CN105162409A - 分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置。目前基于微处理器的防窃电技术存在使用不便及可靠性差的缺陷。本发明包括直流模块防窃电计算通讯单元和交流模块防窃电计算通讯单元，根据相应的分布式光伏并网模块化发电***进行设计和安装；直流模块防窃电计算通讯单元的报警电路在接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后立即进行指示灯及蜂鸣报警；当判断发生窃电行为或接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后，交流模块防窃电计算通讯单元立即进行指示灯及蜂鸣报警。本发明能识别分布式光伏并网模块化发电***是否存在窃电行为，同时在发生窃电行为时能准确计算窃电量并进行报警处理。
Description
技术领域
本发明属于分布式光伏并网发电***防窃电技术领域，尤其是一种适用于分布式光伏并网模块化发电***的嵌入式防窃电装置。
背景技术
分布式光伏并网发电是目前太阳能光伏发电的主要形式，国家为了推动分布式光伏并网发电***的应用，出台了光伏发电上网电价补贴的政策。但是不法分子在电价补贴的利润诱惑下，采取诸如对分布式光伏并网发电进行改接以虚假增高光伏发电计量表的示值、从电网直接取电后通过光伏发电***的DC/AC变换器反馈给电网等手段非法获取电价补贴。
随着分布式光伏并网发电***规模的不断扩大，***组件的分散程度越来越高，而窃电方法多种多样，这使得分布式光伏并网发电***防窃电的难度较大。分布式光伏并网发电***防窃电的重点在于监测光伏组件的总发电量与并网DC/AC变换器输出功率的一致性。靠人工排查窃电时效性差，并且不能提供准确的窃电时间、窃电量等窃电信息。
目前出现了一些基于微处理器的防窃电技术，例如根据阳光辐照强度实时数据及光伏组件安装数量计算实际光伏发电量、并与***并网发电量实测值比较判断窃电的技术，利用历史气象数据及同期光伏发电数据并采用智能算法建立防窃电模型判断窃电的技术等。这些防窃电技术存在使用不便及可靠性差的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种适用于分布式光伏并网模块化发电***的嵌入式防窃电装置，它能识别分布式光伏并网模块化发电***是否存在窃电行为，同时在发生窃电行为时能准确计算窃电量并进行报警处理。
为此，本发明采用如下的技术方案：分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，包括整数N个相同的直流模块防窃电计算通讯单元和整数M个相同的交流模块防窃电计算通讯单元，该嵌入式防窃电装置根据相应的分布式光伏并网模块化发电***进行设计和安装；
所述的分布式光伏并网模块化发电***包括整数N个相同的光伏组件、整数N个相同的DC/DC变换器、直流母线、整数M个相同的DC/AC变换器、交流母线、用户负载、电能表和低压配电网，每个组串式结构的光伏组件均通过相应的一个DC/DC变换器与直流母线相连，每个DC/AC变换器的直流输入端与直流母线相连，每个DC/AC变换器的交流输出端与交流母线相连，用户负载与交流母线相连，电能表连接在交流母线和低压配电网之间进行双向电能计量，交流母线电压波形和低压配电网电压波形相同；
所述的直流模块防窃电计算通讯单元包括电流电压采集电路、微处理器、报警电路和RS485通讯接口，它与分布式光伏并网模块化发电***的DC/DC变换器同时设计，每个直流模块防窃电计算通讯单元和相应的单个DC/DC变换器组成一个封装在一起的直流模块，直流模块防窃电计算通讯单元通过测量相应的光伏组件直流输出电压和电流，计算该光伏组件的输出功率，光伏组件的输出功率以及直流模块序号信息通过RS485通讯接口输出，报警电路在接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后立即进行指示灯及蜂鸣报警；
所述的交流模块防窃电计算通讯单元包括电流电压采集电路、微处理器、报警电路和RS485通讯接口，它与分布式光伏并网模块化发电***的DC/AC变换器同时设计，每个交流模块防窃电计算通讯单元和相应的单个DC/AC变换器组成一个封装在一起的交流模块，交流模块防窃电计算通讯单元通过测量相应的DC/AC变换器交流输出电压和电流，计算该DC/AC变换器的输出功率，交流模块序号信息以及该交流模块的DC/AC变换器的输出功率通过RS485通讯接口输出，每个交流模块防窃电计算通讯单元定期通过RS485通讯接口收集所有的直流模块序号及相应的光伏组件输出功率信息、以及所有的交流模块序号信息及相应的DC/AC变换器输出功率信息，将所有的DC/AC变换器输出功率相加得到总交流功率，将所有的光伏组件输出功率相加得到总直流功率，当总交流功率和总直流功率的差值超出规定范围时，判断发生窃电行为，该差值即为窃电量，此时通过RS485发送窃电报警信号、窃电量和交流模块序号信息，当判断发生窃电行为或接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后，交流模块防窃电计算通讯单元立即进行指示灯及蜂鸣报警。
