電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于微電網(wǎng)能量管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管 理控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，電網(wǎng)事故的后果也越來(lái)越嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)問(wèn) 題受到了越來(lái)越多的關(guān)注。微電網(wǎng)將發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷相結(jié)合，通過(guò)相關(guān)控制裝置 之間的配合，可以同時(shí)向用戶(hù)提供電能和熱能，并能夠適時(shí)的有效支撐起大電網(wǎng)，起到消峰 填谷的作用。但是，面對(duì)微電網(wǎng)的接入，對(duì)大電網(wǎng)也存在著沖擊，面臨嚴(yán)重的電壓品質(zhì)問(wèn)題； 如大功率負(fù)載投切引起全網(wǎng)電壓波動(dòng)，對(duì)用電設(shè)備造成沖擊影響;推進(jìn)變頻器等電力電子 變流裝置向主網(wǎng)引入諧波干擾，對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的敏感負(fù)載造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種電力系統(tǒng) 可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，通過(guò)分層的控制策略，上層控制和下層控制，完成微電網(wǎng)在多個(gè) 工作模式之間的切換。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種電力系統(tǒng)可靠性運(yùn) 行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，包括整流發(fā)電機(jī)組、飛輪機(jī)組、負(fù)載和控制模塊，市電通過(guò)可 控整流器向整流發(fā)電機(jī)組提供直流電，整流發(fā)電機(jī)組發(fā)出的直流電經(jīng)過(guò)總開(kāi)關(guān)傳送至直流 母線(xiàn)，向飛輪機(jī)組和負(fù)載供電，飛輪機(jī)組并聯(lián)于直流母線(xiàn)上，控制模塊通過(guò)采集系統(tǒng)工作參 數(shù)控制飛輪機(jī)組的工作模式切換。所述飛輪機(jī)組包括三相全控橋逆變電路、直流并聯(lián)電容、 儲(chǔ)能電機(jī)和飛輪，直流并聯(lián)電容并聯(lián)于直流母線(xiàn)上，三相全控橋逆變電路驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)，飛 輪直接耦合在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，三相全控橋逆變電路的各橋臂開(kāi)關(guān)管的開(kāi)斷由控制模塊控制。 所述控制系統(tǒng)還包括三相全控橋逆變電路故障診斷電路，三相全控橋逆變電路各相的中節(jié) 點(diǎn)通過(guò)分壓和限流電阻連接一個(gè)運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的輸出端連接光電耦合器，橋臂 上其中一個(gè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)信號(hào)和光電耦合器的輸出端送入邏輯"與"運(yùn)算器，光電耦合器的輸 出端經(jīng)過(guò)邏輯"非"后與另一個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入邏輯"與"運(yùn)算器輸出。所述整流發(fā)電 機(jī)組包括直流電動(dòng)機(jī)DM、起動(dòng)器、十二相同步整流發(fā)電機(jī)SG和一套負(fù)責(zé)監(jiān)視、控制機(jī)組運(yùn)行 的集控臺(tái)組成，直流電動(dòng)機(jī)DM勵(lì)磁繞組串聯(lián)了可調(diào)電阻，電阻值可手動(dòng)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī) DM勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以拖動(dòng)12相整流發(fā)電機(jī)SG至額定轉(zhuǎn)速，再通過(guò)外接直流電源手 動(dòng)調(diào)節(jié)12相發(fā)電機(jī)SG勵(lì)磁，以控制發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓。所述控制模塊包括采樣調(diào)理電 板、主控制板、供電電源板和顯示終端，采樣調(diào)理電板包括傳感器和放大調(diào)理電路，主控制 板包括了 STM3 2和FPGA兩塊控制芯片，STM3 2控制采樣調(diào)理電板的數(shù)據(jù)采樣、打包上傳、DC-AC變換控制，F(xiàn)PGA根據(jù)采集到的傳感器數(shù)據(jù)，控制各個(gè)繼電器的開(kāi)合實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的 工作模式切換。所述傳感器采樣數(shù)據(jù)包括儲(chǔ)能電機(jī)的兩相線(xiàn)電流、直流母線(xiàn)電壓和飛輪轉(zhuǎn) 速。
