本發(fā)明涉及電力技術，尤其涉及一種基于電壓智能跟蹤技術的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置。
背景技術：
隨著常規(guī)能源的逐漸衰竭和環(huán)境污染的日益加重，世界各國日益關注太陽能、風能、蓄電池、飛輪儲能等分布式發(fā)電技術。微電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)重要的組成部分，對新能源推廣、節(jié)能降耗、降低炭排放量具有重要意義的高新技術，微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相結合也被國內(nèi)外專家一致認為是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。微電網(wǎng)既可以通過配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運行，形成一個大型電網(wǎng)和小型電網(wǎng)的聯(lián)合運行系統(tǒng)，也可以獨立地為當?shù)刎摵商峁╇娏π枨?。在主電網(wǎng)正常狀態(tài)下，微電網(wǎng)需要長期穩(wěn)定運行；在大電網(wǎng)故障時，微電網(wǎng)必須快速脫離主電網(wǎng)，進入并保持于孤島運行，待大電網(wǎng)故障排除后重新自動并網(wǎng)運行；當微電網(wǎng)出現(xiàn)故障點時，同樣需要快速切除微電網(wǎng)。由于微電網(wǎng)中的一些分布式電源，如風力發(fā)電和太陽能發(fā)電，受外界氣候條件影響很大，輸出電壓時常波動，因此，如何穩(wěn)定、可靠地實施微電網(wǎng)并網(wǎng)是目前迫切需要解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種基于電壓智能跟蹤技術的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種基于電壓智能跟蹤技術的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置，其包括：
DSP控制模塊，對微電網(wǎng)電壓實施智能跟蹤，對并網(wǎng)實施實時控制；
觸摸顯示屏，通過串口與DSP控制模塊相連，實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)顯示及指令下達；
AD采集模塊，與DSP控制模塊相連采集電網(wǎng)側電壓和電流；
IOIN模塊，與DSP控制模塊相連實現(xiàn)相應指令控制；
IOOUT模塊，與DSP控制模塊相連實現(xiàn)相應指令響應；
FPGA脈沖觸發(fā)模塊，與DSP控制模塊相連實現(xiàn)器件驅動信號的發(fā)送及故障檢測；
電源模塊，與DSP控制模塊相連對DSP控制模塊提供電源。
所述DSP控制模塊采用DSP28335浮點型處理器。
所述觸摸顯示屏采用RS485接口半雙工傳輸。
所述AD采集模塊包含8路模數(shù)轉換，采集三相電網(wǎng)電壓、三相微電網(wǎng)電壓、兩相微電網(wǎng)電流，通過模數(shù)轉換芯片MAX1308進行轉換，并送入DSP控制模塊參與系統(tǒng)控制。
所述IOIN模塊包含4路IO端口輸入信號，分別為電壓鎖相跟蹤指令、微電網(wǎng)并網(wǎng)指令，微電網(wǎng)切除指令和緊停指令，IOIN模塊電路采用PS2701隔離芯片將輸入信號與DSP控制模塊接收端口進行電氣隔離。
所述IOOUT模塊包含4路IO端口輸出信號，分別為電源供電正常指示燈、微電網(wǎng)并網(wǎng)指示燈、微電網(wǎng)切除指示燈和故障指示燈。
所述并網(wǎng)控制裝置采用電力電子器件IGBT或晶閘管，實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)達到毫秒級的動態(tài)響應。
所述電源模塊采用專用AC/DC電源模塊，電源種類主要包括+5V、+15V和±15V。
所述AD采集模塊經(jīng)過兩級運放電路及一級隔離電路。
所述DSP控制模塊采用DSP28335浮點型處理器，實現(xiàn)高精確度快速運算。
本發(fā)明采用電壓智能跟蹤技術，實時檢測微電網(wǎng)電壓，克服了微電網(wǎng)中的一些分布式電源受外界氣候條件影響很大、時常波動導致采樣誤差問題，能夠準確測量微電網(wǎng)側電壓并準確無誤判斷并網(wǎng)、脫網(wǎng)條件，具有實用性強、可靠性和準確性高等特點，滿足了用戶對電能質量和供電安全要求。
