一種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)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(wǎng)綜合控制裝置，包括DSP中央控制模塊、模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊、人機(jī)接口、LCD/LED顯示、電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊、電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊和抗干擾殼體。該裝置，柔性接入、柔性切除，電氣設(shè)備的動作是平滑而又穩(wěn)定的，避免由“硬性”動作帶來的火花和磨損，增加設(shè)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(shí)也可避免由于人工操作帶來的“誤動作”，可以部分或全部代替現(xiàn)有的綜合自動化控制系統(tǒng)，將成為智能電網(wǎng)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(wǎng)綜合控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于太陽能光伏發(fā)電以及智能電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及ー種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電站并網(wǎng)接入是最近幾年才興起的領(lǐng)域，由于屬于新興產(chǎn)業(yè)，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(tǒng)的自動化裝置如繼電保護(hù)裝置就可勝任，但隨著整個行業(yè)的發(fā)展，容量逐漸擴(kuò)大，太陽能電站也有向集中式發(fā)展的趨勢，現(xiàn)有的繼電保護(hù)裝置將不能完全勝任，因?yàn)槔^電保護(hù)技術(shù)是在單片機(jī)的平臺上，實(shí)現(xiàn)簡單的開關(guān)動作，該技術(shù)對于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(guān)動作無法有效地解決能量的快速轉(zhuǎn)換，也無法有效地跟蹤內(nèi)、外部變量的瞬時(shí)變化。
[0003]逆變器和開關(guān)斷路器是太陽能電站光電轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，稱為一次設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，這些電氣設(shè)備連接到電網(wǎng)還需要ー套繼電保護(hù)裝置，一方面控制設(shè)備的投入和切除，另ー方面起到保護(hù)設(shè)備的作用，稱為二次繼電保護(hù)，繼電保護(hù)加上ー些自動控制以及顯示功能，構(gòu)成ー套綜合管理系統(tǒng)，這就是常用的太陽能電站接入方式。眾所周知，繼電保護(hù)技術(shù)是基于邏輯開關(guān)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(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀，而缺點(diǎn)是靈活性差，開關(guān)頻繁動作造成設(shè)備可靠性差，太陽能電站中光伏逆變器總體效率也低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)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(wǎng)綜合控制裝置，采用柔性接入、切除，増加設(shè)備的使用壽命，并提高智能化功能，可以部分或全部代替現(xiàn)有的綜合自動化控制系統(tǒng)，將成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。
[0005]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]ー種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，包括DSP中央控制模塊、模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊、人機(jī)接ロ、LCD/LED顯示、電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊、電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊和抗干擾殼體；所述的LCD/LED顯示設(shè)在抗干擾殼體上，通過人機(jī)接ロ與DSP中央控制模塊相連；所述的模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊均與DSP中央控制模塊相連，所述的模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊與DSP中央控制模塊均設(shè)在抗干擾殼體內(nèi)；所述的電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊、電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊均與DSP中央控制模塊相連。
[0007]所述的數(shù)字量控制摸塊與光伏逆變裝置、連續(xù)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、連續(xù)型諧波抑制裝置相連。
[0008]所述的開關(guān)量輸出模塊與儲能單元、外部開關(guān)設(shè)備相連。[0009]所述的DSP中央控制模塊采用TI320系列DSP處理器。
[0010]所述的模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊采用AD676作為模擬量采集模塊。
[0011]該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置采用DSP替代繼電保護(hù)中常用的單片機(jī)，其效果完全不同，DSP具有很強(qiáng)的計(jì)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(hù)中常用的數(shù)字量，模擬量是一些連續(xù)變化的變量，各設(shè)備的運(yùn)行就基本工作在連續(xù)調(diào)節(jié)的狀態(tài)，即“柔性”工作狀態(tài)，如果需要工作在某些極端狀態(tài)，只有等連續(xù)調(diào)節(jié)的變量達(dá)到極限后，才啟動離散控制，而這時(shí)的設(shè)備已經(jīng)工作在輕載或無載狀況，其開關(guān)動作無損于設(shè)備的性能。更進(jìn)一步，基于DSP平臺開發(fā)出來的模式識別功能，將會對未來的工作狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，即智能型，這些功能都是傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)所不具備。
