[发明专利]一种基于FPGA实现高速通信的智能微电网控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA实现高速通信的智能微电网控制系统，特别是涉及到智能微电网控制回路，传感器信号量采集回路以及高速工业实时以太网通信转换的一种新方法。

背景技术

随着社会的发展，新能源行业逐渐的得到了重视，由于新能源的不稳定性，不可确定性，以及天气带来的影响，导致发电量波动明显，影响整个电网的使用平衡，因此大规模兴建新能源发电厂受到限制，在这种情况下，分布式发电，智能微电网弥补了以上缺点。所谓智能微电网，即由发电系统，储能系统，负载构成的小电网、微电网，它具有高速调节供需平衡，并网、离网快速切换等特点。其中发电系统：风力发电机组，光伏发电为主。储能系统：电池，超级电容为主。负载：生活用电气设备，工业生产设备等。

由于微电网的规模较小，较分布，可以达到微网内发电，微网内电能消耗，剩余电量并到电网带来经济收入等优点，逐渐被认可。由于微电网经常在并网和孤岛运行模式间互相切换，整个微网的控制策略和响应速度凸显的尤为重要。尤其是在并网转孤岛过程中，储能设备的第一时间介入，关乎到整个微网的成败。

目前行业内主流储能设备，负载设备，风电，光伏设备，基本都预留有标准RS485/Canopen通信口，使用485/Canopen通信建立智能微网的控制环网无法达到其所需指标，所以转换成一种基于高速实时以太网协议的智能微电网数据传输协议是有必要的，即方便接入工业实时控制网路，又使后期智能微电网的拓扑结构整改、升级更加简单。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一款通过将485信号/Canopen信号转换成高速实时以太网信号的基于FPGA实现高速通信的智能微电网控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于FPGA实现高速通信的智能微电网控制系统，包括智能微电网主站、智能微电网从站和电力电子设备；

所述智能微电网主站通过标准以太网接口卡接入以太网，并通过以太网与各个智能微电网从站连接，组成智能微电网控制环网，用于调控各个智能微电网从站的工作状态；

所述智能微电网从站包括电源模块、以太网模块、FPGA模块以及RS485和/或Canopen模块；

所述电源模块分别与所述FPGA模块、以太网模块以及RS485和/或Canopen模块的电源输入端电连接，为其提供电源；

所述以太网模块上设有与以太网网路接口信号连接的标准RJ45接口，实现输入输出信号的电平转换，且该以太网模块上的数据总线以及控制总线分别与所述FPGA模块信号连接，用以实现在FPGA模块控制下接收智能微电网主站发布到环网上的以太网帧，并向智能微电网主站发送反馈数据帧；

所述FPGA模块为智能微电网从站的核心，一端与所述以太网模块信号连接，另一端与所述RS485和/或Canopen模块信号连接，用以实现传输信号的解析、打包以太网帧、数据滤波、分配以及转换工作；

所述RS485模块为高速485芯片，其上设有标准485通信接口，所述Canopen模块为Canopen芯片，其上设有Canopen通信接口，用以实现输入输出信号的电平转换，且所述标准485通信接口和标准Canopen通信接口均与所述电力电子设备信号连接。

进一步，所述智能微电网主站为带有网口的CPU芯片，其内系统平台采用Linux操作系统，并通过打Preempt-RT补丁增加其实时性。

进一步，所述智能微电网主站与多个所述智能微电网从站通过自主研发的Rbus总线连接，该Rbus总线为基于C类方式开发的一种更加贴合智能微电网中数据传输的高速实时以太网总线，满足智能微电网主站和智能微电网从站之间的各种拓扑结构，组网灵活。

进一步，所述FPGA模块在高速实时以太网技术基础之上设计为智能微电网从站的核心，包括应用层器件、从站控制微处理器、从站控制器和物理层器件，主要实现控制应用和通信两部分的功能，且所述应用层器件包括通信状态机。

进一步，所述智能微电网主站通过控制其内部的状态寄存器的参数的状态实现对智能微电网从站工作状态的控制。

进一步，所述电力电子设备包括分布式电源、储能装置、能量转换装置和相关负荷，且该电力电子设备的控制端均与所述FPGA模块信号连接，以便于所述FPGA模块在主站的控制下控制所述电力电子设备的工作状态。

进一步，FPGA模块为双网口FPGA芯片，用以对主站接受/发出数据帧进行捕捉和打包，并进行数据交换，提高了处理速度。