一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)及逆功率保護(hù)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)及逆功率保護(hù)控制方法，多路高精度逆功率控制系統(tǒng)包括功率采集模塊和逆功率控制模塊，所述功率采集模塊設(shè)置于本地電網(wǎng)和公共電網(wǎng)的連接點上，所述逆功率控制模塊通過通信線路分別與功率采集模塊和具有遠(yuǎn)程功率控制接口的若干臺逆變器連接，所述逆功率控制模塊包括具有人機(jī)交互功能的觸摸屏，所述觸摸屏上設(shè)有存儲和執(zhí)行功率控制策略的控制器，所述功率采集模塊采集所述連接點上帶有方向信息的功率數(shù)值，所述逆功率控制模塊根據(jù)該功率數(shù)值向所述逆變器發(fā)送控制命令從而精確調(diào)整其輸出功率。本發(fā)明提供的逆功率保護(hù)裝置具有控制精度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，界面友好，便于操作，成本低廉，安裝方便等優(yōu)點。
【專利說明】一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)及逆功率保護(hù)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏領(lǐng)域，具體涉及一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)及逆功率保護(hù)控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏等新能源發(fā)電系統(tǒng)通常有大型地面電站和低壓側(cè)自發(fā)自用電站兩種形式。其 中低壓側(cè)自發(fā)自用的光伏電站是目前國家政策導(dǎo)向的重點方向之一。由于電網(wǎng)設(shè)計時未考 慮這些新能源的分布式接入，很多此類自發(fā)自用電站的業(yè)主單位不能將所發(fā)電能直接送入 電網(wǎng)，只能供本地負(fù)載消耗。當(dāng)本地負(fù)載無法完全消耗這些電能時，需有技術(shù)手段限制這類 新能源電站的功率輸出，確保電網(wǎng)能量是從網(wǎng)側(cè)向負(fù)載側(cè)流動，不能出現(xiàn)功率的逆向流動。 [0003]目前已經(jīng)存在一些逆功率保護(hù)系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都存在各種各樣的問題 使得其自身的應(yīng)用受到各種限制，具體存在的問題如下：
[0004] 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一、可靠性差。目前存在的類似系統(tǒng)通常為電路級的設(shè)計。 由于新能源電站的運行環(huán)境復(fù)雜多樣，可能存在電壓電流畸變以及浪涌、閃變等干擾因素。 該類裝置在這種環(huán)境下運行的穩(wěn)定性及精度很難保證。而一旦逆功率保護(hù)/控制系統(tǒng)本身 出現(xiàn)問題，將嚴(yán)重影響電網(wǎng)運行的安全。系統(tǒng)中可能存在PC機(jī)等設(shè)備，PC機(jī)本身由多個部 件構(gòu)成，可靠性并不適合作為整個電站的關(guān)鍵控制部件。
[0005] 現(xiàn)有系統(tǒng)的控制方法粗放，且成本很高?，F(xiàn)有的逆功率保護(hù)系統(tǒng)通常在系統(tǒng)出現(xiàn) 或即將出現(xiàn)逆功率時直接將逆變器等分布式電源從電網(wǎng)切除。隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)有逆變器/ 分布式電源的功率越來越大，直接將其從電網(wǎng)切除對局部電網(wǎng)的功率及電壓穩(wěn)定性有很大 的影響，很可能造成電網(wǎng)的功率震蕩或頻率異常。而且逆變器/分布式電源運行于較大功 率時被突然切除可能會出現(xiàn)過電壓等危險工況，這對發(fā)電設(shè)備本身的壽命也會造成不良影 響，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障將明顯影響整個電站的投資回報率。而且部分現(xiàn)有方案采用額外的 投切裝置來將逆變器/分布式電源從電網(wǎng)切除這些裝置本身成本很高，這也對電站的成本 及投資回報率造成不利影響。
