一種適合柴油發電機組群自主協調并網的控制方法與流程

本發明涉及發電機并網控制領域，具體涉及一種適合柴油發電機組群自主協調并網的控制方法。
背景技術：
：在醫院、通信、消防等重要領域，經常需要采用柴油發電機組作為后備應急電源。在柴油發電機組的實際應用中，隨著負載的變化，供電情況也要與負載相匹配，于是供電系統投入運行的柴油發電機輸出功率和臺數也會發生變化，同時，柴油發電機可能發生故障，此時需要啟動備用的柴油發電機，并將其并入電網。因此，由于柴油發電機組擴容或者備用的需求，柴油發電機組在實際應用中需要進行并網控制。當一片區域需要多臺柴油發電機并網時，為了減小對電網的沖擊和保證電力系統的穩定性，需要一臺一臺地把柴油發電機依次并入電網，多臺柴油發電機不可同時并網。于是，需要一種并網協調方法，協調各臺柴油發電機依次并網。目前，當柴油發電機數量較少，較多采用手動控制柴油機并網的方法，人工將一臺一臺柴油發電機并網，這種方式明顯不適用于大范圍分布的大數量柴油發電機組群。因此，需要一種控制協調策略，使得區域內的所有柴油機節點可以自主協調并網，一臺接著一臺并入電網，以自動組成大容量電網。技術實現要素：本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提供了一種適合柴油發電機組群自主協調并網的控制方法，該方法在實際應用中不需要專門的主并網控制器來協調各個柴油發電機節點，各個節點能夠自主協調，減少了成本，提高了并網速度。本發明的目的可以通過如下技術方案實現：一種適合柴油發電機組群自主協調并網的控制方法，所述方法具體如下：1)利用CAN總線將區域內所有需要并網的柴油發電機組連接，組成CAN網絡，每個柴油發電機組構成一個網絡節點，并設置一個能夠容納所有網絡節點的并網狀態表，所述并網狀態表包括每個網絡節點的并網狀態，具有兩列數據，第一列數據為“通信看門狗計時器”，第二列數據為狀態數據，狀態數據為“未連接”、“未并網”、“申請并網”、“申請成功”、“并網中”、“并網成功”或“并網失敗”其中之一，表中的偏移地址即為CAN網絡中的節點地址；2)步驟1)中CAN網絡的數據通信格式采用SAEJ1939協議，并在該協議標準基礎上增加參數組編號PGN，所有與并網相關的CAN幀只使用一個PGN，使CAN幀的優先級只與節點地址有關，通過柴油發電機CAN節點地址的唯一性完成網絡節點的優先級配置，CAN幀的數據域采用一個字節，直接使用并網狀態表中的狀態字節數據；3)每個柴油發電機網絡節點通過CAN網絡交換各自的并網狀態信息，各個網絡節點根據自己的并網工作狀態和其它柴油發電機的并網工作狀態，按照預設的優先級競爭并網許可，優先級低的網絡節點自動退出，最高優先級的網絡節點獲得并網權，當獲得并網權的柴油發電機完成并網后，還未并網的柴油發電機重新申請和競爭并網許可，直到所有網絡節點并網成功。優選的，所述步驟3)的柴油發電機網絡節點并網協調控制算法具體如下：Step1，柴油發電機上電初始化，將“并網狀態表”中所有網絡節點的狀態修改為“未連接”，“通信看門狗計時器”初始化為10，單位為100毫秒，數值10相當于1秒；Step2，新接入CAN網絡的節點不斷接收CAN幀來更新“并網狀態表”，并向CAN網絡每100毫秒發送一個本節點狀態數據幀，等待1秒后再根據各節點的并網狀態來申請并網，當其它節點都沒有處于“申請成功”或者“并網中”的工作狀態，并且“并網狀態表”中沒有更高優先級節點處于“申請并網”時，即向網絡中發布“申請并網”，當本節點檢查“并網狀態表”中有比本節點優先級低的節點“申請并網”時，同時啟動并網計時器，啟動并網計時器作為整個申請并網周期的開始；Step3，當節點并網計時器到200毫秒時，首先禁止本節點申請并網，然后若有更高優先級的節點申請并網，則自動退出申請，回到“未并網”，并網計時器清零，并停止計時，若沒有更高優先級的節點申請并網，則等待計時器到400毫秒，再次檢測有無更高優先級的節點申請并網，若有，則回到“未并網”狀態，清空并停止計時器，若無，則修改本節點狀態為“申請成功”，繼續等待計時器到500毫秒，更新本節點狀態為“并網中”，最后清空并關閉并網計時器；Step4，處于“并網中”的節點開始并網，若并網成功，則向CAN網絡發布“并網成功”狀態，若沒有成功，則發送“并網失敗”，狀態，并報警進行人工維修，等修好之后，再次進入開始狀態，上電后1秒進入“未并網”狀態繼續申請并網。