目前先进的光伏并网发电***多采用模块化结构，每个组串式结构的光伏组件均有一个DC/DC变换器对其进行最大功率点跟踪以提高效率，使用多个并联DC/AC变换器可以实现仅仅其中的一个DC/AC变换器处在非满载工作状态，而其它DC/AC变换器均处在满载或空载工作状态，因此能保证并网发电的高效率。本发明针对先进的光伏并网模块化发电***，该***的DC/DC变换器和DC/AC变换器在控制运行时通常需要检测电流电压等状态量，因此这些内部检测量可以直接用于防窃电装置的功率计算，特别是计算光伏组件产生的太阳能，因此在进行光伏并网模块化发电***设计的同时，可进行嵌入式防窃电装置的设计，该嵌入式防窃电装置作为光伏并网模块化发电***的辅助设备一同进行安装调试。
进一步，所述的直流模块防窃电计算通讯单元中，光伏组件的直流输出电压和电流分别通过直流分压器和分流器进行测量，或直接采用DC/DC变换器采集。
进一步，所述的交流模块防窃电计算通讯单元中，DC/AC变换器的交流输出电压和电流分别通过电压互感器和电流互感器进行测量，或直接采用DC/AC变换器采集。
进一步，当M大于1时，该分布式光伏并网模块化发电***为多交流模块式逆变器发电***；当M为1时，该分布式光伏并网模块化发电***为集中式逆变器发电***，交流母线向用户负载供电，当M个DC/AC变换器产生的电能多于用户负载所需电能时，多余电能送入低压配电网，当M个DC/AC变换器产生的电能少于用户负载所需电能时，不足的电能由低压配电网输入交流母线，M个DC/AC变换器提供用户负载所需的全部或部分无功功率和谐波电流。
进一步，所述光伏组件的瞬时输出功率为P1＝u1(t)i1(t)，式中u1(t)和i1(t)分别为光伏组件的直流输出电压和电流瞬时值，光伏组件的输出功率为按一定时间间隔(一般为一分钟)得到的多个瞬时输出功率的平均值。
进一步，在低压配电网电压波形为非正弦波时，DC/AC变换器的输出功率包含基波和谐波有功功率，DC/AC变换器的输出功率根据进行计算，式中u2(t)和i2(t)分别为DC/AC变换器的交流输出电压和电流瞬时值，T为低压配电网电压周期。即DC/AC变换器的输出功率为多个输出功率计算值的平均值。
本发明分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置可用于高达1MW、7≤N≤168、2≤M≤50、直流母线最高电压600V、低压配电网电压为220V/50Hz的分布式光伏并网模块化发电***，直流模块防窃电计算通讯单元可以测量的最大光伏组件直流输出功率为70KW，交流模块防窃电计算通讯单元可以测量的最大DC/AC变换器交流输出功率为0.5MW，总交流功率和总直流功率的允许差值可设定，直流模块防窃电计算通讯单元中的光伏组件的直流输出电压和电流测量准确度不低于1％，交流模块防窃电计算通讯单元中的DC/AC变换器的交流输出电压和电流测量准确度不低于1％，交流模块防窃电计算通讯单元每次窃电判断之间的最短时间间隔为1分钟。
本发明具有的有益效果如下：(1)目前先进的光伏并网发电***多采用模块化结构，由于其DC/DC变换器和DC/AC变换器在控制运行时需要检测电流电压等状态量，因此先进光伏并网发电***的这些内部检测量可以直接用于防窃电装置的功率计算，特别是计算光伏组件产生的太阳能，避免了普通光伏并网发电***防窃电装置采用阳光辐射强度的时间特性曲线计算转换的太阳能时需要采用的太阳辐射传感器等设施；(2)由于光伏并网模块化发电***与该防窃电装置由同一生产商同时设计，防窃电装置作为光伏并网模块化发电***的辅助装置与DC/DC变换器及DC/AC变换器封装在一起，且防窃电装置的直流模块防窃电计算通讯单元、交流模块防窃电计算通讯单元模块化设计，因此具有可靠性好、易于互换、保密程度高及安装方便的特点；(3)通过RS485相互通讯，每个交流模块防窃电计算通讯单元均能独立进行防窃电计算和判断，因此该防窃电装置的防窃电技术具有可靠性和冗余性。
附图说明
图1是本发明的原理图，图中给出了一种光伏并网模块化发电***、防窃电装置以及典型的光伏并网化发电***窃电线路图。
图中：101是共有N个相同的直流模块防窃电计算通讯单元(图中简称直流防窃电单元)、102是共有M个相同的交流模块防窃电计算通讯单元(图中简称交流防窃电单元)、103是RS485通讯线、201是共有N个的光伏组件、202是共有N个的DC/DC变换器(图中简称DC/DC)、203是直流母线、204是共有M个的DC/AC变换器(图中简称DC/AC)、205是交流母线、206是用户负载、207是电能表、208是低压配电网、301是典型的光伏并网化发电***窃电线路中将低压配电网电能输送到直流母线的整流器。
