專利名稱：分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其檢測與控制領域，尤其是涉及分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成并網(wǎng)的方式和控制系統(tǒng)。
背景技術：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源短缺是全世界各個國家都面臨的問題。同時作為最重要的可利用的石化能源物質如煤炭、石油、天然氣等正面臨著枯竭的危險，能源短缺問題正變得越來越嚴重，并影響到人們的生活水平。另一方面，石化能源所帶來的環(huán)境污染、氣候變暖等問題已無法忽視，影響了可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保理念的發(fā)展與推廣，正越來越受到人們的關注。在眾多的新型能源中，太陽能具有清潔無污染、安全可靠、制約少、用之不盡取之不竭、可持續(xù)利用等優(yōu)點，從而具有不可比擬的優(yōu)勢。分布式發(fā)電可以電力就地消納，節(jié)省輸變電投資和運行費用，減少集中輸電的線路損耗；而且與大電網(wǎng)供電互為補充，減少電網(wǎng)容量，削峰填谷，提高供電可靠性。但是光伏發(fā)電本身具有不同于常規(guī)電源的隨機性和間歇性的特點，其并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的電能質量和安全穩(wěn)定運行構成一定的威脅。一方面，光伏功率的注入改變了局部電網(wǎng)的潮流分布，對局部電網(wǎng)的電壓質量和穩(wěn)定性有很大影響，限制了光伏發(fā)電接入系統(tǒng)的方式和規(guī)模。另一方面，光伏發(fā)電的原動力可控性不強，是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出功的大小受限于天氣狀況和光伏系統(tǒng)的性能。從電網(wǎng)的角度看，并網(wǎng)運行的光伏發(fā)電相當于一個具有隨機性的擾動源，隨時可能對電網(wǎng)的可靠運行造成影響。因此，上述光伏發(fā)電系統(tǒng)由于電能質量、不穩(wěn)定性、孤島效應等導致的電網(wǎng)運行及安全問題極大限制了我國小功率分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模推廣和應用。中國的分布式光伏發(fā)電還未進入推廣階段，目前的示范項目工程仍以大容量的光伏電站的建設為主。除了大型光伏電站外，“金太陽示范工程”具有分布式光伏發(fā)電的優(yōu)點， 但由于技術原因，其電力主要以就地消納為主，其控制中心只能監(jiān)測分布式電站參數(shù)，無法控制更無法進行電力調度。在以德國、日本為代表的太陽能發(fā)電發(fā)達國家中，普遍以獨棟建筑物為分布式光伏發(fā)電單元并網(wǎng)，取得了較好的應用。但現(xiàn)有的這種分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)方式在具體實施應用過程中，存在這許多缺陷1)每個分布式光伏發(fā)電單元獨立成為一個系統(tǒng)，其單元規(guī)模較小，數(shù)量太多，成本高不經(jīng)濟。2)分布式光伏單元規(guī)模小，為不同業(yè)主所擁有，電能質量管理不方便，也不便于電網(wǎng)定期維護，存在安全隱患。3)由于規(guī)模小，數(shù)量多，無法進行電力統(tǒng)一調度，給現(xiàn)有電網(wǎng)的電力調度帶來巨大負擔，且存在孤島運行的危險。4)獨立分散，電網(wǎng)接入點眾多，智能儀表安裝復雜，參數(shù)檢測成本高，為智能電網(wǎng)的推廣帶來負擔。綜上所述，現(xiàn)有的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)方式與控制系統(tǒng)并不經(jīng)濟實用，不具備大規(guī)模推廣的技術基礎。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)方式與控制系統(tǒng)穩(wěn)定性較差、無法集中并網(wǎng)監(jiān)控、無法進行電力調度、維護性較差的不足，本發(fā)明提供一種提高分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、集中并網(wǎng)集中監(jiān)控調度、增強維護性的分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成的并網(wǎng)方式與控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，包括光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡、區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調度控制中心。所述光伏電池陣列與所述分布式逆變控制系統(tǒng)連接，所述分布式逆變控制系統(tǒng)與所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)和區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調度控制中心連接。所述光伏電池陣列安裝于區(qū)域內各個建筑物頂，組成多單元分布式光伏電池陣列，其功率大小因地制宜，由建筑物屋頂可用光照面積、陰影區(qū)域等因素決定。各個光伏電池陣列單元輸出直流電能經(jīng)匯流箱導入分布式逆變控制系統(tǒng)。各個光伏電池陣列單元其工作電壓與功率輸出由所述分布式逆變控制系統(tǒng)實時控制。所述分布式逆變控制系統(tǒng)由光伏電池陣列單元對應的多逆變控制系統(tǒng)組成。所述逆變控制系統(tǒng)單體由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊組成。