優選的，步驟1)中，所述CAN網絡的節點地址為8位，“并網狀態表”中的節點數據和狀態按照節點地址大小順序排列。優選的，步驟3)中的CAN網絡節點采用中斷處理來更新“并網狀態表”，CAN網絡節點每100毫秒，發送一個本地狀態數據幀，當本地節點接收某節點CAN幀時，“通信看門狗計時器”重新設為10，本地節點每100毫秒把“通信看門狗計時器”減1，當“通信看門狗計時器”為零后，把相應的節點狀態改為“未連接”，以此判斷長期未發送數據幀節點處于“未連接”狀態。優選的，所述柴油發電機網絡節點包括并網控制模塊、電網信息采集模塊、并網執行模塊以及CAN總線收發模塊，所述并網控制模塊采用STM32F407VET6單片機，對整個柴油發電機組群的自主協調并網流程進行控制，所述電網信息采集模塊用來采集電網以及柴油發電機交流電的電壓、相位差、頻率和柴油發電機交流電的電流信息，所述并網執行模塊用于執行并網操作，通過兩個繼電器控制交流接觸器，兩個繼電器的開關由并網控制模塊進行控制，當并網繼電器動作后，交流接觸器控制端接通，交流接觸器閉合，進行并網，當解列繼電器動作后，交流接觸器控制端斷開，交流接觸器斷開，進行解列操作，所述CAN總線收發模塊用于接收和發送各網絡節點“并網狀態表”中的狀態信息。優選的，所述電網信息采集模塊包括交流電壓比例縮小模塊、兩個比較器模塊、MCU定時器模塊、MCUADC模塊和霍爾傳感器模塊。優選的，所述MCU定時器模塊主要由三個定時器組成：定時器1的輸入信號為變換后的電網電壓方波信號，以此計算電網交流電壓的頻率；定時器2的輸入信號為變換后的發電機電壓方波信號，以此計算發電機交流電壓的頻率；定時器3使用兩個通道，輸入信號為上述兩路方波信號，MCU通過定時器得到這兩路信號的過零時間之差計算電網和發電機交流電電壓相位差。優選的，所述CAN總線收發模塊由MCU中片上CAN控制器和外接CAN總線收發器組成，外接CAN總線收發器主要采用TJA1040。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：1、本發明的柴油發電機組群通過自主協調來確定并網時刻，不需要專門的主并網控制器來協調，減少了人工干預和并網時間，提高了并網速度。2、本發明的方法使柴油發電機一個接著一個地并網，同一時刻只有一臺柴油發電機處于并網過程中，減小了對電網的沖擊，提高了電網的可靠性和電力系統的穩定性。3、采用本發明的并網算法，可以隨時添加、減少柴油發電機節點，不需要進行軟件和硬件的修改，而且每個節點都具有其他節點是否連接CAN網絡的信息以及并網狀態，有利于故障隔離和診斷，有利于柴油發電機組的維修和后續的其他功能的擴展。附圖說明圖1為本發明實施例多個柴油發電機組成的CAN網絡結構圖。圖2為本發明實施例柴油發電機網絡節點的結構框圖。圖3(a)為本發明實施例并網執行模塊的結構圖，圖3(b)為本發明實施例電網信息采集模塊的結構圖。圖4為本發明實施例多個柴油發電機組成的CAN網絡并網過程數據流圖。圖5為本發明實施例柴油發電機網絡節點并網協調控制算法流程圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例：本實施例提供了一種適合柴油發電機組群自主協調并網的控制方法，所述方法具體如下：1)利用CAN總線將區域內所有需要并網的柴油發電機組連接，組成CAN網絡，如圖1所示，每個柴油發電機組構成一個網絡節點，并設置一個能夠容納所有網絡節點的并網狀態表，所述并網狀態表包括每個網絡節點的并網狀態，具有兩列數據，第一列數據為“通信看門狗計時器”，“通信看門狗計時器”記錄其它節點通信時間間隔狀態，初始值為10，每隔100毫秒，“通信看門狗計時器”減1，每接收到一個節點發送來的通信數據幀，“通信看門狗計時器”重新配置為10，當1秒內都沒有收到某節點通信數據時，“通信看門狗計時器”將變為0，則該節點標記為“未連接”狀態，表示其因發生故障或者人工操作等原因已從CAN總線斷開