微电网控制系统时钟同步方法及SCADA研究

摘要

微电网中的各种分布式发电和储能装置的使用不仅实现了节能减排，也极大地推动了我国的可持续发展战略。采用微型逆变器的微电网可以解决集中式逆变器进行电源功率输出控制时所存在的安全性差、效率低等问题。时钟同步技术可以使微电网中众多的智能电子设备获得一个统一的时间标准，这对微电网数据采集与监控（SCADA）系统具有重要的意义。微电网 SCADA是实现微电网能量管理系统（EMS）的重要基础，它是微电网自动化系统的实时数据源，为 EMS系统提供大量的实时数据。
　　本文首先对时钟同步技术进行了研究，通过对时钟同步协议的分析，得出在微电网中采用IEEE1588协议（Precision Time Protocol，PTP）的设计思想。通过分析影响时钟同步的因素，并根据IEEE1588协议以及RS-485通信的特点，设计并实现了基于FPGA的微电网时钟同步系统。测试结果表明，主从时钟的时间误差小于1μs，满足了微电网对时钟同步精度的需求。接着通过对时间误差的分析得出，若不对时间误差产生的原因进行削弱或消除，在主从时钟晶振频率误差超过1ppm时，主从时钟的时间误差就会大于1μs，不能满足微电网的需求。针对这个问题提出了一种基于粒子群优化算法的 PI控制的时钟速率调节方法，Matlab仿真结果表明，时钟同步精度达到了150ns，并提出了算法的实现方案。最后对微电网 SCADA软硬件结构做了整体设计，包括SCADA硬件结构，就地控制层与集中控制层之间的传输协议及格式和集中控制层与监控中心之间的通信。通过对微电网结构的分析，设计了基于LabVIEW的微电网监控中心，构建了人机交互界面，实现了上位机与集中控制层之间的通信以及数据库的设计，进一步完善了微电网数据采集与监控系统。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 微电网研究现状

1.3 基于多微型逆变器微电网

1.4 常用的时钟同步方法及比较

1.5 本文的主要工作

第2章 时钟同步技术分析

2.1 时钟同步技术概述

2.2 PTP协议原理

2.3 影响时钟同步精度的因素

2.4 本章小结

第3章 微电网时钟同步系统的设计与实现

3.1基于RS-485的微电网通信系统设计

3.2 Altera可编程逻辑器件

3.3 主时钟节点设计

3.4 从时钟节点设计

3.5 时钟同步精度测试及分析

3.6 本章小结

第4章 从时钟控制系统的控制算法设计

4.1 从时钟控制系统模型

4.2 基于粒子群优化算法的PI控制的时钟调节方法

4.3 仿真研究

4.4 基于FPGA的算法实现方案

4.5 本章小结

第5章 微电网SCADA系统设计

5.1 微电网SCADA系统硬件结构

5.2 就地控制层数据采集与传输

5.3 集中控制层与监控中心的通信

5.4 基于LabVIEW的微电网监控中心的设计

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