块连接的IEC61850协议转换模块；所述光纤收发器采用光纤通信方式与网络互连模块相接；所述IEC61850协议转换模块采用以太网通信方式与网络互连模块相接。
2.根据权利要求1所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其特征在于，所述的光纤收发器和IEC61850协议转换模块分别连接外部设备。
3.根据权利要求2所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其特征在于，所述的外部设备包括光伏逆变器、能量型储能逆变器、功率型储能逆变器和开关。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于含混合储能孤立型海岛微电网的中央控制器，其特征在于，所述的网络互连模块为交换机。
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