CN105048507A - 光伏微网发电***的自动投切控制装置 - Google Patents

Abstract

一种光伏微网发电***的自动投切控制装置，包括测量控制单元、4G无线通信网络、后台决策***，其中，测量控制单元通过4G无线通信网络连接到后台决策***，通过4G无线通信网络，测量控制单元将电网信息数据发送给后台决策***，和/或后台决策***将后台决策***指令下发到测量控制单元。本发明装置从全网角度考虑，检测多个电量参数，并结合后台专家资源库，进行决策，选择最优组合的光伏***投入并网运行，避免能源浪费，确保电能质量。

Description

光伏微网发电***的自动投切控制装置

技术领域

本发明涉及电力***智能控制，尤其涉及一种光伏微网发电***的自动投切控制装置。

背景技术

随着社会经济的发展，能源与环境成为全球面临的重要问题。能源短缺、环境恶化日益突显，开发利用绿色能源成为世界各国解决能源危机与环境恶化的最有效途径。太阳能以其资源丰富、清洁无污染成为开发利用前景较好的可再生能源。光伏并网发电技术作为光伏发电的主要方式越来越受到人们的认可和关注，并逐渐成为光伏发电应用的主流。分布式发电(DG)由于具有污染少、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点得以快速发展，但是大量DG接入电网也产生了一些不良影响。

光伏并网需要解决的是逆变、并网、谐波控制等问题。目前，常用的方法是根据光伏电池的工作特性，将最大功率跟踪(MPPT)控制应用于控制器的充电电路中，实现了光伏电池最大效率的输出，先进行高频升压，数字信号处理器(DSP)产生SPWM脉冲驱动逆变电路后并网。控制器实现了光伏电池最大效率的利用，并且最大限度地降低了逆变部分的谐波畸变率。但存在的问题是：(1)DSP芯片处理能力有限，同时完成电压、电流监控、逆变驱动、谐波控制、投切等精确控制，技术要求含量高，可靠性低，需要研究更高处理性能的芯片，或者大规模增加投入。(2)在以火电、水电、核电等传统能源为骨干，以平衡方式接入的新能源发电***，光伏微网发电***作为配电网的有益补充，其投切需要从总体上进行宏观控制，根据负荷水平和光伏微网发电能力，选择最为适合的光伏微网***投入电网，做到资源的合理分配、节约成本，目前这部分内容尚空白。(3)若需要做到宏观调控，必须各个光伏微网***进行监控，并将数据送至后台经专家***决策后做出最优判断，如何解决信息传输***因其效率低下、反应迟钝、传输信息单一，以及后台智能决策***的开发也是解决光伏***有效并网的关键问题。

专利文献CN201410449595提供了一种光伏发电单元的在线投切方法、装置及***，公开的方法包括获取直流母排的母线电压与直流-直流变换器的输出电压；计算母线电压与直流-直流变换器的输出电压的电压差；比较电压差的幅值与预设值；若幅值小于预设值，则将光伏发电单元通过缓冲电路投切到直流母排；若幅值大于或者等于预设值，则光伏发电单元进入等待投切状态。公开的实施例能够减小光伏发电单元投切时的冲击电流，使得脱离直流母排的光伏发电单元平稳地在线投入光伏直流供电***，从而提高公共直流母排供电***的经济可行性。公开阐述了光伏发电单元的在线投切方法及装置，从电压差角度考虑，操作简单，可实施性强，但未从全网角度考虑，如果仅是从电压考虑，将光伏***并网后，会产生能源过剩。

