一種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置製造方法
2023-06-26 17:24:46
一種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，包括DSP中央控制模塊、模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊、人機接口、LCD/LED顯示、電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊、電網調度和監管模塊和抗幹擾殼體。該裝置，柔性接入、柔性切除，電氣設備的動作是平滑而又穩定的，避免由「硬性」動作帶來的火花和磨損，增加設備的使用壽命；另外，本裝置的智能化功能可以代替很多人工操作過程，同時也可避免由於人工操作帶來的「誤動作」，可以部分或全部代替現有的綜合自動化控制系統，將成為智能電網的重要組成部分。
【專利說明】—種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於太陽能光伏發電以及智能電網【技術領域】，具體涉及ー種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置。
【背景技術】
[0002]太陽能電站併網接入是最近幾年才興起的領域，由於屬於新興產業，多以小容量分布式電站為主，其接入方式也比較簡單，一般傳統的自動化裝置如繼電保護裝置就可勝任，但隨著整個行業的發展，容量逐漸擴大，太陽能電站也有向集中式發展的趨勢，現有的繼電保護裝置將不能完全勝任，因為繼電保護技術是在單片機的平臺上，實現簡單的開關動作，該技術對於小容量的太陽能電站還是有效的，但在大容量太陽能電站，簡單的開關動作無法有效地解決能量的快速轉換，也無法有效地跟蹤內、外部變量的瞬時變化。
[0003]逆變器和開關斷路器是太陽能電站光電轉換的中間環節，稱為一次設備，根據設計要求，這些電氣設備連接到電網還需要ー套繼電保護裝置，一方面控制設備的投入和切除，另ー方面起到保護設備的作用，稱為二次繼電保護，繼電保護加上ー些自動控制以及顯示功能，構成ー套綜合管理系統，這就是常用的太陽能電站接入方式。眾所周知，繼電保護技術是基於邏輯開關動作原理，其控制模式是離散型的，即「硬性」接入，離散控制的優點是簡單、直觀，而缺點是靈活性差，開關頻繁動作造成設備可靠性差，太陽能電站中光伏逆變器總體效率也低。
實用新型內容
[0004]發明目的:針對現有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供ー種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，採用柔性接入、切除，増加設備的使用壽命，並提高智能化功能，可以部分或全部代替現有的綜合自動化控制系統，將成為智能電網的重要組成部分。
[0005]技術方案:為了實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案如下:
[0006]ー種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，包括DSP中央控制模塊、模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊、人機接ロ、LCD/LED顯示、電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊、電網調度和監管模塊和抗幹擾殼體；所述的LCD/LED顯示設在抗幹擾殼體上，通過人機接ロ與DSP中央控制模塊相連；所述的模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊均與DSP中央控制模塊相連，所述的模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊與DSP中央控制模塊均設在抗幹擾殼體內；所述的電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊、電網調度和監管模塊均與DSP中央控制模塊相連。
[0007]所述的數字量控制摸塊與光伏逆變裝置、連續型動態無功補償裝置、連續型諧波抑制裝置相連。
[0008]所述的開關量輸出模塊與儲能單元、外部開關設備相連。[0009]所述的DSP中央控制模塊採用TI320系列DSP處理器。
[0010]所述的模擬量數據採集摸塊採用AD676作為模擬量採集模塊。
