專利名稱：分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其檢測與控制領(lǐng)域，尤其是涉及分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成并網(wǎng)的控制系統(tǒng)與控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源短缺是全世界各個國家都面臨的問題。同時作為最重要的可利用的石化能源物質(zhì)如煤炭、石油、天然氣等正面臨著枯竭的危險，能源短缺問題正變得越來越嚴重，并影響到人們的生活水平。另一方面，石化能源所帶來的環(huán)境污染、氣候變暖等問題已無法忽視，影響了可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保理念的發(fā)展與推廣，正越來越受到人們的關(guān)注。在眾多的新型能源中，太陽能具有清潔無污染、安全可靠、制約少、用之不盡取之不竭、可持續(xù)利用等優(yōu)點，從而具有不可比擬的優(yōu)勢。分布式發(fā)電可以電力就地消納，節(jié)省輸變電投資和運行費用，減少集中輸電的線路損耗；而且與大電網(wǎng)供電互為補充，減少電網(wǎng)容量，改善電網(wǎng)峰谷性能，提高供電可靠性。但是光伏發(fā)電本身具有不同于常規(guī)電源的隨機性和間歇性的特點，其并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的電能質(zhì)量和安全穩(wěn)定運行構(gòu)成一定的威脅。一方面，光伏功率的注入改變了局部電網(wǎng)的潮流分布，對局部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和穩(wěn)定性有很大影響，限制了光伏發(fā)電接入系統(tǒng)的方式和規(guī)模。另一方面，光伏發(fā)電的原動力可控性不強，是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出功的大小受限于天氣狀況和光伏系統(tǒng)的性能。從電網(wǎng)的角度看，并網(wǎng)運行的光伏發(fā)電相當于一個具有隨機性的擾動源，隨時可能對電網(wǎng)的可靠運行造成影響。因此，上述光伏發(fā)電系統(tǒng)由于電能質(zhì)量、不穩(wěn)定性、孤島效應(yīng)等導(dǎo)致的電網(wǎng)運行及安全問題將極大限制我國小規(guī)模分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。中國的分布式光伏發(fā)電還未進入推廣階段，目前的示范項目工程仍以大容量的光伏電站的建設(shè)為主。除了大光伏電站外，“金太陽示范工程”具有分布式光伏發(fā)電的優(yōu)點，但由于技術(shù)原因，其電力主要以就地消納為主，其控制中心只能監(jiān)測分布式電站參數(shù)，無法控制更無法進行電力調(diào)度。在以德國、日本為代表的太陽能發(fā)電發(fā)達國家中，普遍以獨棟建筑物為分布式光伏發(fā)電單元并網(wǎng)，取得了較好的應(yīng)用。但現(xiàn)有的這種分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)方式在具體實施應(yīng)用過程中，存在這許多缺陷I)每個分布式光伏發(fā)電單兀獨立成為一個系統(tǒng),其單兀規(guī)模較小,數(shù)量太多,成本高不經(jīng)濟。2)分布式光伏單元規(guī)模小，為不同業(yè)主所擁有，電能質(zhì)量管理不方便，也不便于電網(wǎng)定期維護，存在安全隱患。3)由于規(guī)模小，數(shù)量多，無法進行電力統(tǒng)一調(diào)度，為現(xiàn)有電網(wǎng)的電力調(diào)度來巨大負擔，且存在孤島運行的危險。4)獨立分散，電網(wǎng)接入點眾多，智能儀表安裝復(fù)雜，參數(shù)檢測成本高，為智能電網(wǎng)的推廣帶來負擔。綜上所述，現(xiàn)有的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)方式與控制系統(tǒng)并不經(jīng)濟實用，不具備大規(guī)模推廣的技術(shù)基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)方式與控制系統(tǒng)無法電力調(diào)度、穩(wěn)定性較差、不能集中并網(wǎng)監(jiān)控、維護性較差的不足，本實用新型提供一種提高分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、集中并網(wǎng)集中監(jiān)控調(diào)度、增強維護性的分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成的并網(wǎng)方式與控制裝置。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置，包括光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調(diào)度控制中心，所述光伏電池陣列與所述分布式逆變控制系統(tǒng)連接，所述分布式逆變控制系統(tǒng)與所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡(luò)分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)和區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調(diào)度控制中心連接。所述光伏電池陣列安裝于區(qū)域內(nèi)各個建筑物頂，組成多單元分布式光伏電池陣列，其功率大小因地制宜，由建筑物屋頂可用光照面積、陰影區(qū)域等因素決定。各個光伏電池功能陣列單元輸出直流電能經(jīng)匯流箱導(dǎo)入分布式逆變控制系統(tǒng)。各個光伏電池陣列單元其工作電壓與功率輸出由所述分布式逆變控制系統(tǒng)實時控制。所述分布式逆變控制系統(tǒng)由光伏電池陣列單元對應(yīng)的多逆變控制系統(tǒng)組成。所述逆變控制系統(tǒng)單元由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊組成。