電力系統(tǒng)可靠性運行管理控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于微電網能量管理技術領域，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】
[0002] 電網規(guī)模日益擴大，電網事故的后果也越來越嚴重，電力系統(tǒng)的可靠性和風險問 題受到了越來越多的關注。微電網將發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和負荷相結合，通過相關控制裝置 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，起到消峰 填谷的作用。但是，面對微電網的接入，對大電網也存在著沖擊，面臨嚴重的電壓品質問題； 如大功率負載投切引起全網電壓波動，對用電設備造成沖擊影響;推進變頻器等電力電子 變流裝置向主網引入諧波干擾，對并網運行的敏感負載造成影響。

【發(fā)明內容】

[0003] 根據以上現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術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，完成微電網在多個 工作模式之間的切換。
[0004] 為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為: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)電機組、飛輪機組、負載和控制模塊，市電通過可 控整流器向整流發(fā)電機組提供直流電，整流發(fā)電機組發(fā)出的直流電經過總開關傳送至直流 母線，向飛輪機組和負載供電，飛輪機組并聯于直流母線上，控制模塊通過采集系統(tǒng)工作參 數控制飛輪機組的工作模式切換。所述飛輪機組包括三相全控橋逆變電路、直流并聯電容、 儲能電機和飛輪，直流并聯電容并聯于直流母線上，三相全控橋逆變電路驅動儲能電機，飛 輪直接耦合在電機轉子上，三相全控橋逆變電路的各橋臂開關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 上其中一個開關管開關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 出端經過邏輯"非"后與另一個開關管的開關信號送入邏輯"與"運算器輸出。所述整流發(fā)電 機組包括直流電動機DM、起動器、十二相同步整流發(fā)電機SG和一套負責監(jiān)視、控制機組運行 的集控臺組成，直流電動機DM勵磁繞組串聯了可調電阻，電阻值可手動控制，通過調節(jié)電機 DM勵磁電流，實現轉速調節(jié)，以拖動12相整流發(fā)電機SG至額定轉速，再通過外接直流電源手 動調節(jié)12相發(fā)電機SG勵磁，以控制發(fā)電機輸出的直流電壓。所述控制模塊包括采樣調理電 板、主控制板、供電電源板和顯示終端，采樣調理電板包括傳感器和放大調理電路，主控制 板包括了 STM3 2和FPGA兩塊控制芯片，STM3 2控制采樣調理電板的數據采樣、打包上傳、DC-AC變換控制，FPGA根據采集到的傳感器數據，控制各個繼電器的開合實現飛輪儲能系統(tǒng)的 工作模式切換。所述傳感器采樣數據包括儲能電機的兩相線電流、直流母線電壓和飛輪轉 速。
[0005] 發(fā)明有益效果是:本實用新型通過各變換器的協調控制，在各模式之間切換，以維 持母線電壓的恒定，實現能量的平衡，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的內容及圖中的標記作簡要說明：
[0007]圖1是本實用新型的【具體實施方式】的飛輪儲能裝置結構圖。
[0008] 圖2是本實用新型的【具體實施方式】的微電網的結構圖。
[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 構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工 藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本實用新型的發(fā)明 構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
[0011] 本實用新型的微電網采用飛輪儲能來調節(jié)電網波動，微電網包括整流發(fā)電機組、 飛輪機組、負載和控制模塊組成，圖1為本實用新型的飛輪儲能裝置結構圖，飛輪儲能裝置 包括變流器、異步電機和飛輪部分組成，飛輪儲能裝置并聯于直流母線，由變流器驅動儲能 電機，飛輪直接耦合在電機轉子上，變流器采用三相全控橋拓撲結構，能夠實現能量的雙向 流動，由于飛輪儲能裝置的設計要求電機具備較強的瞬時過載能力、較長的穩(wěn)定使用壽命 和較大的轉速波動范圍，選用結構簡單、維護方便、可靠性強、能量密度高的龍型異步電機， 大直徑鋼質飛輪可以增大轉動慣量，因此本實用新型采用大直徑鋼質飛輪。
[0012] 如圖2所示，為本實用新型微電網的結構圖，380V市電通過可控整流器轉換為直流 電輸出，向整流發(fā)電機組提供200V直流電。整流發(fā)電機組由一臺直流電動機DM、一套起動器 (KChKC^KC)、一臺十二相同步整流發(fā)電機SG和一套負責監(jiān)視、控制機組運行的集控臺組 成，向500V直流母線供電，其中，直流電動機DM勵磁繞組串聯了可調電阻，電阻值可手動控 制，通過調節(jié)電機DM勵磁電流，實現轉速調節(jié)，以拖動12相整流發(fā)電機SG至額定轉速 (1500r/min)，再通過外接直流電源手動調節(jié)12相發(fā)電機SG勵磁，以控制發(fā)電機輸出的直流 電壓。
