一種小型能源發(fā)電微網(wǎng)監(jiān)控方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電微網(wǎng)監(jiān)控方法及裝置，特別是一種小型能源發(fā)電微網(wǎng)監(jiān)控方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗加劇，可供利用的煤炭、石油等一次性能源越來越少，而且在發(fā)電過程中都會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。為緩解能源危機(jī)、保護(hù)環(huán)境，新型可再生能源的發(fā)展成了世界能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。以風(fēng)能、太陽能為代表的可再生分布式發(fā)電系統(tǒng)最近十年得到了長足的進(jìn)步，但新能源分布式發(fā)電具有周期性、間歇式和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，直接連接電網(wǎng)具有較大的沖擊性，成為了其大規(guī)模發(fā)展的障礙。將多種分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置集成在一起組成微網(wǎng)是解決可再生分布式發(fā)電與電力系統(tǒng)矛盾的一個(gè)重要解決方案。它可以靈活地并網(wǎng)或孤島運(yùn)行，改善負(fù)荷的供電可靠性，提高再生分布式發(fā)電的電能質(zhì)量，是國內(nèi)外電氣工程研宄的熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)有的微網(wǎng)技術(shù)主要不足及需要發(fā)展的方向主要包括以下幾個(gè)方面:
[0004]1、目前，國內(nèi)的微網(wǎng)研宄還主要處于理論階段，成熟的微網(wǎng)示范工程較少，而相應(yīng)的微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)也較少。各新能源分布式發(fā)電的廠商都有自己獨(dú)立的一套控制系統(tǒng)，能將各種新能源分布式發(fā)電以及各種微網(wǎng)獨(dú)立單元結(jié)合起來進(jìn)行聯(lián)合控制的成熟監(jiān)控系統(tǒng)較少。
[0005]2、針對(duì)于小型微網(wǎng)系統(tǒng)，如社區(qū)、廠礦等小型單位的微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)目前還很少。
[0006]3、對(duì)于微網(wǎng)方法及裝置，目前的控制方法主要還是以一個(gè)核心控制器進(jìn)行集中控制的方法較多，采用分布式控制的方法較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是要提供一種能夠保持微網(wǎng)安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行的小型能源發(fā)電微網(wǎng)監(jiān)控方法及裝置。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的小型能源發(fā)電微網(wǎng)監(jiān)控方法:包括:運(yùn)行管理層、監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層的三層結(jié)構(gòu)，各層結(jié)構(gòu)之間、采用以太網(wǎng)通信方式通信連接；
[0009]所述的運(yùn)行管理層包括管理計(jì)算機(jī)、運(yùn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)、輸出設(shè)備和外部網(wǎng)絡(luò)，完成與上級(jí)電網(wǎng)的信息交換、確定微網(wǎng)的運(yùn)行模式、綜合歸納分析微網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)、微網(wǎng)各部分單元的故障預(yù)測(cè)與報(bào)警、用戶友好交互模式功能；
[0010]所述的監(jiān)控層包括以DSP為主的主微網(wǎng)控制器，以及副微網(wǎng)控制器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和交換機(jī)；實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行管理層的命令的分析與管理、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制層的各單元運(yùn)行模式的命令下達(dá)、對(duì)各單元監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的收集、判斷與上傳、對(duì)微網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信的管理、對(duì)數(shù)據(jù)的備份與管理；
[0011]所述的現(xiàn)場(chǎng)控制層包括通用微網(wǎng)單元控制器，并以DSP為通用微網(wǎng)單元控制器，擁有AD數(shù)據(jù)采集、PWM斬波輸出、大功率電力電子開關(guān)輸出、繼電器輸入輸出、以太網(wǎng)接口多種功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控層命令的接收與處理、根據(jù)上級(jí)命令決定各單元自身的控制模式與方法、對(duì)各單元運(yùn)行參數(shù)的采集與上傳、對(duì)各單元自身運(yùn)行的保護(hù)與故障報(bào)警、對(duì)上級(jí)無命令模式下的智能運(yùn)行判斷等。
