一种多路高精度逆功率控制系统及逆功率保护控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种多路高精度逆功率控制系统及逆功率保护控制方法，多路高精度逆功率控制系统包括功率采集模块和逆功率控制模块，所述功率采集模块设置于本地电网和公共电网的连接点上，所述逆功率控制模块通过通信线路分别与功率采集模块和具有远程功率控制接口的若干台逆变器连接，所述逆功率控制模块包括具有人机交互功能的触摸屏，所述触摸屏上设有存储和执行功率控制策略的控制器，所述功率采集模块采集所述连接点上带有方向信息的功率数值，所述逆功率控制模块根据该功率数值向所述逆变器发送控制命令从而精确调整其输出功率。本发明提供的逆功率保护装置具有控制精度高，结构简单，性能稳定可靠，界面友好，便于操作，成本低廉，安装方便等优点。
【专利说明】一种多路高精度逆功率控制系统及逆功率保护控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏领域，具体涉及一种多路高精度逆功率控制系统及逆功率保护控 制方法。
【背景技术】
[0002] 光伏等新能源发电系统通常有大型地面电站和低压侧自发自用电站两种形式。其 中低压侧自发自用的光伏电站是目前国家政策导向的重点方向之一。由于电网设计时未考 虑这些新能源的分布式接入，很多此类自发自用电站的业主单位不能将所发电能直接送入 电网，只能供本地负载消耗。当本地负载无法完全消耗这些电能时，需有技术手段限制这类 新能源电站的功率输出，确保电网能量是从网侧向负载侧流动，不能出现功率的逆向流动。 [0003]目前已经存在一些逆功率保护系统或控制系统，这些系统都存在各种各样的问题 使得其自身的应用受到各种限制，具体存在的问题如下：
[0004] 系统结构复杂、功能单一、可靠性差。目前存在的类似系统通常为电路级的设计。 由于新能源电站的运行环境复杂多样，可能存在电压电流畸变以及浪涌、闪变等干扰因素。 该类装置在这种环境下运行的稳定性及精度很难保证。而一旦逆功率保护/控制系统本身 出现问题，将严重影响电网运行的安全。系统中可能存在PC机等设备，PC机本身由多个部 件构成，可靠性并不适合作为整个电站的关键控制部件。
[0005] 现有系统的控制方法粗放，且成本很高。现有的逆功率保护系统通常在系统出现 或即将出现逆功率时直接将逆变器等分布式电源从电网切除。随着技术进步，现有逆变器/ 分布式电源的功率越来越大，直接将其从电网切除对局部电网的功率及电压稳定性有很大 的影响，很可能造成电网的功率震荡或频率异常。而且逆变器/分布式电源运行于较大功 率时被突然切除可能会出现过电压等危险工况，这对发电设备本身的寿命也会造成不良影 响，一旦设备出现故障将明显影响整个电站的投资回报率。而且部分现有方案采用额外的 投切装置来将逆变器/分布式电源从电网切除这些装置本身成本很高，这也对电站的成本 及投资回报率造成不利影响。
[0006] 由于现有方案都是以逆变器/分布式电源的运行与否为功率控制的方法，当逆变 器/分布式电源本身的单机容量较大时，任意一台设备的投切都意味着很大功率的变化。 举例来说，假设某一时刻一个装有4台500kW逆变器的电站能够输出1800kW的功率，且4 台逆变器输出功率基本一致。当时的本地负载只有1700kW，因此系统存在逆功率现象，现有 方案将会直接切除一台逆变器，则电站的输出功率变为1800/4*3=1350kW。随后电网将向本 地负载供电1700_1350=350kW这是一个很大的功率，也意味着一笔不少的电费。因此新能 源电站并没有得到充分的利用。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是解决现有的逆功率控制系统结构复杂、功能单一、 可靠性差，且控制方法简单粗放、成本较高的问题。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种多路高精度逆功率 控制系统，包括若干个功率采集模块和逆功率控制模块，所述功率采集模块设置于本地电 网和公共电网的连接点上，所述逆功率控制模块通过通信线路分别与功率采集模块和具有 远程功率控制接口的若干台逆变器连接，所述逆功率控制模块包括具有人机交互功能的触 摸屏，所述触摸屏上设有存储和执行功率控制策略的控制器，所述功率采集模块采集所述 连接点上带有方向信息的功率数值，所述逆功率控制模块根据该功率数值向所述逆变器发 送控制命令从而精确调整其输出功率。
[0009] 在上述多路高精度逆功率控制系统中，所述逆变器和本地电网之间还设有接触 器，所述接触器通过中间继电器和所述功率采集模块连接，所述功率采集模块的开关量输 出至所述接触器实现本系统其他部件工作异常时逆变器的启停。
