CN209344869U - 一种适用于电力市场下的微电网中央控制器 - Google Patents

一种适用于电力市场下的微电网中央控制器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种适用于电力市场下的微电网中央控制器，其包括微电网设备信息收集及控制模块、网络互连模块、数据采集及处理模块、WI‑FI通信小板、电源控制模块、数据存储及控制模块和人机交互模块；所述网络互连模块采用以太网通信方式分别与数据采集及处理模块、WI‑FI通信小板、数据存储及控制模块、微电网设备信息收集及控制模块连接；所述电源控制模块采用串口通信方式与数据存储及控制模块连接；所述人机交互模块采用HDMI接口与数据存储及控制模块连接。本实用新型将实时电价纳入微电网运行优化控制，维持并网型微电网功率平衡、保障并网型微电网安全稳定运行的同时，确保电力市场环境下的并网型微电网经济运行。

Description

一种适用于电力市场下的微电网中央控制器
技术领域
本实用新型涉及并网型微电网控制技术领域，尤其是一种适用于电力市场下的微电网中央控制器。
背景技术
从2015年开始，国家出台一系列电力体制改革文件，其目的在于形成一个通过市场供需关系决定电能价格的公平开放的电力市场，使电力用户拥有更加自主的购电选择权。
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。并网型微电网对内具备电力供需自平衡能力，对外与大电网进行友好互动。随着能源互联网商业模式和电力中长期交易基本规则中各类型交易的逐步推进与完善，并网型微电网将实行内外两级售电模式，构建两级需求侧响应机制，以此协调微网内外部资源情况，提升能源利用效率。
现货市场下动态变化的实时节点电价为并网型微电网的经济优化运行提出新的挑战。与传统固定电价不同，现货市场下电价根据供需关系随时间动态变化，为实现并网型微电网的经济运行，需要电力市场实时电价数据参与微电网运行优化计算。因此，将实时电价数据引入微电网中央控制器的经济运行计算，可优化并网型微电网电能利用方案，使并网型微电网购售电决策更加合理，在提高并网型微电网运行经济性的同时，保障并网型微电网安全稳定运行。
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，对实现并网型微电网的经济运行和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，一是缺少市场电价数据获取模块，导致并网型微电网无法针对市场电价变化做出精准调节；二是注重于控制策略的研究，对微电网中央控制器硬件连接拓扑及可靠性方面研究不够。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于电力市场下的微电网中央控制器，旨在于实现并网型微电网运行优化控制系统的实时电价数据接入，维持并网型微电网功率平衡、保障并网型微电网安全稳定运行的同时，确保电力市场环境下的并网型微电网经济运行。
为实现上述的目的，本实用新型的技术方案为：一种适用于电力市场下的微电网中央控制器，其包括微电网设备信息收集及控制模块、网络互连模块、数据采集及处理模块、WI-FI通信小板、电源控制模块、数据存储及控制模块和人机交互模块；所述网络互连模块采用以太网通信方式分别与数据采集及处理模块、WI-FI通信小板、数据存储及控制模块、微电网设备信息收集及控制模块连接；所述电源控制模块采用串口通信方式与数据存储及控制模块连接；所述人机交互模块采用HDMI接口与数据存储及控制模块连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述数据采集及处理模块包括DSP芯片TMS320C6648，以及FPGA芯片，所述DSP芯片TMS320C6648采用光纤通信方式与网络互连模块连接；FPGA芯片采用UPP通信方式与DSP芯片TMS320C6648连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述WI-FI通信小板包括实时电价数据解码与校验模块、无线信号接收模块，所述的实时电价数据解码与校验模块采用以太网通信方式与网络互连模块连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述电源控制模块包括微电网中央控制器后备的后备电源模块和市电整流模块；所述后备电源模块由数据存储及控制模块直接控制，采用串口通信方式与数据存储及控制模块连接，所述后备电源模块与市整流模块相连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述人机交互模块包括触摸屏信号转换模块和触摸显示屏；所述触摸屏信号转换模块采用HDMI接口与数据储存及控制模块连接，所述触摸屏信号转换模块采用UART通信方式与触摸显示屏连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述数据存储及控制模块为树莓派3MODEL-B，所述的树莓派3MODEL-B采用以太网通信方式与网络互连模块连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述微电网设备信息收集及控制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以太网通信方式与网络互连模块连接；所述IEC61850协议转换模块采用光纤通信方式与光纤收发器连接；所述的光纤收发器和IEC61850协议转换模块均采用光纤通信方式与底层设备控制器连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述网络互连模块内置有以太网交互机，以太网交换机分别与光纤发生器和IEC61850协议转换模块连接。
有益效果：本实用新型加入了WI-FI通信小板和电源控制模块，且WI-FI通信小板中集成实时电价数据解码与校验模块和无线信号接收模块，无线信号接收模块从云端实时下载实时电价数据传送给实时电价数据解码与校验模块，实时电价数据解码与校验模块将实时电价数据解码为微电网中央控制器内部通用数据格式并校验电价数据的正确性，以保证微电网中央控制器优化结果的正确性和微电网系统运行的安全性。同时电源控制模块用以保障微电网中央控制器核心部分用电安全并在意外断电时为微电网中央控制器核心部件提供数据保存和系统关机所需电源。所以该适用于电力市场下的微电网中央控制器数据来源更加丰富，在电力市场背景下仍可保持并网型微电网在经济最优点运行，中央控制器所包含的数据校验模块和电源模块进一步提高了中央控制器运行的稳定性和数据的可靠性。
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蓄电池储能监测界面图。
图5为本实用新型适的触摸显示屏的负荷监测界面图。
图6为本实用新型适的触摸显示屏的实时电价显示界面图。
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电力市场下的微电网中央控制器，其包括微电网设备信息收集及控制模块1、网络互连模块2、数据采集及处理模块3、WI-FI通信小板4、电源控制模块5、数据存储及控制模块6和人机交互模块7；所述网络互连模块2采用以太网通信方式分别与数据采集及处理模块3、WI-FI通信小板4、数据存储及控制模块6、微电网设备信息收集及控制模块1连接；所述电源控制模块5采用串口通信方式与数据存储及控制模块6连接；所述人机交互模块7采用HDMI接口与数据存储及控制模块6连接。