，CAN總線節點每100毫秒周期地發送數據，本實施例中CAN總線的110個節點地址設計為0x01～0x6E，7個狀態數據表示如表1所示，第二列數據為狀態數據，狀態數據為“未連接”、“未并網”、“申請并網”、“申請成功”、“并網中”、“并網成功”或“并網失敗”其中之一，表中的偏移地址即為CAN網絡中的節點地址；字節數據并網狀態字節數據并網狀態0x00未連接0x11并網中0x01未并網0x0F并網成功0x02申請并網0xF0并網失敗0x10申請成功表12)步驟1)中CAN網絡的數據通信格式參照SAEJ1939協議，采用29位標識符的擴展幀，標識符具體分配如表2所示，其中，P為優先級位，僅用于在總線中優化消息延遲，接收機的驗收濾波器必須對其屏蔽，在此使用111，在本實施例的并網通信中，所有與并網相關的CAN幀使用同一個PGN，使CAN幀的優先級只與節點地址有關，在本實施例中，設計并網PGN為62013(0xF23D)，通過柴油發電機CAN節點地址的唯一性完成網絡節點的優先級配置，CAN幀的數據域采用一個字節，直接使用并網狀態表中的狀態字節數據；P(優先級)R(保留)DP(數據頁)PF(PDU格式)PS(特定PDU)SA(源地址)ID28～ID26ID25ID24ID23～ID16ID15～ID8ID7～ID0111b0b0b0xF20x3D0x01～0x6E表23)每個柴油發電機網絡節點通過CAN網絡交換各自的并網狀態信息，各個網絡節點根據自己的并網工作狀態和其它柴油發電機的并網工作狀態，按照預設的優先級競爭并網許可，優先級低的網絡節點自動退出，最高優先級的網絡節點獲得并網權，當獲得并網權的柴油發電機完成并網后，還未并網的柴油發電機重新申請和競爭并網許可，直到所有網絡節點并網成功。其中，所述步驟3)的柴油發電機網絡節點并網協調控制算法具體如下：Step1，柴油發電機上電初始化，將“并網狀態表”中所有網絡節點的狀態修改為“未連接”，“通信看門狗計時器”初始化為10，單位為100毫秒，數值10相當于1秒；Step2，新接入CAN網絡的節點不斷接收CAN幀來更新“并網狀態表”，并向CAN網絡每100毫秒發送一個本節點狀態數據幀，等待1秒后再根據各節點的并網狀態來申請并網，當其它節點都沒有處于“申請成功”或者“并網中”的工作狀態，并且“并網狀態表”中沒有更高優先級節點處于“申請并網”時，即向網絡中發布“申請并網”，當本節點檢查“并網狀態表”中有比本節點優先級低的節點“申請并網”時，同時啟動并網計時器，啟動并網計時器作為整個申請并網周期的開始；Step3，當節點并網計時器到200毫秒時，首先禁止本節點申請并網，然后若有更高優先級的節點申請并網，則自動退出申請，回到“未并網”，并網計時器清零，并停止計時，若沒有更高優先級的節點申請并網，則等待計時器到400毫秒，再次檢測有無更高優先級的節點申請并網，若有，則回到“未并網”狀態，清空并停止計時器，若無，則修改本節點狀態為“申請成功”，繼續等待計時器到500毫秒，更新本節點狀態為“并網中”，最后清空并關閉并網計時器；Step4，處于“并網中”的節點開始并網，若并網成功，則向CAN網絡發布“并網成功”狀態，若沒有成功，則發送“并網失敗”，狀態，并報警進行人工維修，等修好之后，再次進入開始狀態，上電后1秒進入“未并網”狀態繼續申請并網。其中，步驟1)中，所述CAN網絡的節點地址為8位，“并網狀態表”中的節點數據和狀態按照節點地址大小順序排列；其中，步驟3)中的CAN網絡節點采用中斷處理來更新“并網狀態表”，CAN網絡節點每100毫秒，發送一個本地狀態數據幀，當本地節點接收某節點CAN幀時，“通信看門狗計時器”重新設為10，本地節點每100毫秒把“通信看門狗計時器”減1，當“通信看門狗計時器”為零后，把相應的節點狀態改為“未連接”，以此判斷長期未發送數據幀節點處于“未連接”狀態。