專利名稱：一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可再生能源發(fā)電應用技術領域，特別涉及一種與市政電網(wǎng)共網(wǎng)應用的
零逆流控制系統(tǒng)的控制單元。
背景技術：
當前包括太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等可再生新能源發(fā)展十分迅速，目前的應用方式
主要由有離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩種，其中并網(wǎng)型應用又分為可逆流和不可逆流兩種。 可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)電能直接輸送給電網(wǎng)，進入電網(wǎng)統(tǒng)一調配。 不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)并聯(lián)，使可再生新能源系統(tǒng)電能與電網(wǎng)保持同步，實現(xiàn)
共同向用戶負載供電。當可再生新能源系統(tǒng)電能不足或消失時，由市政電網(wǎng)向負載補充或
全部提供電能；當可再生新能源系統(tǒng)電能超過本區(qū)域電網(wǎng)負載用電需求時，通過某種手段
將可再生新能源系統(tǒng)剩余電能加以處理或放棄，保證剩余電能不通過配電變壓器向市電網(wǎng)
絡饋電，嚴格防止發(fā)生"孤島效應"。 目前國家標準《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求》(GB/T 19939-2005)對逆向功率保護的規(guī) 定是"系統(tǒng)在不可逆的并網(wǎng)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(tǒng)與電網(wǎng)斷開。"
這是對不可逆流并網(wǎng)逆變器的防逆向功率要求，以保證與之并網(wǎng)應用的市政電 網(wǎng)運行安全。由此也可以看出，當并網(wǎng)逆變器實施逆向功率保護之時，實際上已經(jīng)發(fā)生 0. 5s-2s的逆流，并不是徹底地防止逆向功率發(fā)生。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，是一種使太陽能光伏 發(fā)電和風力發(fā)電等可再生能源電力與市電電網(wǎng)共網(wǎng)應用的零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單 元。 采用的技術方案是 —種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，該控制單元使用于與市政電網(wǎng)共網(wǎng)應用的 逆流控制裝置中，是一種實現(xiàn)"零逆流"的共網(wǎng)應用設備，使可再生能源系統(tǒng)電力在與市電 共網(wǎng)應用中，既實現(xiàn)了可再生能源系統(tǒng)電力"即發(fā)即用"，又嚴格保證零逆流防止逆向功率 發(fā)生，實現(xiàn)設備級本質安全，主動預防"孤島效應"，保證市電電網(wǎng)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(wǎng)控制裝置連接n路可再生能源直流電力(光電、風電等)，經(jīng)并網(wǎng)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(wǎng)向用戶 電網(wǎng)供電。 零逆流共網(wǎng)控制裝置由并網(wǎng)逆變器、檢測單元、控制單元、執(zhí)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(jīng)過匯流箱作為并網(wǎng)逆變器的輸入。 經(jīng)并網(wǎng)逆變器后，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(jīng)母線和執(zhí)行單元與市電共網(wǎng)向用戶用電網(wǎng)供電。 裝置的檢測單元負責對①n路可再生能源電量；②并網(wǎng)逆變器輸出的可再生能源
總電量；③市電供電的電量參數(shù)，包括電壓、電流、頻率、相位等參數(shù)；④用戶用電網(wǎng)n回路
分用電量和總用電量等參數(shù)，包括電壓、電流、頻率、相位等參數(shù)；進行100次/s以上的高精
度檢測。 零逆流共網(wǎng)控制裝置，使可再生能源電力與市電電網(wǎng)共網(wǎng)應用中，具有"零逆流"控制保護功能，實現(xiàn)設備級本質安全防止逆向功率發(fā)生。 裝置的控制單元采用預置的優(yōu)化算法進行比較運算，計算出發(fā)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(fā)生的預測時間，并發(fā)出相應控制指令。
裝置的執(zhí)行單元負責按控制單元指令對下列環(huán)節(jié)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(wǎng)的n個回路。 本發(fā)明控制單元，核心部分是一個可滿足高速運算的微控制器芯片，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(shù)據(jù)采集和運算。現(xiàn)以選用C8051F020芯片作為本發(fā)明控制單元核心芯片為例，電路原理圖如圖3所示。 本發(fā)明的零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，是一種使太陽能光伏發(fā)電和風力發(fā)電等可再生能源電力與市政供電共網(wǎng)應用的零逆流控制裝置的控制單元。本發(fā)明的優(yōu)點是，將可再生能源電力與市電共網(wǎng)應用，實現(xiàn)市電作為備電使可再生能源電力"即發(fā)即用"，使裝置具有"零逆流"控制保護功能，實現(xiàn)設備級本質安全防止逆向功率發(fā)生。
圖1為零逆流共網(wǎng)控制裝置的結構框 圖2為本發(fā)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(wǎng)控制裝置的控制單元，該控制單元使用于與市政電網(wǎng)共網(wǎng)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(shù)據(jù)采集和運
算的微控制器芯片，優(yōu)選為(8051F020)可連接n路可再生能源直流電力，經(jīng)并網(wǎng)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(wǎng)向用戶電網(wǎng)