[0012]其中:在監(jiān)控層中，主微網(wǎng)控制器完成對(duì)整個(gè)微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，接收上級(jí)電網(wǎng)的指令與控制要求，設(shè)定底層各微網(wǎng)控制目標(biāo)、完成對(duì)微網(wǎng)母線的電壓、電流、功率、頻率、功率因素、負(fù)荷參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，接收底層各微源的運(yùn)行參數(shù)；以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)完成主微網(wǎng)控制器與各通用微網(wǎng)單元控制器之間的數(shù)據(jù)通信，以及各通用微網(wǎng)單元控制器之間的數(shù)據(jù)通信；現(xiàn)場(chǎng)控制層的通用微網(wǎng)單元控制器為獨(dú)立的通用微網(wǎng)單元控制器，對(duì)不同的通用微網(wǎng)單元控制器進(jìn)行獨(dú)立控制，接收主微網(wǎng)控制器的指令，制定該通用微網(wǎng)單元控制器的控制方法與發(fā)送運(yùn)行參數(shù)給主微網(wǎng)控制器功能。
[0013]所述的監(jiān)控裝置包括:DSP控制器、傳感器模塊、輸入輸出模塊，PWM輸出模塊，觸摸屏輸入輸出模塊、光電報(bào)警與狀態(tài)顯示接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊和RS232及RS485接口模塊，該控制裝置以DSP控制器為控制核心；
[0014]其中傳感器模塊包括電流傳感器、電壓傳感器、功率傳感器和頻率傳感器，所有的傳感器分別通過光電隔離與信號(hào)轉(zhuǎn)換輸入到DSP的A/D接口 ；開關(guān)輸入輸出模塊與DSP控制器的I/O接口連接，開關(guān)輸入輸出模塊包括有繼電器輸入模塊、繼電器輸出模塊和大功率開關(guān)輸出模塊；觸摸屏輸入輸出模塊與DSP控制器的輸入端連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏輸入輸出模塊的信息顯示與控制輸入，接收維護(hù)人員的控制命令，顯示內(nèi)部各種參數(shù)信息；光電報(bào)警與狀態(tài)顯示接口模塊采用LED光電顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)控裝置發(fā)生故障時(shí)發(fā)出故障報(bào)警；以太網(wǎng)接口模塊與DSP控制器的輸入端連接，完成與上兩層的信息交換；RS232及RS485接口模塊通過通用串行總線與兼容設(shè)備進(jìn)行通信。
[0015]有益效果，由于采用了上述方案，采用管理、監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每層之間采用以太網(wǎng)相連接，實(shí)現(xiàn)了管理、監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)控制相分離的模塊化管理模式，每層設(shè)備的設(shè)計(jì)都采用模塊化管理方式，實(shí)現(xiàn)“即插即用”功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的微網(wǎng)控制器的在結(jié)構(gòu)上可以方便的進(jìn)行微網(wǎng)單元的增減，通用微網(wǎng)單元控制器配置簡單方便，分層的結(jié)構(gòu)形式增加了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，在微網(wǎng)部分故障的情況下不影響系統(tǒng)的運(yùn)行，并能及時(shí)發(fā)出報(bào)警供運(yùn)行人員參考排障。
[0016]本發(fā)明以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、小型柴油機(jī)發(fā)電等組成的小型微網(wǎng)系統(tǒng)作為控制對(duì)象，主要由運(yùn)行管理層、監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)控制層組成。采用管理計(jì)算機(jī)、運(yùn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)器、外部網(wǎng)絡(luò)連接等組成；管理計(jì)算機(jī)主要對(duì)整個(gè)微網(wǎng)的運(yùn)行模式、控制方法進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃；運(yùn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要完成微網(wǎng)系統(tǒng)的日常運(yùn)行維護(hù)，包括管理計(jì)算機(jī)下達(dá)的任務(wù)、運(yùn)行模式、控制方法、有功無功分配、各微源的功率分配、微網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控、微網(wǎng)的繼電保護(hù)、微網(wǎng)的孤島運(yùn)行控制等功能進(jìn)行監(jiān)控；系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)器主要與下層的監(jiān)控層相連，完成系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集、運(yùn)行命令的下達(dá)等功能；外部網(wǎng)絡(luò)連接通過外部網(wǎng)絡(luò)與主網(wǎng)連接，主要完成整個(gè)微網(wǎng)與上級(jí)系統(tǒng)的信息交換。
