CN114709869A - 一种隔离型光伏并网控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种隔离型光伏并网控制器，包括通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；测量模块分别与光伏***及通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏***的参数，并将参数提供给通讯模块和控保模块；通讯模块分别与光伏***、电网***、台区终端及控保模块连接；控保模块与隔离模块连接；隔离模块分别与电网***和测量模块连接，用于根据控制指令将光伏***和电网***断开。本发明的技术方案具备智能化的数据采集功能和主动防护功能，实现了光伏***、电网***与台区融合终端之间的互联互通以及对光伏***的实时监测和群控群调，有效保证了电网***的安全运行，有效避免了光伏***孤岛效应对线路检修人员的潜在危害。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光伏发电并网控制的电力设备技术领域，具体涉及一种隔离型光伏并网控制器。
背景技术
随着近年节能减排的绿色经济的发展，光伏的开发试点迅速增加。大量分布式光伏同时并入配电网，意味着传统单向无源的配电网将向供需互动的有源网络演变，必须对所有分布式光伏***进行统一控制和调度。加之光伏发电受光照影响很大，导致其输出电压波动大、谐波隐患大、容易加剧线路三相不平衡，并网产生的电能质量问题也可能对配电网构成一定威胁。现有光伏并网计量箱主要是计量功能，加之目前光伏并网计量箱不具备与用户侧光伏并网逆变器的通讯功能，因而无法针对接入光伏进行控制。急需开发户外使用的可实现***和设备状态感知，方便运维检修和大范围调度控制的光伏并网专用控制器。
发明内容
为了解决现有的电网***无法对接入光伏进行控制，运维检修和调度控制不方便的问题，本发明提出了一种隔离型光伏并网控制器，包括通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；所述测量模块分别与光伏***及所述通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏***的参数，并将所述参数提供给所述通讯模块和所述控保模块；所述通讯模块分别与光伏***、电网***、台区终端及所述控保模块连接，用于与光伏***、电网***、台区终端及所述控保模块建立通讯，将光伏***和电网***的信息共享给所述控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至所述控保模块，将所述控保模块的信息上报台区终端；所述控保模块与所述隔离模块连接，用于根据所述信息和/或所述参数向所述隔离模块下发控制指令，或将台区终端的控制指令传输给所述隔离模块；所述隔离模块分别与电网***和所述测量模块连接，用于根据所述控保模块传输的控制指令将光伏***和电网***断开。
优选的，所述隔离模块包括串联的断路器和隔离开关；所述断路器分别与所述测量模块和控保模块连接，用于根据控制指令断开所述测量模块和隔离开关；所述隔离开关与电网***连接。
优选的，所述控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元；所述第一通讯端口单元分别与所述通讯模块、测量模块和断路器连接；所述控制单元根据所述第一通讯端口单元采集的数据向光伏***或所述断路器下发指令。
优选的，所述测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元；所述第二通讯端口单元分别与所述第一通讯端口单元和通讯模块连接；所述检测单元与光伏***连接，用于检测光伏***的参数。
优选的，所述通讯模块包括相互连接的协议转换单元和第三通讯端口单元；所述第三通讯端口单元分别与光伏***、电网***、台区终端及所述第一通讯端口单元和第二通讯端口单元连接。
优选的，所述检测单元包括至少一种的电压互感器、电流互感器、剩余电流测量装置和电弧感应装置。
优选的，所述检测单元还包括至少一种的温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器。
优选的，还包括箱体；所述通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块置于所述箱体内。
优选的，所述箱体包括窗口，所述窗口内嵌有操作面板。