供電，該控制單元采用預置的優(yōu)化算法進行比較運算，計算出發(fā)電量與用電量差值的變化
趨勢(斜率)，得出逆向功率將發(fā)生的預測時間，并發(fā)出相應控制指令； 所得出的預測時間，當該預測時間小于檢測單元采樣時間周期時，向零逆流共網(wǎng)
控制裝置執(zhí)行單元發(fā)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(zhí)行單元發(fā)出部分(n-l路)關斷可再生能源電力的控制指令后，上述所涉及
的數(shù)據(jù)采集、規(guī)整、運算、控制過程循環(huán)往復，直至關斷全部可再生能源電力，確保系統(tǒng)零逆
流防止逆向功率發(fā)生。 本發(fā)明工作流程按以下步驟執(zhí)行，如圖2所示
步驟一、接收來自檢測模塊的各檢測參數(shù)(采集速率優(yōu)于100次/s)，包括①n路可再生能源電量②并網(wǎng)逆變器輸出總電量③用戶電網(wǎng)n回路分用電量等。進行電壓、電流、頻率、相位等參數(shù)的當量規(guī)整，以符合統(tǒng)一運算的要求； 步驟二、采用預置的優(yōu)化算法進行比較運算，計算出發(fā)電量與用電量差值的變化趨勢(斜率)，進而得出逆向功率發(fā)生的預測時間。 步驟三、控制單元連續(xù)、循環(huán)地進行實時參數(shù)采集、當量規(guī)整和運算，當?shù)贸龅陌l(fā)生逆向功率預測時間大于實時運算時間間隔時，不進行步驟四，循環(huán)進行步驟一和步驟 步驟四、當控制單元得出的發(fā)生逆向功率預測時間小于實時運算時間間隔時，向執(zhí)行單元發(fā)出保護動作指令，部分切斷n-x(x小于n-l)路或全部切斷可再生能源電力，實現(xiàn)對市電電網(wǎng)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后，各項參數(shù)檢測、當量規(guī)整、運算繼續(xù)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(fā)生逆向功率時，部分取消或全部取消保護動作指令，由執(zhí)行單元負責部分連接n-x (x小于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(wǎng)共同向用戶用電網(wǎng)絡供電。 如此循環(huán)往復。
權利要求
一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于該控制單元使用于與市政電網(wǎng)共網(wǎng)應用的零逆流控制裝置中，實現(xiàn)裝置的零逆流防止逆向功率發(fā)生。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于所述的控 制單元的核心芯片為C8051F020芯片。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于接收零逆 流共網(wǎng)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(wǎng)絡用電量等電量參數(shù)， 進行目的為統(tǒng)一定量運算的當量規(guī)整。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于所述的所 完成的當量規(guī)整數(shù)據(jù)進行運算，得出可再生能源發(fā)電與用戶用電量的差值變化斜率。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于所述的所 得出的差值變化斜率，計算出系統(tǒng)將發(fā)生逆向功率的預測時間。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于所得出的 預測時間小于檢測單元采樣時間周期時，向零逆流共網(wǎng)控制裝置執(zhí)行單元發(fā)出n-l路關斷 可再生能源電力的控制指令后，上述所涉及的數(shù)據(jù)采集、規(guī)整、運算、控制過程循環(huán)往復，直 至關斷全部可再生能源電力，確保系統(tǒng)零逆流防止逆向功率發(fā)生。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，其特征在于工作流程 按以下步驟進行步驟一、接收來自檢測模塊的各檢測參數(shù)，采集速率優(yōu)于100次/s，包括①n路可再 生能源電量，②并網(wǎng)逆變器輸出總電量，③用戶電網(wǎng)n回路分用電量；對市供電的電量參數(shù) 進行電壓、電流、頻率、相位等參數(shù)的當量規(guī)整，以符合統(tǒng)一運算的要求；步驟二、采用預置的優(yōu)化算法進行比較運算，計算出發(fā)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(fā)生的預測時間；步驟三、控制單元連續(xù)、循環(huán)地進行實時參數(shù)采集、當量規(guī)整和運算，當?shù)贸龅陌l(fā)生逆 向功率預測時間大于實時運算時間間隔時，不進行步驟四，循環(huán)進行步驟一和步驟二 ；步驟四、當控制單元得出的發(fā)生逆向功率預測時間小于實時運算時間間隔時，向執(zhí)行 單元發(fā)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(xiàn)對市電電網(wǎng)的 零逆流保護，其中x小于n-l ;步驟五、當部分切斷或全部切斷可再生能源電力后，各項參數(shù)檢測、當量規(guī)整、運算繼 續(xù)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(fā)生逆向功率 時，部分取消或全部取消保護動作指令，由執(zhí)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(wǎng)共同向用戶用電網(wǎng)絡供電，其中x小 于n-l ;如此循環(huán)往復。
全文摘要
一種零逆流共網(wǎng)控制裝置的控制單元，使用于與市政電網(wǎng)共網(wǎng)應用的零逆流控制裝置中，實現(xiàn)裝置的零逆流防止逆向功率發(fā)生。該控制單元是一種使太陽能光伏發(fā)電和風力發(fā)電等可再生能源電力與市政供電共網(wǎng)應用的零逆流控制裝置的控制單元。本發(fā)明的優(yōu)點是，將可再生能源電力與市電共網(wǎng)應用，實現(xiàn)市電作為備電使可再生能源電力“即發(fā)即用”使裝置具有“零逆流”控制保護功能，實現(xiàn)設備級本質安全防止逆向功率發(fā)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(yōu)先權日2009年12月10日
發(fā)明者劉葉冰, 王欣, 賈寧, 邢巖 申請人:西東控制集團(沈陽)有限公司