進一步，逆變控制系統(tǒng)的直流電力逆變模塊采用三相無變壓器 (Transformerless)混合型H橋(M0SFET+IGBT)拓撲結構，具有效率高、雙向變換與無功功率補償?shù)膬?yōu)點。將光伏電池陣列所輸出直流電力逆變?yōu)?80伏特的工頻交流電。進一步，逆變控制系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制模塊由雙BOOST-BUCK控制電路與自適應模糊神經(jīng)推理(adaptive neuro-fuzzy inference,ANFI)算法組成。根據(jù)光伏電池的I-V、P-V特性曲線與溫度、太陽輻射度等工作環(huán)境參數(shù)的關系特性采用ANFI算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙BOOST-BUCK控制電路實時調制光伏電池的工作電壓，使之輸出功率最大。進一步，所述自適應模糊神經(jīng)推理算法基于自適應神經(jīng)網(wǎng)絡的模糊推理系統(tǒng)，采用Sugeno模糊模型的五層ANFI神經(jīng)網(wǎng)絡結構，由當前電壓、電流、功率、溫度、太陽輻射度參數(shù)組成輸入向量u (V，I，P，T，R)，輸出f (u)為最大功率點的最佳工作電壓。進一步，逆變控制系統(tǒng)的通信模塊采用現(xiàn)場總線工業(yè)通信協(xié)議與所述區(qū)域集控中心進行數(shù)據(jù)交換，將工作狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、有功功率等參數(shù)上傳至所述區(qū)域集控中心，并接受所述區(qū)域集控中心的命令。所述傳感網(wǎng)絡由傳感器網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)融合模塊組成。所述傳感器網(wǎng)絡包括溫度傳感器組、陽關輻射度傳感器組、霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組、頻率傳感器組、熱像漏電流傳感器組等組成。所述溫度、陽光輻射度傳感器布置于所述光伏電池陣列現(xiàn)場，所述霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組、熱像漏電流傳感器組等布置于所述分布式逆變控制中，用于檢測光伏電池陣列與分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。所述數(shù)據(jù)融合模塊采集各個傳感器模塊的數(shù)據(jù)并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律等計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度等，并采用定量權數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)出緊急針對現(xiàn)場命令。所述定量權數(shù)歸一算法將功率變化偏移量、頻率變化偏移量、電壓變化偏移量、電流變化偏移量、溫度變化偏移量進行加權，然后歸一化為W 1]區(qū)間的緊急程度，當歸一化緊急程度大于既定閾值矢量時，即為對應的危險狀況，將發(fā)出對應的緊急針對現(xiàn)場命令。所述區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)接受分布式逆變控制系統(tǒng)緊急命令與區(qū)域集控中心命令，用于改變區(qū)域內所述光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制發(fā)電功率、 保障區(qū)域內電氣設施安全。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)由電力匯集電氣模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)融合與決策算法、上位機應用軟件等組成。進一步，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的電力匯集電氣模塊由變壓器、空氣開關、繼電器、邏輯可編程控制器等主要部分組成，將分布式逆變控制系統(tǒng)所逆變的380伏特工頻交流電并聯(lián)匯集接入市電電網(wǎng)。進一步，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的通信模塊具有區(qū)域內通信與區(qū)域外遠程通信兩個通道。區(qū)域內通信通道用于與區(qū)域內分布式逆變控制系統(tǒng)和傳感網(wǎng)絡通信，采用現(xiàn)場總線協(xié)議采集區(qū)域內信號數(shù)據(jù)，并向分布式逆變系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)相關節(jié)點發(fā)送控制命令。 區(qū)域外遠程通信通道用于與所述電力調度中心通信，采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法向調度中心傳送系統(tǒng)內各個主要部件的工作條件與狀態(tài)，包括溫度數(shù)據(jù)、光照輻射度數(shù)據(jù)、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等，同時接收調度中心的調度命令，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。進一步，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與決策算法采用D-S證據(jù)理論和模糊數(shù)學的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術，綜合傳感網(wǎng)絡的信號數(shù)據(jù)，然后采用定量權數(shù)歸一化算法對融合數(shù)據(jù)進行分析，并向電氣控制模塊和分布式逆變控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令。