优选的，所述操作面板包括相互连接的按键和指示器，所述按键与所述断路器连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种隔离型光伏并网控制器，通过设置通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块，使控制***具备智能化的数据采集功能和主动防护功能，实现了光伏***、电网***与台区终端之间的互联互通以及对光伏***的实时监测和群控群调，有效保证了电网***的安全运行；通过隔离模块提供了光伏***与电网***之间的隔离断口，有效避免了光伏***孤岛效应对线路检修人员的潜在危害。
附图说明
图1为本发明提供的隔离型光伏并网控制器示意图；
图2为本发明实施例1提供的隔离型光伏并网控制器应用于“全额上网”模式的分布式光伏***示意图；
图3为本发明实施例2提供的隔离型光伏并网控制器应用于“自发自用，余电上网”模式的分布式光伏***示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种隔离型光伏并网控制器，通过设置通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块，实现了光伏***、电网***与台区融合终端之间的互联互通，有效保证了电网***的安全运行。
实施例1：
目前低压分布式光伏***并网的方式有两种，一种是全额上网方案，另一种是自发自用，余电上网的方案。本实施例为将隔离型光伏并网控制器应用于“全额上网”模式的分布式光伏***，该控制器安装于用户的并网计量箱和380V线路接入点之间，如图2所示。
如图1所示，该隔离型光伏并网控制器包括：通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；测量模块分别与光伏***及通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏***的参数，并将参数提供给通讯模块和控保模块；通讯模块分别与光伏***、电网***、台区终端及控保模块连接，用于通讯协议转换，并将光伏***和电网***的数据以及参数提供给台区终端或控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至控保模块，将控保模块的数据上报台区终端；控保模块与隔离模块连接，用于根据光伏***和电网***的数据进行分析，向光伏***下发控制指令，并根据参数进行分析，向隔离模块下发控制指令，同时将台区终端的控制指令传输给隔离模块；隔离模块分别与电网***和测量模块连接，用于根据控制指令将光伏***和电网***断开。
测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元，检测单元与光伏并网计量箱连接。检测单元包括电压、电流、功率、电量和谐波的测量装置，如电压互感器、电流互感器、功率测量仪、电量测量仪、谐波测量仪，检测单元还包括环境监测相关的传感器，例如温度传感器、湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器等，对环境温度、接线端子温度、环境湿度、水浸状态、环境烟雾等进行监测。检测单元还可设置剩余电流测量装置、电弧感应装置，分别用于监测电路中的剩余电流和直流电弧。第二通讯端口单元分别与通讯模块和控保模块通过无线连接，用于将检测单元监测到的数据提供给通讯模块和控保模块。第二通讯端口单元与通讯模块和控保模块之间也可通过有线连接。
通讯模块包括相互连接的协议转换单元和第三通讯端口单元。协议转换单元具备协议转换功能，使得第三通讯端口单元可采用多种通讯方式，如RS485、HPLC和蓝牙，支持相应的通讯协议，如DL/T645、DL/T698、Modbus-RTU等。第三通讯端口单元分别与光伏逆变器、光伏并网计量箱通过无线连接，负责实时采集光伏逆变器、光伏并网计量箱的数据，并与台区终端通过无线连接。同时，第三通讯端口单元与控保模块和第二通讯单元通过无线连接，将测量模块的参数传输给控保模块。第三通讯端口单元与光伏逆变器、光伏并网计量箱、台区终端、控保模块和第二通讯单元之间也可通过有线连接。
第三通讯端口单元可分别与光伏并网计量箱、光伏逆变器、台区终端之间进行实时双向通讯，将光伏逆变器的参数传至台区终端，同时将台区终端的命令下发给光伏逆变器，实现电网后台对光伏发电量的柔性可控可调，实现电网***与光伏***的实时通讯，群控群调，实现光伏并网点数据与光伏并网计量箱的交互与对比，实现电力设备状态感知，控制命令的传递，停复电时间主动上报。第三通讯端口单元可与多种光伏逆变器双向通讯，在本实施例中，第三通讯端口单元与光伏并网计量箱和光伏逆变器之间通过RS485进行通讯，第三通讯端口单元与台区终端之间通过HPLC进行通讯。
第三通讯端口单元还可与控保模块之间进行双向通讯，电网***故障时，可以将台区终端的远程指令发送至控保模块，控制光伏***的并网状态。
本发明的隔离型光伏并网控制器作为光伏并网***的关键保护和控制设备，具备了智能化的数据采集功能，通讯模块中设置了通讯协议转换功能，实现用户的光伏逆变器、光伏并网计量箱、控制器与电网台区融合终端之间的互联互通，实现电网***对光伏***的实时监测与群控群调的功能。
