本發(fā)明涉及一種分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置。

背景技術(shù)：

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，前者一般單體規(guī)模小(從幾百千瓦到幾兆瓦)、發(fā)電裝置位置分散。大量分布式光伏電站接入電網(wǎng)，可以引起電網(wǎng)功率波動(dòng)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要安裝測(cè)控裝置對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并接受電網(wǎng)調(diào)度。

已示范應(yīng)用的分布式光伏并網(wǎng)測(cè)控裝置包括CPU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、顯示界面，但是不具有并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制功能。

雖然一些光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品具備有功功率和無(wú)功功率的可調(diào)度功能，可支撐電網(wǎng)電壓，但是一般需要電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)下達(dá)指令，延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，在弱電網(wǎng)中不具有可操作性。目前測(cè)控裝置還不具有本地電壓控制功能，集中監(jiān)控系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)快速的實(shí)時(shí)控制，所以本課題研制了一體化分布式并網(wǎng)測(cè)控裝置。在并網(wǎng)點(diǎn)本地進(jìn)行用于穩(wěn)定電壓的無(wú)功出力計(jì)算，減輕上級(jí)計(jì)算壓力，使整個(gè)系統(tǒng)更加智能化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有測(cè)控裝置不具有本地電壓控制功能，無(wú)法解決分布式電源并網(wǎng)引起的電壓升高問(wèn)題的缺點(diǎn)，提出一種分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置。

本發(fā)明包含PLC模塊、通訊管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、交換機(jī)、電源模塊、人機(jī)交互界面以及無(wú)線通訊模塊。第一數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)RS485接口與第一通訊管理模塊連接，第二數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)RJ45接口與第二通訊管理模塊連接，PLC模塊經(jīng)過(guò)RJ45接口連接到交換機(jī)，交換機(jī)通過(guò)RJ45接口與人機(jī)界面通訊和無(wú)線通訊模塊連接，電源模塊與PLC模塊、交換機(jī)、人機(jī)界面連接，為PLC模塊、交換機(jī)、人機(jī)界面提供24V直流電源。

所述的PLC模塊是一體化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置的運(yùn)算和控制核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊上傳的并網(wǎng)點(diǎn)和負(fù)荷側(cè)電力參數(shù)、逆變器信息進(jìn)行發(fā)電測(cè)控、負(fù)荷測(cè)控、逆變器啟?？刂啤⒉⒕W(wǎng)電壓控制，以及遠(yuǎn)程通訊。

數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)參數(shù)采集，第一數(shù)據(jù)采集模塊采集并網(wǎng)點(diǎn)電力參數(shù)，第二數(shù)據(jù)采集模塊采集負(fù)荷側(cè)電力參數(shù)。數(shù)據(jù)采集模塊具有電力參數(shù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、能量雙向計(jì)量，以及故障錄波等功能，并將采集的信息通過(guò)通訊管理模塊傳送到PLC模塊。

人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)及本地控制功能，既可以直觀的查看電網(wǎng)和逆變器數(shù)據(jù)及曲線信息等，也可以下達(dá)逆變器啟?？刂坪筒⒕W(wǎng)電壓上限指令到PLC模塊，PLC模塊通過(guò)第二通訊管理模塊向逆變器下達(dá)啟?？刂浦噶罨蚰孀兤鬏敵龉β手噶睢２⒕W(wǎng)點(diǎn)電壓上限值的設(shè)定要滿(mǎn)足我國(guó)國(guó)標(biāo)GB/T.19964和國(guó)標(biāo)GB/T.12325中規(guī)定的光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓不得超過(guò)額定電壓7％的要求。

通訊管理模塊，第一數(shù)據(jù)采集模塊和第二數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)RS485通訊方式與第一通訊管理模塊通訊；逆變器通過(guò)RS485通訊方式與第二通訊管理模塊連接，兩個(gè)通訊模塊之間同步并行工作，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，在不進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的情況下即能完成不同廠商不同種類(lèi)不同型號(hào)設(shè)備的接入。

交換機(jī)將PLC模塊中的信息一路傳送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，另一路傳遞到人機(jī)交互界面。