本發(fā)明使用微電網(wǎng)并網(wǎng)裝置對微電網(wǎng)并網(wǎng)點進行有效監(jiān)控，實現(xiàn)對微電網(wǎng)的綜合監(jiān)測和保護功能，具有數(shù)據(jù)采集、故障切除、異常信息報警、開合閘控制、并網(wǎng)控制、電能質量監(jiān)測等綜合性功能，保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于電壓智能跟蹤技術的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本發(fā)明基于電壓智能跟蹤技術的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置，包括DSP控制模塊1，觸摸顯示屏2，AD采集模塊3，IOIN模塊4，IOOUT模塊5，F(xiàn)PGA脈沖觸發(fā)模塊6和電源模塊7。DSP控制模塊1分別與觸摸顯示屏2，AD采集模塊3，IOIN模塊4，IOOUT模塊5，F(xiàn)PGA脈沖觸發(fā)模塊6和電源模塊7相連接。
本發(fā)明中的DSP控制模塊采用TMS320FDSP28335浮點型處理器，該處理器是TI公司最新推出的32位浮點DSP控制器處理器，具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點處理單元，6個DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多達18路的PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的PWM輸出，12位16通道ADC，同時具有外部存儲擴展接口、看門狗、三個定時器。
本發(fā)明中的觸摸顯示屏，通過串口與DSP控制模塊相連，實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)顯示及指令下達；可以顯示相應控制指令、顯示相應狀態(tài)信息、繪制電壓實時波形等。
本發(fā)明中的AD采集模塊采集三相電網(wǎng)電壓、三相微電網(wǎng)電壓、兩相微電網(wǎng)電流，通過模數(shù)轉換芯片MAX1308進行轉換，并送入DSP控制器參于系統(tǒng)控制。采用隔離芯片INA105U對傳感器輸入信號進行電氣隔離，電源模塊需要給INA105U芯片提供±15V電壓，采用運放芯片TLC2264A1D對輸入信號進行兩級運放，將輸入信號的電壓等級控制在±5V范圍之內(nèi)，最后經(jīng)過MAX1308芯片進行模擬量---數(shù)字量的轉換，通過MAX1308芯片的12數(shù)據(jù)線與DSP芯片數(shù)據(jù)線相接連，通過DSP讀取相應的電壓、電流值。
本發(fā)明中的IOIN模塊包含電壓鎖相跟蹤指令、微電網(wǎng)并網(wǎng)指令，微電網(wǎng)切除指令、緊停指令4路IO端口輸入信號，IOIN模塊接入的電源為15V，通過PS2701隔離芯片及電平移位器芯片74LVC07將輸入15V信號轉換成3.3V送入DSP GPIO端口，通過DSP GPIO高低電平值可以實時檢測IOIN模塊輸入的相應狀態(tài)。
本發(fā)明中的IOOUT模塊包含電源供電正常指示燈、微電網(wǎng)并網(wǎng)指示燈，微電網(wǎng)切除指示燈、故障指示燈4路IO端口輸出信號，通過DSP GPIO端口控制IOOUT模塊輸出狀態(tài)，通過隔離芯片及電平移位器芯片將DSP GPIO端口3.3V電壓轉換成15V輸出電壓，驅動相應的指示燈點亮及熄滅。
本發(fā)明中的FPGA脈沖觸發(fā)模塊實現(xiàn)功率器件的觸發(fā)及故障信號檢測，F(xiàn)PGA 采用XC3S400-4PQ208I芯片，DSP ePWM單元的PWM輸出信號及電力電子器件(IGBT或晶閘管)故障反饋信息連接到FPGA管腳，通過FPGA實現(xiàn)脈沖的觸發(fā)及故障封鎖，可以對電力電子器件實時保護效果，具有更快的故障相應能力。
本發(fā)明中的DSP控制模塊主要實現(xiàn)電壓智能跟蹤及并網(wǎng)控制算法，通過DSP控制器可以實時檢測并準確測量到大電網(wǎng)、微電網(wǎng)電壓，準確無誤判斷并網(wǎng)、脫網(wǎng)條件。電壓智能跟蹤采用加權最小二乘法又稱最優(yōu)遞歸估計器或卡爾曼濾波器，基于協(xié)方差重設技術，應用于電壓檢測實現(xiàn)無相位滯后，加權最小二乘法觀測器的數(shù)學表達式為：
式中y(t)為待觀測輸入信號、x(t)為輸出信號、H(t)、r(t)、k(t)、P(t)、λ為中間變量。
基于加權最小二乘法觀測器對電網(wǎng)電壓進行觀測，可以有效地濾除諧波及外部干擾信號，可以實現(xiàn)無差拍、無相位滯后實時跟蹤，當大電網(wǎng)電壓與微電網(wǎng)電壓的幅值、相位、頻率滿足并網(wǎng)的要求時，通過給DSP ePWM單元發(fā)送并網(wǎng)指令，通過FPGA芯片發(fā)送脈沖觸發(fā)信號，對電力電子器件(IGBT或晶閘管)進行觸發(fā)，實現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)，整個過程都是系統(tǒng)智能完成，不需要人為干預，具體實用性強、可靠性和準確性高等特點，滿足了用戶對電能質量和供電安全要求。