专利文献CN201110296814.0公开了一种即插即用光伏发电并网***检测装置，其包括电源电路、光伏电池接入电路、蓄电池接入电路、变器接入电路、负载选择器、光伏电池检测负载电路、逆变器检测静态负载电路、逆变器动态负载电路及DSP处理器，公开的检测装置的优点包括即插即用，通过采集数据，确定发电***故障；实现光伏电池板、逆变器在多样负载工作条件下的检测并且检测的同时可以满足多个待测光伏电池间的切换，实现多个光伏电池发电状态的比较和检测，极大的提高了光伏电池检测的效率和准确性；脉冲发生装置和延时装置可以根据不同发电装置所对应的实际负载状况进行设定，使模拟的负载与真实情况更为接近，增加了检测的准确性。公开的检测装置检测了多个参数，确定故障，可进行光伏***电池切换，但未见阐述光伏***投入电网的投切方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光伏微网发电***的自动投切控制装置，从全网角度考虑，检测多个电量参数，并结合后台专家资源库，进行决策，选择最优组合的光伏***投入并网运行，避免能源浪费，确保电能质量。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光伏微网发电***的自动投切控制装置，包括测量控制单元、4G无线通信网络、后台决策***，其中，测量控制单元通过4G无线通信网络连接到后台决策***，通过4G无线通信网络，测量控制单元将电网信息数据发送给后台决策***，同时后台决策***将后台决策***指令下发到测量控制单元；

测量控制单元包括数字信号处理器、显示模块、按键模块、数据存储器、4G接口模块、控制输出接口、实时时钟电路、电能计量芯片、AD转换电路、数据采集模块以及电压互感器、电流互感器，其中显示模块、按键模块、数据存储器、4G接口模块、控制输出接口、实时时钟电路、电能计量芯片、AD转换电路分别通信连接到数字信号处理器并受数字信号处理器控制；

测量控制单元进行电能质量监测，分析谐波、电网电压水平、三相不平衡度，并根据现场测量参数和负荷统计进行负荷预测，将负荷预测与光伏微网发电量的计算值进行有效匹配，并完成光伏微网发电***的自动投切；

后台决策***包括网关服务器、互联网，后台决策***通过网关服务器接收并且分析测量控制单元采集得到的实时数据，并智能设定修改终端策略。

进一步地，数字信号处理器根据数据采集模块采集的太阳辐射量、环境状况、矩阵倾角的数据量，计算光伏矩阵发电量。

进一步地，AD转换电路将接收的温湿模拟信号、光伏列阵模拟信号转换成温湿度数字信号、光伏列阵数字信号。

进一步地，电能计量芯片计算光伏微网发电***的发电量信息。

进一步地，显示模块实现用户现场对数据进行监控。

进一步地，实时时钟电路实时地为数字信号处理器提供时钟信号；数字信号处理器通过控制输出接口完成光伏微网发电***的投切。

进一步地，按键模块完成监控状态转换、参数设置和定值修改，完成本地投切开关的分、合闸及分合闸闭锁操作。

进一步地，后台决策***将信息发布到互联网，用户异地对光伏微网***的运行状况进行管理、维护、浏览、分析等操作。

本发明还提供一种控制上述光伏微网发电***的自动投切控制装置的方法，包括如下步骤：

步骤101，采集光伏列阵环境信息；

步骤102，计算光伏微网发电***的发电量；

步骤103，进行负荷预测；

步骤104，进行智能决策；

步骤105，选择最优组合的光伏微网发电***；

步骤108，完成自动投切。

进一步地，同时步骤108之前还包括以下步骤：

步骤106，采集并网电压、并网电流信息；

步骤107，判断是否有故障及电能质量分析。

本发明提供的光伏微网发电***的自动投切控制装置，从总体上进行宏观投切控制，根据负荷水平和光伏微网发电能力，选择最为适合的光伏微网***投入电网，做到资源的合理分配、节约成本；能现场监控并自动投切，减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的依据，减少大量人工费用，可提高供电质量；主要完成新能源接入***后，通过无线网络的本地和远程监控，由于新能源广而杂，或者地理环境恶劣，铺设专门通信链路较困难，本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置省去了铺设通信链路的费用。从社会和生态效益的角度来讲，相应于国家关于智能电网可再生新能源接入***的建设，为其提供了可靠性的保证。符合当地社会发展的需要，同时也实现了循环型经济的目标；而且技术研发中集电子信息、计算机、先进控制技术、先进制造业和环境等多种知识，体现了物联网技术在电网中的应用，具有较强的竞争力，推动了技术的发展，具有广阔的市场前景。产业化投资30万。