電源模塊為PLC模塊和人機(jī)交互界面提供24V直流電源。

第一數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)電壓、電流傳感器采集并網(wǎng)點(diǎn)和負(fù)荷側(cè)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)能量雙向計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，以及故障錄波，并將并網(wǎng)點(diǎn)和負(fù)荷側(cè)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)第一通訊管理模塊傳遞到PLC模塊；逆變器將逆變器組信息，如逆變房?jī)?nèi)逆變器、匯流箱、逆變房外氣象站測(cè)得環(huán)境信息等，經(jīng)過(guò)第二通訊管理模塊傳遞到PLC模塊。PLC模塊作為一體化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置的核心，將采集到的信息進(jìn)行分析和處理，一路經(jīng)通過(guò)以太網(wǎng)通信方式傳遞給人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的雙向通信，另一路經(jīng)過(guò)交換機(jī)通過(guò)VPN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)與上級(jí)數(shù)據(jù)中心雙向通信。人機(jī)界面和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心依據(jù)從PLC模塊上傳的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)查看并網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)，如電壓電流、功率信息、電能質(zhì)量信息、光伏發(fā)電量等，負(fù)荷側(cè)狀態(tài)：如電壓電流、功率信息、負(fù)荷耗電量等，逆變器狀態(tài)：發(fā)電量、運(yùn)行模式、故障類(lèi)型、電能質(zhì)量信息等，以及操作日志等。此外PLC模塊接收人機(jī)交互界面或者遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心下發(fā)的控制指令，如并網(wǎng)點(diǎn)電壓上限、有功無(wú)功功率調(diào)度值，進(jìn)行運(yùn)算和處理以實(shí)現(xiàn)逆變器啟停和并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制。

其中；

數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)和負(fù)荷側(cè)參數(shù)采集、能量雙向計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、故障錄波，并將采集的信息傳遞到PLC模塊；

第一數(shù)據(jù)采集模塊記錄并網(wǎng)點(diǎn)的光伏發(fā)電量、余量上網(wǎng)量，第二數(shù)據(jù)采集模塊記錄電網(wǎng)供電量及負(fù)荷耗電量，實(shí)現(xiàn)能量的雙向計(jì)量；

第一數(shù)據(jù)采集模塊采集記錄并網(wǎng)點(diǎn)能質(zhì)量信息，第二數(shù)據(jù)采集模塊采集記錄負(fù)荷側(cè)電能質(zhì)量信息；如電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波畸變率及電壓、電流諧波信息等電能質(zhì)量信息，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)；

在并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)電壓跌落、電壓突升等電能質(zhì)量事件時(shí)，第一數(shù)據(jù)采集模塊記錄事件發(fā)生的時(shí)間和產(chǎn)生事件的觸發(fā)條件，方便確定電網(wǎng)故障類(lèi)型，進(jìn)行故障錄波。

PLC模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的雙向通訊。一方面將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理；另一方面接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心下發(fā)的電壓控制命令，控制逆變器無(wú)功功率輸出。

分布式光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性，發(fā)電功率的變化直接導(dǎo)致了接入點(diǎn)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，大規(guī)模分布式電源接入到配電網(wǎng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓越限，導(dǎo)致線路后端電壓高于線路前端電壓。當(dāng)線路上光伏發(fā)電功率高于負(fù)荷所需時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓可能越上限。為避免并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限，所述的PLC模塊可以自主對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓進(jìn)行管理，又可以接受上級(jí)功率調(diào)度指令，避免并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限：

第一數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓值，通過(guò)第一通訊管理模塊將并網(wǎng)點(diǎn)電壓值傳遞到PLC模塊，PLC模塊通過(guò)反饋機(jī)制和PI控制，確定逆變器的無(wú)功功率輸出，逆變器無(wú)功功率輸出表達(dá)式為：

其中，Q_n為逆變器的輸出功率，Q_n+1為逆變器下一刻的輸出功率，V_meas為電網(wǎng)實(shí)時(shí)電壓，V_set為電網(wǎng)電壓上限設(shè)定值，k為比例積分算子，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)系統(tǒng)的功率等級(jí)和控制效果適當(dāng)選擇k的值。

具體算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

第一數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓V_meas，并將并網(wǎng)點(diǎn)電壓V_meas向上傳遞到PLC模塊；人機(jī)交互界面、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況或者調(diào)度指令設(shè)定并網(wǎng)電壓上限V_set，將并網(wǎng)電壓上限V_set向下傳遞到PLC模塊，PLC模塊將并網(wǎng)點(diǎn)電壓V_meas與并網(wǎng)點(diǎn)電壓上限值V_set比較，當(dāng)V_meas＞V_set時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓沒(méi)有越上限，逆變器輸出無(wú)功功率Q_n；當(dāng)V_meas＜V_set時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓越上限，逆變器輸出無(wú)功功率為Q_n-k(V_meas-V_set)。

本發(fā)明分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程通信，又實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷側(cè)用電量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，滿(mǎn)足未來(lái)智能電網(wǎng)電能雙向計(jì)費(fèi)和功率分析的需求，同時(shí)具有并網(wǎng)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)功能。該裝置一體化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置的應(yīng)用使光伏系統(tǒng)友好接入電網(wǎng)，對(duì)分布式光伏發(fā)電靈活并網(wǎng)提供了技術(shù)支撐和技術(shù)手段。