采用上述结构后，本实用新型加入了WI-FI通信小板和电源控制模块，且WI-FI通信小板从云端实时下载实时电价数据传送给实时电价数据解码与校验模块，实时电价数据解码与校验模块将实时电价数据解码为微电网中央控制器内部通用数据格式并校验电价数据的正确性，以保证微电网中央控制器优化结果的正确性和微电网系统运行的安全性；此外，电源控制模块用以保障微电网中央控制器核心部分用电安全并在意外断电时为微电网中央控制器核心部件提供数据保存和系统关机所需电源。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述数据采集及处理模块3包括DSP芯片TMS320C6648 31，以及FPGA芯片32，所述DSP芯片TMS320C6648 31采用光纤通信方式与网络互连模块2连接；FPGA芯片32采用UPP通信方式与DSP芯片TMS320C6648 31连接。
由于TMS320C6648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（如电压稳定控制、频率稳定控制）和重要的秒级控制（如功率平衡控制），并可通过网口下发通信控制，所以采用DSP芯片TMS320C6648能够满足电力市场背景下微电网中央控制器输入数据多、运行优化计算过程复杂、通信方式多样化和运行控制能力强的需求，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。
FPGA为上述现场可编程门阵列Field-Programmable Gate Array的英文缩写。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述WI-FI通信小板4包括实时电价数据解码与校验模块42、无线信号接收模块41，所述的实时电价数据解码与校验模块42采用以太网通信方式与网络互连模块2连接。
由于WI-FI通信小板中的无线信号接收模块从云端实时下载实时电价数据传送给实时电价数据解码与校验模块，实时电价数据解码与校验模块将实时电价数据解码为微电网中央控制器内部通用数据格式并校验电价数据的正确性，以保证微电网中央控制器优化结果的正确性和微电网系统运行的安全性。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述电源控制模块5包括微电网中央控制器后备的后备电源模块51和市电整流模块52；所述后备电源模块51由数据存储及控制模块6直接控制，采用串口通信方式与数据存储及控制模块6连接，所述后备电源模块51与市整流模块52相连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述人机交互模块7包括触摸屏信号转换模块71和触摸显示屏72；所述触摸屏信号转换模块71采用HDMI接口与数据储存及控制模块6连接，所述触摸屏信号转换模块71采用UART通信方式与触摸显示屏72连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述数据存储及控制模块3为树莓派3MODEL-B，所述的树莓派3MODEL-B采用以太网通信方式与网络互连模块连接。
本实用新型采用树莓派3MODEL-B后，微电网中央控制器接口更全、通用性更强，为微电网中央控制器的设备接入类型和数据读取方式提供更多选择，其存储空间支持任意扩展，稳定性强，可用以保存历史数据，实现分钟级的控制（如经济运行优化控制）、预测（如风功率实时预测、光伏功率实时预测）和大部分的秒级控制。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述微电网设备信息收集及控制模块1包括与网络互连模块连接2的光纤收发器11，以及与网络互连模块2连接的IEC61850协议转换模块12；所述光纤收发器11采用以太网通信方式与网络互连模块2连接；所述IEC61850协议转换模块12采用光纤通信方式与光纤收发器11连接；所述的光纤收发器11和IEC61850协议转换模块12均采用光纤通信方式与底层设备控制器连接。
所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其中，所述网络互连模块2内置有以太网交互机21，以太网交换机分别与光纤发生器和IEC61850协议转换模块连接。
优选的是，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。
本实用新型采用以太网交换机为微电网中央控制器提供多个通信接口，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微电网系统一次图，用于对光伏、储能、空调系统、新风系统、车间、办公室、员工宿舍等负荷进行启停控制显示，通过该界面可切换自动和手动两种控制模式。
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，界面可显示交流侧电压、电流、有功功率、无功功率、频率，直流侧电压、电流、功率、效率、温度等光伏板工作状态指标。功率曲线窗口显示每日光伏发电的实际功率曲线和预测功率曲线，数据统计窗口显示日出力峰值、日发电量、日发电时长、总发电量、总发电时长等数据统计。
请参阅图4，触摸显示屏的储能监测界面用来显示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，数据统计窗口显示日充电量、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，触摸显示屏的负荷监测界面的数据统计窗口用于显示海岛微电网中办公室、员工宿舍、新风系统、空调系统、车间等负荷实时监测信息，监测信息包括负荷用电比例和负荷的供电来源比例。同时数据统计窗口显示日最大负荷、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。功率曲线窗口显示每日微电网的负荷用电的实际功率曲线和预测功率曲线。
请参阅图6，触摸显示屏的实时电价部分界面用于显示电力经济相关信息，电价数据窗口显示当日内截止到当前时段的实时电价曲线，数据统计窗口显示当前售电价格、当前购电价格、电网运行模式、售电总金额、购电总金额等电力经济运行相关的实时数据和历史数据。
本实用新型适用于电力市场下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、储能及负荷进行启停的操作控制，查看与设置各设备的运行关键参数；可以通过数据采集及处理模块进行外部AD采集，实现毫秒级控制（如电压稳定控制、频率稳定控制）和重要的秒级控制（如功率平衡控制）；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，实现分钟级控制（如经济运行优化控制）、数据预测（如光伏功率预测、负荷功率预测）和大部分的秒级控制（如黑启动控制）；可以通过微电网设备信息收集和控制模块实现微电网中央控制器与外部设备的相互通信；可以利用电源控制模块保障数据储存及控制模块正常情况下的稳定运行和异常情况下的数据保存和关机操作正常进行；可以通过WI-FI通信小板接收、解码和校验实时电价数据。综上所述，本实用新型通信接口丰富，硬件可靠性高，有效提高了微电网中央控制器及其与外部设备间的通信多样性和数据可靠性，满足电力市场背景下微电网中央控制器的通信和控制要求。
本实用新型加入了WI-FI通信小板和电源控制模块，且WI-FI通信小板中集成实时电价数据解码与校验模块和无线信号接收模块，无线信号接收模块从云端实时下载实时电价数据传送给实时电价数据解码与校验模块，实时电价数据解码与校验模块将实时电价数据解码为微电网中央控制器内部通用数据格式并校验电价数据的正确性，以保证微电网中央控制器优化结果的正确性和微电网系统运行的安全性。同时电源控制模块用以保障微电网中央控制器核心部分用电安全并在意外断电时为微电网中央控制器核心部件提供数据保存和系统关机所需电源。所以该适用于电力市场下的微电网中央控制器数据来源更加丰富，在电力市场背景下仍可保持并网型微电网在经济最优点运行，中央控制器所包含的数据校验模块和电源模块进一步提高了中央控制器运行的稳定性和数据的可靠性。
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。