附图说明

图1是本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的示意图；

图2是本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的光伏微网发电***的自动投切控制装置，如图1所示，主要由测量控制单元1、4G无线通信网络2、后台决策***3三个主要部分组成。其中测量控制单元1通过4G无线通信网络2连接到后台决策***3。

测量控制单元1包括DSP11、显示模块12、按键模块13、数据存储器14、4G接口模块15、控制输出接口16、实时时钟电路17、电能计量芯片18、AD转换电路19、数据采集模块(未示出)、和PT(电压互感器)(未示出)、CT(电流互感器)(未示出)。其中显示模块12、按键模块13、数据存储器14、4G接口模块15、控制输出接口16、实时时钟电路17、电能计量芯片18、AD转换电路19分别通信连接到DSP11并受DSP11控制。本实施例的DSP11优选采用可编程信号处理器，例如单片信号处理器类型的数字处理器，以快速实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，得到符合需要的信号形式。测量控制单元1也可以采用单片机代替DSP11。

测量控制单元1的数据采集模块包括环境数据采集传感器、计量表数据采集器、电压采集模块和电流采集模块。环境数据采集传感器包括：光强检测传感器，其用于检测太阳辐射量；温湿传感器，其用于检测环境状况；重力加速传感器，其用于测量光伏矩阵倾角。测量控制单元1的DSP11可以根据环境数据采集传感器采集的太阳辐射量、环境状况、矩阵倾角的数据量，计算光伏矩阵发电量。

测量控制单元1利用数据采集模块的环境数据采集传感器、计量表数据采集器、电压采集模块、电流采集模块，采集光伏列阵环境参数、并网电压、并网电流，并将获得的温湿度模拟信号、光伏(PV)列阵模拟信号传输到AD转换电路19，AD转换电路19将接收的温湿模拟信号、光伏列阵模拟信号转换成温湿度数字信号、光伏列阵数字信号后传输到DSP11进行处理。

测量控制单元1中的PT用于变换线路上的电压，将高电压按比例转换成低电压，例如100V或更低等级的标准二次电压，并通过PT输入向电能计量装置18提供电网的电压信息。测量控制单元1中的CT，将线路中的数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，并通过CT输入向电能计量装置18提供电网的电流信息，CT优选采用测量用电流互感器。在图1中，PT、CT输入用附图标记4示意性地表示。测量控制单元1通过PT、CT和电压电流传感器(未示出)将大电流、大电压转化为可测量电压、电流，并将转化后的可测量电压、电流通过PT、CT输入4传输于电能计量芯片18，然后传输于DSP11，用于采集并网电压、并网电流。同时电能计量芯片18将PT、CT采集的电压信息通过芯片功能计算光伏微网发电***的发电量信息。

测量控制单元1的显示模块12可以采用LCD显示(液晶显示)，显示模块12与DSP11通信，可实时显示DSP11的信息。测量控制单元1利用显示模块12进行电网波形实时跟踪显示、SOE(事件顺序记录)事件记录等，实现用户现场对数据进行监控。

测量控制单元1的实时时钟电路17，用于实时为DSP11提供时钟信号，DSP11在时钟驱动下按照时序执行程序，完成不同指令功能的操作。

测量控制单元1的按键模块13主要用来完成监控状态转换、参数设置和定值修改，完成本地投切开关的分、合闸及分合闸闭锁操作。可以由DSP11自动控制按键模块13进行光伏微网发电***的投切，也可以根据显示模块12的显示，人工通过按键模块13进行光伏微网发电***的投切。