[0012]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，柔性接入、柔性切除，電氣設(shè)備的動作是平滑而又穩(wěn)定的，避免由“硬性”動作帶來的火花和磨損，增加設(shè)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(shí)也可避免由于人工操作帶來的“誤動作”，可以部分或全部代替現(xiàn)有的綜合自動化控制系統(tǒng)，將成為智能電網(wǎng)的重要組成部分；具有很好的實(shí)用性，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)。
【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(wǎng)綜合控制裝置的設(shè)計(jì)原理圖；
[0014]圖2是抗干擾殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)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(wǎng)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(shù)據(jù)采集摸塊(16路)、數(shù)字量輸入摸塊(16路)、數(shù)字量控制摸塊(16路)、人機(jī)接口、IXD/LED顯示和抗干擾殼體；IXD/LED顯示設(shè)在抗干擾殼體上，通過人機(jī)接口與DSP中央控制模塊相連；模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊均與DSP中央控制模塊相連，且它們都設(shè)在抗干擾殼體內(nèi)。由于該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置的完整功能需要和外部設(shè)備協(xié)調(diào)才能完成，因此，還需要的外部設(shè)備包括:電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊和電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊、光伏逆變裝置(光伏逆變器)、連續(xù)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、連續(xù)型諧波抑制裝置、儲能單元、外部開關(guān)設(shè)備；電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊、電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊均與DSP中央控制模塊相連。數(shù)字量控制摸塊與光伏逆變裝置、連續(xù)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、連續(xù)型諧波抑制裝置相連。開關(guān)量輸出模塊與儲能單元、外部開關(guān)設(shè)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(fù)載瞬時(shí)沖擊量的動態(tài)補(bǔ)償屬于快速控制量，而發(fā)電量需求、無功補(bǔ)償屬于慢速控制量，本裝置的特點(diǎn)是將根據(jù)實(shí)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(wǎng)綜合控制裝置，工作時(shí)，DSP中央控制模塊根據(jù)接收到的電網(wǎng)、光伏電站和用戶狀況模塊的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行處理；模擬量數(shù)據(jù)采集模塊(輸入)將現(xiàn)有的(包括以前的)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理用作DSP中央控制模塊的初始值和反饋量；電網(wǎng)發(fā)電要求模塊將提出發(fā)電要求，通常為有功功率，此時(shí)DSP中央控制模塊將根據(jù)太陽能電站的容量、實(shí)際能發(fā)電的功率，決定各光伏逆變器工作的功率點(diǎn)。該功率點(diǎn)可在最大功率點(diǎn)(MPPT)，也可在其它功率點(diǎn)，當(dāng)在其它功率點(diǎn)，需要調(diào)節(jié)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(fā)出的功率大于電網(wǎng)的需求，按照慣理，就需要關(guān)閉一些光伏逆變器，即逆變器的“硬性”投、切，而現(xiàn)在由于可以連續(xù)調(diào)節(jié)功率的輸出，光伏逆變器就成了靜態(tài)工作的裝置，這構(gòu)成“柔性”接入的一個重要環(huán)節(jié)。
[0018]除了對有功功率需求外，電網(wǎng)也需要補(bǔ)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(wěn)定電壓，本裝置也輸出一個連續(xù)的無功功率需求量，它要求能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率的外部設(shè)備，如連續(xù)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC，或連續(xù)型動態(tài)無功發(fā)生器SVG，提供連續(xù)的無功功率，這構(gòu)成“柔性”接入的第二個環(huán)節(jié)。
[0019]有功功率和無功功率的柔性運(yùn)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(wǎng)不允許，用戶自己的設(shè)備也容易損壞。如采用柔性方法而又需要切除電站功率輸出時(shí)，所有的設(shè)備將達(dá)到最小的極限工作狀態(tài)，此時(shí)再依靠數(shù)字量輸入模塊，提供開關(guān)量輸出模塊，進(jìn)而控制外部開關(guān)設(shè)備或儲能單元。