進一步，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的上位機應用軟件采用面向對象的程序開發(fā)方法開發(fā)，具有穩(wěn)定性好可擴展性強的特點，由人機界面、控制邏輯與數(shù)據(jù)庫等主要部分組成。 人機界面用于工作環(huán)境與區(qū)域內各電氣設備工作狀態(tài)的顯示與命令發(fā)送操作?？刂七壿嬘糜跀?shù)據(jù)融合與決策算法后的命令產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫用于保存工作環(huán)境參數(shù)、工作狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及各種事件的日志，具有可追溯性的特點。所述電力調度控制中心為一套遠程監(jiān)控應用軟件，采用面向對象的軟件編程技術開發(fā)，具備多組人機界面，能監(jiān)控多個區(qū)域集成系統(tǒng)的工作狀態(tài)。采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法接收區(qū)域集成控制系統(tǒng)的工作條件參數(shù)與狀態(tài)。在人機界面顯示區(qū)域集成控制系統(tǒng)的溫度、光照輻射度、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等數(shù)據(jù)。具備向區(qū)域集成控制系統(tǒng)發(fā)送電力調度命令，包括停止發(fā)電、定量發(fā)電、啟動發(fā)電、電能質量反饋等，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。本發(fā)明的技術構思為將多層分布式微網(wǎng)的控制方法、通信技術以及電力調度策略引入到太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，將一定區(qū)域范圍內的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置利用網(wǎng)絡通訊技術加以互聯(lián)并進行集中并網(wǎng)與調度控制，可與現(xiàn)有集中電力供電系統(tǒng)結合形成一個整體的高效靈活電力系統(tǒng)，提高整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電力質量。
由光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡、區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)、電力調度控制中心等主要部分組成，采用特有的控制方法，如附圖3所示，將一定區(qū)域范圍內的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置互聯(lián)集中并網(wǎng)，并可接受當?shù)仉娏Φ恼{度控制。其中光伏電池陣列為太陽能轉換電能裝置，因地制宜布置在區(qū)域內的多棟建筑物頂端，光伏電池陣列所轉化的直流電能經(jīng)匯流后分別接入各自對應的分布式逆變控制系統(tǒng)中。分布式逆變系統(tǒng)一方面將直流電能逆變?yōu)?80伏特的工頻交流電能，另一方面對光伏電池陣列的最大功率點進行跟蹤控制，實時調節(jié)光伏電池陣列的工作電壓，使其輸出功率始終最大化。分布式逆變系統(tǒng)輸出的380伏特工頻交流電能由區(qū)域集控中心系統(tǒng)并聯(lián)后集中在同一個節(jié)點并網(wǎng)。此外，區(qū)域集控中心根據(jù)區(qū)域內分布式光伏發(fā)電電源的狀態(tài)模型和傳感網(wǎng)絡的信號參數(shù)，調整并控制各個分布式光伏發(fā)電電源的工作狀態(tài)，并根據(jù)部分參數(shù)采用特有算法發(fā)出緊急控制命令。另外，區(qū)域控制中心與電力調度中心通信，上報區(qū)域內光伏發(fā)電工作狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)，同時接收電力調度中心的調度命令，執(zhí)行其停止、調整、啟動發(fā)電的操作。傳感網(wǎng)絡的各種傳感器布置與區(qū)域網(wǎng)內各個設備上，用于檢測環(huán)境參數(shù)和電氣參數(shù)，并將參數(shù)信號發(fā)送到區(qū)域集控中心系統(tǒng)，供其決策。當?shù)仉娏φ{度中心接收區(qū)域集控中心系統(tǒng)的工作環(huán)境參數(shù)和工作狀態(tài)，并根據(jù)實際市電電力消納情況對區(qū)域集成的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制與調度。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1)將一定區(qū)域范圍內的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置利用網(wǎng)絡通訊技術加以互聯(lián)并進行集中并網(wǎng)與調度控制，每個光伏發(fā)電單元具有二級控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2)光伏直流電經(jīng)過逆變后再經(jīng)過集控中心集中管理并網(wǎng)，可以方便地進行無功補償和有源濾波，提高了電能質量，減少對電網(wǎng)的諧波和無功污染。3)光伏發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，區(qū)域內多個分布式光伏發(fā)電裝置經(jīng)過集中并聯(lián)后再并網(wǎng)，只有一個并網(wǎng)點，減少了間歇性和不穩(wěn)定電力對市電網(wǎng)的沖擊。4)光伏發(fā)電具有分散、功率小、數(shù)量多的特點，該系統(tǒng)將區(qū)域內多個分布式光伏發(fā)電集中管理并網(wǎng)，實現(xiàn)了光伏發(fā)電的調度和管理，便于市電電網(wǎng)波峰波谷的調節(jié)。