具体实施方式
本发明的分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，如图1所示，它包括整数N个相同的直流模块防窃电计算通讯单元101、整数M个相同的交流模块防窃电计算通讯单元102和RS485通讯线103，该嵌入式防窃电装置根据相应的分布式光伏并网模块化发电***进行设计和安装。
分布式光伏并网模块化发电***包括N个相同的光伏组件201、N个相同的DC/DC变换器201、直流母线203、M个相同的DC/AC变换器204、交流母线205、用户负载206、电能表207和低压配电网208，每个组串式结构的光伏组件201均通过相应的一个DC/DC变换器202与直流母线203相连，每个DC/AC变换器204的直流输入端与直流母线203相连，每个DC/AC变换器204的交流输出端与交流母线205相连，用户负载206与交流母线205相连，电能表207连接在交流母线205和低压配电网208之间进行双向电能计量，交流母线205电压波形和低压配电网208电压波形相同，当M大于1时，该分布式光伏并网发电***为多交流模块式逆变器发电***，当M为1时，该分布式光伏并网发电***为集中式逆变器发电***，交流母线205向用户负载206供电，当M个DC/AC变换器204产生的电能多于用户负载206所需电能时，多余电能送入低压配电网208，当M个DC/AC变换器204产生的电能少于用户负载206所需电能时，不足的电能由低压配电网208输入交流母线205，M个DC/AC变换器204提供用户负载206所需的全部或部分无功功率和谐波电流。
嵌入式防窃电装置的直流模块防窃电计算通讯单元101主要包括电流电压采集电路、微处理器、报警电路和RS485通讯接口四部分，它与分布式光伏并网模块化发电***的DC/DC变换器202同时设计，每个直流模块防窃电计算通讯单元101和相应的单个DC/DC变换器202组成一个封装在一起的直流模块，直流模块防窃电计算通讯单元101通过测量相应的光伏组件201的直流输出电压和电流，计算该光伏组件201的输出功率，光伏组件201的直流输出电压和电流可以分别通过直流分压器和分流器进行测量，也可以直接采用DC/DC变换器202采集到的光伏组件201的直流输出电压和电流信息，光伏组件201的输出功率以及直流模块序号信息通过RS485通讯接口输出，报警电路在接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后立即进行指示灯及蜂鸣报警。
嵌入式防窃电装置的交流模块防窃电计算通讯单元102主要包括电流电压采集电路、微处理器、报警电路和RS485通讯接口四部分，它与分布式光伏并网模块化发电***的DC/AC变换器204同时设计，每个交流模块防窃电计算通讯单元102和相应的单个DC/AC变换器204组成一个封装在一起的交流模块，交流模块防窃电计算通讯单元102通过测量相应的DC/AC变换器204的交流输出电压和电流，计算DC/AC变换器204的输出功率，DC/AC变换器204的交流输出电压和电流可以分别通过电压互感器和电流互感器进行测量，也可以直接采用DC/AC变换器204采集到的输出交流电压和电流信息，交流模块序号信息以及该交流模块的DC/AC变换器204的输出功率通过RS485通讯接口输出，每个交流模块防窃电计算通讯单元102定期通过RS485通讯接口收集所有的直流模块序号及相应的光伏组件201的输出功率信息、以及所有的交流模块序号及相应的DC/AC变换器204的输出功率信息，将所有的DC/AC变换器204的输出功率相加得到总交流功率，将所有的光伏组件201的输出功率相加得到总直流功率，当总交流功率和总直流功率的差值超出规定范围时，判断发生窃电行为，该差值即为窃电量，此时通过RS485发送窃电报警信号、窃电量和交流模块序号信息，当判断发生窃电行为或接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后，交流模块防窃电计算通讯单元102立即进行指示灯及蜂鸣报警。
本实施例的具体设计参数为：
本发明分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置用于1MW、N＝168、M＝2、直流母线最高电压600V、低压配电网电压为220V/50Hz的分布式光伏并网模块化发电***，嵌入式防窃电装置直流模块防窃电计算通讯单元可以测量的光伏组件直流输出功率为6KW，交流模块防窃电计算通讯单元可以测量的DC/AC变换器交流输出功率为0.5MW，总交流功率和总直流功率的允许差值可设定，直流模块防窃电计算通讯单元中的光伏组件的直流输出电压和电流测量准确度不低于1％，交流模块防窃电计算通讯单元中的DC/AC变换器的交流输出电压和电流测量准确度不低于1％，交流模块防窃电计算通讯单元每次窃电判断之间的时间间隔为10分钟。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，包括整数N个相同的直流模块防窃电计算通讯单元和整数M个相同的交流模块防窃电计算通讯单元，该嵌入式防窃电装置根据相应的分布式光伏并网模块化发电***进行设计和安装；
