智能微电网控制装置及控制方法

智能微电网控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电网控制技术领域，尤其涉及一种智能微电网控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，新能源行业逐渐的得到了重视，由于新能源的不稳定性，不可确定性，以及天气带来的影响，导致发电量波动明显，影响整个电网的使用平衡，因此大规模兴建新能源发电厂受到限制，在这种情况下，分布式发电，智能微电网弥补了以上缺点。所谓智能微电网，即由发电系统，储能系统，负载构成的小电网、微电网，它具有高速调节供需平衡，并网、离网快速切换等特点。其中发电系统:风力发电机组，光伏发电为主。储能系统:电池，超级电容为主。负载:生活用电气设备，工业生产设备等。
[0003]由于微电网的规模较小，较分散，可以达到微网内发电，微网内电能消耗，剩余电量并到电网带来经济收入等优点，逐渐被认可。由于微电网经常在并网和孤岛运行模式间互相切换，整个微网的控制策略和响应速度凸显的尤为重要。尤其是在并网转孤岛过程中，储能设备的第一时间介入，关乎到整个微网的成败。
[0004]如何设计一种响应速度快的智能微电网控制装置成为本领域技术人员研宄的课题。

【发明内容】

[0005]本技术方案要解决的问题是提供一种响应速度快的智能微电网控制装置及控制方法。
[0006]为解决上述问题，本发明采用的技术方案:
[0007]一种智能微电网控制装置，包括信号采集模块、I/O模块和控制模块，所述控制模块通过EtherCAT总线分别与所述信号采集模块和I/O模块连接；所述信号采集模块包括传感器、第二调理电路、AD转换电路和DSP模块，所述传感器采集到的信号依次经所述第二调理电路、AD转换电路和DSP模块；所述I/O模块包括继电器、第一调理电路和第一单片机，所述继电器通过第一调理电路与所述第一单片机连接；所述控制模块连接多个接口。
[0008]所述第二调理电路包括滤波电路和二值化处理电路。
[0009]所述第一调理电路包括滤波电路和隔离电路。
[0010]所述接口包括人机交互接口、USB 接口、canopen 接口、Ethernet 接口、RS485/232接口和SD卡接口。
[0011]所述控制模块的CPU为Cortex-A系列CPU。
[0012]所述DSP模块采用TI公司的C200028335系列DSP。
[0013]所述I/O模块的CPU为STM32系列CPU。
[0014]基于上述的智能微电网控制装置的控制方法，其特征在于:包括如下步骤:
[0015]Sl、I/0模块对采集到的设备节点的数据参数进行滤波调理及逻辑校验和匹配，并将没有问题的数据通过EtherCAT总线传送到控制模块；DSP模块通过外部各传感器采集电压电流参数，进行滤波和二值化处理，并进行当前的功率、相位参数的计算，此计算根据上一时刻知识库反馈的预测值进行偏差修正，并带入模型进行推理，进入知识库进行参数的遗传、模糊计算和推导，将算完的数据带入状态机，得出当前电网的相应状态，并将电网状态数据通过EtherCAT总线传送到控制模块；
[0016]S2、控制模块通过Ethercat协议栈与DSP模块和I/O模块进行数据的交换，数据送到联动控制模块，进行整合和分析，并与状态库进行对比、判断，得出目前电网的状态，以及下一时刻的预判断，交给多任务处理单元，由多任务处理单元进行当前模式的计算，计算出最优值，比对状态库，返回控制模块，并根据多任务处理的状况和情况与检测/监控模块进行模糊对应，将结果在状态机内查表，并用人机接口反馈给操作人员；
[0017]相反，工作人员通过人机接口下达控制命令，命令到系统状态机查表，求出运行参数，输入到检测/监控模块，根据消息的类型选择是通过通信协议传送出去，还是进行计算处理，如果进行计算处理，则进行相关计算，并通过状态库配置需要下发的命令，并将需要执行的命令发送出去。
[0018]所述I/O模块内设有安全保护模块，如果在整个数据采集过程中，遇见3次以上的错误，所述安全保护模块将切断错误数据对应的继电器节点。
[0019]所述检测/监控模块内配置消息状态机，并且直接操作控制模块，并通过EtherCAT传输出去，这条通路只有在某些特殊情况下使用；消息状态机的消息也参与到其他任务的计算，作为一个状态评估条件出现在多任务处理中。
[0020]本发明具有的优点和积极效果是:(I)由于本发明的DSP模块会对微电网的状况作出快速计算，因此本发明的响应速度有了极大的提高；(2)两个调理电路的设置对采集的信号进行了滤波、除杂等处理，避免外界干扰对信号采集准确度的影响，提高控制精度；
(3)多接口的设置可以简单方便的与其他设备连接，大大提升其友好性，并为微网组网提供方便的条件。
【附图说明】
[0021]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0022]图1是本发明的原理框图；
[0023]图2是本发明第一调理电路结构示意图；
[0024]图3是本发明第二调理电路结构示意图；
[0025]图4是本发明控制模块的控制逻辑图；
