一種多路高精度逆功率控制系統及逆功率保護控制方法
2023-12-02 18:02:31
一種多路高精度逆功率控制系統及逆功率保護控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種多路高精度逆功率控制系統及逆功率保護控制方法，多路高精度逆功率控制系統包括功率採集模塊和逆功率控制模塊，所述功率採集模塊設置於本地電網和公共電網的連接點上，所述逆功率控制模塊通過通信線路分別與功率採集模塊和具有遠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互動功能的觸控螢幕，所述觸控螢幕上設有存儲和執行功率控制策略的控制器，所述功率採集模塊採集所述連接點上帶有方向信息的功率數值，所述逆功率控制模塊根據該功率數值向所述逆變器發送控制命令從而精確調整其輸出功率。本發明提供的逆功率保護裝置具有控制精度高，結構簡單，性能穩定可靠，界面友好，便於操作，成本低廉，安裝方便等優點。
【專利說明】一種多路高精度逆功率控制系統及逆功率保護控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光伏領域，具體涉及一種多路高精度逆功率控制系統及逆功率保護控 制方法。
【背景技術】
[0002] 光伏等新能源發電系統通常有大型地面電站和低壓側自發自用電站兩種形式。其 中低壓側自發自用的光伏電站是目前國家政策導向的重點方向之一。由於電網設計時未考 慮這些新能源的分布式接入，很多此類自發自用電站的業主單位不能將所發電能直接送入 電網，只能供本地負載消耗。當本地負載無法完全消耗這些電能時，需有技術手段限制這類 新能源電站的功率輸出，確保電網能量是從網側向負載側流動，不能出現功率的逆向流動。 [0003]目前已經存在一些逆功率保護系統或控制系統，這些系統都存在各種各樣的問題 使得其自身的應用受到各種限制，具體存在的問題如下：
[0004] 系統結構複雜、功能單一、可靠性差。目前存在的類似系統通常為電路級的設計。 由於新能源電站的運行環境複雜多樣，可能存在電壓電流畸變以及浪湧、閃變等幹擾因素。 該類裝置在這種環境下運行的穩定性及精度很難保證。而一旦逆功率保護/控制系統本身 出現問題，將嚴重影響電網運行的安全。系統中可能存在PC機等設備，PC機本身由多個部 件構成，可靠性並不適合作為整個電站的關鍵控制部件。
[0005] 現有系統的控制方法粗放，且成本很高。現有的逆功率保護系統通常在系統出現 或即將出現逆功率時直接將逆變器等分布式電源從電網切除。隨著技術進步，現有逆變器/ 分布式電源的功率越來越大，直接將其從電網切除對局部電網的功率及電壓穩定性有很大 的影響，很可能造成電網的功率震蕩或頻率異常。而且逆變器/分布式電源運行於較大功 率時被突然切除可能會出現過電壓等危險工況，這對發電設備本身的壽命也會造成不良影 響，一旦設備出現故障將明顯影響整個電站的投資回報率。而且部分現有方案採用額外的 投切裝置來將逆變器/分布式電源從電網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] 由於現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，當逆變 器/分布式電源本身的單機容量較大時，任意一臺設備的投切都意味著很大功率的變化。 舉例來說，假設某一時刻一個裝有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。當時的本地負載只有1700kW，因此系統存在逆功率現象，現有 方案將會直接切除一臺逆變器，則電站的輸出功率變為1800/4*3=1350kW。隨後電網將向本 地負載供電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 源電站並沒有得到充分的利用。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是解決現有的逆功率控制系統結構複雜、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] 為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是提供一種多路高精度逆功率 控制系統，包括若干個功率採集模塊和逆功率控制模塊，所述功率採集模塊設置於本地電 網和公共電網的連接點上，所述逆功率控制模塊通過通信線路分別與功率採集模塊和具有 遠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互動功能的觸 摸屏，所述觸控螢幕上設有存儲和執行功率控制策略的控制器，所述功率採集模塊採集所述 連接點上帶有方向信息的功率數值，所述逆功率控制模塊根據該功率數值向所述逆變器發 送控制命令從而精確調整其輸出功率。