附圖說(shuō)明

圖1為一體化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置安裝位置圖；

圖2為一體化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖3為并網(wǎng)電壓控制功能工作框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置中第一數(shù)據(jù)采集模塊安裝在分布式光伏電站與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)開(kāi)關(guān)處。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)電壓等級(jí)分為10kV和380V兩種，對(duì)于10kV并網(wǎng)電壓等級(jí)用戶(hù)，一般安裝在10kV光伏并網(wǎng)點(diǎn)；對(duì)于10kV及以上電壓等級(jí)用戶(hù)內(nèi)部通過(guò)380V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般安裝在用戶(hù)進(jìn)線側(cè)。

如圖2所示，本發(fā)明分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置包括含PLC模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、交換機(jī)、電源模塊、人機(jī)交互界面，以及無(wú)線通訊模塊。第一數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)RS485接口與第一通訊管理模塊連接，第二數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)RS485接口與第二通訊管理模塊連接，PLC模塊通過(guò)RJ45接口與交換機(jī)連接，交換機(jī)通過(guò)RJ45接口連接到人機(jī)界面和無(wú)線通訊模塊。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)了模塊化、緊湊型設(shè)計(jì)，采用整體面板、全封閉3U機(jī)箱、強(qiáng)弱電隔離的設(shè)計(jì)方式。

第一數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)電壓、電流傳感器采集并網(wǎng)點(diǎn)和負(fù)荷側(cè)數(shù)據(jù)信息，再經(jīng)過(guò)第一通訊管理模塊3傳遞到PLC模塊；逆變器將逆變器組信息，如逆變房?jī)?nèi)逆變器、匯流箱、逆變房外氣象站測(cè)得環(huán)境信息等，通過(guò)第二通訊管理模塊4傳遞到PLC模塊。PLC模塊作為一體化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)測(cè)控裝置的核心，將采集到的信息進(jìn)行分析和處理，然后將分析處理過(guò)的信息一路經(jīng)過(guò)通過(guò)以太網(wǎng)通信方式傳遞給人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面的雙向通信，另一路通經(jīng)過(guò)交換機(jī)通過(guò)VPN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)與上級(jí)數(shù)據(jù)中心雙向通信。人機(jī)界面和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心依據(jù)從PLC模塊上傳的數(shù)據(jù)信息：如并網(wǎng)點(diǎn)電壓電流、功率信息、電能質(zhì)量信息等，實(shí)時(shí)查看并網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)，依據(jù)負(fù)荷側(cè)電壓電流、功率信息、負(fù)荷耗電量信息等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)荷側(cè)狀態(tài)，依據(jù)發(fā)電量、運(yùn)行模式、故障類(lèi)型、電能質(zhì)量信息等監(jiān)測(cè)逆變器狀態(tài)，依據(jù)故障錄波信息，查看發(fā)生故障前后并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化情況等；此外PLC模塊接收人機(jī)交互界面或者遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心下發(fā)的控制指令，如并網(wǎng)點(diǎn)上限、有功無(wú)功功率調(diào)度值，進(jìn)行運(yùn)算和處理，以控制逆變器啟停及逆變器輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制。

圖3所示為并網(wǎng)控制功能工作框圖。當(dāng)線路上光伏發(fā)電功率高于負(fù)荷所需時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓可能越上限。為避免并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限，本發(fā)明既可以自主的對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓進(jìn)行管理，又可以接受上級(jí)功率調(diào)度指令，避免并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限。其實(shí)現(xiàn)形式如下：

第一數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓值，通過(guò)第一通訊管理模塊將并網(wǎng)點(diǎn)電壓值傳遞到PLC模塊，PLC模塊依據(jù)采集的并網(wǎng)點(diǎn)電壓值，通過(guò)反饋機(jī)制和PI控制，確定逆變器的無(wú)功功率輸出，通過(guò)第二通訊管理模塊將逆變器無(wú)功功率值傳到逆變器，逆變器無(wú)功功率輸出表達(dá)式為：

其中，Q_n為逆變器的輸出功率，Q_n+1為逆變器下一刻的輸出功率，V_meas為電網(wǎng)實(shí)時(shí)電壓，V_set為電網(wǎng)電壓上限設(shè)定值，k為比例積分算子，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)系統(tǒng)的功率等級(jí)和控制效果適當(dāng)選擇k的值。具體算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

第一數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓V_meas，并將并網(wǎng)點(diǎn)電壓V_meas向上傳遞到PLC模塊；人機(jī)交互界面、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況或者調(diào)度指令設(shè)定并網(wǎng)電壓上限V_set，將并網(wǎng)電壓上限V_set向下傳遞到PLC模塊，PLC模塊將并網(wǎng)點(diǎn)電壓V_meas與并網(wǎng)點(diǎn)電壓上限值V_set比較，當(dāng)V_meas＞V_set時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓沒(méi)有越上限，逆變器輸出無(wú)功功率Q_n；當(dāng)V_meas＜V_set時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓越上限，逆變器輸出無(wú)功功率為Q_n-k(V_meas-V_set)。