[0006] 由于現(xiàn)有方案都是以逆變器/分布式電源的運行與否為功率控制的方法，當(dāng)逆變 器/分布式電源本身的單機(jī)容量較大時，任意一臺設(shè)備的投切都意味著很大功率的變化。 舉例來說，假設(shè)某一時刻一個裝有4臺500kW逆變器的電站能夠輸出1800kW的功率，且4 臺逆變器輸出功率基本一致。當(dāng)時的本地負(fù)載只有1700kW，因此系統(tǒng)存在逆功率現(xiàn)象，現(xiàn)有 方案將會直接切除一臺逆變器，則電站的輸出功率變?yōu)?800/4*3=1350kW。隨后電網(wǎng)將向本 地負(fù)載供電1700_1350=350kW這是一個很大的功率，也意味著一筆不少的電費。因此新能 源電站并沒有得到充分的利用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有的逆功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一、 可靠性差，且控制方法簡單粗放、成本較高的問題。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種多路高精度逆功率 控制系統(tǒng)，包括若干個功率采集模塊和逆功率控制模塊，所述功率采集模塊設(shè)置于本地電 網(wǎng)和公共電網(wǎng)的連接點上，所述逆功率控制模塊通過通信線路分別與功率采集模塊和具有 遠(yuǎn)程功率控制接口的若干臺逆變器連接，所述逆功率控制模塊包括具有人機(jī)交互功能的觸 摸屏，所述觸摸屏上設(shè)有存儲和執(zhí)行功率控制策略的控制器，所述功率采集模塊采集所述 連接點上帶有方向信息的功率數(shù)值，所述逆功率控制模塊根據(jù)該功率數(shù)值向所述逆變器發(fā) 送控制命令從而精確調(diào)整其輸出功率。
[0009] 在上述多路高精度逆功率控制系統(tǒng)中，所述逆變器和本地電網(wǎng)之間還設(shè)有接觸 器，所述接觸器通過中間繼電器和所述功率采集模塊連接，所述功率采集模塊的開關(guān)量輸 出至所述接觸器實現(xiàn)本系統(tǒng)其他部件工作異常時逆變器的啟停。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種逆功率保護(hù)控制方法，采用上述多路高精度逆功率控制系 統(tǒng)，首先調(diào)整一臺逆變器的輸出功率上限值，保持其他逆變器處于最大輸出功率狀態(tài)，當(dāng)該 逆變器的功率被限至零時將其關(guān)機(jī)，隨后依次限制下一臺逆變器的輸出功率，功率恢復(fù)過 程與此相反。
[0011] 本發(fā)明還提供了另一種逆功率保護(hù)控制方法，采用上述多路高精度逆功率控制系 統(tǒng)，同時調(diào)整全部逆變器的輸出功率上限值，各逆變器始終保持基本相同的功率輸出。
[0012] 本發(fā)明提供的逆功率保護(hù)裝置具有控制精度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，界面友 好，便于操作，成本低廉，安裝方便等優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明提供用的逆功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出詳細(xì)的說明。
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)包括若干個功率采集 模塊和逆功率控制模塊，功率采集模塊設(shè)置于本地電網(wǎng)和公共電網(wǎng)的公共連接點上，逆功 率控制模塊通過通信線路分別與功率采集模塊和具有遠(yuǎn)程功率控制接口的若干臺逆變器 連接，逆功率控制模塊包括具有人機(jī)交互功能的觸摸屏，觸摸屏上設(shè)有存儲和執(zhí)行功率控 制策略的控制器，逆功率控制模塊還包括用于供電的輔助電源和變壓器。功率采集模塊采 集所述連接點上帶有方向信息的功率數(shù)值，逆功率控制模塊根據(jù)該功率數(shù)值向逆變器發(fā)送 控制命令從而精確調(diào)整其輸出功率。逆變器和本地電網(wǎng)之間還設(shè)有接觸器，接觸器通過中 間繼電器和功率采集模塊連接，且二者通過開關(guān)信號線進(jìn)行連接，功率采集模塊的開關(guān)量 輸出至接觸器實現(xiàn)本系統(tǒng)其他部件工作異常時逆變器的啟停。
[0016] 逆變器是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，應(yīng)用于本系統(tǒng)的逆變器應(yīng)具有遠(yuǎn)程功率控制接口，通 過這一控制接口，逆功率控制模塊可以發(fā)送命令來限制逆變器的輸出功率上限，并且能夠 根據(jù)需要啟停逆變器。
[0017] 逆功率控制模塊是本系統(tǒng)的核心，也是本系統(tǒng)的人機(jī)交互平臺。逆功率控制模塊 需具有足夠的通訊接口用于連接功率采集模塊和逆變器，且自身需具有足夠容量的存儲空 間以便存儲功率控制策略。