[0026]图5是本发明I/O模块的控制逻辑图；
[0027]图6是本发明DSP模块的控制逻辑图。
【具体实施方式】
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0030]如图1-6所示，一种智能微电网控制装置，包括信号采集模块、I/O模块和控制模块，所述控制模块通过EtherCAT总线分别与所述信号采集模块和I/O模块连接；所述信号采集模块包括传感器、第二调理电路、AD转换电路和DSP模块，所述传感器采集到的信号依次经所述第二调理电路、AD转换电路和DSP模块；所述I/O模块包括继电器、第一调理电路和第一单片机，所述继电器通过第一调理电路与所述第一单片机连接；所述控制模块连接多个接口。
[0031]所述第二调理电路包括滤波电路和二值化处理电路。具体见图3。
[0032]所述第一调理电路包括滤波电路和隔离电路。具体见图2。
[0033]所述接口包括人机交互接口、USB 接口、canopen 接口、Ethernet 接口、RS485/232接口和SD卡接口。
[0034]所述控制模块的CPU为Cortex-A系列CPU。型号为TI公司的AM3359。
[0035]所述DSP模块采用TI公司的C200028335系列DSP。
[0036]所述I/O模块的CPU为STM32系列CPU。
[0037]基于上述的智能微电网控制装置的控制方法，其特征在于:包括如下步骤:
[0038]Sl、I/0模块对采集到的设备节点的数据参数进行滤波调理及逻辑校验和匹配，并将没有问题的数据通过EtherCAT总线传送到控制模块；DSP模块通过外部各传感器采集电压电流参数，进行滤波和二值化处理，并进行当前的功率、相位参数的计算，此计算根据上一时刻知识库反馈的预测值进行偏差修正，并带入模型进行推理，进入知识库进行参数的遗传、模糊计算和推导，将算完的数据带入状态机，得出当前电网的相应状态，并将电网状态数据通过EtherCAT总线传送到控制模块；
[0039]S2、控制模块通过Ethercat协议栈与DSP模块和I/O模块进行数据的交换，数据送到联动控制模块，进行整合和分析，并与状态库进行对比、判断，得出目前电网的状态，以及下一时刻的预判断，交给多任务处理单元，由多任务处理单元进行当前模式的计算，计算出最优值，比对状态库，返回控制模块，并根据多任务处理的状况和情况与检测/监控模块进行模糊对应，将结果在状态机内查表，并用人机接口反馈给操作人员；
[0040]相反 ，工作人员通过人机接口下达控制命令，命令到系统状态机查表，求出运行参数，输入到检测/监控模块，根据消息的类型选择是通过通信协议传送出去，还是进行计算处理，如果进行计算处理，则进行相关计算，并通过状态库配置需要下发的命令，并将需要执行的命令发送出去。
[0041]所述I/O模块内设有安全保护模块，如果在整个数据采集过程中，遇见3次以上的错误，所述安全保护模块将切断错误数据对应的继电器节点。而且安全保护模块可以由cortex-a通过EtherCAT进行操作，提高设备的冗余性。
[0042]所述检测/监控模块内配置消息状态机，并且直接操作控制模块，并通过EtherCAT传输出去，这条通路只有在某些特殊情况下使用；消息状态机的消息也参与到其他任务的计算，作为一个状态评估条件出现在多任务处理中。
[0043]本发明外壳采用工业控制器中的标准4U控制箱壳体。其内部具有足够多路模拟量采集端口，方便采集大电网，微电网，以及各个电力电子器件的相关电压电流信号，通过AD转换后由DSP(数字信号处理器)完成计算后，通过EtherCAT(开放的实时以太网)内部总线，将数据传输到arm (Acorn RISC Machine)处理器上，由arm完成逻辑分析，下发到各个电力电子系统上。
[0044]彳目号米集模块:
[0045]采集信号为标准4?20mA的工业信号，兼容基本的电压电流传感器，经过第二调理电路调理，输入到AD芯片中，完成模拟量对数字量的转换。数字量输入DSP后进行快速计算，得出目前微电网的状态，健康程度等。
[0046]I/O 模块:
[0047]I/O模块采用cortex-M系列单片机实现I/O的逻辑采集和输出，并实现EtherCAT从站功能，I/O模块具备工业级I/O控制能力，可直接驱动继电器等逻辑器件。
[0048]控制模块:
[0049]控制模块采用corteX-A8系列的arm芯片完成，整个微电网控制器的逻辑部分的处理，以及人机接口，外界通信等功能。此模块拥有双USB接口，标准以太网接口，EtherCAT总线接口，以及工业标准modbus, CANopen总线接口，可以简单方便的与其他设备连接，大大提升其友好性，并为微网组网提供方便的条件。其中EtherCAT总线接口，连接DSP模块，和I/O模块，具备标准EtherCAT的所有功能，实现控制器内部的连接，又因为EtherCAT的总线的加入，使控制器的可定制性有了大大的提高。
[0050]整个控制器大体构造如上所述，其优点在于仅仅是针对智能微电网的相关需求而定制的一款，只针对于智能微电网的控制器，配合EtherCAT内部总线，适应不同规模大小的微电网。
