一种基于VACON工业变频器的微电网系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于VACON工业变频器的微电网系统，系统包括：含统一变流设备的电源单元模块、变流器模块和基于PLC的中央监控调度模块。本系统的电源模块包含风电电源单元、光伏电源单元和具有双向功率流动的储能电源单元。由于本发明专利技术中所有微电网的功率变流设备全部基于具有二次开发功能的VACON工业变频器，实现了电源变流设备的通用性、易维护性和保护控制功能的可扩展性、可二次开发性。中央监控调度模块实现了系统运行状态监测、故障处理及保护、稳定运行控制、各电源单元的协调优化调度。本发明专利技术的系统便于对分布式电源进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VACON工业变频器的微电网系统
本专利技术涉及智能微电网
，特别是一种基于VACON工业变频器的微电网系统。
技术介绍
随着新能源得到不断的开发和利用，作为集中式发电的有效补充，以利用新能源为主的分布式电源并网发电得到广泛的应用。为解决分布式电源有效接入电网的问题，提高电网对分布式电源的接纳能力，充分发挥分布式电源的经济价值，而提出了微电网。微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。有关微电网的研究近年来已经成为了电力系统方向的热点研究领域之一，而建立分布式电源微电网系统是研究验证微电网运行的重要手段。目前微电网系统的建设还存在着诸多问题，包括：在微电网系统建设中，由于分布式电源种类不同，往往根据不同的分布式电源而采用不同品牌的变流设备来构建微电网系统，导致使用、管理和维护不方便，增加了后续维护检修和采购更换相关硬件配置的难度，影响了系统的实用效果；另一方面，因采用的变流器品牌繁多，其开发环境的差异不利于快速可靠地进行二次开发，而它们之间通讯协议众多，兼容性差；一般采用RS485通讯，通讯距离短，不支持分布式电源的远距离拓展；系统较为封闭，不具有二次开发功能，后续开发的控制算法无法写入变流器中，导致无法迅速处理故障以及不便对分布式电源进行控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于VACON工业变频器的微电网系统。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于VACON工业变频器的微电网系统，包括依次相连的电源单元模块、变流器模块和中央监控调度模块，其中，电源单元模块用于提供电能；变流器模块用于功率变换，将符合电网要求的电能馈送给配电网，同时也对输入电能进行频率变换来驱动电机，变流器模块依据中央监控调度模块下达的控制命令进行相应的操作，同时将本地采集的数据信息上传，并执行变流器模块中的控制算法；中央监控调度模块用于系统运行状态监测、故障处理及保护、稳定运行控制、各电源单元的协调优化调度。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术采用统一的变流器，易于维护，可靠性高，本专利技术的微电网系统统一采用技术成熟、可靠稳定的VACON工业变频器，便于微电网的集成、管理控制，易于维护；其相同容量的并网变流器硬件上是一致的，仅载入的软件不一样，可作为相互之间的备用。变流器出现故障，可快速进行替代，保证了微电网系统的可靠运行，另外VACON变流器有完善的保护，都使得微电网系统具备较高的可靠性。2)本专利技术的系统具有良好的兼容性，本专利技术的微电网系统采用支持多种总线协议的倍福产品，包括EtherCAT(EthernetControlAutomationTechnology，即以太网控制自动化技术)、Profibus-DP、RS485/RS232等，倍福均有相应的总线模块进行兼容。同时，本专利技术所提的微电网系统采用的VACON变流器也支持多种总线协议包括EtherCAT、Profibus-DP、RS485/RS232等，所以本专利技术所提的微电网系统具有良好的兼容性。3)本专利技术的系统具有良好的拓展性，本专利技术的微电网系统采用模块化、拓展性强的倍福产品，同时采用拓扑灵活、拓展性强的EtherCAT总线，使得微电网系统具有良好的拓展性，能够便利进行拓展，接入更多的分布式电源；EtherCAT总线支持光线通信，易于进行分布式电源的远距离拓展。