所述傳感網(wǎng)絡(luò)由傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)融合模塊組成，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)與所述數(shù)據(jù)融合模塊連接；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括溫度傳感器組、日照度傳感器組、霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組、頻率傳感器組、熱像漏電流傳感器組等組成。所述溫度、日照度傳感器布置于所述光伏電池陣列現(xiàn)場，所述霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組、熱像漏電流傳感器組等布置于所述分布式逆變控制中，用于檢測光伏電池陣列與分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。所述數(shù)據(jù)融合模塊采集各個傳感器模塊的數(shù)據(jù)并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律等計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度等，并采用定量權(quán)數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)出緊急針對現(xiàn)場命令。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為將多層分布式微網(wǎng)的控制方法、通信技術(shù)以及電力調(diào)度策略引入到太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，將一定區(qū)域范圍內(nèi)的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加以互聯(lián)并進行集中并網(wǎng)與調(diào)度控制，可與現(xiàn)有集中電力供電系統(tǒng)結(jié)合形成一個整體的高效靈活電力系統(tǒng)，提高整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電力質(zhì)量。由光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)、電力調(diào)度控制中心等主要部分組成，采用特有的控制方法，如附圖3所示，將一定區(qū)域范圍內(nèi)的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置互聯(lián)集中并網(wǎng)，并可接受當?shù)仉娏Φ恼{(diào)度控制。其中光伏電池陣列為太陽能轉(zhuǎn)換電能裝置，因地制宜布置在區(qū)域內(nèi)的多棟建筑物頂端，光伏電池陣列所轉(zhuǎn)化的直流電能經(jīng)匯流后分別接入各自對應(yīng)的分布式逆變控制系統(tǒng)中。分布式逆變系統(tǒng)一方面將直流電能逆變?yōu)?80伏特的工頻交流電能，另一方面對光伏電池陣列的最大功率點進行跟蹤控制，實時調(diào)節(jié)光伏電池陣列的工作電壓，使其輸出功率始終最大化。分布式逆變系統(tǒng)輸出的380伏特工頻交流電能由區(qū)域集控中心系統(tǒng)并聯(lián)后集中在同一個節(jié)點并網(wǎng)。此外，區(qū)域集控中心根據(jù)區(qū)域內(nèi)分布式光伏發(fā)電電源的狀態(tài)模型和傳感網(wǎng)絡(luò)的信號參數(shù)，調(diào)整并控制各個分布式光伏發(fā)電電源的工作狀態(tài)，并根據(jù)部分參數(shù)采用特有算法發(fā)出緊急控制命令。另外，區(qū)域控制中心與電力調(diào)度中心通信，上報區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電工作狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)，同時接收電力調(diào)度中心的調(diào)度命令，執(zhí)行其停止、調(diào)整、啟動發(fā)電的操作。傳感網(wǎng)絡(luò)的各種傳感器布置與區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各個設(shè)備上，用于檢測環(huán)境參數(shù)和電氣參數(shù)，并將參數(shù)信號發(fā)送到區(qū)域集控中心系統(tǒng)，供其決策。當?shù)仉娏φ{(diào)度中心接收區(qū)域集控中心系統(tǒng)的工作環(huán)境參數(shù)和工作狀態(tài)，并根據(jù)實際市電電力消納情況對區(qū)域集成的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制與調(diào)度。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在I)將一定區(qū)域范圍內(nèi)的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加以互聯(lián)并進行集中并網(wǎng)與調(diào)度控制，每個光伏發(fā)電單元具有二級控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2)光伏直流電經(jīng)過逆變后再經(jīng)過集控中心集中管理并網(wǎng)，可以方便地進行無功補償和有源濾波，提高了電能質(zhì)量，減少對電網(wǎng)的諧波和無功污染。3)光伏發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，區(qū)域內(nèi)多個分布式光伏發(fā)電裝置經(jīng)過集中并聯(lián)后再并網(wǎng)，只有一個并網(wǎng)點，減少了間歇性和不穩(wěn)定電力對市電網(wǎng)的沖擊。4)光伏發(fā)電具有分散、功率小、數(shù)量多的特點，該系統(tǒng)將區(qū)域內(nèi)多個分布式光伏發(fā)電集中管理并網(wǎng)，實現(xiàn)了光伏發(fā)電的調(diào)度和管理，便于市電電網(wǎng)波峰波谷的調(diào)節(jié)。5)由于電力調(diào)度中心實時監(jiān)測分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，而且能夠?qū)ζ溥M行狀態(tài)控制和電力調(diào)度，避免了光伏發(fā)電電源的孤島運行狀態(tài)，提高了電網(wǎng)的安全性。