其中，所述柴油發電機網絡節點包括并網控制模塊M201、電網信息采集模塊M203、并網執行模塊M202以及CAN總線收發模塊M204，如圖2所示，所述并網控制模塊M201采用ST公司的STM32F407VET6單片機(MCU)，其內核為ARMCortex-M4，內置單精度FPU(浮點運算單元)和精度較高的模擬外設，具有高效的信號處理能力以及Cortex-M處理器系列的低功耗和低成本，對整個柴油發電機組群的自主協調并網流程進行控制，所述電網信息采集模塊M203用來采集電網以及柴油發電機交流電的電壓、相位差、頻率和柴油發電機交流電的電流信息，用于并網過程控制，其原理如圖3(b)所示，主要模塊有交流電壓比例縮小模塊M304、兩個比較器模塊M305和M307、MCU定時器模塊M306、MCUADC模塊M308、霍爾傳感器模塊M309，交流電壓比例縮小模塊M304利用一致性較好的精密電阻以及精密運算放大器將交流電的相電壓信號按照1/408的比例縮小，得到交流380V變為最大值小于3V的適合連接MCU內部集成ADC的電壓信號；放大器輸入電阻采用6個680kΩ的電阻串聯以提高耐壓和滿足國家標準的安全規定。運算放大器可以選擇TI公司的OPA4188，其具有低噪聲、軌至軌、零漂移等優點。同時，比例縮小的電網和發電機交流電壓信號分別經過兩個比較器模塊M305及M307模塊得到電壓方波信號，輸入至MCU定時器模塊M306中。MCU定時器模塊M306主要由三個定時器組成：定時器1的輸入信號為變換后的電網電壓方波信號，以此計算電網交流電壓的頻率；定時器2的輸入信號為變換后的發電機電壓方波信號，以此計算發電機交流電壓的頻率；定時器3使用兩個通道，輸入信號為上述兩路方波信號，MCU通過定時器得到這兩路信號的過零時間之差從而計算電網和發電機交流電電壓相位差。發電機的三相交流電電流測量采用霍爾傳感器模塊M309，得到可供MCUADC模塊M308進行轉換的交流電壓信號，從而得到電流實時測量值。所述并網執行模塊M202主要是用于控制并網開關，其一個設計實例結構如圖3(a)所示，主要模塊有：交流接觸器M301、并網繼電器M302、解列繼電器M303，MCU通過兩個普通IO口經過三極管放大電路分別控制并網繼電器M303和解列繼電器M302，其中，并網繼電器M303使用其常開觸點，解列繼電器M302使用常閉觸點，并網控制模塊M201根據電網信息采集模塊M203得到的電網和柴油機的電壓和頻率以及相位，若是第一個柴油發電機并網，則電網電壓為零，此時只要把柴油機電壓和頻率調節到國家標準定為的范圍(如380V和50Hz)即可，及時實現并網；若不是第一個并網的柴油機，則通過調節柴油機勵磁把輸出電壓調節到電網電壓，然后通過調節柴油機轉速調節柴油機輸出電壓頻率，并保持電網電壓和柴油機輸出電壓的相位在國家標準規定的范圍內，即可實現并網。為了縮短并網時間，可以先把調節柴油機頻率使其低于電網頻率，然后使柴油機頻率追剛電壓頻率，此時若頻率和相位都在國家規定范圍內，則馬上并網。當MCU的IO口輸出并網控制命令時，并網繼電器M303動作，此時交流接觸器M301控制端接通，交流接觸器M301動作，開關閉合，實現并網。當需要將發電機從電網解列時，IO口輸出解列命令，解列繼電器M302動作，常閉開關斷開，交流接觸器M301控制端斷開，開關斷開，實現解列。所述CAN總線收發模塊用于接收和發送各網絡節點“并網狀態表”中的狀態信息，由MCU中片上CAN控制器和外接CAN總線收發器組成，外接CAN總線收發器主要采用TJA1040。圖4為本實施例的CAN網絡并網過程數據流圖，主要組成模塊有：CAN接收處理模塊M401、CAN發送處理模塊M402、并網狀態表M403、并網控制協調模塊M404、并網過程控制模塊M405。CAN總線接收處理模塊M401主要是接收其他節點周期性發送的并網狀態，從而更新本地節點的“并網狀態表”M403，同時，當接收到優先級低于本節點的“申請并網”狀態時，若并網計時器沒有啟動，則啟動并網計時器。CAN發送處理模塊M402每隔100毫秒將本地節點并網狀態發送到網絡中，當發送的是本地節點“申請并網”狀態時，若并網計時器沒有啟動，則啟動并網計時器。“并網狀態表”M403由兩列數據組成，第1列數據為“通信看門狗計時器”，第2列數據為狀態數據，狀態數據為“未連接”、“未并網”、“申請并網”、“申請成功”、“并網中”、“并網成功”、“并網失敗”之一，表中各個元素表示CAN網絡中的節點狀態，偏移地址即為CAN網絡中的節點地址。