[0010] 本发明还提供了一种逆功率保护控制方法，采用上述多路高精度逆功率控制系 统，首先调整一台逆变器的输出功率上限值，保持其他逆变器处于最大输出功率状态，当该 逆变器的功率被限至零时将其关机，随后依次限制下一台逆变器的输出功率，功率恢复过 程与此相反。
[0011] 本发明还提供了另一种逆功率保护控制方法，采用上述多路高精度逆功率控制系 统，同时调整全部逆变器的输出功率上限值，各逆变器始终保持基本相同的功率输出。
[0012] 本发明提供的逆功率保护装置具有控制精度高，结构简单，性能稳定可靠，界面友 好，便于操作，成本低廉，安装方便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明提供用的逆功率控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明作出详细的说明。
[0015] 如图1所示，本发明提供的一种多路高精度逆功率控制系统包括若干个功率采集 模块和逆功率控制模块，功率采集模块设置于本地电网和公共电网的公共连接点上，逆功 率控制模块通过通信线路分别与功率采集模块和具有远程功率控制接口的若干台逆变器 连接，逆功率控制模块包括具有人机交互功能的触摸屏，触摸屏上设有存储和执行功率控 制策略的控制器，逆功率控制模块还包括用于供电的辅助电源和变压器。功率采集模块采 集所述连接点上带有方向信息的功率数值，逆功率控制模块根据该功率数值向逆变器发送 控制命令从而精确调整其输出功率。逆变器和本地电网之间还设有接触器，接触器通过中 间继电器和功率采集模块连接，且二者通过开关信号线进行连接，功率采集模块的开关量 输出至接触器实现本系统其他部件工作异常时逆变器的启停。
[0016] 逆变器是系统的执行元件，应用于本系统的逆变器应具有远程功率控制接口，通 过这一控制接口，逆功率控制模块可以发送命令来限制逆变器的输出功率上限，并且能够 根据需要启停逆变器。
[0017] 逆功率控制模块是本系统的核心，也是本系统的人机交互平台。逆功率控制模块 需具有足够的通讯接口用于连接功率采集模块和逆变器，且自身需具有足够容量的存储空 间以便存储功率控制策略。
[0018] 功率采集模块是本系统的反馈元件，本方案中采用标准电功率采集模块。这种采 集模块需具有通信接口，并能够输出所接入线路带有方向信息的功率数值。且该模块需具 有开关量输出功能，可经通讯接口设置开关量输出功能由功率限值触发动作。
[0019] 接触器或其他功能相似的装置(例如可电操的断路器)为可选部件。其功能为防止 逆功率控制模块或逆变器工作异常，使得系统功率不可控。或当系统被要求绝对保证不出 现逆功率时，负载出现跳闸或类似的功率剧烈变化时接触器会由功率采集模块直接控制立 即切除全部逆变器，当情况稳定后再逐步恢复各逆变器的运行。
[0020] 系统中逆变器(通常不止一台)通过接触器连接至负载所在的本地电网。如果业主 单位具有不止一路电源供电，则功率采集模块也将对应增加，确保不论哪路电源供电时新 能源电站均能正常工作。逆变器可以是光伏、风能、潮汐能等多种新能源逆变器，即本系统 可以应用于光伏、风能、潮汐能等多种新能源发电领域。
[0021] 系统工作时公共连接点处的功率数值将由功率采集模块传送至逆功率控制模块， 同时逆变器也会将自身功率情况传输至逆功率控制模块。逆功率控制模块接收到这些数据 后根据控制策略调整循环发送至逆变器的输出功率上限值。以此保证全部逆变器的输出功 率给定总和（Pout)等于当前负载功率（PL)与功率缓冲值Ρ ε之和，即系统稳态时有如下关 系。
[0022] Pout 彡 PL+P ε
[0023] 其中Ρ ε可在逆功率保护模块的界面上进行设置，通常取值为新能源电站总功率 的5%。
[0024] 逆功率保护模块的逆功率保护控制方法具有两种可选模式，分别是：
[0025] 第一种控制模式，首先调整一台逆变器的输出功率上限值，保持其他逆变器处于 最大输出功率状态，当该逆变器的功率被限至零时将其关机，随后依次限制下一台逆变器 的输出功率，功率恢复过程与此相反；
[0026] 第二种控制模式，同时调整全部逆变器的输出功率上限值，各逆变器始终保持基 本相同的功率输出。
[0027] 这两种控制策略中第一种在逆功率时可以安排各台逆变器轮流处于轻载或停机 状态，最大程度上保护了逆变器设备的寿命。第二种策略对负载功率变化的跟随速度最好， 比较适合用于负载经常出现较大波动的场合。
[0028] 本发明最大的特征是控制精度高，可以控制本装置所辖逆变器的输出功率处于不 控情况下输出功率的任意百分比处。结合功率采集模块得到的公共连接点处功率信息，本 装置可以控制发电系统和本地负载的功率精确平衡。保证不出现逆功率现象且充分利用新 能源电站的发电能力。
[0029] 下面结合具体实例详细描述本发明的实施方式：