6)分布式光伏發(fā)電地與負載在同一區(qū)域，經(jīng)過電力調(diào)度中心的調(diào)度，光伏電能能夠就地消納，減小了市電電網(wǎng)擴容的投入和電能傳輸?shù)膿p耗，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。7)分布式發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)采用標準化內(nèi)源模型和通信控制協(xié)議，使電力調(diào)度中心可同時管理多個區(qū)域集成光伏發(fā)電系統(tǒng)，具備良好的可推廣性，便于光伏電能大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用。8)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電峰值與與負載用電高峰重合，對市電電網(wǎng)有削峰的調(diào)節(jié)作用。9)實現(xiàn)了整個系統(tǒng)集中實施與集中管理，采用了可視化的管理中心，增強了系統(tǒng)功能，方便系統(tǒng)維護，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并降低了維護成本。

圖1是本實用新型分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型集控中心控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架；圖3是本實用新型分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成的控制方法與調(diào)度策略的示意圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。[0032]參照圖f圖3，一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置，由光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調(diào)度控制中心等主要部分組成，所述光伏電池陣列與所述分布式逆變控制系統(tǒng)連接，所述分布式逆變控制系統(tǒng)與所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡(luò)分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)和區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調(diào)度控制中心連接。本實用新型采用控制方法將一定區(qū)域范圍內(nèi)的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置互聯(lián)集中并網(wǎng)，并可接受當?shù)仉娏Φ恼{(diào)度控制。其中光伏電池陣列為太陽能轉(zhuǎn)換電能裝置，因地制宜布置在區(qū)域內(nèi)的多棟建筑物頂端，光伏電池陣列所轉(zhuǎn)化的直流電能經(jīng)匯流后分別接入各自對應(yīng)的分布式逆變控制系統(tǒng)中。分布式逆變系統(tǒng)一方面將直流電能逆變?yōu)?80伏特的工頻交流電能，另一方面對光伏電池陣列的最大功率點進行跟蹤控制，實時調(diào)節(jié)光伏電池陣列的工作電壓，使其輸出功率始終最大化。分布式逆變系統(tǒng)輸出的380伏特工頻交流電能由區(qū)域集控中心系統(tǒng)并聯(lián)后集中在同一個節(jié)點并網(wǎng)。此外，區(qū)域集控中心根據(jù)區(qū)域內(nèi)分布式光伏發(fā)電電源的狀態(tài)模型和傳感網(wǎng)絡(luò)的信號參數(shù)，調(diào)整并控制各個分布式光伏發(fā)電電源的工作狀態(tài)，并根據(jù)部分參數(shù)采用特有算法發(fā)出緊急控制命令。另外，區(qū)域控制中心與電力調(diào)度中心通信，上報區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電工作狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)，同時接收電力調(diào)度中心的調(diào)度命令，執(zhí)行其停止、調(diào)整、啟動發(fā)電的操作。傳感網(wǎng)絡(luò)的各種傳感器布置與區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各個設(shè)備上，用于檢測環(huán)境參數(shù)和電氣參數(shù)，并將參數(shù)信號發(fā)送到區(qū)域集控中心系統(tǒng)，供其決策。當?shù)仉娏φ{(diào)度中心接收區(qū)域集控中心系統(tǒng)的工作環(huán)境參數(shù)和工作狀態(tài)，并根據(jù)實際電力消納情況對區(qū)域集成的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制與調(diào)度。所述光伏電池陣列分別安裝在區(qū)域內(nèi)多棟主要建筑物頂端組成多單元分布式光伏電池陣列，其功率可根據(jù)建筑物屋頂面積與日照情況分別獨立確定。各個光伏電池功能陣列輸出直流電流經(jīng)匯流箱導(dǎo)入多個分布式逆變控制系統(tǒng)。分布式逆變控制系統(tǒng)分別實時控制其對應(yīng)的光伏電池陣列的工作電壓與功率輸出。所述分布式逆變控制系統(tǒng)由多組逆變控制系統(tǒng)組成。每個逆變控制系統(tǒng)單元由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊組成。所述逆變控制系統(tǒng)的直流電力逆變模塊采用三相無變壓器型(Transformerless)混合型H橋(MOSFET + IGBT)拓撲結(jié)構(gòu)。將光伏電池陣列所輸出直流電力逆變?yōu)槿?80伏特的工頻交流電。所述逆變控制系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制模塊采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)推理算法根據(jù)光伏電池的功率電壓特性曲線和工作環(huán)境參數(shù)最大功率點算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙B00ST-BUCK控制電路實時調(diào)整光伏電池的工作電壓，使之輸出功率最大。