“通信看門狗計時器”主要是記錄其他節點的通信狀態，初始值為10，每隔100毫秒，表中其他節點的“通信看門狗計時器”減1，每接收一個節點的通信數據幀，則該節點的“通信看門狗計時器”復位為10，于是當1秒內都沒有接收到某個節點的通信數據時，則該節點的“通信看門狗計時器”將變為0，此時標記該節點的狀態為“未連接”，表示其已經因為故障或者人工操作而從CAN總線斷開。并網狀態數據中，其他節點的并網狀態數據利用CAN接收處理模塊M401接收的狀態數據進行更新，而本地節點并網狀態數據則利用并網協調模塊M404判斷本節點處于哪種狀態從而進行更新。并網協調模塊M404根據“并網狀態表”得到本節點以及其他節點的并網狀態，判斷本地節點是否取得了并網的優先權，是否進行并網操作，并且更新本地節點“并網狀態表”中本節點的并網狀態。當本節點取得了并網權時，并網協調模塊M404將本節點的狀態修改為“并網中”，并向并網過程控制模塊M405發送并網命令。并網過程控制模塊M405接收到并網命令后，開始并網，利用電網信息采集數據通過相關的并網算法執行并網過程控制操作。本實施例柴油發電機網絡節點并網協調控制算法流程圖如圖5所示：系統進行上電初始化并進入“未連接”S501狀態，初始化內容包括：(1)將“并網狀態表”中所有節點的狀態修改為“未連接”，“通信看門狗計時器”初始化為10；(2)CAN控制器的初始化；(3)100毫秒、1秒系統節拍計時器、并網計時器以及其他計時器的初始化。“未連接”狀態中，等待1秒后進入“未并網”S502狀態，本節點根據“并網狀態表”得知其他節點最新的并網狀態以及是否連接CAN總線的狀態，然后將本節點狀態修改為“未并網”。處于“未并網”狀態的節點只有在節點允許申請并網且節點需要并網以及“并網狀態表”中不存在“申請成功”、“并網中”以及優先級高于本節點的“申請并網”等并網狀態時，才能進入S503“申請并網”狀態，其他情況節點均處于S502“未連接”狀態。每個節點允許申請并網的時刻為：從“并網狀態表”中不存在“申請并網”、“申請成功”、“并網中”狀態開始到“并網計時器”禁止申請并網為止，“并網計時器”的啟動作為一個并網周期的開始，所有節點的“并網計時器”幾乎同時啟動，當計時到200毫秒時，禁止申請并網，此時未申請并網的節點需要等待下一個并網周期，已申請并網的節點中最高優先級最終得到并網許可。并網計時器在兩種情況下啟動：(1)并網計時器還未啟動時本節點發送了“申請并網”狀態；(2)并網計時器還未啟動但是接收到其他優先級低于本地節點發送的“申請并網”狀態，并網計時器啟動時作為一個并網周期的開始。S503狀態時，等待“并網計時器”計時到200毫秒，所有節點禁止申請并網，查詢“并網狀態表”中是否存在“申請成功”、“并網中”以及優先級高于本節點的“申請并網”等并網狀態，若存在，本節點退出申請并網，回到狀態S502；若不存在，此刻本節點暫時處于“申請并網”的最高優先級，由于定時器啟動有時間誤差，總線上可能還有更高優先級的“申請并網”還未傳送，因此需要等待“并網計時器”到400毫秒，再次查詢“并網狀態表”中是否存在“申請成功”、“并網中”以及優先級高于本節點的“申請并網”等并網狀態，此刻，若存在，則本節點退出申請并網，回到狀態S502，若不存在，則本節點獲得本次并網周期的并網優先權，申請并網成功，進入S504“申請成功”狀態。當進入S504“申請成功”狀態后，等待計時器到500毫秒，直接進入S505“并網中”狀態。S505狀態中，進入“并網中”狀態的節點開始并網操作，若并網成功，則進入S507“并網成功”狀態，若并網失敗，則進入S506“并網失敗”狀態。處于S506“并網失敗”狀態的節點通過報警并人工維修后進入開始狀態，然后上電初始化。處于S507“并網成功”的節點若發電機解列離網，則回到S502“未并網”狀態，若發電機故障離網，則報警并人工維修后進入開始狀態，然后上電初始化。以上所述，僅為本發明專利較佳的實施例，但本發明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明專利所公開的范圍內，根據本發明專利的技術方案及其發明專利構思加以等同替換或改變，都屬于本發明專利的保護范圍。當前第1頁1 2 3