4)本专利技术的系统便于进行二次开发，本专利技术的微电网系统中VACON变频器内的运行程序是基于IEC61131-3编程标准进行编写的，并提供二次开发的接口，便于根据需要进行相应的二次开发，满足更加深入的研究需要。5)本专利技术的系统便于对分布式电源进行控制，本专利技术的微电网系统中，将分布式电源的控制算法编写并运行与变流器中，避免了另外购置分布式电源控制器更具经济性，同时控制指令直接通过变流器下发执行，提高了控制指令的下发执行速度。附图说明图1为本专利技术的基于VACON工业变频器的微电网系统框图。图2为本专利技术的通信结构连接示意图。图3为本专利技术的光伏单元电路连接示意图。图4为本专利技术的储能单元电路连接示意图。图5为本专利技术的风电单元电路连接示意图。具体实施方式结合图1，本专利技术的一种基于VACON工业变频器的微电网系统，包括依次相连的电源单元模块、变流器模块和中央监控调度模块，其中，电源单元模块用于提供电能；变流器模块用于功率变换，将符合电网要求的电能馈送给配电网，同时也对输入电能进行频率变换来驱动电机，变流器模块依据中央监控调度模块下达的控制命令进行相应的操作，同时将本地采集的数据信息上传，并执行变流器模块中的控制算法；中央监控调度模块用于系统运行状态监测、故障处理及保护、稳定运行控制、各电源单元的协调优化调度。所述电源单元模块包括光伏电源单元、储能电源单元和风电电源单元，其中风电电源单元包括电机拖动单元和发电机单元。所述变流器模块包括五个VACON工业变频器和通信模块，该五个工业变频器包括两个并网逆变器、一个双向变流器、一个拖动变频器和一个整流器；其中两个并网逆变器分别为光伏并网逆变器和风电并网逆变器；其中光伏电源单元通过光伏并网逆变器与微电网交流母线M2相连；储能电源单元通过储能双向变流器与微电网交流母线M2相连；电机拖动单元通过拖动变频器与配电网相连；发电机单元依次通过整流器和风电并网逆变器与微电网交流母线M2相连；微电网交流母线M2经公共连接点PCC与配电网交流母线M1相连。结合图1，变流器模块的通讯模块包括5个耦合器、4个主站端子模块、3个测量端子模块，均采用德国倍福的产品模块构成，完成电气量测量、数据通讯、控制指令传输等功能；通讯模块与工业变频器的连接关系为：光伏并网逆变器通过Profibus-DP总线接第一主站端子模块的现场总线接口，第一主站端子模块接在第三耦合器上，第三耦合器输入端口通过EtherCAT总线接第二耦合器输出端口，同时第一测量端子模块和第二测量端子模块接在第二耦合器上；第二耦合器输入端口通过EtherCAT接第一耦合器输出端口，第一耦合器接在第一PLC控制模块上，第一PLC控制模块通过ADS通讯线接工控机；整流器通过Profibus-DP线接第二主站端子模块现场总线接口，同时风机并网逆变器也通过Profibus-DP线接第二主站端子模块现场总线接口，第二主站端子模块接在第四耦合器上，第四耦合器输入端口通过EtherCAT总线接第三耦合器输出端口；储能双向变流器通过Profibus-DP线接第三主站端子模块现场总线接口，同时第三测量端子模块也接在第三主站端子模块，第三主站端子模块接在第五耦合器，第五耦合器输入端口通过EtherCAT总线接第四耦合器输出端口；拖动变频器通过Profibus-DP线接第四主站端子模块现场总线接口，第四主站端子模块接在第二PLC控制器上，第二PLC控制器的输入端口接第五耦合器输出端口。中央监控调度模块包括相互连接的第一PLC控制器和上位机，第一PLC控制器通过EtherCAT总线通讯下发电源单元的调度控制指令，同时第一PLC控制器用于对电源单元进行保护及故障处理。结合图3，光伏电源单元通过光伏并网逆变器与微电网交流母线M2相连，整个电路包括：光伏模拟器、第一熔断器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VACON工业变频器的微电网系统，其特征在于：包括依次相连的电源单元模块、变流器模块和中央监控调度模块，其中，电源单元模块用于提供电能；变流器模块用于功率变换，将符合电网要求的电能馈送给配电网，同时也对输入电能进行频率变换来驱动电机，变流器模块依据中央监控调度模块下达的控制命令进行相应的操作，同时将本地采集的数据信息上传，并执行变流器模块中的控制算法；中央监控调度模块用于系统运行状态监测、故障处理及保护、稳定运行控制、各电源单元的协调优化调度。

【技术特征摘要】