5)由于電力調度中心實時監(jiān)測分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，而且能夠對其進行狀態(tài)控制和電力調度，避免了光伏發(fā)電電源的孤島運行狀態(tài)，提高了電網(wǎng)的安全性。6)分布式光伏發(fā)電地與負載在同一區(qū)域，經(jīng)過電力調度中心的調度，光伏電能能夠就地消納，減小了市電電網(wǎng)擴容的投入和電能傳輸?shù)膿p耗，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。7)分布式發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)采用標準化內源模型和通信控制協(xié)議，使電力調度中心可同時管理多個區(qū)域集成光伏發(fā)電系統(tǒng)，具備良好的可推廣性，便于光伏電能大規(guī)模并網(wǎng)應用。8)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電峰值與與負載用電高峰重合，對市電電網(wǎng)有削峰的調節(jié)作用。9)實現(xiàn)了整個系統(tǒng)集中實施與集中管理，采用了可視化的管理中心，增強了系統(tǒng)功能，方便系統(tǒng)維護，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并降低了維護成本


圖1是本發(fā)明分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成系統(tǒng)結構7
圖2是本發(fā)明集控中心控制系統(tǒng)結構框架的示意圖；圖3是本發(fā)明分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成的控制方法與調度策略的示意圖。
具體實施例方式結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。參照圖1 圖3，一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，由光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡、區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調度控制中心等主要部分組成，所述光伏電池陣列與所述分布式逆變控制系統(tǒng)連接，所述分布式逆變控制系統(tǒng)與所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)和區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、 區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調度控制中心連接。本發(fā)明采用控制方法將一定區(qū)域范圍內的小功率、分布式光伏發(fā)電裝置互聯(lián)集中并網(wǎng)，并可接受當?shù)仉娏Φ恼{度控制。其中光伏電池陣列為太陽能轉換電能裝置，因地制宜布置在區(qū)域內的多棟建筑物頂端，光伏電池陣列所轉化的直流電能經(jīng)匯流后分別接入各自對應的分布式逆變控制系統(tǒng)中。分布式逆變系統(tǒng)一方面將直流電能逆變?yōu)?80伏特的工頻交流電能，另一方面對光伏電池陣列的最大功率點進行跟蹤控制，實時調節(jié)光伏電池陣列的工作電壓，使其輸出功率始終最大化。分布式逆變系統(tǒng)輸出的380伏特工頻交流電能由區(qū)域集控中心系統(tǒng)并聯(lián)后集中在同一個節(jié)點并網(wǎng)。此外，區(qū)域集控中心根據(jù)區(qū)域內分布式光伏發(fā)電電源的狀態(tài)模型和傳感網(wǎng)絡的信號參數(shù)，調整并控制各個分布式光伏發(fā)電電源的工作狀態(tài)，并根據(jù)部分參數(shù)采用特有算法發(fā)出緊急控制命令。另外，區(qū)域控制中心與電力調度中心通信，上報區(qū)域內光伏發(fā)電工作狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)，同時接收電力調度中心的調度命令，執(zhí)行其停止、調整、啟動發(fā)電的操作。傳感網(wǎng)絡的各種傳感器布置與區(qū)域網(wǎng)內各個設備上，用于檢測環(huán)境參數(shù)和電氣參數(shù)，并將參數(shù)信號發(fā)送到區(qū)域集控中心系統(tǒng)，供其決策。當?shù)仉娏φ{度中心接收區(qū)域集控中心系統(tǒng)的工作環(huán)境參數(shù)和工作狀態(tài)，并根據(jù)實際電力消納情況對區(qū)域集成的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制與調度。所述光伏電池陣列分別安裝在區(qū)域內多棟主要建筑物頂端組成多單元分布式光伏電池陣列，其功率可根據(jù)建筑物屋頂面積與太陽輻射度情況分別獨立確定。各個光伏電池功能陣列輸出直流電流經(jīng)匯流箱導入多個分布式逆變控制系統(tǒng)。分布式逆變控制系統(tǒng)分別實時控制其對應的光伏電池陣列的工作電壓與功率輸出。所述分布式逆變控制系統(tǒng)由多組逆變控制系統(tǒng)組成。每個逆變控制系統(tǒng)單元由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊組成。所述逆變控制系統(tǒng)的直流電力逆變模塊采用三相無變壓器型(Transformerless)混合型H橋(M0SFET+IGBT)拓撲結構。 將光伏電池陣列所輸出直流電力逆變?yōu)槿?80伏特的工頻交流電。所述逆變控制系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制模塊采用自適應模糊神經(jīng)推理算法根據(jù)光伏電池的功率電壓特性曲線和工作環(huán)境參數(shù)最大功率點算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙BOOST-BUCK 控制電路實時調整光伏電池的工作電壓，使之輸出功率最大。