[发明专利]分布式发电微网控制和电能质量监控一体化设备及方法

权利要求书

1.一种分布式发电微网控制和电能质量监控一体化设备，包括设于微型电网的电压互感器和电流互感器；其特征在于，该设备还包括控制计算模块、电能质量测量模块、通信管理模块、输入输出接口模块、隔离电路和存储模块；

所述控制计算模块包括计算MCU和控制MCU这两个微控制单元，分别用于实现电能信息计算、分析与流程控制、通信交互，两者之间采用高速串口进行数据传输；

所述电能质量测量模块包括前述电压互感器和电流互感器，还包括信号调理电路和采样电路，电压互感器、电流互感器、信号调理电路和采样电路依次连接；

所述通信管理模块通过以太网通信协议与上层的中央控制器相连，还通过CAN总线通信协议或RS485通信协议与微型电网中的发电设备相连，用于实现数据交互；

所述输入输出模块具有模拟输入输出、I/O数字输入、继电器输出和开漏OC门输出；

所述隔离模块用于实现对所有的对外接口进行电气上的隔离；

所述通信管理模块与控制计算模块中的计算MCU相接，控制MCU经隔离模块与通信管理模块、输入输出接口模块、存储模块相连。

2.根据权利要求1所述的一体化设备，其特征在于，所述输入输出模块包括4路0-5V/4-20mA的输入电路、2路0-5V/4-20mA的输出电路、4路继电器输出电路、4路开漏OC门输出电路、10路数字I/O量输入电路。

3.基于权利要求1所述一体化设备的分布式发电微网控制和电能质量监控方法，其特征在于，包括：通过所述电能质量测量模块采集微型电网的运行参数，送往计算MCU进行计算处理，然后通过通信管理模块传送到上层的中央控制器；通信管理模块接收到中央控制器的控制指令后传送至控制MCU，控制MCU将控制指令通过输入输出模块对断路开关进行控制，通过控制断路开关闭合来控制微型电网的投切处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当中央控制器下达独立运行命令或者与中央控制器无法联络时，所述一体化设备进入独立运行模式；在该模式下，对监测微型电网发电设备并网处的电能信息进行监测，通过逻辑运算控制发电设备；具体监控的判断方式为：

如果发电设备发出的电能频率f＜49Hz，或者f＞51Hz，或者总谐波失真THD＞10％，则将对该发电设备进行立即离网操作。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在对微型电网的运行参数进行计算处理时采用带基波电压分离的三相锁相环技术，并在常规的三相锁相环中加入正负序、谐波分离模块；该方法是通过依次相接的三相两相变换模块、基波谐波分离模块、三相锁相环SPLL模块，对电网电压中基波的正、负序分量以及谐波分量进行计算，并将分离得到的正序分量输入锁相环计算，以此提高锁相环的精确度；具体包括：

在三相三线制系统中，将带负序分量、k次谐波的三相电压表示为：

其中U_p为电压正序分量值，U_n为电压负序分量值，U_pk为电压k次谐波分量，θ＝ωt，ω为电网电压角频率，为电压正序分量初始相位，为电压负序分量初始相位，为电压k次谐波分量初始相位；U_α，U_β为三相电压U_a、U_b、U_c通过三相两相变换模块变换到两项静止坐标系αβ下得到的电压值，U_pα，U_pβ为电压正序分量在α、β轴上的投影，U_nα、U_nβ为电压负序分量在α、β轴上的投影，U_pkα、U_pkβ为电压k次谐波分量在α、β轴上的投影；

对上式(1)、(2)进行微分处理，可得：

UαU·βU··αUβU·αU··β=1110001-1k000-1-1-k2000000111000-11-k000-1-1-k2UpαUnαUpkαUpβUnβUpkβ---(3)]]>

对上式进行求逆操作，可以得到：

UpαUnαUpkαUpβUnβUpkβ=12kk-111k-1000kk+1-1-1k+100021-k2021-k2000000k1-k-11k-1000kk+11-1k+100021-k2021-k2UαU·βU··αUβU·αU··β---(4)]]>

其中

U·α=dUαdθ=Uα(t)-Uα(t-Ts)ωTs---(5)]]>

U·β=dUβdθ=Uβ(t)-Uβ(t-Ts)ωTs---(6)]]>

这样通过不同时刻的采样值计算出从而计算出正序分量U_pα、U_pβ，负序分量U_nα、U_nβ，k次谐波分量U_pkα、U_pkβ，进行基波与谐波分量的分离；将U_pα、U_pβ作为三相锁相环SPLL模块输入，得到电网电量相角θ、角频率ω、正序基波幅值U_pd。