[0018] 功率采集模塊是本系統(tǒng)的反饋元件，本方案中采用標(biāo)準(zhǔn)電功率采集模塊。這種采 集模塊需具有通信接口，并能夠輸出所接入線路帶有方向信息的功率數(shù)值。且該模塊需具 有開關(guān)量輸出功能，可經(jīng)通訊接口設(shè)置開關(guān)量輸出功能由功率限值觸發(fā)動作。
[0019] 接觸器或其他功能相似的裝置(例如可電操的斷路器)為可選部件。其功能為防止 逆功率控制模塊或逆變器工作異常，使得系統(tǒng)功率不可控。或當(dāng)系統(tǒng)被要求絕對保證不出 現(xiàn)逆功率時，負(fù)載出現(xiàn)跳閘或類似的功率劇烈變化時接觸器會由功率采集模塊直接控制立 即切除全部逆變器，當(dāng)情況穩(wěn)定后再逐步恢復(fù)各逆變器的運行。
[0020] 系統(tǒng)中逆變器(通常不止一臺)通過接觸器連接至負(fù)載所在的本地電網(wǎng)。如果業(yè)主 單位具有不止一路電源供電，則功率采集模塊也將對應(yīng)增加，確保不論哪路電源供電時新 能源電站均能正常工作。逆變器可以是光伏、風(fēng)能、潮汐能等多種新能源逆變器，即本系統(tǒng) 可以應(yīng)用于光伏、風(fēng)能、潮汐能等多種新能源發(fā)電領(lǐng)域。
[0021] 系統(tǒng)工作時公共連接點處的功率數(shù)值將由功率采集模塊傳送至逆功率控制模塊， 同時逆變器也會將自身功率情況傳輸至逆功率控制模塊。逆功率控制模塊接收到這些數(shù)據(jù) 后根據(jù)控制策略調(diào)整循環(huán)發(fā)送至逆變器的輸出功率上限值。以此保證全部逆變器的輸出功 率給定總和（Pout)等于當(dāng)前負(fù)載功率（PL)與功率緩沖值Ρ ε之和，即系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時有如下關(guān) 系。
[0022] Pout 彡 PL+P ε
[0023] 其中Ρ ε可在逆功率保護(hù)模塊的界面上進(jìn)行設(shè)置，通常取值為新能源電站總功率 的5%。
[0024] 逆功率保護(hù)模塊的逆功率保護(hù)控制方法具有兩種可選模式，分別是：
[0025] 第一種控制模式，首先調(diào)整一臺逆變器的輸出功率上限值，保持其他逆變器處于 最大輸出功率狀態(tài)，當(dāng)該逆變器的功率被限至零時將其關(guān)機(jī)，隨后依次限制下一臺逆變器 的輸出功率，功率恢復(fù)過程與此相反；
[0026] 第二種控制模式，同時調(diào)整全部逆變器的輸出功率上限值，各逆變器始終保持基 本相同的功率輸出。
[0027] 這兩種控制策略中第一種在逆功率時可以安排各臺逆變器輪流處于輕載或停機(jī) 狀態(tài)，最大程度上保護(hù)了逆變器設(shè)備的壽命。第二種策略對負(fù)載功率變化的跟隨速度最好， 比較適合用于負(fù)載經(jīng)常出現(xiàn)較大波動的場合。
[0028] 本發(fā)明最大的特征是控制精度高，可以控制本裝置所轄逆變器的輸出功率處于不 控情況下輸出功率的任意百分比處。結(jié)合功率采集模塊得到的公共連接點處功率信息，本 裝置可以控制發(fā)電系統(tǒng)和本地負(fù)載的功率精確平衡。保證不出現(xiàn)逆功率現(xiàn)象且充分利用新 能源電站的發(fā)電能力。
[0029] 下面結(jié)合具體實例詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式：
[0030] 兩臺100kW逆變器通過接觸器接入本地電網(wǎng)，逆功率控制裝置中的功率采集器為 山東力創(chuàng)科技有限公司的EDA9033D。逆功率控制模塊為北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限 公司的TPC7062K。由于逆變器和公共連接點距離很近，功率采集模塊和逆功率控制模塊安 裝于同一箱體(下稱逆功率控制箱）內(nèi)。箱體內(nèi)部還包括變壓器、輔助電源等附屬裝置。逆 變器通過485總線連接至逆功率控制箱，經(jīng)轉(zhuǎn)換為232信號后送入觸摸屏中，功率采集模塊 通過485總線直接送入觸摸屏自帶的485接口。功率采集模塊的開關(guān)量輸出口連接至接觸 器。其信號關(guān)聯(lián)至功率采集模塊功率保護(hù)功能上，保護(hù)限制設(shè)為ow。
[0031] 當(dāng)負(fù)載功率大于200kW時，逆功率控制系統(tǒng)始終控制逆變器功率輸出上限為 100%。
[0032] 當(dāng)負(fù)載功率降至120kW時，第一、第二兩種控制模式下系統(tǒng)的狀態(tài)如下：
[0033] 模式一：逆變器甲的輸出功率限制被設(shè)置為（120kW_逆變器乙當(dāng)前輸出功率）；
[0034] 模式二：逆變器甲和逆變器乙的輸出功率均被設(shè)置為60%
[0035] 當(dāng)負(fù)載功率降至90kW時，第一、第二兩種控制模式下系統(tǒng)的狀態(tài)如下：