所述的分布式光伏并网模块化发电***包括整数N个相同的光伏组件、整数N个相同的DC/DC变换器、直流母线、整数M个相同的DC/AC变换器、交流母线、用户负载、电能表和低压配电网，每个组串式结构的光伏组件均通过相应的一个DC/DC变换器与直流母线相连，每个DC/AC变换器的直流输入端与直流母线相连，每个DC/AC变换器的交流输出端与交流母线相连，用户负载与交流母线相连，电能表连接在交流母线和低压配电网之间进行双向电能计量，交流母线电压波形和低压配电网电压波形相同；
所述的直流模块防窃电计算通讯单元包括电流电压采集电路、微处理器、报警电路和RS485通讯接口，它与分布式光伏并网模块化发电***的DC/DC变换器同时设计，每个直流模块防窃电计算通讯单元和相应的单个DC/DC变换器组成一个封装在一起的直流模块，直流模块防窃电计算通讯单元通过测量相应的光伏组件直流输出电压和电流，计算该光伏组件的输出功率，光伏组件的输出功率以及直流模块序号信息通过RS485通讯接口输出，报警电路在接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后立即进行指示灯及蜂鸣报警；
所述的交流模块防窃电计算通讯单元包括电流电压采集电路、微处理器、报警电路和RS485通讯接口，它与分布式光伏并网模块化发电***的DC/AC变换器同时设计，每个交流模块防窃电计算通讯单元和相应的单个DC/AC变换器组成一个封装在一起的交流模块，交流模块防窃电计算通讯单元通过测量相应的DC/AC变换器交流输出电压和电流，计算该DC/AC变换器的输出功率，交流模块序号信息以及该交流模块的DC/AC变换器的输出功率通过RS485通讯接口输出，每个交流模块防窃电计算通讯单元定期通过RS485通讯接口收集所有的直流模块序号及相应的光伏组件输出功率信息、以及所有的交流模块序号信息及相应的DC/AC变换器输出功率信息，将所有的DC/AC变换器输出功率相加得到总交流功率，将所有的光伏组件输出功率相加得到总直流功率，当总交流功率和总直流功率的差值超出规定范围时，判断发生窃电行为，该差值即为窃电量，此时通过RS485发送窃电报警信号、窃电量和交流模块序号信息，当判断发生窃电行为或接收到来自RS485通讯接口的任何一个窃电报警信号后，交流模块防窃电计算通讯单元立即进行指示灯及蜂鸣报警。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，其特征在于，
所述的直流模块防窃电计算通讯单元中，光伏组件的直流输出电压和电流分别通过直流分压器和分流器进行测量，或直接采用DC/DC变换器采集。
3.根据权利要求1所述的分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，其特征在于，
所述的交流模块防窃电计算通讯单元中，DC/AC变换器的交流输出电压和电流分别通过电压互感器和电流互感器进行测量，或直接采用DC/AC变换器采集。
4.根据权利要求1所述的分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，其特征在于，
当M大于1时，该分布式光伏并网模块化发电***为多交流模块式逆变器发电***；当M为1时，该分布式光伏并网模块化发电***为集中式逆变器发电***，交流母线向用户负载供电，当M个DC/AC变换器产生的电能多于用户负载所需电能时，多余电能送入低压配电网，当M个DC/AC变换器产生的电能少于用户负载所需电能时，不足的电能由低压配电网输入交流母线，M个DC/AC变换器提供用户负载所需的全部或部分无功功率和谐波电流。
5.根据权利要求1所述的分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，其特征在于，
所述光伏组件的瞬时输出功率为P1＝u1(t)i1(t)，式中u1(t)和i1(t)分别为光伏组件的直流输出电压和电流瞬时值，光伏组件的输出功率为按一定时间间隔得到的多个瞬时输出功率的平均值。
6.根据权利要求1所述的分布式光伏并网模块化发电***嵌入式防窃电装置，其特征在于，
在低压配电网电压波形为非正弦波时，DC/AC变换器的输出功率包含基波和谐波有功功率，DC/AC变换器的输出功率根据进行计算，式中u2(t)和i2(t)分别为DC/AC变换器的交流输出电压和电流瞬时值，T为低压配电网电压周期。
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