专利名称：一种零逆流共网控制装置的控制单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及可再生能源发电应用技术领域，特别涉及一种与市政电网共网应用的
零逆流控制系统的控制单元。
背景技术：
当前包括太阳能发电、风力发电等可再生新能源发展十分迅速，目前的应用方式
主要由有离网型和并网型两种，其中并网型应用又分为可逆流和不可逆流两种。 可逆流并网系统所发电能直接输送给电网，进入电网统一调配。 不可逆流并网系统与电网并联，使可再生新能源系统电能与电网保持同步，实现
共同向用户负载供电。当可再生新能源系统电能不足或消失时，由市政电网向负载补充或
全部提供电能；当可再生新能源系统电能超过本区域电网负载用电需求时，通过某种手段
将可再生新能源系统剩余电能加以处理或放弃，保证剩余电能不通过配电变压器向市电网
络馈电，严格防止发生"孤岛效应"。 目前国家标准《光伏系统并网技术要求》(GB/T 19939-2005)对逆向功率保护的规 定是"系统在不可逆的并网方式下工作，当检测到供电变压器次级处的逆流为逆变器额定 输出的5%时，逆向功率保护应在0. 5s-2s内将光伏系统与电网断开。"
这是对不可逆流并网逆变器的防逆向功率要求，以保证与之并网应用的市政电 网运行安全。由此也可以看出，当并网逆变器实施逆向功率保护之时，实际上已经发生 0. 5s-2s的逆流，并不是彻底地防止逆向功率发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种零逆流共网控制装置的控制单元，是一种使太阳能光伏 发电和风力发电等可再生能源电力与市电电网共网应用的零逆流共网控制装置的控制单 元。 采用的技术方案是 —种零逆流共网控制装置的控制单元，该控制单元使用于与市政电网共网应用的 逆流控制装置中，是一种实现"零逆流"的共网应用设备，使可再生能源系统电力在与市电 共网应用中，既实现了可再生能源系统电力"即发即用"，又严格保证零逆流防止逆向功率 发生，实现设备级本质安全，主动预防"孤岛效应"，保证市电电网安全运行，这将消除可再 生能源推广应用中面临的主要技术障碍。 零逆流共网控制装置连接n路可再生能源直流电力(光电、风电等)，经并网逆变 转换成比市电电压略高，频率、相位一致的220V单相或380V三相交流电与市电共网向用户 电网供电。 零逆流共网控制装置由并网逆变器、检测单元、控制单元、执行单元组成，其结构 框图如图l所示。 可再生能源直流电力可分为n路或一路直接或经过汇流箱作为并网逆变器的输入。 经并网逆变器后，可再生能源电力转化成比市电电压略高、频率、相位一致的220V
两相或380V三相交流电，经母线和执行单元与市电共网向用户用电网供电。 装置的检测单元负责对①n路可再生能源电量；②并网逆变器输出的可再生能源
总电量；③市电供电的电量参数，包括电压、电流、频率、相位等参数；④用户用电网n回路
分用电量和总用电量等参数，包括电压、电流、频率、相位等参数；进行100次/s以上的高精
度检测。 零逆流共网控制装置，使可再生能源电力与市电电网共网应用中，具有"零逆流"控制保护功能，实现设备级本质安全防止逆向功率发生。 装置的控制单元采用预置的优化算法进行比较运算，计算出发电量与用电量差值的变化趋势(斜率)，进而得出逆向功率将发生的预测时间，并发出相应控制指令。
装置的执行单元负责按控制单元指令对下列环节实施关断和接通操作①n路可再生能源；②市电供电；③用户电网的n个回路。 本发明控制单元，核心部分是一个可满足高速运算的微控制器芯片，由它与相应外围电路及器件组成，可进行100次/s以上的高精度数据采集和运算。现以选用C8051F020芯片作为本发明控制单元核心芯片为例，电路原理图如图3所示。 本发明的零逆流共网控制装置的控制单元，是一种使太阳能光伏发电和风力发电等可再生能源电力与市政供电共网应用的零逆流控制装置的控制单元。本发明的优点是，将可再生能源电力与市电共网应用，实现市电作为备电使可再生能源电力"即发即用"，使装置具有"零逆流"控制保护功能，实现设备级本质安全防止逆向功率发生。
图1为零逆流共网控制装置的结构框 图2为本发明工作流程 图3为控制单元电路原理样图。
具体实施例方式
—种零逆流共网控制装置的控制单元，该控制单元使用于与市政电网共网应用的
零逆流控制装置中，控制单元的核心部分是一个可进行100次/s以上计算的数据采集和运
算的微控制器芯片，优选为(8051F020)可连接n路可再生能源直流电力，经并网逆变转换
成比市电电压略高、频率、相位一致的220V单相或380V三相交流电与市电共网向用户电网
供电，该控制单元采用预置的优化算法进行比较运算，计算出发电量与用电量差值的变化
趋势(斜率)，得出逆向功率将发生的预测时间，并发出相应控制指令； 所得出的预测时间，当该预测时间小于检测单元采样时间周期时，向零逆流共网
控制装置执行单元发出部分(n-l路)或全部关断可再生能源电力的控制指令。 在向执行单元发出部分(n-l路)关断可再生能源电力的控制指令后，上述所涉及