[0036] 模式一：逆變器甲停機(jī)，逆變器乙的輸出功率限制被設(shè)置為90% ;
[0037] 模式二：逆變器甲和逆變器乙的輸出功率均被設(shè)置為45%。
[0038] 以上逆變器甲的選擇應(yīng)服從隨機(jī)原則，從而可以保證統(tǒng)計角度來說兩臺逆變器的 工作壽命基本相同。
[0039] 本發(fā)明提供的逆功率保護(hù)裝置具有諸多優(yōu)點，具體如下：
[0040] 結(jié)構(gòu)簡單，裝置中只有少量部件組成，這意味著系統(tǒng)故障點少，可靠性高；
[0041] 性能穩(wěn)定可靠，由于系統(tǒng)和電網(wǎng)直接相連部分是標(biāo)準(zhǔn)電功率計量表，保證了系統(tǒng) 具有良好的抗干擾性能和測量精度，避免了自行設(shè)計采樣電路可能存在的隱患。同時可選 的接觸器可以保證即使系統(tǒng)出現(xiàn)異常也能對逆功率現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)，極大提高了逆功率控制 的可控性；
[0042] 界面友好，由于系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)觸摸屏很容易設(shè)計出友好的界面。相比傳統(tǒng)繼電保 護(hù)裝置，本設(shè)計非常便于系統(tǒng)運用維護(hù)人員的操作和查看；
[0043] 成本低廉，由于系統(tǒng)無需采用PC機(jī)或其他定制設(shè)備，只需要較低的成本即可實現(xiàn) 類似保護(hù)系統(tǒng)的功能；
[0044] 安裝方便，系統(tǒng)中選擇的設(shè)備均具有較小的體積，這非常便于設(shè)備的現(xiàn)場安裝，并 且不會對原有系統(tǒng)帶來過大的改動。
[0045] 本發(fā)明采用相對簡單可靠的部件實現(xiàn)系統(tǒng)輸出功率的控制，保證系統(tǒng)不會出現(xiàn)逆 功率狀態(tài)。采用先進(jìn)的控制方法及手段，實現(xiàn)系統(tǒng)功率及時平滑的控制，以便跟隨新能源 (光照、風(fēng)能、潮汐等）出力的變化，和本地負(fù)載功率的變化，動態(tài)保證系統(tǒng)功率平衡且不出 現(xiàn)功率逆向流動。而且設(shè)計出一套更加精確的控制算法，使得新能源電站的發(fā)電能力盡可 能得到充分利用，加快電站投資回報速度，提高收益。
[0046] 本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié) 構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括若干個功率采集模塊和逆功率 控制模塊，所述功率采集模塊設(shè)置于本地電網(wǎng)和公共電網(wǎng)的連接點上，所述逆功率控制模 塊通過通信線路分別與功率采集模塊和具有遠(yuǎn)程功率控制接口的若干臺逆變器連接，所述 逆功率控制模塊包括具有人機(jī)交互功能的觸摸屏，所述觸摸屏上設(shè)有存儲和執(zhí)行功率控制 策略的控制器，所述功率采集模塊采集所述連接點上帶有方向信息的功率數(shù)值，所述逆功 率控制模塊根據(jù)該功率數(shù)值向所述逆變器發(fā)送控制命令從而精確調(diào)整其輸出功率。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種多路高精度逆功率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器和 本地電網(wǎng)之間還設(shè)有接觸器，所述接觸器通過中間繼電器和所述功率采集模塊連接，所述 功率采集模塊的開關(guān)量輸出至所述接觸器實現(xiàn)本系統(tǒng)其他部件工作異常時逆變器的啟停。
3. 逆功率保護(hù)控制方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至2項任一項所述的多路高精 度逆功率控制系統(tǒng)，首先調(diào)整一臺逆變器的輸出功率上限值，保持其他逆變器處于最大輸 出功率狀態(tài)，當(dāng)該逆變器的功率被限至零時將其關(guān)機(jī)，隨后依次限制下一臺逆變器的輸出 功率，功率恢復(fù)過程與此相反。
4. 逆功率保護(hù)控制方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至2項任一項所述的多路高精 度逆功率控制系統(tǒng)，同時調(diào)整全部逆變器的輸出功率上限值，各逆變器始終保持基本相同 的功率輸出。
【文檔編號】H02J3/46GK104104115SQ201310111554
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月1日
【發(fā)明者】單楊, 李鴿 申請人:北京格林科電技術(shù)有限公司