台区终端可选用智能融合终端，台区智能融合终端可与电力数据监控***连接，实现对光伏***的运行信息和用户用电信息的统一监测和管理，还能够对光伏发电数据进行远程操控，及时掌握分布式光伏电站的运行情况，极大简化光伏电站的运行与维护工作。
控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元，第一通讯端口单元可接收来自第三通讯端口单元采集到的数据，也可直接接收第二通讯端口单元的数据。第一通讯端口单元的数据也可通过第三通讯端口单元上报至台区终端。第一通讯端口单元还与隔离模块通过有线或无线进行双向通讯，将控制单元的指令下发给隔离模块，并将隔离模块的参数反馈至控制单元或台区终端。控制单元是数据分析计算的中心，可选用智能控制模式，通过对第一通讯端口单元接收到的数据进行分析、计算，根据条件进行智能逻辑判断，给出控制指令，实现就地保护。电网***故障时，控保模块也可以直接接收台区终端的控制指令，控制光伏***的并网状态。
控保模块还可对测量模块监测到的欠压参数进行分析判断，提供欠压延时功能，用于在欠压或失压情况下跳闸，控保模块还可对测量模块监测到的过压、过载参数进行分析判断，及时控制断路器分闸，防止火灾发生。
本发明的隔离型光伏并网控制器还可设置剩余电流的故障预警功能和电弧故障的预警功能。大量分布式光伏并网后，会向电网注入平滑、脉动直流及高频交流分量，当光伏并网支路漏电时，传统AC型漏电保护设备无法识别直流及高频交流漏电，甚至影响现有AC型漏电的保护特性，大幅增加人身触电伤亡风险。当测量模块监测到满足设定参数的剩余电流，将剩余电流的参数传输至控保模块，控保模块通过分析，控制断路器分闸，***发布漏电预警。直流故障电弧是威胁光伏***安全运行的重要因素。现有的光伏并网断路器大多无电弧监测功能，现有光伏并网断路器无法杜绝直流电弧的危害，造成电气火灾和设备损害。当测量模块监测到电弧故障时，通过控保模块操作断路器分闸，通讯模块向***发布电弧故障告警。
隔离模块包括断路器和隔离开关，两者串联。断路器附带合分闸操作机构，合分闸操作机构与控保模块的第一通讯端口单元连接，用于接收控保模块的电信号指令。控保模块在接收测量模块的数据后，可根据条件判断，通过合分闸操作机构来控制断路器分闸，实现就地保护。电网***故障时，台区终端也可以远程通过通讯模块向控保模块发送控制指令，控保模块操作断路器的合分闸操作机构，控制光伏***的并网状态。隔离开关用于线路维修时，提供光伏***与电网***之间的明确的隔离断口，方便操作人员安全检修。断路器和隔离开分别设置有两个接线端子，断路器的两个接线端子分别与测量模块和隔离开关的一个接线端子连接，隔离开关的另一个接线端子与电网***的接入点连接。
断路器可实现电网***的主动防护功能，作为电网***与用户光伏***之间的防火墙，有效得保证了电网***的安全运行。隔离开关提供了光伏***与电网***之间的隔离断口，在电网***断电情况下，有效避免了光伏***的孤岛效应对线路检修人员的潜在危害。
本发明的各模块均可采用带电可插拔设计，以实现故障模块及时更换，即插即用。
隔离模块的设置使得本发明的控制器在电网主动防护方面得到了提升，有效得防止了光伏***的孤岛效应对电网线路检修人员的潜在危害。根据NB/T32004《光伏并网逆变器技术规范》要求，接入低压配电网的光伏逆变器，通常需要具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护动作时间应不大于2s。光伏逆变器跳闸后，若电网侧电压和频率恢复正常，光伏逆变器经过一个可调的延迟时间(20s～5min)后恢复并网。目前光伏并网逆变器是通过电网断电时，逆变器输出端电压、频率的变化来被动检测孤岛。但当光伏发电输出功率与局部负载功率平衡时，被动检测方法将失去孤岛效应检测能力，分布式光伏会继续对周围负载供电产生光伏孤岛运行现象，可能造成线路检修人员的人身伤害，配电网安全运行也面临着更大的挑战。本装置通过与电网台区融合终端配合对光伏***数据实时采集，增加光伏发电数据的采集，当电网局部断电时，融合终端采集到光伏发电数据后，通过对该控制器的主动控制，断路器分闸，切断光伏***和电网***的连接，线路检修人员首先分开隔离刀闸，再进行线路检修，保证线路检修人员的安全；检修结束，先合上刀闸，再合断路器，逆变器通过通讯模块感知到控制器合闸后，根据恢复并网的逻辑判断，自动启动逆变器，恢复光伏***并网。
本发明的隔离型光伏并网控制器采用模块化设计，解决了电子设备与机械设备寿命不同期问题。因为电子化产品的使用寿命远不及机械部件的使用寿命，分开的独立模块设计可以实现故障模块及时更换，极大地降低产品整体生命周期内的成本。也可以采用部分模块集成设计，如通讯模块与控保模块可采用集成设计。