所述逆變控制系統(tǒng)的通信模塊采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線工業(yè)通信協(xié)議與所述區(qū)域集控中心進行數(shù)據(jù)交換，將工作狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、有功功率等參數(shù)上傳至所述區(qū)域集控中心，并接受所述區(qū)域集控中心的命令。所述逆變控制系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制模塊由雙B00ST-BUCK控制電路與自適應(yīng)模糊神經(jīng)推理(adaptive neuro-fuzzy inference, ANFI)算法組成。根據(jù)光伏電池的1-V、P-V特性曲線與溫度、太陽輻射度等工作環(huán)境參數(shù)的關(guān)系特性采用ANFI算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙B00ST-BUCK控制電路實時調(diào)制光伏電池的工作電壓，使之輸出功率最大。所述自適應(yīng)模糊神經(jīng)推理算法基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊推理系統(tǒng)，采用Sugeno模糊模型的五層ANFI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由當前電壓、電流、功率、溫度、太陽輻射度參數(shù)組成輸入向量u(V，I，P，T，R)，輸出f(u)為最大功率點的最佳工作電壓。所述傳感網(wǎng)絡(luò)由傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)融合模塊組成。所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括溫度傳感器組、日照度傳感器組，分別布置于光伏電池陣列現(xiàn)場；還包括霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組，以及熱像漏電流傳感器組、頻率傳感器組等。傳感網(wǎng)絡(luò)個傳感器分別用于檢測光伏電池陣列工作環(huán)境、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。所述數(shù)據(jù)融合模塊采集每個傳感器模塊并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律等計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度等，并采用定量權(quán)數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理，若區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路、失相、嚴重欠頻等電氣事故集控中心將發(fā)出緊急針對現(xiàn)場控制命令。所述定量權(quán)數(shù)歸一算法將功率變化偏移量、頻率變化偏移量、電壓變化偏移量、電流變化偏移量、溫度變化偏移量進行加權(quán)，然后歸一化為[O I]區(qū)間的緊急程度，當歸一化緊急程度大于既定閾值矢量時，即為對應(yīng)的危險狀況，將發(fā)出對應(yīng)的緊急針對現(xiàn)場命令。所述區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)接受分布式逆變控制系統(tǒng)緊急命令與區(qū)域集控中心命令，用于改變區(qū)域內(nèi)所述光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制發(fā)電功率、保障區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)施安全。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)由電力匯集電氣模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)融合與決策算法、上位機應(yīng)用軟件等組成。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的電力匯集電氣模塊由變壓器、空氣開關(guān)、繼電器、邏輯可編程控制器等主要部分組成，將6組分布式逆變控制系統(tǒng)所逆變的三相380伏特工頻交流電并聯(lián)匯集接入市電電網(wǎng)。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的通信模塊具有區(qū)域內(nèi)通信與區(qū)域外遠程通信兩個通道。區(qū)域內(nèi)通信通道用于與區(qū)域內(nèi)分布式逆變控制系統(tǒng)和傳感網(wǎng)絡(luò)通信，采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線協(xié)議采集區(qū)域內(nèi)信號數(shù)據(jù)，并向分布式逆變系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)相關(guān)節(jié)點發(fā)送控制命令。區(qū)域外遠程通信通道用于與所述電力調(diào)度中心通信，采用通用UDP網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法向調(diào)度中心傳送系統(tǒng)內(nèi)各個主要部件的工作條件與狀態(tài)，包括溫度數(shù)據(jù)、日照度數(shù)據(jù)、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等，同時接收調(diào)度中心的調(diào)度命令，用于調(diào)整區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與決策算法采用D— S證據(jù)理論和模糊數(shù)學的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，綜合傳感網(wǎng)絡(luò)的信號數(shù)據(jù)，然后采用定量權(quán)數(shù)歸一化算法對融合數(shù)據(jù)進行分析，并向電氣控制模塊和分布式逆變控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的上位機應(yīng)用軟件采用面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)方法開發(fā)，具有穩(wěn)定性好可擴展性強的特點，由人機界面、控制邏輯與數(shù)據(jù)庫等主要部分組成。