测量控制单元1的控制输出接口16与继电器(未示出)相连接，DSP11通过控制输出接口16，实现对继电器的控制，从而实现对投切开关的控制，完成光伏微网发电***的投切。

测量控制单元1的数据存储器14，可以存储由DSP11接收及处理的信息，并可以经由DSP11被访问。

测量控制单元1通过DSP11进行电能质量监测，分析谐波、电网电压水平、三相不平衡度等，在故障、电能质量不符合要求时，使光伏微网发电***快速退出配网；并根据现场测量参数和负荷统计进行负荷预测，将负荷预测与光负微网发电量的计算值进行有效匹配，确保选择最优组合的光伏微网发电***投入运行，从而确保光伏微网发电***的现场最优投切。

测量控制单元1包括无线通信模块(未示出)，DSP11通过无线通信模块的4G接口模块15与4G无线通信网络2连接，因此测量控制单元1可以方便地接入通信运行商的4G无线通信网络2。通过4G无线通信网络2，测量控制单元1将电网信息数据发送给后台决策***3，同时后台决策***3将后台决策***3指令下发到测量控制单元1，测量控制单元1的DSP11根据后台决策***3下发的指令执行相应的操作，并完成光伏微网发电***的自动投切。

后台决策***3包括网关服务器31、互联网(Internet)32。后台决策***3通过网关服务器31接收并且分析测量控制单元1采集得到的实时数据，并可以根据本地电网状况和用户要求，在长期运行经验基础上智能设定修改终端策略。后台决策***3主要采用人工神经网络或者专家***程序，本实施例中后台决策***3采用专家***程序，给出推荐策略执行方案，进行人工经验辅助性的监视和决策，用来弥补自动投切失败。

后台决策***3通过Web(网页)，将信息发布到互联网32上。通过异地监控***5，比如浏览器，用户可以异地对光伏微网***的运行状况进行管理、维护、浏览、分析等操作。

本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的投切指标，为并网要求，在表格1-4中示出。并网工作时，电网电压正常范围为标准电压的88～110％，当电网相电压超出正常范围时，本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置应该立刻检测出异常并在规定时间内脱离电网或作出响应，并网***电压异常响应时间如表格1中所示。

表格1

电压范围(标准电压百分比％)	响应时间(Ms)
		V<50％	160
50％≤V<88％	2000
		110％<V<120％	1000
V≥120％	160

本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的并网同步要求如表格2所示。

表格2

容量(KVA)	频率(ΔF,HZ)	电压差(ΔV,％)	相位差(ΔU，；°)
				0～500	0.3	10	20
>500～1500	0.2	5	15
				>1500～10000	0.1	3	10

本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的并网电压谐波技术指标如表格3中所示。

表格3

奇次谐波H	H<11	11≤H<17	17≤H<23	23≤H<35	35≤H	总谐波(THD)
							(％)	4.0	2.0	1.5	0.6	0.3	5.0

本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的并网电流谐波技术指标如表格4中所示。

表格4

奇次谐波H	H<11	11≤H<17	17≤H<23	23≤H<35	35≤H	总谐波(THD)
							(％)	4.0	2.0	1.5	0.6	0.3	5.0

本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的程序流程图如图2所示，包含以下步骤：步骤101，测量控制单元1的环境数据采集传感器、计量表数据采集器采集光伏列阵环境信息；在步骤101之后，在步骤102，利用控制单元1的电能计量单元18计算光伏微网发电***的发电量；在步骤102之后，在步骤103，通过控制单元1的DSP11根据现场测量参数和负荷统计进行负荷预测，并将负荷预测和光伏微网发电量的计算值进行有效匹配；在步骤103之后，在步骤104，DSP11将负荷预测和光伏微网发电量的计算值匹配通过4G无线通信网络2传输给后台决策***3，后台决策***3通过专家***程序进行智能决策；在步骤104之后，在步骤105，后台决策***3选择最优组合的光伏微网发电***，并将投切指令下发给DSP11；在步骤105之后，在步骤108，DSP11完成自动投切。