[0030] 两台100kW逆变器通过接触器接入本地电网，逆功率控制装置中的功率采集器为 山东力创科技有限公司的EDA9033D。逆功率控制模块为北京昆仑通态自动化软件科技有限 公司的TPC7062K。由于逆变器和公共连接点距离很近，功率采集模块和逆功率控制模块安 装于同一箱体(下称逆功率控制箱）内。箱体内部还包括变压器、辅助电源等附属装置。逆 变器通过485总线连接至逆功率控制箱，经转换为232信号后送入触摸屏中，功率采集模块 通过485总线直接送入触摸屏自带的485接口。功率采集模块的开关量输出口连接至接触 器。其信号关联至功率采集模块功率保护功能上，保护限制设为ow。
[0031] 当负载功率大于200kW时，逆功率控制系统始终控制逆变器功率输出上限为 100%。
[0032] 当负载功率降至120kW时，第一、第二两种控制模式下系统的状态如下：
[0033] 模式一：逆变器甲的输出功率限制被设置为（120kW_逆变器乙当前输出功率）；
[0034] 模式二：逆变器甲和逆变器乙的输出功率均被设置为60%
[0035] 当负载功率降至90kW时，第一、第二两种控制模式下系统的状态如下：
[0036] 模式一：逆变器甲停机，逆变器乙的输出功率限制被设置为90% ;
[0037] 模式二：逆变器甲和逆变器乙的输出功率均被设置为45%。
[0038] 以上逆变器甲的选择应服从随机原则，从而可以保证统计角度来说两台逆变器的 工作寿命基本相同。
[0039] 本发明提供的逆功率保护装置具有诸多优点，具体如下：
[0040] 结构简单，装置中只有少量部件组成，这意味着系统故障点少，可靠性高；
[0041] 性能稳定可靠，由于系统和电网直接相连部分是标准电功率计量表，保证了系统 具有良好的抗干扰性能和测量精度，避免了自行设计采样电路可能存在的隐患。同时可选 的接触器可以保证即使系统出现异常也能对逆功率现象进行保护，极大提高了逆功率控制 的可控性；
[0042] 界面友好，由于系统采用标准触摸屏很容易设计出友好的界面。相比传统继电保 护装置，本设计非常便于系统运用维护人员的操作和查看；
[0043] 成本低廉，由于系统无需采用PC机或其他定制设备，只需要较低的成本即可实现 类似保护系统的功能；
[0044] 安装方便，系统中选择的设备均具有较小的体积，这非常便于设备的现场安装，并 且不会对原有系统带来过大的改动。
[0045] 本发明采用相对简单可靠的部件实现系统输出功率的控制，保证系统不会出现逆 功率状态。采用先进的控制方法及手段，实现系统功率及时平滑的控制，以便跟随新能源 (光照、风能、潮汐等）出力的变化，和本地负载功率的变化，动态保证系统功率平衡且不出 现功率逆向流动。而且设计出一套更加精确的控制算法，使得新能源电站的发电能力尽可 能得到充分利用，加快电站投资回报速度，提高收益。
[0046] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结 构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种多路高精度逆功率控制系统，其特征在于，包括若干个功率采集模块和逆功率 控制模块，所述功率采集模块设置于本地电网和公共电网的连接点上，所述逆功率控制模 块通过通信线路分别与功率采集模块和具有远程功率控制接口的若干台逆变器连接，所述 逆功率控制模块包括具有人机交互功能的触摸屏，所述触摸屏上设有存储和执行功率控制 策略的控制器，所述功率采集模块采集所述连接点上带有方向信息的功率数值，所述逆功 率控制模块根据该功率数值向所述逆变器发送控制命令从而精确调整其输出功率。
2. 如权利要求1所述的一种多路高精度逆功率控制系统，其特征在于，所述逆变器和 本地电网之间还设有接触器，所述接触器通过中间继电器和所述功率采集模块连接，所述 功率采集模块的开关量输出至所述接触器实现本系统其他部件工作异常时逆变器的启停。
3. 逆功率保护控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至2项任一项所述的多路高精 度逆功率控制系统，首先调整一台逆变器的输出功率上限值，保持其他逆变器处于最大输 出功率状态，当该逆变器的功率被限至零时将其关机，随后依次限制下一台逆变器的输出 功率，功率恢复过程与此相反。
4. 逆功率保护控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至2项任一项所述的多路高精 度逆功率控制系统，同时调整全部逆变器的输出功率上限值，各逆变器始终保持基本相同 的功率输出。
【文档编号】H02J3/46GK104104115SQ201310111554
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月1日 优先权日:2013年4月1日
【发明者】单杨, 李鸽 申请人:北京格林科电技术有限公司