人機界面用于工作環(huán)境與區(qū)域內(nèi)各電氣設(shè)備工作狀態(tài)的顯示與命令發(fā)送操作。控制邏輯用于數(shù)據(jù)融合與決策算法后的命令產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫用于保存工作環(huán)境參數(shù)、工作狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及各種事件的日志，具有可追溯性的特點。所述電力調(diào)度控制中心為一套遠程監(jiān)控應(yīng)用軟件，采用面向?qū)ο蟮能浖幊碳夹g(shù)開發(fā)，具備多組人機界面，能監(jiān)控多個區(qū)域集成系統(tǒng)的工作狀態(tài)。采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法接收區(qū)域集成控制系統(tǒng)的工作條件參數(shù)與狀態(tài)。在人機界面顯示區(qū)域集成控制系統(tǒng)的溫度、日照度、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等數(shù)據(jù)。具備向區(qū)域集成控制系統(tǒng)發(fā)送電力調(diào)度命令，包括停止發(fā)電、定量發(fā)電、啟動發(fā)電、電能質(zhì)量反饋等，用于調(diào)整區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。本實施例為杭州市某高校內(nèi)分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成系統(tǒng)示范工程規(guī)劃。該分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置由6組光伏電池陣列單元、6組分布式逆變控制系統(tǒng)、I個傳感網(wǎng)絡(luò)、I組區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)、I個區(qū)域集控中心系統(tǒng)以及遠程電力調(diào)度控制中心等主要部分組成，如圖1所示。6個光伏電池功能陣列分別安裝在校內(nèi)6棟主要建筑物頂端組成分布式光伏電池陣列，其功率有15KVA與20KVA兩種。各個光伏電池功能陣列輸出直流電流經(jīng)匯流箱導(dǎo)入6個分布式逆變控制系統(tǒng)。6個分布式逆變控制系統(tǒng)分別實時控制其對應(yīng)的光伏電池陣列的工作電壓與功率輸出。6個逆變控制系統(tǒng)的每個逆變控制系統(tǒng)單體由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊組成。其直流電力逆變模塊采用三相無變壓器型(Transformerless)混合型H橋(MOSFET + IGBT)拓撲結(jié)構(gòu)。將光伏電池陣列所輸出直流電力逆變?yōu)槿?80伏特的工頻交流電。其最大功率點追蹤控制模塊采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)推理算法根據(jù)光伏電池的功率電壓特性曲線和工作環(huán)境參數(shù)最大功率點算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙B00ST-BUCK控制電路實時調(diào)整光伏電池的工作電壓，使之輸出功率最大其通信模塊采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線工業(yè)通信協(xié)議與所述區(qū)域集控中心進行數(shù)據(jù)交換，將工作狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、有功功率等參數(shù)上傳至所述區(qū)域集控中心，并接受所述區(qū)域集控中心的命令。傳感器網(wǎng)絡(luò)包括6組溫度傳感器組、日照度傳感器組，分別布置于光伏電池陣列現(xiàn)場；還包括12組霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組，以及6組熱像漏電流傳感器組、6組頻率傳感器組等。傳感網(wǎng)絡(luò)個傳感器分別用于檢測光伏電池陣列工作環(huán)境、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)融合模塊采集每個傳感器模塊并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律等計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度等，并采用定量權(quán)數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理，若區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路、失相、嚴重欠頻等電氣事故集控中心將發(fā)出緊急針對現(xiàn)場控制命令。區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)接受分布式逆變控制系統(tǒng)緊急命令與區(qū)域集控中心命令，用于改變區(qū)域內(nèi)所述光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制發(fā)電功率、保障區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)施安全。區(qū)域集控中心系統(tǒng)由電力匯集電氣模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)融合與決策算法、上位機應(yīng)用軟件、人機界面等組成。區(qū)域集控中心系統(tǒng)的電力匯集電氣模塊由變壓器、空氣開關(guān)、繼電器、邏輯可編程控制器等主要部分組成，將6組分布式逆變控制系統(tǒng)所逆變的三相380伏特工頻交流電并聯(lián)匯集接入市電電網(wǎng)。