[0009] 在上述多路高精度逆功率控制系統中，所述逆變器和本地電網之間還設有接觸 器，所述接觸器通過中間繼電器和所述功率採集模塊連接，所述功率採集模塊的開關量輸 出至所述接觸器實現本系統其他部件工作異常時逆變器的啟停。
[0010] 本發明還提供了一種逆功率保護控制方法，採用上述多路高精度逆功率控制系 統，首先調整一臺逆變器的輸出功率上限值，保持其他逆變器處於最大輸出功率狀態，當該 逆變器的功率被限至零時將其關機，隨後依次限制下一臺逆變器的輸出功率，功率恢復過 程與此相反。
[0011] 本發明還提供了另一種逆功率保護控制方法，採用上述多路高精度逆功率控制系 統，同時調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] 本發明提供的逆功率保護裝置具有控制精度高，結構簡單，性能穩定可靠，界面友 好，便於操作，成本低廉，安裝方便等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明提供用的逆功率控制系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發明作出詳細的說明。
[0015] 如圖1所示，本發明提供的一種多路高精度逆功率控制系統包括若干個功率採集 模塊和逆功率控制模塊，功率採集模塊設置於本地電網和公共電網的公共連接點上，逆功 率控制模塊通過通信線路分別與功率採集模塊和具有遠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互動功能的觸控螢幕，觸控螢幕上設有存儲和執行功率控 制策略的控制器，逆功率控制模塊還包括用於供電的輔助電源和變壓器。功率採集模塊採 集所述連接點上帶有方向信息的功率數值，逆功率控制模塊根據該功率數值向逆變器發送 控制命令從而精確調整其輸出功率。逆變器和本地電網之間還設有接觸器，接觸器通過中 間繼電器和功率採集模塊連接，且二者通過開關信號線進行連接，功率採集模塊的開關量 輸出至接觸器實現本系統其他部件工作異常時逆變器的啟停。
[0016] 逆變器是系統的執行元件，應用於本系統的逆變器應具有遠程功率控制接口，通 過這一控制接口，逆功率控制模塊可以發送命令來限制逆變器的輸出功率上限，並且能夠 根據需要啟停逆變器。
[0017] 逆功率控制模塊是本系統的核心，也是本系統的人機互動平臺。逆功率控制模塊 需具有足夠的通訊接口用於連接功率採集模塊和逆變器，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] 功率採集模塊是本系統的反饋元件，本方案中採用標準電功率採集模塊。這種採 集模塊需具有通信接口，並能夠輸出所接入線路帶有方向信息的功率數值。且該模塊需具 有開關量輸出功能，可經通訊接口設置開關量輸出功能由功率限值觸發動作。
[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，使得系統功率不可控。或當系統被要求絕對保證不出 現逆功率時，負載出現跳閘或類似的功率劇烈變化時接觸器會由功率採集模塊直接控制立 即切除全部逆變器，當情況穩定後再逐步恢復各逆變器的運行。
[0020] 系統中逆變器(通常不止一臺)通過接觸器連接至負載所在的本地電網。如果業主 單位具有不止一路電源供電，則功率採集模塊也將對應增加，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、風能、潮汐能等多種新能源逆變器，即本系統 可以應用於光伏、風能、潮汐能等多種新能源發電領域。
[0021] 系統工作時公共連接點處的功率數值將由功率採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據 後根據控制策略調整循環發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)等於當前負載功率（PL)與功率緩衝值Ρ ε之和，即系統穩態時有如下關 系。
[0022] Pout 彡 PL+P ε
[0023] 其中Ρ ε可在逆功率保護模塊的界面上進行設置，通常取值為新能源電站總功率 的5%。
[0024] 逆功率保護模塊的逆功率保護控制方法具有兩種可選模式，分別是：
[0025] 第一種控制模式，首先調整一臺逆變器的輸出功率上限值，保持其他逆變器處於 最大輸出功率狀態，當該逆變器的功率被限至零時將其關機，隨後依次限制下一臺逆變器 的輸出功率，功率恢復過程與此相反；
[0026] 第二種控制模式，同時調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於輕載或停機 狀態，最大程度上保護了逆變器設備的壽命。第二種策略對負載功率變化的跟隨速度最好， 比較適合用於負載經常出現較大波動的場合。
[0028] 本發明最大的特徵是控制精度高，可以控制本裝置所轄逆變器的輸出功率處於不 控情況下輸出功率的任意百分比處。結合功率採集模塊得到的公共連接點處功率信息，本 裝置可以控制發電系統和本地負載的功率精確平衡。保證不出現逆功率現象且充分利用新 能源電站的發電能力。