[0005] 發(fā)明有益效果是:本實(shí)用新型通過(guò)各變換器的協(xié)調(diào)控制，在各模式之間切換，以維 持母線(xiàn)電壓的恒定，實(shí)現(xiàn)能量的平衡，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】

[0006] 下面對(duì)本說(shuō)明書(shū)附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明：
[0007]圖1是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的飛輪儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0009] 圖3是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的變流器故障診斷電路。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各 構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工 藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明 構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0011] 本實(shí)用新型的微電網(wǎng)采用飛輪儲(chǔ)能來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)波動(dòng)，微電網(wǎng)包括整流發(fā)電機(jī)組、 飛輪機(jī)組、負(fù)載和控制模塊組成，圖1為本實(shí)用新型的飛輪儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)圖，飛輪儲(chǔ)能裝置 包括變流器、異步電機(jī)和飛輪部分組成，飛輪儲(chǔ)能裝置并聯(lián)于直流母線(xiàn)，由變流器驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能 電機(jī)，飛輪直接耦合在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，變流器采用三相全控橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向 流動(dòng)，由于飛輪儲(chǔ)能裝置的設(shè)計(jì)要求電機(jī)具備較強(qiáng)的瞬時(shí)過(guò)載能力、較長(zhǎng)的穩(wěn)定使用壽命 和較大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性強(qiáng)、能量密度高的龍型異步電機(jī)， 大直徑鋼質(zhì)飛輪可以增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此本實(shí)用新型采用大直徑鋼質(zhì)飛輪。
[0012] 如圖2所示，為本實(shí)用新型微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖，380V市電通過(guò)可控整流器轉(zhuǎn)換為直流 電輸出，向整流發(fā)電機(jī)組提供200V直流電。整流發(fā)電機(jī)組由一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)DM、一套起動(dòng)器 (KChKC^KC)、一臺(tái)十二相同步整流發(fā)電機(jī)SG和一套負(fù)責(zé)監(jiān)視、控制機(jī)組運(yùn)行的集控臺(tái)組 成，向500V直流母線(xiàn)供電，其中，直流電動(dòng)機(jī)DM勵(lì)磁繞組串聯(lián)了可調(diào)電阻，電阻值可手動(dòng)控 制，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)DM勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以拖動(dòng)12相整流發(fā)電機(jī)SG至額定轉(zhuǎn)速 (1500r/min)，再通過(guò)外接直流電源手動(dòng)調(diào)節(jié)12相發(fā)電機(jī)SG勵(lì)磁，以控制發(fā)電機(jī)輸出的直流 電壓。
[0013] 發(fā)電機(jī)發(fā)出的500V直流電經(jīng)過(guò)整流橋和總開(kāi)關(guān)Kl傳送至直流母線(xiàn)，分別向飛輪異 步電機(jī)和電阻負(fù)載供電。飛輪機(jī)組由三相全控橋逆變電路、直流并聯(lián)電容、三相異步電機(jī)和 飛輪組成。其中，各橋臂開(kāi)關(guān)管的開(kāi)斷由控制模塊控制。飛輪固定在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，采 用SVPffM控制，通過(guò)6個(gè)開(kāi)關(guān)管從直流網(wǎng)側(cè)吸收能量并儲(chǔ)存，直流母線(xiàn)電壓跌落時(shí)，通過(guò)續(xù)流 二極管將能量傳回直流網(wǎng)側(cè)。