1.一种基于VACON工业变频器的微电网系统，其特征在于：包括依次相连的电源单元模块、变流器模块和中央监控调度模块，其中，电源单元模块用于提供电能；变流器模块用于功率变换，将符合电网要求的电能馈送给配电网，同时也对输入电能进行频率变换来驱动电机，变流器模块依据中央监控调度模块下达的控制命令进行相应的操作，同时将本地采集的数据信息上传，并执行变流器模块中的控制算法；中央监控调度模块用于系统运行状态监测、故障处理及保护、稳定运行控制、各电源单元的协调优化调度；所述变流器模块包括五个VACON工业变频器和通信模块，该五个VACON工业变频器包括两个并网逆变器、一个双向变流器、一个拖动变频器和一个整流器；其中两个并网逆变器分别为光伏并网逆变器和风电并网逆变器；其中光伏电源单元通过光伏并网逆变器与微电网交流母线[M2]相连；储能电源单元通过储能双向变流器与微电网交流母线[M2]相连；电机拖动单元通过拖动变频器与配电网交流母线[M1]相连；发电机单元依次通过整流器和风电并网逆变器与微电网交流母线[M2]相连；微电网交流母线[M2]经公共连接点PCC与配电网交流母线[M1]相连；变流器模块的通讯模块包括5个耦合器、4个主站端子模块、3个测量端子模块；通讯模块与工业变频器的连接关系为：光伏并网逆变器通过Profibus-DP总线接第一主站端子模块的现场总线接口，第一主站端子模块接在第三耦合器上，第三耦合器输入端口通过EtherCAT总线接第二耦合器输出端口，同时第一测量端子模块和第二测量端子模块接在第二耦合器上；第二耦合器输入端口通过EtherCAT接第一耦合器输出端口，第一耦合器接在第一PLC控制模块上，第一PLC控制模块通过ADS通讯线接工控机；整流器通过Profibus-DP线接第二主站端子模块现场总线接口，同时风机并网逆变器也通过Profibus-DP线接第二主站端子模块现场总线接口，第二主站端子模块接在第四耦合器上，第四耦合器输入端口通过EtherCAT总线接第三耦合器输出端口；储能双向变流器通过Profibus-DP线接第三主站端子模块现场总线接口，同时第三测量端子模块也接在第三主站端子模块，第三主站端子模块接在第五耦合器，第五耦合器输入端口通过EtherCAT总线接第四耦合器输出端口；拖动变频器通过Profibus-DP线接第四主站端子模块现场总线接口，第四主站端子模块接在第二PLC控制器上，第二PLC控制器的输入端口接第五耦合器输出端口。2.根据权利要求1所述的基于VACON工业变频器的微电网系统，其特征在于：电源单元模块包括光伏电源单元、储能电源单元和风电电源单元，其中风电电源单元包括电机拖动单元和发电机单元。3.根据权利要求1或2所述的基于VACON工业变频器的微电网系统，其特征在于：中央监控调度模块包括相互连接的第一PLC控制器和上位机，第一PLC控制器通过EtherCAT总线通讯下发电源单元的调度控制指令，同时第一PLC控制器用于对电源单元进行保护及故障处理。4.根据权利要求1所述的基于VACON工业变频器的微电网系统，其特征在于：光伏电源单元通过光伏并网逆变器与微电网交流母线[M2]相连，整个电路包括：光伏模拟器、第一熔断器[FU1]、第二熔断器[FU2]、第一缓冲电阻[R1]、第二缓冲电阻[R2]、第一二极管[D1]、第二二极管[D2]、第一断路器[QF1]、第二断路器[QF2]、第三断路器[QF3]、光伏并网逆变器、第一LCL滤波器[LCL1]和第一接触器[KM1]；其电路连接关系为：光伏模拟器正极接第一熔断器[FU1]一端，第一熔断器[FU1]另一端接第一缓冲电阻[R1]一端，同时也接到第一断路器[QF1]的1号进线口，第一断路器[QF1]的2号出线口接3号进线口，4号出线口与第一缓冲电阻[R1]另一端相联，同时接到第一二极管[D1]正极，第一二极管[D1]负极接第二断路器[QF2]的1号进线口，第二断路器[QF2]的2号出线口接光伏并网逆变器直流侧正极；光伏模拟器负极接第二熔断器[FU2]一端，第二熔断器[FU2]另一端接第二缓冲电阻[R2]一端，同时也接到第一断路器[QF1]的5号进线口，第一断路器[QF1]的6号出线口接7号进线口，8号出线口与第二缓冲电阻[R2]另一端并联，同时接到第二二极管[D2]正极，第二二极管[D2]负极接第二断路器[QF2]的3号进线口，然后4号出线口接光伏并网逆变器直流侧负极；光伏并网逆变器交流侧接第一LCL滤波器[LCL1]一侧，第一LCL滤波器[LCL1]另一侧接第一接触器[KM1...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷明慧，江明河，刘尚孟，周睿，李伟杰，谢云云，卜京，蔡晨晓，邹云，路英伟，徐洋超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32