[0029] 下面結合具體實例詳細描述本發明的實施方式：
[0030] 兩臺100kW逆變器通過接觸器接入本地電網，逆功率控制裝置中的功率採集器為 山東力創科技有限公司的EDA9033D。逆功率控制模塊為北京崑崙通態自動化軟體科技有限 公司的TPC7062K。由於逆變器和公共連接點距離很近，功率採集模塊和逆功率控制模塊安 裝於同一箱體(下稱逆功率控制箱）內。箱體內部還包括變壓器、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，經轉換為232信號後送入觸控螢幕中，功率採集模塊 通過485總線直接送入觸控螢幕自帶的485接口。功率採集模塊的開關量輸出口連接至接觸 器。其信號關聯至功率採集模塊功率保護功能上，保護限制設為ow。
[0031] 當負載功率大於200kW時，逆功率控制系統始終控制逆變器功率輸出上限為 100%。
[0032] 當負載功率降至120kW時，第一、第二兩種控制模式下系統的狀態如下：
[0033] 模式一：逆變器甲的輸出功率限制被設置為（120kW_逆變器乙當前輸出功率）；
[0034] 模式二：逆變器甲和逆變器乙的輸出功率均被設置為60%
[0035] 當負載功率降至90kW時，第一、第二兩種控制模式下系統的狀態如下：
[0036] 模式一：逆變器甲停機，逆變器乙的輸出功率限制被設置為90% ;
[0037] 模式二：逆變器甲和逆變器乙的輸出功率均被設置為45%。
[0038] 以上逆變器甲的選擇應服從隨機原則，從而可以保證統計角度來說兩臺逆變器的 工作壽命基本相同。
[0039] 本發明提供的逆功率保護裝置具有諸多優點，具體如下：
[0040] 結構簡單，裝置中只有少量部件組成，這意味著系統故障點少，可靠性高；
[0041] 性能穩定可靠，由於系統和電網直接相連部分是標準電功率計量表，保證了系統 具有良好的抗幹擾性能和測量精度，避免了自行設計採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出現異常也能對逆功率現象進行保護，極大提高了逆功率控制 的可控性；
[0042] 界面友好，由於系統採用標準觸控螢幕很容易設計出友好的界面。相比傳統繼電保 護裝置，本設計非常便於系統運用維護人員的操作和查看；
[0043] 成本低廉，由於系統無需採用PC機或其他定製設備，只需要較低的成本即可實現 類似保護系統的功能；
[0044] 安裝方便，系統中選擇的設備均具有較小的體積，這非常便於設備的現場安裝，並 且不會對原有系統帶來過大的改動。
[0045] 本發明採用相對簡單可靠的部件實現系統輸出功率的控制，保證系統不會出現逆 功率狀態。採用先進的控制方法及手段，實現系統功率及時平滑的控制，以便跟隨新能源 (光照、風能、潮汐等）出力的變化，和本地負載功率的變化，動態保證系統功率平衡且不出 現功率逆向流動。而且設計出一套更加精確的控制算法，使得新能源電站的發電能力盡可 能得到充分利用，加快電站投資回報速度，提高收益。
[0046] 本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結 構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種多路高精度逆功率控制系統，其特徵在於，包括若干個功率採集模塊和逆功率 控制模塊，所述功率採集模塊設置於本地電網和公共電網的連接點上，所述逆功率控制模 塊通過通信線路分別與功率採集模塊和具有遠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互動功能的觸控螢幕，所述觸控螢幕上設有存儲和執行功率控制 策略的控制器，所述功率採集模塊採集所述連接點上帶有方向信息的功率數值，所述逆功 率控制模塊根據該功率數值向所述逆變器發送控制命令從而精確調整其輸出功率。
2. 如權利要求1所述的一種多路高精度逆功率控制系統，其特徵在於，所述逆變器和 本地電網之間還設有接觸器，所述接觸器通過中間繼電器和所述功率採集模塊連接，所述 功率採集模塊的開關量輸出至所述接觸器實現本系統其他部件工作異常時逆變器的啟停。
3. 逆功率保護控制方法，其特徵在於，採用如權利要求1至2項任一項所述的多路高精 度逆功率控制系統，首先調整一臺逆變器的輸出功率上限值，保持其他逆變器處於最大輸 出功率狀態，當該逆變器的功率被限至零時將其關機，隨後依次限制下一臺逆變器的輸出 功率，功率恢復過程與此相反。
4. 逆功率保護控制方法，其特徵在於，採用如權利要求1至2項任一項所述的多路高精 度逆功率控制系統，同時調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 優先權日:2013年4月1日
【發明者】單楊, 李鴿 申請人:北京格林科電技術有限公司