的数据采集、规整、运算、控制过程循环往复，直至关断全部可再生能源电力，确保系统零逆
流防止逆向功率发生。 本发明工作流程按以下步骤执行，如图2所示
步骤一、接收来自检测模块的各检测参数(采集速率优于100次/s)，包括①n路可再生能源电量②并网逆变器输出总电量③用户电网n回路分用电量等。进行电压、电流、频率、相位等参数的当量规整，以符合统一运算的要求； 步骤二、采用预置的优化算法进行比较运算，计算出发电量与用电量差值的变化趋势(斜率)，进而得出逆向功率发生的预测时间。 步骤三、控制单元连续、循环地进行实时参数采集、当量规整和运算，当得出的发生逆向功率预测时间大于实时运算时间间隔时，不进行步骤四，循环进行步骤一和步骤 步骤四、当控制单元得出的发生逆向功率预测时间小于实时运算时间间隔时，向执行单元发出保护动作指令，部分切断n-x(x小于n-l)路或全部切断可再生能源电力，实现对市电电网的零逆流保护。 步骤五、当部分切断或全部切断可再生能源电力后，各项参数检测、当量规整、运算继续进行。当计算的预测时间值为一定时间内(从1分钟到30分钟可设定)不会发生逆向功率时，部分取消或全部取消保护动作指令，由执行单元负责部分连接n-x (x小于n-l)路或全部连接可再生能源电力，再次恢复可再生能源电力与市政电电网共同向用户用电网络供电。 如此循环往复。
权利要求
一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于该控制单元使用于与市政电网共网应用的零逆流控制装置中，实现装置的零逆流防止逆向功率发生。
2. 根据权利要求1所述的一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于所述的控 制单元的核心芯片为C8051F020芯片。
3. 根据权利要求1所述的一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于接收零逆 流共网控制装置检测单元的可再生能源电力、市电供电、用户用电网络用电量等电量参数， 进行目的为统一定量运算的当量规整。
4. 根据权利要求3所述的一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于所述的所 完成的当量规整数据进行运算，得出可再生能源发电与用户用电量的差值变化斜率。
5. 根据权利要求4所述的一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于所述的所 得出的差值变化斜率，计算出系统将发生逆向功率的预测时间。
6. 根据权利要求5所述的一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于所得出的 预测时间小于检测单元采样时间周期时，向零逆流共网控制装置执行单元发出n-l路关断 可再生能源电力的控制指令后，上述所涉及的数据采集、规整、运算、控制过程循环往复，直 至关断全部可再生能源电力，确保系统零逆流防止逆向功率发生。
7. 根据权利要求1所述的一种零逆流共网控制装置的控制单元，其特征在于工作流程 按以下步骤进行步骤一、接收来自检测模块的各检测参数，采集速率优于100次/s，包括①n路可再 生能源电量，②并网逆变器输出总电量，③用户电网n回路分用电量；对市供电的电量参数 进行电压、电流、频率、相位等参数的当量规整，以符合统一运算的要求；步骤二、采用预置的优化算法进行比较运算，计算出发电量与用电量差值的变化趋势 即斜率，进而得出逆向功率发生的预测时间；步骤三、控制单元连续、循环地进行实时参数采集、当量规整和运算，当得出的发生逆 向功率预测时间大于实时运算时间间隔时，不进行步骤四，循环进行步骤一和步骤二 ；步骤四、当控制单元得出的发生逆向功率预测时间小于实时运算时间间隔时，向执行 单元发出保护动作指令，部分切断n-x路或全部切断可再生能源电力，实现对市电电网的 零逆流保护，其中x小于n-l ;步骤五、当部分切断或全部切断可再生能源电力后，各项参数检测、当量规整、运算继 续进行；当计算的预测时间值为一定时间内，从1分钟到30分钟可设定，不会发生逆向功率 时，部分取消或全部取消保护动作指令，由执行单元负责部分连接n-x路或全部连接可再 生能源电力，再次恢复可再生能源电力与市政电电网共同向用户用电网络供电，其中x小 于n-l ;如此循环往复。
全文摘要
一种零逆流共网控制装置的控制单元，使用于与市政电网共网应用的零逆流控制装置中，实现装置的零逆流防止逆向功率发生。该控制单元是一种使太阳能光伏发电和风力发电等可再生能源电力与市政供电共网应用的零逆流控制装置的控制单元。本发明的优点是，将可再生能源电力与市电共网应用，实现市电作为备电使可再生能源电力“即发即用”使装置具有“零逆流”控制保护功能，实现设备级本质安全防止逆向功率发生。
文档编号H02J3/38GK101719677SQ200910220630
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者刘叶冰, 王欣, 贾宁, 邢岩 申请人:西东控制集团(沈阳)有限公司