一種零逆流共網控制裝置的控制單元的製作方法
2023-07-15 01:53:11
專利名稱：一種零逆流共網控制裝置的控制單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及可再生能源發電應用技術領域，特別涉及一種與市政電網共網應用的
零逆流控制系統的控制單元。
背景技術：
當前包括太陽能發電、風力發電等可再生新能源發展十分迅速，目前的應用方式
主要由有離網型和併網型兩種，其中併網型應用又分為可逆流和不可逆流兩種。 可逆流併網系統所發電能直接輸送給電網，進入電網統一調配。 不可逆流併網系統與電網並聯，使可再生新能源系統電能與電網保持同步，實現
共同向用戶負載供電。當可再生新能源系統電能不足或消失時，由市政電網向負載補充或
全部提供電能；當可再生新能源系統電能超過本區域電網負載用電需求時，通過某種手段
將可再生新能源系統剩餘電能加以處理或放棄，保證剩餘電能不通過配電變壓器向市電網
絡饋電，嚴格防止發生"孤島效應"。 目前國家標準《光伏系統併網技術要求》(GB/T 19939-2005)對逆向功率保護的規 定是"系統在不可逆的併網方式下工作，當檢測到供電變壓器次級處的逆流為逆變器額定 輸出的5%時，逆向功率保護應在0. 5s-2s內將光伏系統與電網斷開。"
這是對不可逆流併網逆變器的防逆向功率要求，以保證與之併網應用的市政電 網運行安全。由此也可以看出，當併網逆變器實施逆向功率保護之時，實際上已經發生 0. 5s-2s的逆流，並不是徹底地防止逆向功率發生。
發明內容
本發明的目的是提供一種零逆流共網控制裝置的控制單元，是一種使太陽能光伏 發電和風力發電等可再生能源電力與市電電網共網應用的零逆流共網控制裝置的控制單 元。 採用的技術方案是 —種零逆流共網控制裝置的控制單元，該控制單元使用於與市政電網共網應用的 逆流控制裝置中，是一種實現"零逆流"的共網應用設備，使可再生能源系統電力在與市電 共網應用中，既實現了可再生能源系統電力"即發即用"，又嚴格保證零逆流防止逆向功率 發生，實現設備級本質安全，主動預防"孤島效應"，保證市電電網安全運行，這將消除可再 生能源推廣應用中面臨的主要技術障礙。 零逆流共網控制裝置連接n路可再生能源直流電力(光電、風電等)，經併網逆變 轉換成比市電電壓略高，頻率、相位一致的220V單相或380V三相交流電與市電共網向用戶 電網供電。 零逆流共網控制裝置由併網逆變器、檢測單元、控制單元、執行單元組成，其結構 框圖如圖l所示。 可再生能源直流電力可分為n路或一路直接或經過匯流箱作為併網逆變器的輸入。 經併網逆變器後，可再生能源電力轉化成比市電電壓略高、頻率、相位一致的220V
兩相或380V三相交流電，經母線和執行單元與市電共網向用戶用電網供電。 裝置的檢測單元負責對①n路可再生能源電量；②併網逆變器輸出的可再生能源
總電量；③市電供電的電量參數，包括電壓、電流、頻率、相位等參數；④用戶用電網n迴路
分用電量和總用電量等參數，包括電壓、電流、頻率、相位等參數；進行100次/s以上的高精
度檢測。 零逆流共網控制裝置，使可再生能源電力與市電電網共網應用中，具有"零逆流"控制保護功能，實現設備級本質安全防止逆向功率發生。 裝置的控制單元採用預置的優化算法進行比較運算，計算出發電量與用電量差值的變化趨勢(斜率)，進而得出逆向功率將發生的預測時間，並發出相應控制指令。
裝置的執行單元負責按控制單元指令對下列環節實施關斷和接通操作①n路可再生能源；②市電供電；③用戶電網的n個迴路。 本發明控制單元，核心部分是一個可滿足高速運算的微控制器晶片，由它與相應外圍電路及器件組成，可進行100次/s以上的高精度數據採集和運算。現以選用C8051F020晶片作為本發明控制單元核心晶片為例，電路原理圖如圖3所示。 本發明的零逆流共網控制裝置的控制單元，是一種使太陽能光伏發電和風力發電等可再生能源電力與市政供電共網應用的零逆流控制裝置的控制單元。本發明的優點是，將可再生能源電力與市電共網應用，實現市電作為備電使可再生能源電力"即發即用"，使裝置具有"零逆流"控制保護功能，實現設備級本質安全防止逆向功率發生。
圖1為零逆流共網控制裝置的結構框 圖2為本發明工作流程 圖3為控制單元電路原理樣圖。
具體實施例方式
—種零逆流共網控制裝置的控制單元，該控制單元使用於與市政電網共網應用的
零逆流控制裝置中，控制單元的核心部分是一個可進行100次/s以上計算的數據採集和運
算的微控制器晶片，優選為(8051F020)可連接n路可再生能源直流電力，經併網逆變轉換
成比市電電壓略高、頻率、相位一致的220V單相或380V三相交流電與市電共網向用戶電網
供電，該控制單元採用預置的優化算法進行比較運算，計算出發電量與用電量差值的變化
趨勢(斜率)，得出逆向功率將發生的預測時間，並發出相應控制指令； 所得出的預測時間，當該預測時間小於檢測單元採樣時間周期時，向零逆流共網
控制裝置執行單元發出部分(n-l路)或全部關斷可再生能源電力的控制指令。 在向執行單元發出部分(n-l路)關斷可再生能源電力的控制指令後，上述所涉及
的數據採集、規整、運算、控制過程循環往復，直至關斷全部可再生能源電力，確保系統零逆