所述逆變控制系統(tǒng)的通信模塊采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線工業(yè)通信協(xié)議與所述區(qū)域集控中心進行數(shù)據(jù)交換，將工作狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、有功功率等參數(shù)上傳至所述區(qū)域集控中心，并接受所述區(qū)域集控中心的命令。所述傳感網(wǎng)絡由傳感器網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)融合模塊組成。所述傳感器網(wǎng)絡包括溫度傳感器組、太陽輻射度傳感器組，分別布置于光伏電池陣列現(xiàn)場；還包括霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組，以及熱像漏電流傳感器組、頻率傳感器組等。傳感網(wǎng)絡個傳感器分別用于檢測光伏電池陣列工作環(huán)境、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。所述數(shù)據(jù)融合模塊采集每個傳感器模塊并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律等計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度等，并采用定量權數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理，若區(qū)域系統(tǒng)內發(fā)生短路、失相、嚴重欠頻等電氣事故集控中心將發(fā)出緊急針對現(xiàn)場控制命令。所述區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)接受分布式逆變控制系統(tǒng)緊急命令與區(qū)域集控中心命令，用于改變區(qū)域內所述光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制發(fā)電功率、 保障區(qū)域內電氣設施安全。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)由電力匯集電氣模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)融合與決策算法、上位機應用軟件等組成。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的電力匯集電氣模塊由變壓器、空氣開關、繼電器、邏輯可編程控制器等主要部分組成，將6組分布式逆變控制系統(tǒng)所逆變的三相380伏特工頻交流電并聯(lián)匯集接入市電電網(wǎng)。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的通信模塊具有區(qū)域內通信與區(qū)域外遠程通信兩個通道。區(qū)域內通信通道用于與區(qū)域內分布式逆變控制系統(tǒng)和傳感網(wǎng)絡通信，采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線協(xié)議采集區(qū)域內信號數(shù)據(jù)，并向分布式逆變系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)相關節(jié)點發(fā)送控制命令。區(qū)域外遠程通信通道用于與所述電力調度中心通信， 采用通用UDP網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法向調度中心傳送系統(tǒng)內各個主要部件的工作條件與狀態(tài)，包括溫度數(shù)據(jù)、太陽輻射度數(shù)據(jù)、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等，同時接收調度中心的調度命令，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與決策算法采用D-S證據(jù)理論和模糊數(shù)學的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術，綜合傳感網(wǎng)絡的信號數(shù)據(jù)，然后采用定量權數(shù)歸一化算法對融合數(shù)據(jù)進行分析，并向電氣控制模塊和分布式逆變控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的上位機應用軟件采用面向對象的程序開發(fā)方法開發(fā)，具有穩(wěn)定性好可擴展性強的特點，由人機界面、控制邏輯與數(shù)據(jù)庫等主要部分組成。人機界面用于工作環(huán)境與區(qū)域內各電氣設備工作狀態(tài)的顯示與命令發(fā)送操作?？刂七壿嬘糜跀?shù)據(jù)融合與決策算法后的命令產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫用于保存工作環(huán)境參數(shù)、工作狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及各種事件的日志，具有可追溯性的特點。所述電力調度控制中心為一套遠程監(jiān)控應用軟件，采用面向對象的軟件編程技術開發(fā)，具備多組人機界面，能監(jiān)控多個區(qū)域集成系統(tǒng)的工作狀態(tài)。采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法接收區(qū)域集成控制系統(tǒng)的工作條件參數(shù)與狀態(tài)。在人機界面顯示區(qū)域集成控制系統(tǒng)的溫度、太陽輻射度、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等數(shù)據(jù)。