電力系統(tǒng)可靠性運行管理控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于微電網(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)事故的后果也越來越嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的可靠性和風(fēng)險問 題受到了越來越多的關(guān)注。微電網(wǎng)將發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和負(fù)荷相結(jié)合，通過相關(guān)控制裝置 之間的配合，可以同時向用戶提供電能和熱能，并能夠適時的有效支撐起大電網(wǎng)，起到消峰 填谷的作用。但是，面對微電網(wǎng)的接入，對大電網(wǎng)也存在著沖擊，面臨嚴(yán)重的電壓品質(zhì)問題； 如大功率負(fù)載投切引起全網(wǎng)電壓波動，對用電設(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，對并網(wǎng)運行的敏感負(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，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種電力系統(tǒng) 可靠性運行管理控制系統(tǒng)，通過分層的控制策略，上層控制和下層控制，完成微電網(wǎng)在多個 工作模式之間的切換。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為:一種電力系統(tǒng)可靠性運 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)過總開關(guān)傳送至直流 母線，向飛輪機(jī)組和負(fù)載供電，飛輪機(jī)組并聯(lián)于直流母線上，控制模塊通過采集系統(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、 儲能電機(jī)和飛輪，直流并聯(lián)電容并聯(lián)于直流母線上，三相全控橋逆變電路驅(qū)動儲能電機(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關(guān)管的開斷由控制模塊控制。 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) 點通過分壓和限流電阻連接一個運算放大器，運算放大器的輸出端連接光電耦合器，橋臂 上其中一個開關(guān)管開關(guān)信號和光電耦合器的輸出端送入邏輯"與"運算器，光電耦合器的輸 出端經(jīng)過邏輯"非"后與另一個開關(guān)管的開關(guān)信號送入邏輯"與"運算器輸出。所述整流發(fā)電 機(jī)組包括直流電動機(jī)DM、起動器、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)組運行 的集控臺組成，直流電動機(jī)DM勵磁繞組串聯(lián)了可調(diào)電阻，電阻值可手動控制，通過調(diào)節(jié)電機(jī) DM勵磁電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以拖動12相整流發(fā)電機(jī)SG至額定轉(zhuǎn)速，再通過外接直流電源手 動調(diào)節(jié)12相發(fā)電機(jī)SG勵磁，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)，控制各個繼電器的開合實現(xiàn)飛輪儲能系統(tǒng)的 工作模式切換。所述傳感器采樣數(shù)據(jù)包括儲能電機(jī)的兩相線電流、直流母線電壓和飛輪轉(zhuǎn) 速。
[0005] 發(fā)明有益效果是:本實用新型通過各變換器的協(xié)調(diào)控制，在各模式之間切換，以維 持母線電壓的恒定，實現(xiàn)能量的平衡，保證系統(tǒng)的正常運行。
【附圖說明】

[0006] 下面對本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明：
[0007]圖1是本實用新型的【具體實施方式】的飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2是本實用新型的【具體實施方式】的微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0009] 圖3是本實用新型的【具體實施方式】的變流器故障診斷電路。
【具體實施方式】
[0010] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的【具體實施方式】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)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明 構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0011] 本實用新型的微電網(wǎng)采用飛輪儲能來調(diào)節(jié)電網(wǎng)波動，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為本實用新型的飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)圖，飛輪儲能裝置 包括變流器、異步電機(jī)和飛輪部分組成，飛輪儲能裝置并聯(lián)于直流母線，由變流器驅(qū)動儲能 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，由于飛輪儲能裝置的設(shè)計要求電機(jī)具備較強(qiáng)的瞬時過載能力、較長的穩(wěn)定使用壽命 和較大的轉(zhuǎn)速波動范圍，選用結(jié)構(gòu)簡單、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)動慣量，因此本實用新型采用大直徑鋼質(zhì)飛輪。