[0011]該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置採用DSP替代繼電保護中常用的單片機，其效果完全不同，DSP具有很強的計算功能，在這樣的平臺上，提出一種控制模型，其控制變量主要是模擬量，而非繼電保護中常用的數字量，模擬量是一些連續變化的變量，各設備的運行就基本工作在連續調節的狀態，即「柔性」工作狀態，如果需要工作在某些極端狀態，只有等連續調節的變量達到極限後，才啟動離散控制，而這時的設備已經工作在輕載或無載狀況，其開關動作無損於設備的性能。更進一步，基於DSP平臺開發出來的模式識別功能，將會對未來的工作狀態進行預測，即智能型，這些功能都是傳統的繼電保護技術所不具備。
[0012]有益效果:與現有技術相比，本實用新型的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，柔性接入、柔性切除，電氣設備的動作是平滑而又穩定的，避免由「硬性」動作帶來的火花和磨損，增加設備的使用壽命；另外，本裝置的智能化功能可以代替很多人工操作過程，同時也可避免由於人工操作帶來的「誤動作」，可以部分或全部代替現有的綜合自動化控制系統，將成為智能電網的重要組成部分；具有很好的實用性，能產生較好的經濟效益和社會效應。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置的設計原理圖；
[0014]圖2是抗幹擾殼體的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0016]如圖1和圖2所示，智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，主要含有以下部件=DSP中央控制模塊、模擬量數據採集摸塊(16路)、數字量輸入摸塊(16路)、數字量控制摸塊(16路)、人機接口、IXD/LED顯示和抗幹擾殼體；IXD/LED顯示設在抗幹擾殼體上，通過人機接口與DSP中央控制模塊相連；模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊均與DSP中央控制模塊相連，且它們都設在抗幹擾殼體內。由於該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置的完整功能需要和外部設備協調才能完成，因此，還需要的外部設備包括:電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊和電網調度和監管模塊、光伏逆變裝置(光伏逆變器)、連續型動態無功補償裝置、連續型諧波抑制裝置、儲能單元、外部開關設備；電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊、電網調度和監管模塊均與DSP中央控制模塊相連。數字量控制摸塊與光伏逆變裝置、連續型動態無功補償裝置、連續型諧波抑制裝置相連。開關量輸出模塊與儲能單元、外部開關設備相連。以上模塊分輸入、輸出、外部控制、以及變量反饋，而各模塊之間的控制又分快速和慢速之分，其中「孤島」安全、負載瞬時衝擊量的動態補償屬於快速控制量，而發電量需求、無功補償屬於慢速控制量，本裝置的特點是將根據實際需要，兼顧快速控制量和慢速控制量的輸出。
[0017]該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，工作時，DSP中央控制模塊根據接收到的電網、光伏電站和用戶狀況模塊的數據信息，進行處理；模擬量數據採集模塊(輸入)將現有的(包括以前的)數據進行處理用作DSP中央控制模塊的初始值和反饋量；電網發電要求模塊將提出發電要求，通常為有功功率，此時DSP中央控制模塊將根據太陽能電站的容量、實際能發電的功率，決定各光伏逆變器工作的功率點。該功率點可在最大功率點(MPPT)，也可在其它功率點，當在其它功率點，需要調節光伏逆變器的直流電壓，甚至備用儲能單元，這個功能非常重要，如果太陽能電站發出的功率大於電網的需求，按照慣理，就需要關閉一些光伏逆變器，即逆變器的「硬性」投、切，而現在由於可以連續調節功率的輸出，光伏逆變器就成了靜態工作的裝置，這構成「柔性」接入的一個重要環節。
[0018]除了對有功功率需求外，電網也需要補充無功功率,這一方面為了提高功率因素，減少損耗，另一方面為了穩定電壓，本裝置也輸出一個連續的無功功率需求量，它要求能連續調節無功功率的外部設備，如連續型動態無功補償裝置SVC，或連續型動態無功發生器SVG，提供連續的無功功率，這構成「柔性」接入的第二個環節。
[0019]有功功率和無功功率的柔性運行對大容量太陽能電站尤其重要，這些電站頻繁的大容量投入或退出，非但電網不允許，用戶自己的設備也容易損壞。如採用柔性方法而又需要切除電站功率輸出時，所有的設備將達到最小的極限工作狀態，此時再依靠數字量輸入模塊，提供開關量輸出模塊，進而控制外部開關設備或儲能單元。
[0020]為了進一步提高本裝置的實用性，該裝置也實時計算用戶、以及太陽能電站光伏逆變器本身產生的諧波，如果諧波超過有害的程度，將關閉一些敏感的設備，當然也可以增加外部設備如連續型諧波抑制裝置AF抑制外來諧波，或者消除自身產生的諧波。這一功能對自發自用的太陽能電站尤其重要，如果諧波不能進入系統，就將進入光伏逆變器形成迴路，降低光伏逆變器的效率，甚至燒毀光伏逆變器，本裝置提供「柔性」消諧功能輸出，在僅需要消諧，而不需要補償無功的情況下尤其重要，這是柔性接入的第三個功能。