具備向區(qū)域集成控制系統(tǒng)發(fā)送電力調度命令，包括停止發(fā)電、定量發(fā)電、啟動發(fā)電、電能質量反饋等，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。本實施例為杭州市某高校內分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成系統(tǒng)示范工程規(guī)劃。該分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)由6組光伏電池陣列單元、6組分布式逆變控制系統(tǒng)、1個傳感網(wǎng)絡、1組區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)、1個區(qū)域集控中心系統(tǒng)以及遠程電力調度控制中心等主要部分組成，如圖1所示。6個光伏電池功能陣列分別安裝在校內6棟主要建筑物頂端組成分布式光伏電池陣列，其功率有15KVA與20KVA兩種。各個光伏電池功能陣列輸出直流電流經(jīng)匯流箱導入 6個分布式逆變控制系統(tǒng)。6個分布式逆變控制系統(tǒng)分別實時控制其對應的光伏電池陣列的工作電壓與功率輸出。6個逆變控制系統(tǒng)的每個逆變控制系統(tǒng)單體由直流電力逆變模塊、 最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊模塊組成。其直流電力逆變模塊采用三相無變壓器型 (Transformerless)混合型H橋(M0SFET+IGBT)拓撲結構。將光伏電池陣列所輸出直流電力逆變?yōu)槿?80伏特的工頻交流電。其最大功率點追蹤控制模塊采用自適應模糊神經(jīng)推理算法根據(jù)光伏電池的功率電壓特性曲線和工作環(huán)境參數(shù)最大功率點算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙BOOST-BUCK控制電路實時調整光伏電池的工作電壓，使之輸出功率最大其通信模塊采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線工業(yè)通信協(xié)議與所述區(qū)域集控中心進行數(shù)據(jù)交換，將工作狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、有功功率等參數(shù)上傳至所述區(qū)域集控中心， 并接受所述區(qū)域集控中心的命令。傳感器網(wǎng)絡包括6組溫度傳感器組、太陽輻射度傳感器組，分別布置于光伏電池陣列現(xiàn)場；還包括12組霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組，以及6組熱像漏電流傳感器組、6組頻率傳感器組等。傳感網(wǎng)絡個傳感器分別用于檢測光伏電池陣列工作環(huán)境、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)融合模塊采集每個傳感器模塊并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律等計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度等，并采用定量權數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理，若區(qū)域系統(tǒng)內發(fā)生短路、失相、嚴重欠頻等電氣事故集控中心將發(fā)出緊急針對現(xiàn)場控制命令。區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)接受分布式逆變控制系統(tǒng)緊急命令與區(qū)域集控中心命令，用于改變區(qū)域內所述光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制發(fā)電功率、保障區(qū)域內電氣設施安全。區(qū)域集控中心系統(tǒng)由電力匯集電氣模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)融合與決策算法、上位機應用軟件、人機界面等組成。區(qū)域集控中心系統(tǒng)的電力匯集電氣模塊由變壓器、空氣開關、 繼電器、邏輯可編程控制器等主要部分組成，將6組分布式逆變控制系統(tǒng)所逆變的三相380 伏特工頻交流電并聯(lián)匯集接入市電電網(wǎng)。區(qū)域集控中心系統(tǒng)的通信模塊具有區(qū)域內通信與區(qū)域外遠程通信兩個通道。區(qū)域內通信通道用于與區(qū)域內分布式逆變控制系統(tǒng)和傳感網(wǎng)絡通信，采用MODBUS TCP/IP現(xiàn)場總線協(xié)議采集區(qū)域內信號數(shù)據(jù)，并向分布式逆變系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)相關節(jié)點發(fā)送控制命令。區(qū)域外遠程通信通道用于與所述電力調度中心通信，采用通用UDP網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法向調度中心傳送系統(tǒng)內各個主要部件的工作條件與狀態(tài)，包括溫度數(shù)據(jù)、太陽輻射度數(shù)據(jù)、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等，同時接收調度中心的調度命令，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與決策算法采用D-S證據(jù)理論和模糊數(shù)學的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術，綜合傳感網(wǎng)絡的信號數(shù)據(jù)，然后采用定量權數(shù)歸一化算法對融合數(shù)據(jù)進行分析，并向電氣控制模塊和分布式逆變控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令。