[0020]為了進(jìn)一步提高本裝置的實(shí)用性，該裝置也實(shí)時(shí)計(jì)算用戶、以及太陽能電站光伏逆變器本身產(chǎn)生的諧波，如果諧波超過有害的程度，將關(guān)閉一些敏感的設(shè)備，當(dāng)然也可以增加外部設(shè)備如連續(xù)型諧波抑制裝置AF抑制外來諧波，或者消除自身產(chǎn)生的諧波。這一功能對自發(fā)自用的太陽能電站尤其重要，如果諧波不能進(jìn)入系統(tǒng)，就將進(jìn)入光伏逆變器形成回路，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(bǔ)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(shù)，如有功功率、無功功率、諧波、以及太陽能電站的工作狀態(tài)，都會通過可靠的通訊工具傳輸?shù)缴弦患夒娋W(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊，供電系統(tǒng)調(diào)度以及安全生產(chǎn)之用。當(dāng)然，所有這些信息，就地也可以通過人機(jī)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(xiàn)很大的優(yōu)越性，如果外部電網(wǎng)系統(tǒng)“有意”或“無意”的斷電，這就需要太陽能電站迅速從電網(wǎng)切除，以防“孤島”發(fā)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(shí)就有危險(xiǎn)，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(fā)生，太陽能電站的光伏逆變器都是在負(fù)載情況下動作，即“硬性”切除，這對設(shè)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(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊數(shù)據(jù)信息，迅速判斷“孤島”，此時(shí)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(diǎn)運(yùn)行到最小功率點(diǎn)，此時(shí)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(shè)定值，在基本沒有電流的情況下斷開外部開關(guān)設(shè)備的開關(guān)，即“柔性”切除。當(dāng)太陽能電站配有儲能元單元，這一功能更加顯示其優(yōu)越性。
[0023]本裝置在使用時(shí)，用戶只要根據(jù)說明連接外部線路(后部)，另外將參數(shù)通過LED輸入即可，最后的裝置將可以安裝在太陽能電站現(xiàn)場。
[0024]基于模擬量控制的本裝置技術(shù)，采用最優(yōu)化的TI320系列DSP處理器作為運(yùn)算平臺，同時(shí)采用AD676作為模擬量采集模塊，這些器件都是經(jīng)過許多試驗(yàn)后才選擇的，在選擇控制模型時(shí)，人工智能化的控制模型，以及指數(shù)加權(quán)、響應(yīng)自然延時(shí)的柔性技術(shù)，也是經(jīng)過反復(fù)認(rèn)證和計(jì)算機(jī)仿真后才確定的，當(dāng)然，這些功能和模塊也可以用其它方式實(shí)現(xiàn)，如エ礦計(jì)算機(jī)代替DSP，運(yùn)算能力更強(qiáng)，但控制功能弱；再比如用傳統(tǒng)的帶前置控制的閉環(huán)控制代替非線性的柔性控制技術(shù)，但閉環(huán)控制的控制余量乍，多變量輸出時(shí)穩(wěn)定性也差，所以本產(chǎn)品技術(shù)是最優(yōu)化的技木。
[0025] 該智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，柔性接入、柔性切除，電氣設(shè)備的動作是平滑而又穩(wěn)定的，避免由“硬性”動作帶來的火花和磨損，増加設(shè)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(shí)也可避免由于人工操作帶來的“誤動作”，可以部分或全部代替現(xiàn)有的綜合自動化控制系統(tǒng)，將成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。
【權(quán)利要求】
1.一種智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，其特征在于:包括DSP中央控制模塊、模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊、人機(jī)接口、IXD/LED顯示、電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊、電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊和抗干擾殼體；所述的IXD/LED顯示設(shè)在抗干擾殼體上，通過人機(jī)接口與DSP中央控制模塊相連；所述的模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊均與DSP中央控制模塊相連，所述的模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊、數(shù)字量輸入摸塊、數(shù)字量控制摸塊、開關(guān)量輸出模塊與DSP中央控制模塊均設(shè)在抗干擾殼體內(nèi)；所述的電網(wǎng)，光伏電站和負(fù)荷狀況模塊、電網(wǎng)發(fā)電要求模塊、電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)管模塊均與DSP中央控制模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，其特征在于:所述的數(shù)字量控制摸塊與光伏逆變裝置、連續(xù)型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、連續(xù)型諧波抑制裝置相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，其特征在于:所述的開關(guān)量輸出模塊與儲能單元、外部開關(guān)設(shè)備相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，其特征在于:所述的DSP中央控制模塊采用TI320系列DSP處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型分布式太陽能電站柔性接入電網(wǎng)綜合控制裝置，其特征在于:所述的模擬量數(shù)據(jù)采集摸塊采用AD676作為模擬量采集模塊。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】尹岳洪 申請人:常州高源電力電子有限公司