[0014] 三相全控橋變流器因長(zhǎng)時(shí)間工作在高頻、高溫狀態(tài)，易損壞的器件，為了確定變流 器的故障位置，本實(shí)用新型設(shè)置了故障診斷電路，如圖3所示，以A相橋臂為例，在!^故障下， 當(dāng)A相電流i a為正開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，A相上下橋臂電壓均與正常值不同。與此類(lèi)似，T2故障分析也 能獲得各自故障的定位信息，圖2為A相橋臂開(kāi)路故障診斷電路。圖中R 1J2為分壓電阻，用于 獲取A相橋臂電壓;型運(yùn)算放大器，用于驅(qū)動(dòng)光耦1]2;/和^為故障診斷電路輸 出信號(hào)，經(jīng)鎖存后就可記錄故障信息，S a+、Sa-為開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0015] 正常運(yùn)行時(shí)ThT2電壓為％、％，在!^發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，當(dāng)電流">0時(shí)，開(kāi)關(guān)信號(hào) Sa+不能使T1導(dǎo)通，從A相橋臂流出的電流只能通過(guò)T2的反向二極管續(xù)流，此時(shí)、:&:=〇 (Udc為直流側(cè)電壓）。結(jié)合圖2可知，此時(shí)運(yùn)算放大器U 1不能驅(qū)動(dòng)光耦U2，UO輸出為高電平，U0 與開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行邏輯"與"運(yùn)算后為tTdPT1的故障診斷信號(hào)·/^輸出為高電平；同理，在T 2 發(fā)生開(kāi)路故障且電流ia<〇時(shí)，則·G2輸出為高電平。因此無(wú)論哪個(gè)橋臂發(fā)生開(kāi)路故障，或者 上下橋臂同時(shí)發(fā)生開(kāi)路，該診斷電路都能有效地識(shí)別故障橋臂的位置。
[0016] 飛輪儲(chǔ)能微網(wǎng)電力系統(tǒng)可以工作在三種工作模式下，即充電模式、放電模式和保 持模式，充電模式下，電網(wǎng)向飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)供電，飛輪儲(chǔ)能電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，變流器工作 在逆變狀態(tài)，控制電能輸入，使飛輪儲(chǔ)能電機(jī)上升到指定轉(zhuǎn)速。在放電模式:飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng) 向電網(wǎng)饋能，飛輪儲(chǔ)能電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，變流器工作在整流狀態(tài)，控制電能回饋，使飛輪 儲(chǔ)能電機(jī)下降到指定轉(zhuǎn)速。在保持模式:飛輪電機(jī)依靠自身慣性維持恒速運(yùn)行，處于旁路狀 態(tài)，僅從電網(wǎng)吸收最小能量以克服運(yùn)行損耗。
[0017] 控制模塊硬件電路包括采樣調(diào)理電板、主控制板、供電電源板和顯示終端，主控制 板包括了 STM32和FPGA兩塊控制核心，采樣調(diào)理電板包括3路傳感器和放大調(diào)理電路，STM32 核心主要實(shí)現(xiàn)了異步電機(jī)的兩相線(xiàn)電流、直流母線(xiàn)電壓和飛輪轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)采樣、采樣數(shù)據(jù) 打包上傳、DC-AC變換控制的功能，F(xiàn)PGA控制繼電器開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸出。根據(jù)采集到的傳感器 數(shù)據(jù)，在STM32中完成系統(tǒng)工作模式的判別，工作模式確定，通過(guò)FSMC總線(xiàn)將具體的控制命 令傳遞到FPGA，實(shí)行具體的命令，控制各個(gè)繼電器的開(kāi)合。通過(guò)上層控制和下層控制的協(xié)調(diào) 配合，可以高效完成各種不同工作模式之間的切換，并保持直流母線(xiàn)電壓的恒定。