所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)的上位機應用軟件采用面向對象的程序開發(fā)方法開發(fā)，由人機界面、控制邏輯與數(shù)據(jù)庫等主要部分組成。人機界面用于工作環(huán)境與區(qū)域內各電氣設備工作狀態(tài)的顯示與命令發(fā)送操作?？刂七壿嬘糜跀?shù)據(jù)融合與決策算法后的命令產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫用于保存工作環(huán)境參數(shù)、工作狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及各種事件的日志，具有可追溯性的特點。電力調度控制中心為一套遠程監(jiān)控應用軟件，采用面向對象的軟件編程技術開發(fā)，具備多組人機界面，能監(jiān)控多個區(qū)域集成系統(tǒng)的工作狀態(tài)。采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法接收區(qū)域集成控制系統(tǒng)的工作條件參數(shù)與狀態(tài)。在人機界面顯示區(qū)域集成控制系統(tǒng)的溫度、太陽輻射度、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等數(shù)據(jù)。具備向區(qū)域集成控制系統(tǒng)發(fā)送電力調度命令，包括停止發(fā)電、定量發(fā)電、啟動發(fā)電、電能質量反饋等，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于包括光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡、區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調度控制中心， 所述光伏電池陣列與分布式逆變控制系統(tǒng)連接，分布式逆變控制系統(tǒng)與區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述傳感網(wǎng)絡分別與光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接， 所述區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)分別與分布式逆變控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)連接，所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)與市電網(wǎng)連接，區(qū)域集控中心系統(tǒng)與電力調度控制中心連接。
2.如權利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于安裝于區(qū)域內各個建筑物頂組成多單元分布式光伏電池陣列，各個光伏電池陣列輸出直流電流經(jīng)匯流箱導入分布式逆變控制系統(tǒng)，分布式光伏電池陣列的工作電壓與功率輸出由分布式逆變控制系統(tǒng)實時控制。
3.如權利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述分布式逆變控制系統(tǒng)由光伏電池陣列單元對應的多個逆變控制系統(tǒng)單體組成，所述逆變控制系統(tǒng)單體由直流電力逆變模塊、最大功率點追蹤控制模塊、通信模塊模塊組成。
4.如權利要求3所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述逆變控制系統(tǒng)的直流電力逆變模塊采用三相無變壓器型混合型H橋拓撲結構。
5.如權利要求3所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述逆變控制系統(tǒng)的最大功率點追蹤控制模塊由雙BOOST-BUCK控制電路與自適應模糊神經(jīng)推理算法組成，根據(jù)光伏電池的i-v、P-V特性曲線與溫度、太陽輻射度等工作環(huán)境參數(shù)的關系特性采用ANFI算法得出光伏電池的最佳工作電壓，然后由雙BOOST-BUCK控制電路實時調制光伏電池的工作電壓。
6.如權利要求5所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述自適應模糊神經(jīng)推理算法基于自適應神經(jīng)網(wǎng)絡的模糊推理系統(tǒng)，采用Sugeno模糊模型的五層ANFI 神經(jīng)網(wǎng)絡結構，由當前電壓、電流、功率、溫度、太陽輻射度參數(shù)組成輸入向量u(V，I，P，Τ, R)，輸出f(u)為最大功率點的最佳工作電壓。
7.如權利要求3所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述逆變控制系統(tǒng)的通信模塊采用現(xiàn)場總線工業(yè)通信協(xié)議與所述區(qū)域集控中心進行數(shù)據(jù)交換，將工作狀態(tài)、電壓、電流、功率因素和有功功率參數(shù)上傳至所述區(qū)域集控中心，并接受集控中心的命令。
8.如權利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述傳感網(wǎng)絡由傳感器網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)融合模塊組成，包括溫度傳感器組、太陽輻射度傳感器組、霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組、頻率傳感器組和熱像漏電流傳感器組，所述溫度傳感器組、日照度傳感器組布置與所述光伏電池陣列現(xiàn)場，所述霍爾電流傳感器組、霍爾電壓傳感器組、 頻率傳感器組和熱像漏電流傳感器組布置于所述分布式逆變控制中；所述數(shù)據(jù)融合模塊采集每個傳感器模塊數(shù)據(jù)并通過安培定律、維恩位移黑體輻射定律計算出功率、功率因素、有功與無功功率、溫度，并采用定量權數(shù)歸一化算法對數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)出緊急針對現(xiàn)場命令。