[0021]以上這些參數，如有功功率、無功功率、諧波、以及太陽能電站的工作狀態，都會通過可靠的通訊工具傳輸到上一級電網調度和監管模塊，供電系統調度以及安全生產之用。當然，所有這些信息，就地也可以通過人機接口，顯示在本裝置的IXD/LED顯示上。
[0022]作為一個非常重要的一個功能，本裝置在反「孤島」上體現很大的優越性，如果外部電網系統「有意」或「無意」的斷電，這就需要太陽能電站迅速從電網切除，以防「孤島」發生，如果是「有意」的斷電，如外部線路需要檢修，太陽能電站需要逐級切除光伏逆變器；而如果是「無意」的斷電，如外部線路突然故障，再重合時就有危險，這就需要光伏逆變器迅速切除，而不管是「有意」或「無意」的斷電，只要「孤島」一發生，太陽能電站的光伏逆變器都是在負載情況下動作，即「硬性」切除，這對設備的可靠性不利，也存在安全隱患，本裝置將從外部檢測到的電網，光伏電站和負荷狀況模塊數據信息，迅速判斷「孤島」，此時不是立即斷開光伏逆變器，而是讓逆變器迅速從最大功率點運行到最小功率點，此時的控制變量就是功率輸出，功率輸出和電流成正比，單變量輸出(電流)，輸入信號也成了簡單的設定值，在基本沒有電流的情況下斷開外部開關設備的開關，即「柔性」切除。當太陽能電站配有儲能元單元，這一功能更加顯示其優越性。
[0023]本裝置在使用時，用戶只要根據說明連接外部線路(後部)，另外將參數通過LED輸入即可，最後的裝置將可以安裝在太陽能電站現場。
[0024]基於模擬量控制的本裝置技術，採用最優化的TI320系列DSP處理器作為運算平臺，同時採用AD676作為模擬量採集模塊，這些器件都是經過許多試驗後才選擇的，在選擇控制模型時，人工智慧化的控制模型，以及指數加權、響應自然延時的柔性技術，也是經過反覆認證和計算機仿真後才確定的，當然，這些功能和模塊也可以用其它方式實現，如エ礦計算機代替DSP，運算能力更強，但控制功能弱；再比如用傳統的帶前置控制的閉環控制代替非線性的柔性控制技術，但閉環控制的控制餘量乍，多變量輸出時穩定性也差，所以本產品技術是最優化的技木。
[0025] 該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，柔性接入、柔性切除，電氣設備的動作是平滑而又穩定的，避免由「硬性」動作帶來的火花和磨損，増加設備的使用壽命；另外，本裝置的智能化功能可以代替很多人工操作過程，同時也可避免由於人工操作帶來的「誤動作」，可以部分或全部代替現有的綜合自動化控制系統，將成為智能電網的重要組成部分。
【權利要求】
1.一種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，其特徵在於:包括DSP中央控制模塊、模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊、人機接口、IXD/LED顯示、電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊、電網調度和監管模塊和抗幹擾殼體；所述的IXD/LED顯示設在抗幹擾殼體上，通過人機接口與DSP中央控制模塊相連；所述的模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊均與DSP中央控制模塊相連，所述的模擬量數據採集摸塊、數字量輸入摸塊、數字量控制摸塊、開關量輸出模塊與DSP中央控制模塊均設在抗幹擾殼體內；所述的電網，光伏電站和負荷狀況模塊、電網發電要求模塊、電網調度和監管模塊均與DSP中央控制模塊相連。
2.根據權利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，其特徵在於:所述的數字量控制摸塊與光伏逆變裝置、連續型動態無功補償裝置、連續型諧波抑制裝置相連。
3.根據權利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，其特徵在於:所述的開關量輸出模塊與儲能單元、外部開關設備相連。
4.根據權利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，其特徵在於:所述的DSP中央控制模塊採用TI320系列DSP處理器。
5.根據權利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網綜合控制裝置，其特徵在於:所述的模擬量數據採集摸塊採用AD676作為模擬量採集模塊。
【文檔編號】H02J3/38GK203398806SQ201320488335
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】尹嶽洪 申請人:常州高源電力電子有限公司