[0017]采用DSP為主控制器，通過以太網(wǎng)完成與運(yùn)行管理層和現(xiàn)場(chǎng)控制層的連接，監(jiān)控層是整個(gè)微網(wǎng)控制器的核心。
[0018]采用DSP為通用微網(wǎng)單元控制器，擁有AD數(shù)據(jù)采集、PWM斬波輸出、大功率電力電子開關(guān)輸出、繼電器輸入輸出、以太網(wǎng)接口等多種功能，可以根據(jù)不同的微網(wǎng)單元設(shè)定不同的功能。
[0019]優(yōu)點(diǎn):該監(jiān)控方法及裝置以小型微網(wǎng)為對(duì)象，為廠礦、社區(qū)等小型單位的新能源微網(wǎng)提供了一種性價(jià)比較高的監(jiān)控方法及裝置；采用分層與通用微網(wǎng)單元控制器相結(jié)合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，管理監(jiān)控與微網(wǎng)各單元控制相分離，運(yùn)行管理層負(fù)責(zé)下達(dá)命令與信息管理，通用微網(wǎng)控制單位獨(dú)立完成控制，運(yùn)行管理層的故障不會(huì)影響微網(wǎng)各單元的運(yùn)行，同時(shí)微網(wǎng)各單元的故障也不會(huì)影響到整個(gè)微網(wǎng)的運(yùn)行，微網(wǎng)控制器采用主副結(jié)構(gòu)，有效提高了系統(tǒng)的可靠性；采用以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，有效提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使得先進(jìn)的控制策略得以實(shí)施；通用微網(wǎng)單元控制器功能多、數(shù)據(jù)采集速度快，可以滿足不同微網(wǎng)單元的控制。
【附圖說明】
:
[0020]圖1為本發(fā)明的小型微網(wǎng)用新能源發(fā)電監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的各層控制功能圖。
[0022]圖3為本發(fā)明的通用微網(wǎng)單元控制器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]實(shí)施例1:本發(fā)明的小型能源發(fā)電微網(wǎng)監(jiān)控方法及裝置；
[0025]所述的監(jiān)控方法包括:運(yùn)行管理層、監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層的三層結(jié)構(gòu)，各層結(jié)構(gòu)之間、采用以太網(wǎng)通信方式通信連接；
[0026]所述的運(yùn)行管理層包括管理計(jì)算機(jī)、運(yùn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)、輸出設(shè)備和外部網(wǎng)絡(luò)，完成與上級(jí)電網(wǎng)的信息交換、確定微網(wǎng)的運(yùn)行模式、綜合歸納分析微網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)、微網(wǎng)各部分單元的故障預(yù)測(cè)與報(bào)警、用戶友好交互模式功能；
[0027]所述的監(jiān)控層包括以DSP為主的主微網(wǎng)控制器，以及副微網(wǎng)控制器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和交換機(jī)；實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行管理層的命令的分析與管理、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制層的各單元運(yùn)行模式的命令下達(dá)、對(duì)各單元監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的收集、判斷與上傳、對(duì)微網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信的管理、對(duì)數(shù)據(jù)的備份與管理；
[0028]所述的現(xiàn)場(chǎng)控制層包括通用微網(wǎng)單元控制器，并以DSP為通用微網(wǎng)單元控制器，擁有AD數(shù)據(jù)采集、PWM斬波輸出、大功率電力電子開關(guān)輸出、繼電器輸入輸出、以太網(wǎng)接口多種功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控層命令的接收與處理、根據(jù)上級(jí)命令決定各單元自身的控制模式與方法、對(duì)各單元運(yùn)行參數(shù)的采集與上傳、對(duì)各單元自身運(yùn)行的保護(hù)與故障報(bào)警、對(duì)上級(jí)無命令模式下的智能運(yùn)行判斷等。
[0029]其中:在監(jiān)控層中，主微網(wǎng)控制器完成對(duì)整個(gè)微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，接收上級(jí)電網(wǎng)的指令與控制要求，設(shè)定底層各微網(wǎng)控制目標(biāo)、完成對(duì)微網(wǎng)母線的電壓、電流、功率、頻率、功率因素、負(fù)荷參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，接收底層各微源的運(yùn)