9.如權利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)接受分布式逆變控制系統(tǒng)緊急命令與區(qū)域集控中心命令，用于改變區(qū)域內所述光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制發(fā)電功率、保障區(qū)域內電氣設施安全。
10.如權利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述區(qū)域集控中心系統(tǒng)由電力匯集電氣模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)融合與決策算法模塊和上位機應用軟件組成。
11.如權利要求10所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述電力匯集電氣模塊由變壓器、空氣開關、繼電器和邏輯可編程控制器組成，將分布式逆變控制系統(tǒng)所逆變的380伏特工頻交流電并聯(lián)匯集接入市電電網(wǎng)，所述通信模塊具有區(qū)域內通信與區(qū)域外遠程通信兩個通道，區(qū)域內通信通道用于與區(qū)域內分布式逆變控制系統(tǒng)和傳感網(wǎng)絡通信，采用現(xiàn)場總線協(xié)議采集區(qū)域內信號數(shù)據(jù)，并向分布式逆變系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)相關節(jié)點發(fā)送控制命令。區(qū)域外遠程通信通道用于與所述電力調度中心通信，采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法向調度中心傳送系統(tǒng)內各個主要部件的工作條件與狀態(tài)，包括溫度數(shù)據(jù)、日照度數(shù)據(jù)、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)、諧波分量等，同時接收調度中心的調度命令，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)；所述數(shù)據(jù)融合與決策算法模塊采用D-S證據(jù)理論和模糊數(shù)學的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術，綜合傳感網(wǎng)絡的信號數(shù)據(jù)，然后采用定量權數(shù)歸一化算法對融合數(shù)據(jù)進行分析，并向電氣控制模塊和分布式逆變控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令。所述上位機應用軟件采用面向對象的程序開發(fā)方法開發(fā)， 具有穩(wěn)定性好可擴展性強的特點，由人機界面、控制邏輯與數(shù)據(jù)庫等主要部分組成。人機界面用于工作環(huán)境與區(qū)域內各電氣設備工作狀態(tài)的顯示與命令發(fā)送操作?？刂七壿嬘糜跀?shù)據(jù)融合與決策算法后的命令產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫用于保存工作環(huán)境參數(shù)、工作狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)以及各種事件的日志，具有可追溯性的特點。
12.如權利要求1所述分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，其特征在于所述電力調度控制中心，采用通用網(wǎng)際用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議和專用智能電網(wǎng)編碼與加密算法接收區(qū)域集成控制系統(tǒng)的工作條件參數(shù)與狀態(tài)，在人機界面顯示區(qū)域集成控制系統(tǒng)的溫度、日照度、有功功率、并網(wǎng)節(jié)點電壓、功率因數(shù)和諧波分量數(shù)據(jù)，具備向區(qū)域集成控制系統(tǒng)發(fā)送電力調度命令，包括停止發(fā)電、定量發(fā)電、啟動發(fā)電和電能質量反饋，用于調整區(qū)域內光伏發(fā)電的電力或工作狀態(tài)。
全文摘要
一種分布式光伏發(fā)電區(qū)域集成控制系統(tǒng)，包括光伏電池陣列、分布式逆變控制系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡、區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)、區(qū)域集控中心系統(tǒng)和電力調度控制中心，光伏電池陣列將光伏能轉換為直流電能；分布式逆變控制系統(tǒng)用于光伏電池陣列控制與直流逆變；傳感網(wǎng)絡和區(qū)域內電氣控制系統(tǒng)用于區(qū)域內各電氣設備監(jiān)測與控制、保障電氣設施安全；區(qū)域集控中心系統(tǒng)管理區(qū)域內發(fā)電運行與集中并網(wǎng)；電力調度控制中心用于區(qū)域狀態(tài)的監(jiān)控與電力調度。本發(fā)明能將一定區(qū)域內小功率、分布式光伏發(fā)電裝置互聯(lián)集中管理并網(wǎng)，并能接受電力調度中心的調度，實現(xiàn)了光伏電力的靈活高效可靠的利用形式、光伏發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)遠程測控以及電力調度。
文檔編號H02J3/38GK102355004SQ20111027975
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權日2011年9月20日
發(fā)明者吳樂彬, 張洪濤, 張立彬, 潘國兵, 胥芳, 蔣建東, 譚大鵬, 鮑官軍 申請人:浙江工業(yè)大學