Claims (8)

1.一种适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，包括微电网设备信息收集及控制模块、网络互连模块、数据采集及处理模块、WI-FI通信小板、电源控制模块、数据存储及控制模块和人机交互模块；所述网络互连模块采用以太网通信方式分别与数据采集及处理模块、WI-FI通信小板、数据存储及控制模块、微电网设备信息收集及控制模块连接；所述电源控制模块采用串口通信方式与数据存储及控制模块连接；所述人机交互模块采用HDMI接口与数据存储及控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述数据采集及处理模块包括DSP芯片TMS320C6648，以及FPGA芯片，所述DSP芯片TMS320C6648采用光纤通信方式与网络互连模块连接；FPGA芯片采用UPP通信方式与DSP芯片TMS320C6648连接。
3.根据权利要求1所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述WI-FI通信小板包括实时电价数据解码与校验模块、无线信号接收模块，所述的实时电价数据解码与校验模块采用以太网通信方式与网络互连模块连接。
4.根据权利要求1所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述电源控制模块包括微电网中央控制器后备的后备电源模块和市电整流模块；所述后备电源模块由数据存储及控制模块直接控制，采用串口通信方式与数据存储及控制模块连接，所述后备电源模块与市整流模块相接。
5.根据权利要求1所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述人机交互模块包括触摸屏信号转换模块和触摸显示屏；所述触摸屏信号转换模块采用HDMI接口与数据储存及控制模块连接，所述触摸屏信号转换模块采用UART通信方式与触摸显示屏连接。
6.根据权利要求1所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述数据存储及控制模块为树莓派3MODEL-B，所述的树莓派3MODEL-B采用以太网通信方式与网络互连模块连接。
7.根据权利要求1所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述微电网设备信息收集及控制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以太网通信方式与网络互连模块连接；所述IEC61850协议转换模块采用光纤通信方式与光纤收发器连接；所述的光纤收发器和IEC61850协议转换模块均采用光纤通信方式与底层设备控制器连接。
8.根据权利要求7所述的适用于电力市场下的微电网中央控制器，其特征在于，所述网络互连模块内置有以太网交互机，以太网交换机分别与光纤发生器和IEC61850协议转换模块连接。
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