基于微电网运行的智能断路开关控制器设计

摘要

随着光伏、风力等分布式电源被并入电网,微电网作为一种能较好地发挥分布式发电潜能的组织形式,在新能源应用中发挥着重要的作用。微网的控制保护对电力系统的安全稳定运行至关重要。
　　本文提出了一种基于微电网运行的智能断路开关控制器,能够精确测量微电网和分布式电源线路两端的电压、电流、频率和相位差等参数,并将采样所得电参数通过以太网发送给微网中央管理单元,实现微电网与大电网或微电网与分布式电源之间的并网切换和保护。控制器不仅具备三段电流保护、参数显示、预报警、实时检测和控制等功能,为了满足智能电网的需要,控制器还设计了一种符合IEC61850通信标准的通信接口单元,使其能与同时符合该规约的智能设备互联通信。根据微电网运行需要,本文对控制器各硬件电路分别做了模块化的设计,并给出了相应的技术指标。为使采样数据更加精准,软件算法上采用准同步测量方法,硬件电路根据采样值大小也设计分为两路通道;为了满足长期野外免维护的需要,电源电路采用自生感应供电方式。
　　根据微电网运行特点和断路开关工作原理,论文设计研制了一台样机,能用于额定输出功率为15KW至90KW,输出电压400V,相电流12A至75A的分布式电源与微网或用户之间的并网切换和保护。对样机各功能做了测试:采样电路能实现对线路电参数的精确测量,测量误差控制在5％以内;控制器能完成三段电流保护的基本功能;能通过上位机对控制器进行参数修改及分合闸控制;通信模块能根据IEC61850通信标准,通过以太网向上位机发送符合该标准的包含控制和采样信息的报文;电源模块能为控制器提供+3.3工作电压,为采样电路提供±5V工作电压。

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表清单

1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 本文主要研究内容

2 基于微电网运行的智能断路开关设计原理

2.1 基于微网运行的智能断路开关设计方案

2.2 断路开关两端电参数测量

2.3 三段电流保护原理

3 智能断路开关硬件设计与实现

3.1微处理器的选择

3.2 电源模块设计

3.3 电压电流采集电路设计

3.4 键盘显示电路设计

4 IEC61850通信模块设计与实现

4.1 IEC61850标准介绍

4.2 IEC61850报文解析与编码格式

4.3 通信模块硬件接口设计

4.4 通信模块软件设计

5 样机测试与结果分析

5.1 电参数精度测试

5.2 相位幅值跟踪测试

5.3 电源输出测试

5.4 三段保护功能试验

5.5 通信功能测试

5.6 测量误差分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历