[0018] 上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受 上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改 進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實(shí)用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，包括整流發(fā)電機(jī)組、飛輪機(jī) 組、負(fù)載和控制模塊，市電通過(guò)可控整流器向整流發(fā)電機(jī)組提供直流電，整流發(fā)電機(jī)組發(fā)出 的直流電經(jīng)過(guò)總開(kāi)關(guān)傳送至直流母線(xiàn)，向飛輪機(jī)組和負(fù)載供電，飛輪機(jī)組并聯(lián)于直流母線(xiàn) 上，控制模塊通過(guò)采集系統(tǒng)工作參數(shù)控制飛輪機(jī)組的工作模式切換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，所述飛輪機(jī) 組包括三相全控橋逆變電路、直流并聯(lián)電容、儲(chǔ)能電機(jī)和飛輪，直流并聯(lián)電容并聯(lián)于直流母 線(xiàn)上，三相全控橋逆變電路驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)，飛輪直接耦合在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，三相全控橋逆變電 路的各橋臂開(kāi)關(guān)管的開(kāi)斷由控制模塊控制。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系 統(tǒng)還包括三相全控橋逆變電路故障診斷電路，三相全控橋逆變電路各相的中節(jié)點(diǎn)通過(guò)分壓 和限流電阻連接一個(gè)運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的輸出端連接光電耦合器，橋臂上其中一個(gè) 開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)信號(hào)和光電耦合器的輸出端送入邏輯"與"運(yùn)算器，光電耦合器的輸出端經(jīng)過(guò)邏 輯"非"后與另一個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)信號(hào)送入邏輯"與"運(yùn)算器輸出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，所述整流發(fā) 電機(jī)組包括直流電動(dòng)機(jī)DM、起動(dòng)器、十二相同步整流發(fā)電機(jī)SG和一套負(fù)責(zé)監(jiān)視、控制機(jī)組運(yùn) 行的集控臺(tái)組成，直流電動(dòng)機(jī)DM勵(lì)磁繞組串聯(lián)了可調(diào)電阻，電阻值可手動(dòng)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)電 機(jī)DM勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以拖動(dòng)12相整流發(fā)電機(jī)SG至額定轉(zhuǎn)速，再通過(guò)外接直流電 源手動(dòng)調(diào)節(jié)12相發(fā)電機(jī)SG勵(lì)磁，以控制發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模 塊包括采樣調(diào)理電板、主控制板、供電電源板和顯示終端，采樣調(diào)理電板包括傳感器和放大 調(diào)理電路，主控制板包括了 STM32和FPGA兩塊控制芯片，STM32控制采樣調(diào)理電板的數(shù)據(jù)采 樣、打包上傳、DC-AC變換控制，F(xiàn)PGA根據(jù)采集到的傳感器數(shù)據(jù)，控制各個(gè)繼電器的開(kāi)合實(shí)現(xiàn) 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作模式切換。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采集到 的傳感器數(shù)據(jù)包括儲(chǔ)能電機(jī)的兩相線(xiàn)電流、直流母線(xiàn)電壓和飛輪轉(zhuǎn)速。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行管理控制系統(tǒng)，包括整流發(fā)電機(jī)組、飛輪機(jī)組、負(fù)載和控制模塊，市電通過(guò)可控整流器向整流發(fā)電機(jī)組提供直流電，整流發(fā)電機(jī)組發(fā)出的直流電經(jīng)過(guò)總開(kāi)關(guān)傳送至直流母線(xiàn)，向飛輪機(jī)組和負(fù)載供電，飛輪機(jī)組并聯(lián)于直流母線(xiàn)上，控制模塊通過(guò)采集系統(tǒng)工作參數(shù)控制飛輪機(jī)組的工作模式切換。本實(shí)用新型通過(guò)各變換器的協(xié)調(diào)控制，在各模式之間切換，以維持母線(xiàn)電壓的恒定，實(shí)現(xiàn)能量的平衡，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
【IPC分類(lèi)】H02J3/30
【公開(kāi)號(hào)】CN205385292
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620130197
【發(fā)明人】田麗, 汪煒將, 鳳志民, 李從飛, 吳道林, 趙攀攀, 李江峰, 王軍
【申請(qǐng)人】安徽工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2016年2月19日