[0051]针对于智能微电网对整个微网的调度和控制，在本机箱内嵌入针对矢量控制的专用DSP，专门对微电网的实时电压电流进行高速计算，并借助高速EtherCAT总线，将计算出来的控制策略发送给控制模块，控制模块根据DSP计算出的调度策略，借助I/O版，以及通信总线，完成对各个电力电子设备的控制，从而控制整个微电网的实时控制。
[0052]目前行业内关于智能微电网控制器大致都采用PLC进行修改和定制，其特性主要还是PLC，没有针对智能微电网的特色进行优化和完善，本发明的一种智能微电网主控制箱，主要是针对智能微电网的一种核心控制器，它具备电网参数的计算，逻辑命令的搜集和下发，以及人机接口。为后期智能微电网行业的核心控制器奠定基础。
[0053]以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.智能微电网控制装置，其特征在于:包括信号采集模块、I/o模块和控制模块，所述控制模块通过EtherCAT总线分别与所述信号采集模块和I/O模块连接；所述信号采集模块包括传感器、第二调理电路、AD转换电路和DSP模块，所述传感器采集到的信号依次经所述第二调理电路、AD转换电路和DSP模块；所述I/O模块包括继电器、第一调理电路和第一单片机，所述继电器通过第一调理电路与所述第一单片机连接；所述控制模块连接多个接口。2.根据权利要求1所述的智能微电网控制装置，其特征在于:所述第二调理电路包括滤波电路和二值化处理电路。3.根据权利要求1所述的智能微电网控制装置，其特征在于:所述第一调理电路包括滤波电路和隔离电路。4.根据权利要求1所述的智能微电网控制装置，其特征在于:所述接口包括人机交互接 口、USB 接口、canopen 接 口、Ethernet 接 口、RS485/232 接 口 和 SD 卡接 口。5.根据权利要求1所述的智能微电网控制装置，其特征在于:所述控制模块的CPU为Cortex-A 系列 CPU。6.根据权利要求5所述的智能微电网控制装置，其特征在于:所述DSP模块采用TI公司的 C200028335 系列 DSP。7.根据权利要求1所述的智能微电网控制装置，其特征在于:所述I/O模块的CPU为STM32 系列 CPU。8.基于权利要求1所述的智能微电网控制装置的控制方法，其特征在于:包括如下步骤: 51、I/0模块对采集到的设备节点的数据参数进行滤波调理及逻辑校验和匹配，并将没有问题的数据通过EtherCAT总线传送到控制模块；DSP模块通过外部各传感器采集电压电流参数，进行滤波和二值化处理，并进行当前的功率、相位参数的计算，此计算根据上一时刻知识库反馈的预测值进行偏差修正，并带入模型进行推理，进入知识库进行参数的遗传、模糊计算和推导，将算完的数据带入状态机，得出当前电网的相应状态，并将电网状态数据通过EtherCAT总线传送到控制模块； 52、控制模块通过Ethercat协议栈与DSP模块和I/O模块进行数据的交换，数据送到联动控制模块，进行整合和分析，并与状态库进行对比、判断，得出目前电网的状态，以及下一时刻的预判断，交给多任务处理单元，由多任务处理单元进行当前模式的计算，计算出最优值，比对状态库，返回控制模块，并根据多任务处理的状况和情况与检测/监控模块进行模糊对应，将结果在状态机内查表，并用人机接口反馈给操作人员； 相反，工作人员通过人机接口下达控制命令，命令到系统状态机查表，求出运行参数，输入到检测/监控模块，根据消息的类型选择是通过通信协议传送出去，还是进行计算处理，如果进行计算处理，则进行相关计算，并通过状态库配置需要下发的命令，并将需要执行的命令发送出去。9.根据权利要求8所述的智能微电网控制装置的控制方法，其特征在于:所述I/O模块内设有安全保护模块，如果在整个数据采集过程中，遇见3次以上的错误，所述安全保护模块将切断错误数据对应的继电器节点。10.根据权利要求9所述的智能微电网控制装置的控制方法，其特征在于:所述检测/监控模块内配置消息状态机，并且直接操作控制模块，并通过EtherCAT传输出去，这条通路只有在某些特殊情况下使用；消息状态机的消息也参与到其他任务的计算，作为一个状态评估条件出现在多任务处理中。
【专利摘要】本发明提供一种智能微电网控制装置及控制方法，控制装置，包括信号采集模块、I/O模块和控制模块，所述控制模块通过EtherCAT总线分别与所述信号采集模块和I/O模块连接；所述信号采集模块包括传感器、第二调理电路、AD转换电路和DSP模块，所述传感器采集到的信号依次经所述第二调理电路、AD转换电路和DSP模块；所述I/O模块包括继电器、第一调理电路和第一单片机，所述继电器通过第一调理电路与所述第一单片机连接；所述控制模块连接多个接口。由于本发明的DSP模块会对微电网的状况作出快速计算，因此本发明的响应速度有了极大的提高。
【IPC分类】H02J13/00
【公开号】CN104882965
【申请号】CN201510279604
【发明人】房凯龙, 周玲玲, 张新强, 侯立军
【申请人】天津瑞能电气有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月27日