區(qū)域集控中心系統(tǒng)的通信模塊具有區(qū)域內(nèi)通信與區(qū)域外遠程通信兩個通道。區(qū)域內(nèi)通信通道用于與區(qū)域內(nèi)分布式逆變控制系統(tǒng)和傳感網(wǎng)絡(luò)通信，采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線協(xié)議采集區(qū)域內(nèi)信號數(shù)據(jù)，并向分布式逆變系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)相關(guān)節(jié)點發(fā)送控制命令。區(qū)域外遠程通信通道用于與所述電力調(diào)度中心通信，采用通用UDP網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法向調(diào)度中心傳送系統(tǒng)內(nèi)各個主要部件的工作條件與狀態(tài)，包括溫度數(shù)據(jù)、日照度數(shù)據(jù)、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等，同時接收調(diào)度中心的調(diào)度命令，用于調(diào)整區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與決策算法采用D— S證據(jù)理論和模糊數(shù)學的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，綜合傳感網(wǎng)絡(luò)的信號數(shù)據(jù)，然后采用定量權(quán)數(shù)歸一化算法對融合數(shù)據(jù)進行分析，并向電氣控制模塊和分布式逆變控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的上位機應(yīng)用軟件采用面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)方法開發(fā)，由人機界面、控制邏輯與數(shù)據(jù)庫等主要部分組成。人機界面用于工作環(huán)境與區(qū)域內(nèi)各電氣設(shè)備工作狀態(tài)的顯示與命令發(fā)送操作。控制邏輯用于數(shù)據(jù)融合與決策算法后的命令產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫用于保存工作環(huán)境參數(shù)、工作狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及各種事件的日志，具有可追溯性的特點。電力調(diào)度控制中心為一套遠程監(jiān)控應(yīng)用軟件，采用面向?qū)ο蟮能浖幊碳夹g(shù)開發(fā)，具備多組人機界面，能監(jiān)控多個區(qū)域集成系統(tǒng)的工作狀態(tài)。采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法接收區(qū)域集成控制系統(tǒng)的工作條件參數(shù)與狀態(tài)。在人機界面顯示區(qū)域集成控制系統(tǒng)的溫度、日照度、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等數(shù)據(jù)。具備向區(qū)域集成控制系統(tǒng)發(fā)送電力調(diào)度命令，包括停止發(fā)電、定量發(fā)電、啟動發(fā)電、電能質(zhì)量反饋等，用于調(diào)整區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的一個具體實施例。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置，其特征在于包括光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調(diào)度控制中心， 所述光伏電池陣列與分布式逆變控制系統(tǒng)連接，分布式逆變控制系統(tǒng)與區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡(luò)分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接， 所述區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調(diào)度控制中心連接。
2.如權(quán)利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置，其特征在于所述分布式逆變控制系統(tǒng)由光伏電池陣列單元對應(yīng)的多個逆變控制系統(tǒng)單體組成，所述逆變控制系統(tǒng)單體由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊組成。
專利摘要一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制裝置，包括光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調(diào)度控制中心，所述光伏電池陣列與分布式逆變控制系統(tǒng)連接，分布式逆變控制系統(tǒng)與區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡(luò)分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域內(nèi)電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調(diào)度控制中心連接。本實用新型能將一定區(qū)域內(nèi)小功率、分布式光伏發(fā)電裝置互聯(lián)集中管理并網(wǎng)，實現(xiàn)了光伏電力的靈活高效可靠的利用形式、光伏發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)遠程測控以及電力調(diào)度。
文檔編號H02J13/00GK202856379SQ201120352070
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者張立彬, 潘國兵, 胥芳, 蔣建東, 鮑官軍, 張洪濤, 譚大鵬, 吳樂彬 申請人:浙江工業(yè)大學