本发明的隔离型光伏并网控制器相较于现有光伏并网设备的一个突出特点是可以将用户产权的光伏逆变器上的数据以内外网安全隔离的形式共享到电网***内，并且将光伏逆变器的调控权利共享给电网***，以实现控制功能，同时配合台区终端，实现电网***对台区内光伏的群调群控，在大范围光伏并网的情况下保证电网***的安全可靠。
实施例2：
目前低压分布式光伏***并网的方式有两种，一种是全额上网方案，另一种是自发自用，余电上网的方案。本实施例为将隔离型光伏并网控制器应用于“自发自用，余电上网”模式的分布式光伏***。将隔离型光伏并网控制器安装于并网计量箱和用户计量箱之间，用户计量箱是采集用户余电上网量的装置，如图3所示。
如图1所示，本实施例的隔离型光伏并网控制器包括：通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；测量模块分别与光伏***及通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏***的参数，并将参数提供给通讯模块和控保模块；通讯模块分别与光伏***、电网***、台区终端及控保模块连接，用于通讯协议转换，并将光伏***和电网***的数据以及参数提供给台区终端或控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至控保模块，将控保模块的数据上报台区终端；控保模块与隔离模块连接，用于根据光伏***和电网***的数据进行分析，向光伏***下发控制指令，并根据参数进行分析，向隔离模块下发控制指令，同时将台区终端的控制指令传输给隔离模块；隔离模块分别与电网***和测量模块连接，用于根据控制指令将光伏***和电网***断开。
测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元，检测单元与光伏并网计量箱连接。第二通讯端口单元分别与通讯模块和控保模块通过无线连接，用于将检测单元监测到的数据提供给通讯模块和控保模块。
通讯模块包括相互连接的协议转换单元和第三通讯端口单元。协议转换单元具备协议转换功能，使得第三通讯端口单元可采用多种通讯方式，如RS485、HPLC和蓝牙，支持相应的通讯协议，如DL/T645、DL/T698、Modbus-RTU等。第三通讯端口单元分别与光伏逆变器、光伏并网计量箱及用户计量箱通过无线连接，负责采集光伏逆变器、光伏并网计量箱及用户计量箱的数据，并与台区终端通过无线连接。同时，第三通讯端口单元与控保模块和第二通讯单元通过无线连接，将测量模块的参数传输给控保模块。第三通讯端口单元与光伏逆变器、光伏并网计量箱、用户计量箱、台区终端、控保模块和第二通讯单元之间也可通过有线连接。
第三通讯端口单元可分别与光伏并网计量箱、光伏逆变器、用户计量箱、台区终端之间进行实时双向通讯，将光伏逆变器的参数传至台区终端，同时将台区终端的命令下发给光伏逆变器，实现电网后台对光伏发电量的柔性可控可调，实现电网***与光伏***的实时通讯，群控群调，实现光伏并网点数据与光伏并网计量箱的交互与对比，实现电力设备状态感知，控制命令的传递，停复电时间主动上报。第三通讯端口单元可与多种光伏逆变器双向通讯，在本实施例中，第三通讯端口单元与光伏并网计量箱和光伏逆变器之间通过RS485进行通讯，第三通讯端口单元与台区终端之间通过HPLC进行通讯，第三通讯端口单元与用户计量箱之间通过RS485进行通讯。
第三通讯端口单元还可与控保模块之间进行双向通讯，电网***故障时，可以将台区终端的远程指令发送至控保模块，控制光伏***的并网状态。
控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元，第一通讯端口单元可接收来自第三通讯端口单元采集到的数据，也可直接接收第二通讯端口单元的数据。第一通讯端口单元的数据也可通过第三通讯端口单元上报至台区终端。第一通讯端口单元还与隔离模块通过有线或无线进行双向通讯，将控制单元的指令下发给隔离模块，并将隔离模块的参数反馈至控制单元或台区终端。控制单元是数据分析计算的中心，通过对第一通讯端口单元接收到的数据进行分析、计算，根据条件进行智能逻辑判断，给出控制指令，实现就地保护。电网***故障时，控保模块也可以直接接收台区终端的控制指令，控制光伏***的并网状态。
隔离模块包括断路器和隔离开关，两者串联。断路器附带合分闸操作机构，合分闸操作机构与控保模块的第一通讯端口单元连接，用于接收控保模块的电信号指令。控保模块在接收测量模块的数据后，可根据条件判断，通过合分闸操作机构来控制断路器分闸，实现就地保护。电网***故障时，台区终端也可以远程通过通讯模块向控保模块发送控制指令，控保模块操作断路器的合分闸操作机构，控制光伏***的并网状态。隔离开关用于线路维修时，提供光伏***与电网***之间的明确的隔离断口，方便操作人员安全检修。断路器和隔离开分别设置有两个接线端子，断路器的两个接线端子分别与测量模块和隔离开关的一个接线端子连接，隔离开关的另一个接线端子与电网***的接入点连接。