[0012] 如圖2所示，為本實用新型微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖，380V市電通過可控整流器轉(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)組由一臺直流電動機(jī)DM、一套起動器 (KChKC^KC)、一臺十二相同步整流發(fā)電機(jī)SG和一套負(fù)責(zé)監(jiān)視、控制機(jī)組運行的集控臺組 成，向500V直流母線供電，其中，直流電動機(jī)DM勵磁繞組串聯(lián)了可調(diào)電阻，電阻值可手動控 制，通過調(diào)節(jié)電機(jī)DM勵磁電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以拖動12相整流發(fā)電機(jī)SG至額定轉(zhuǎn)速 (1500r/min)，再通過外接直流電源手動調(diào)節(jié)12相發(fā)電機(jī)SG勵磁，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)過整流橋和總開關(guān)Kl傳送至直流母線，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，各橋臂開關(guān)管的開斷由控制模塊控制。飛輪固定在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，采 用SVPffM控制，通過6個開關(guān)管從直流網(wǎng)側(cè)吸收能量并儲存，直流母線電壓跌落時，通過續(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時間工作在高頻、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為正開關(guān)信號時，A相上下橋臂電壓均與正常值不同。與此類似，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;型運算放大器，用于驅(qū)動光耦1]2;/和^為故障診斷電路輸 出信號，經(jīng)鎖存后就可記錄故障信息，S a+、Sa-為開關(guān)信號。
[0015] 正常運行時ThT2電壓為％、％，在!^發(fā)生開路故障時，當(dāng)電流">0時，開關(guān)信號 Sa+不能使T1導(dǎo)通，從A相橋臂流出的電流只能通過T2的反向二極管續(xù)流，此時、:&:=〇 (Udc為直流側(cè)電壓）。結(jié)合圖2可知，此時運算放大器U 1不能驅(qū)動光耦U2，UO輸出為高電平，U0 與開關(guān)信號進(jìn)行邏輯"與"運算后為tTdPT1的故障診斷信號·/^輸出為高電平；同理，在T 2 發(fā)生開路故障且電流ia<〇時，則·G2輸出為高電平。因此無論哪個橋臂發(fā)生開路故障，或者 上下橋臂同時發(fā)生開路，該診斷電路都能有效地識別故障橋臂的位置。
[0016] 飛輪儲能微網(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)向飛輪儲能系統(tǒng)供電，飛輪儲能電機(jī)作電動機(jī)運行，變流器工作 在逆變狀態(tài)，控制電能輸入，使飛輪儲能電機(jī)上升到指定轉(zhuǎn)速。在放電模式:飛輪儲能系統(tǒng) 向電網(wǎng)饋能，飛輪儲能電機(jī)作發(fā)電機(jī)運行，變流器工作在整流狀態(tài)，控制電能回饋，使飛輪 儲能電機(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行，處于旁路狀 態(tài)，僅從電網(wǎng)吸收最小能量以克服運行損耗。
[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 核心主要實現(xiàn)了異步電機(jī)的兩相線電流、直流母線電壓和飛輪轉(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控制繼電器開關(guān)信號的輸出。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FSMC總線將具體的控制命 令傳遞到FPGA，實行具體的命令，控制各個繼電器的開合。通過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，并保持直流母線電壓的恒定。
[0018] 上面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受 上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改 進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種電力系統(tǒng)可靠性運行管理控制系統(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)過總開關(guān)傳送至直流母線，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 上，控制模塊通過采集系統(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、儲能電機(jī)和飛輪，直流并聯(lián)電容并聯(lián)于直流母 線上，三相全控橋逆變電路驅(qū)動儲能電機(jī)，飛輪直接耦合在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，三相全控橋逆變電 路的各橋臂開關(guān)管的開斷由控制模塊控制。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)點通過分壓 和限流電阻連接一個運算放大器，運算放大器的輸出端連接光電耦合器，橋臂上其中一個 開關(guān)管開關(guān)信號和光電耦合器的輸出端送入邏輯"與"運算器，光電耦合器的輸出端經(jīng)過邏 輯"非"后與另一個開關(guān)管的開關(guān)信號送入邏輯"與"運算器輸出。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)組包括直流電動機(jī)DM、起動器、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 行的集控臺組成，直流電動機(jī)DM勵磁繞組串聯(lián)了可調(diào)電阻，電阻值可手動控制，通過調(diào)節(jié)電 機(jī)DM勵磁電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以拖動12相整流發(fā)電機(jī)SG至額定轉(zhuǎn)速，再通過外接直流電 源手動調(diào)節(jié)12相發(fā)電機(jī)SG勵磁，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)，控制各個繼電器的開合實現(xiàn) 飛輪儲能系統(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)包括儲能電機(jī)的兩相線電流、直流母線電壓和飛輪轉(zhuǎn)速。
【專利摘要】本實用新型公開了一種電力系統(tǒng)可靠性運行管理控制系統(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)過總開關(guān)傳送至直流母線，向飛輪機(jī)組和負(fù)載供電，飛輪機(jī)組并聯(lián)于直流母線上，控制模塊通過采集系統(tǒng)工作參數(shù)控制飛輪機(jī)組的工作模式切換。本實用新型通過各變換器的協(xié)調(diào)控制，在各模式之間切換，以維持母線電壓的恒定，實現(xiàn)能量的平衡，保證系統(tǒng)的正常運行。
【IPC分類】H02J3/30
【公開號】CN205385292
【申請?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
【申請人】安徽工程大學(xué)
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年2月19日