[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式发电微网控制和电能质量监控一体化设备，属于智能微网领域。

背景技术

微型电网是指由分布式发电单元、储能装置、保护装置、能量转换装置、相关负荷、控制与监测系统组成的小型发电系统，是一个能够自我控制、保护和稳定运行的系统。微型电网既能够和大电网并网运行，也可以自我孤岛运行，是智能电网的重要组成部分。

随着微型电网的广泛应用，微型电网控制与监测技术成为关注重点。由于组成微型电网的分布式发电单元工作原理和特性有着很大差别，控制和监测方法也不相同，对微型电网控制与监测系统提出了更高的要求。能够让多种分布式发电单元在微型电网中共存稳定运行，是微型电网控制与监测系统技术研究的关键。组成微型电网的分布式发电单元都具有独立的电力电子装置，与控制系统交互数据都采用通信的方式。目前分布式发电单元多数采用现场总线技术，而中央控制单元很少具有现场总线接口。

电能质量是考核微型电网是否正常运行的标准。微型电网每处的电能质量影响到微型电网整体的控制。电能质量对微型电网的稳定运行有着重要意义，这对电能质量的监测和计算提出了较高要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种分布式发电微网控制和电能质量监控一体化设备及方法。

为解决技术问题，本发明采用如下技术方案：

提供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；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；存储模块包括一块EEPROM，存储着设备号、初始化信息等。

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。

本发明中，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。

本发明还提供了基于前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，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。

本发明中，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。

本发明中，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：