本发明的隔离型光伏并网控制器还包括箱体，用于将通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块置于箱体内，以适应户外各种恶劣环境。箱体正面设置可视化窗口，窗口内嵌有操作面板，方便在不开箱的情况下观察箱内的设备状态与隔离断口状态。操作面板设有相互连接的按键和指示器，按键与断路器的合分闸操作结构连接，用于手动控制分合闸操作机构，主要用于线路检修人员本地操作光伏***并网，防止电网台区终端在检修人员线路检修时误操作将光伏***并入，对线路检修人员安全造成威胁。指示器可以是状态指示配件或者状态指示灯，用于指示断路器的分闸与合闸状态。
操作面板上还可设置手动与远程的操作选项。选择本地手动操作时，可通过面板上的按键，实现断路器的合分闸操作；选择远程操作时，可通过通讯模块发送操作指令，控保模块控制断路器分合闸。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种隔离型光伏并网控制器，其特征在于，包括通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；
所述测量模块分别与光伏***及所述通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏***的参数，并将所述参数提供给所述通讯模块和所述控保模块；
所述通讯模块分别与光伏***、电网***、台区终端及所述控保模块连接，用于与光伏***、电网***、台区终端及所述控保模块建立通讯，将光伏***和电网***的信息共享给所述控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至所述控保模块，将所述控保模块的信息上报台区终端；
所述控保模块与所述隔离模块连接，用于根据所述信息和/或所述参数向所述隔离模块下发控制指令，或将台区终端的控制指令传输给所述隔离模块；
所述隔离模块分别与电网***和所述测量模块连接，用于根据所述控保模块传输的控制指令将光伏***和电网***断开。
2.如权利要求1所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述隔离模块包括串联的断路器和隔离开关；所述断路器分别与所述测量模块和控保模块连接，用于根据控制指令断开所述测量模块和隔离开关；所述隔离开关与电网***连接。
3.如权利要求2所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元；所述第一通讯端口单元分别与所述通讯模块、测量模块和断路器连接；所述控制单元根据所述第一通讯端口单元采集的数据向光伏***或所述断路器下发指令。
4.如权利要求3所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元；所述第二通讯端口单元分别与所述第一通讯端口单元和通讯模块连接；所述检测单元与光伏***连接，用于检测光伏***的参数。
5.如权利要求4所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述通讯模块包括相互连接的协议转换单元和第三通讯端口单元；所述第三通讯端口单元分别与光伏***、电网***、台区终端及所述第一通讯端口单元和第二通讯端口单元连接。
6.如权利要求4所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述检测单元包括至少一种的电压互感器、电流互感器、剩余电流测量装置和电弧感应装置。
7.如权利要求6所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述检测单元还包括至少一种的温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器。
8.如权利要求2所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，还包括箱体；所述通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块置于所述箱体内。
9.如权利要求8所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述箱体包括窗口，所述窗口内嵌有操作面板。
10.如权利要求9所述的隔离型光伏并网控制器，其特征在于，所述操作面板包括相互连接的按键和指示器，所述按键与所述断路器连接。
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