流防止逆向功率發生。 本發明工作流程按以下步驟執行，如圖2所示
步驟一、接收來自檢測模塊的各檢測參數(採集速率優於100次/s)，包括①n路可再生能源電量②併網逆變器輸出總電量③用戶電網n迴路分用電量等。進行電壓、電流、頻率、相位等參數的當量規整，以符合統一運算的要求； 步驟二、採用預置的優化算法進行比較運算，計算出發電量與用電量差值的變化趨勢(斜率)，進而得出逆向功率發生的預測時間。 步驟三、控制單元連續、循環地進行實時參數採集、當量規整和運算，當得出的發生逆向功率預測時間大於實時運算時間間隔時，不進行步驟四，循環進行步驟一和步驟 步驟四、當控制單元得出的發生逆向功率預測時間小於實時運算時間間隔時，向執行單元發出保護動作指令，部分切斷n-x(x小於n-l)路或全部切斷可再生能源電力，實現對市電電網的零逆流保護。 步驟五、當部分切斷或全部切斷可再生能源電力後，各項參數檢測、當量規整、運算繼續進行。當計算的預測時間值為一定時間內(從1分鐘到30分鐘可設定)不會發生逆向功率時，部分取消或全部取消保護動作指令，由執行單元負責部分連接n-x (x小於n-l)路或全部連接可再生能源電力，再次恢復可再生能源電力與市政電電網共同向用戶用電網絡供電。 如此循環往復。
權利要求
一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於該控制單元使用於與市政電網共網應用的零逆流控制裝置中，實現裝置的零逆流防止逆向功率發生。
2. 根據權利要求1所述的一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於所述的控 制單元的核心晶片為C8051F020晶片。
3. 根據權利要求1所述的一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於接收零逆 流共網控制裝置檢測單元的可再生能源電力、市電供電、用戶用電網絡用電量等電量參數， 進行目的為統一定量運算的當量規整。
4. 根據權利要求3所述的一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於所述的所 完成的當量規整數據進行運算，得出可再生能源發電與用戶用電量的差值變化斜率。
5. 根據權利要求4所述的一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於所述的所 得出的差值變化斜率，計算出系統將發生逆向功率的預測時間。
6. 根據權利要求5所述的一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於所得出的 預測時間小於檢測單元採樣時間周期時，向零逆流共網控制裝置執行單元發出n-l路關斷 可再生能源電力的控制指令後，上述所涉及的數據採集、規整、運算、控制過程循環往復，直 至關斷全部可再生能源電力，確保系統零逆流防止逆向功率發生。
7. 根據權利要求1所述的一種零逆流共網控制裝置的控制單元，其特徵在於工作流程 按以下步驟進行步驟一、接收來自檢測模塊的各檢測參數，採集速率優於100次/s，包括①n路可再 生能源電量，②併網逆變器輸出總電量，③用戶電網n迴路分用電量；對市供電的電量參數 進行電壓、電流、頻率、相位等參數的當量規整，以符合統一運算的要求；步驟二、採用預置的優化算法進行比較運算，計算出發電量與用電量差值的變化趨勢 即斜率，進而得出逆向功率發生的預測時間；步驟三、控制單元連續、循環地進行實時參數採集、當量規整和運算，當得出的發生逆 向功率預測時間大於實時運算時間間隔時，不進行步驟四，循環進行步驟一和步驟二 ；步驟四、當控制單元得出的發生逆向功率預測時間小於實時運算時間間隔時，向執行 單元發出保護動作指令，部分切斷n-x路或全部切斷可再生能源電力，實現對市電電網的 零逆流保護，其中x小於n-l ;步驟五、當部分切斷或全部切斷可再生能源電力後，各項參數檢測、當量規整、運算繼 續進行；當計算的預測時間值為一定時間內，從1分鐘到30分鐘可設定，不會發生逆向功率 時，部分取消或全部取消保護動作指令，由執行單元負責部分連接n-x路或全部連接可再 生能源電力，再次恢復可再生能源電力與市政電電網共同向用戶用電網絡供電，其中x小 於n-l ;如此循環往復。
全文摘要
一種零逆流共網控制裝置的控制單元，使用於與市政電網共網應用的零逆流控制裝置中，實現裝置的零逆流防止逆向功率發生。該控制單元是一種使太陽能光伏發電和風力發電等可再生能源電力與市政供電共網應用的零逆流控制裝置的控制單元。本發明的優點是，將可再生能源電力與市電共網應用，實現市電作為備電使可再生能源電力「即發即用」使裝置具有「零逆流」控制保護功能，實現設備級本質安全防止逆向功率發生。
文檔編號H02J3/38GK101719677SQ200910220630
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月10日 優先權日2009年12月10日
發明者劉葉冰, 王欣, 賈寧, 邢巖 申請人:西東控制集團(瀋陽)有限公司