同时在步骤106，测量控制单元1的电压采集模块、电流采集模块采集并网电压、并网电流信息；在步骤106之后，在步骤107，DSP11判断是否有故障及电能质量分析；在步骤107之后，在步骤108，DSP11根据步骤107的判断结果完成自动投切。

本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置的测量控制单元1将环境数据采集传感器、计量表数据采集器、电压采集模块、电流采集模块采集的光伏列环境参数、并网电压、电流，传于DSP11进行处理。测量控制单元1的4G接口模块15，确保数据通过4G通信网络2有效、快速地传送后台决策***3进行决策；本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置可以进行电能质量监测，进行谐波分析，在故障、电能质量不符合要求时快速使光伏微网发电***退出配网。同时还将现场测量参数与微网发电量的计算值进行有效匹配，确保选择最优组合的光伏微网发电***投入运行；本发明的光伏微网发电***的自动投切控制装置后台决策***3还可以集合本地电网状况和用户要求在长期运行经验基础上智能设定修改终端策略。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，包括测量控制单元、4G无线通信网络、后台决策***，其中，所述测量控制单元通过所述4G无线通信网络连接到所述后台决策***，通过所述4G无线通信网络，所述测量控制单元将电网信息数据发送给所述后台决策***，和/或所述后台决策***将所述后台决策***指令下发到所述测量控制单元；

所述测量控制单元包括数字信号处理器、显示模块、按键模块、数据存储器、4G接口模块、控制输出接口、实时时钟电路、电能计量芯片、AD转换电路、数据采集模块以及电压互感器、电流互感器，其中所述显示模块、按键模块、数据存储器、4G接口模块、控制输出接口、实时时钟电路、电能计量芯片、AD转换电路分别通信连接到所述数字信号处理器并受所述数字信号处理器控制；

所述测量控制单元进行电能质量监测，分析谐波、电网电压水平、三相不平衡度，并根据现场测量参数和负荷统计进行负荷预测，将负荷预测与光伏微网发电量的计算值进行有效匹配，并完成光伏微网发电***的自动投切；

所述后台决策***包括网关服务器、互联网，所述后台决策***通过所述网关服务器接收并且分析所述测量控制单元采集得到的实时数据，并智能设定修改终端策略。

2.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述数字信号处理器根据所述数据采集模块采集的太阳辐射量、环境状况、矩阵倾角的数据量，计算光伏矩阵发电量。

3.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述AD转换电路将接收的温湿模拟信号、光伏列阵模拟信号转换成温湿度数字信号、光伏列阵数字信号。

4.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述电能计量芯片计算光伏微网发电***的发电量信息。

5.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述显示模块实现用户现场对数据进行监控。

6.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述实时时钟电路实时地为数字信号处理器提供时钟信号；所述数字信号处理器通过所述控制输出接口完成光伏微网发电***的投切。

7.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述按键模块完成监控状态转换、参数设置和定值修改，完成本地投切开关的分、合闸及分合闸闭锁操作。

8.根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置，其特征在于，所述后台决策***将信息发布到所述互联网，用户异地对光伏微网***的运行状况进行管理、维护、浏览、分析等操作。

9.一种控制根据权利要求1所述的光伏微网发电***的自动投切控制装置的方法，包括如下步骤：

步骤101，采集光伏列阵环境信息；

步骤102，计算光伏微网发电***的发电量；

步骤103，进行负荷预测；

步骤104，进行智能决策；

步骤105，选择最优组合的光伏微网发电***；

步骤108，完成自动投切。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，同时所述步骤108之前还包括以下步骤：

步骤106，采集并网电压、并网电流信息；

步骤107，判断是否有故障及电能质量分析。