[0013] 發(fā)電機發(fā)出的500V直流電經過整流橋和總開關Kl傳送至直流母線，分別向飛輪異 步電機和電阻負載供電。飛輪機組由三相全控橋逆變電路、直流并聯電容、三相異步電機和 飛輪組成。其中，各橋臂開關管的開斷由控制模塊控制。飛輪固定在異步電機轉子軸上，采 用SVPffM控制，通過6個開關管從直流網側吸收能量并儲存，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側。
[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A相電流i a為正開關信號時，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，用于驅動光耦1]2;/和^為故障診斷電路輸 出信號，經鎖存后就可記錄故障信息，S a+、Sa-為開關信號。
[0015] 正常運行時ThT2電壓為％、％，在!^發(fā)生開路故障時，當電流">0時，開關信號 Sa+不能使T1導通，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為直流側電壓）。結合圖2可知，此時運算放大器U 1不能驅動光耦U2，UO輸出為高電平，U0 與開關信號進行邏輯"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，電網向飛輪儲能系統(tǒng)供電，飛輪儲能電機作電動機運行，變流器工作 在逆變狀態(tài)，控制電能輸入，使飛輪儲能電機上升到指定轉速。在放電模式:飛輪儲能系統(tǒng) 向電網饋能，飛輪儲能電機作發(fā)電機運行，變流器工作在整流狀態(tài)，控制電能回饋，使飛輪 儲能電機下降到指定轉速。在保持模式:飛輪電機依靠自身慣性維持恒速運行，處于旁路狀 態(tài)，僅從電網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，采樣調理電板包括3路傳感器和放大調理電路，STM32 核心主要實現了異步電機的兩相線電流、直流母線電壓和飛輪轉速的數據采樣、采樣數據 打包上傳、DC-AC變換控制的功能，FPGA控制繼電器開關信號的輸出。根據采集到的傳感器 數據，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調 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] 上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現并不受 上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改 進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型 的保護范圍之內。本實用新型的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
【主權項】
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)電機組、飛輪機 組、負載和控制模塊，市電通過可控整流器向整流發(fā)電機組提供直流電，整流發(fā)電機組發(fā)出 的直流電經過總開關傳送至直流母線，向飛輪機組和負載供電，飛輪機組并聯于直流母線 上，控制模塊通過采集系統(tǒng)工作參數控制飛輪機組的工作模式切換。2. 根據權利要求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 組包括三相全控橋逆變電路、直流并聯電容、儲能電機和飛輪，直流并聯電容并聯于直流母 線上，三相全控橋逆變電路驅動儲能電機，飛輪直接耦合在電機轉子上，三相全控橋逆變電 路的各橋臂開關管的開斷由控制模塊控制。3. 根據權利要求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 開關管開關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過邏 輯"非"后與另一個開關管的開關信號送入邏輯"與"運算器輸出。4. 根據權利要求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) 電機組包括直流電動機DM、起動器、十二相同步整流發(fā)電機SG和一套負責監(jiān)視、控制機組運 行的集控臺組成，直流電動機DM勵磁繞組串聯了可調電阻，電阻值可手動控制，通過調節(jié)電 機DM勵磁電流，實現轉速調節(jié)，以拖動12相整流發(fā)電機SG至額定轉速，再通過外接直流電 源手動調節(jié)12相發(fā)電機SG勵磁，以控制發(fā)電機輸出的直流電壓。5. 根據權利要求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 塊包括采樣調理電板、主控制板、供電電源板和顯示終端，采樣調理電板包括傳感器和放大 調理電路，主控制板包括了 STM32和FPGA兩塊控制芯片，STM32控制采樣調理電板的數據采 樣、打包上傳、DC-AC變換控制，FPGA根據采集到的傳感器數據，控制各個繼電器的開合實現 飛輪儲能系統(tǒng)的工作模式切換。6. 根據權利要求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 的傳感器數據包括儲能電機的兩相線電流、直流母線電壓和飛輪轉速。
【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)電機組、飛輪機組、負載和控制模塊，市電通過可控整流器向整流發(fā)電機組提供直流電，整流發(fā)電機組發(fā)出的直流電經過總開關傳送至直流母線，向飛輪機組和負載供電，飛輪機組并聯于直流母線上，控制模塊通過采集系統(tǒng)工作參數控制飛輪機組的工作模式切換。本實用新型通過各變換器的協調控制，在各模式之間切換，以維持母線電壓的恒定，實現能量的平衡，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
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年2月19日