一种分布式混合新能源的发电与并网控制装置制造方法
【专利摘要】一种分布式混合新能源的发电与并网控制装置，该装置包括发电单元、发电端反馈式控制单元、逆变器、线路滤波器、断路器和并网端断路控制单元；发电单元包括风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元、燃气轮机发电单元和直流汇流单元；发电端反馈式控制单元包括传感器模块、电压互感器、电流互感器、数据采样模块、A/D转换器、RAM和微处理器；并网端断路控制单元包括信号采集模块、信号调制模块、DSP处理单元和上位机。使用本发明的装置大大地提高了分布式新能源发电与并网的可靠性，有效地减小了独立的风能发电和独立的太阳能发电的电压波动较大的不足，同时也提高了配电网的安全性。
【专利说明】—种分布式混合新能源的发电与并网控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于新能源发电与电气【技术领域】，涉及一种分布式混合新能源的发电与并网控制装置。
【背景技术】
[0002]随着中国经济和科学技术的快速发展，我国的新能源发电呈现出快速发展态势，尤其是风力和太阳能发电技术日趋受到重视。在我国的新能源并网装机总容量中，风电并网容量位居榜首。然而，单一的风能或单一的太阳能在无风和阴雨天以及恶劣的气候条件下均无法保证电能的连续供应，因而单一风能发电或单一的太阳能发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点。在电网接纳能力不能自行调理的情况下，大规模新能源发电并网会造成配电网中电能质量的下降，影响用电设备以及威胁用户的生命安全，因此为了保证配电网的稳定性，需保证新能源发电的稳定性以及接入电网的可靠性。目前研究的风光互补技术，虽然能一定程度上减少风能和太阳能发电的输出电压的波动，但需要储能蓄电池不断地充放电来维持，而蓄电池的长期不断充放电将减少蓄电池使用寿命，进而将给系统稳定性带来一定的风险。
实用新型内容
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种分布式混合新能源的发电与并网控制装置。
[0004]本实用新型的技术方案:
[0005]一种分布式混合新能源的发电与并网控制装置，包括:
[0006]发电单元、发电端反馈式控制单元、逆变器、线路滤波器、断路器和并网端断路控制单兀；
[0007]发电单元包括:风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元、燃气轮机发电单元和直流汇流单元；风能发电单元的输出端、太阳能发电单元的输出端、燃料电池发电单元的输出端和燃气轮机发电单元的输出端均连接直流汇流单元的输入端，直流汇流单元的输出端连接逆变器的输入端；
[0008]发电端反馈式控制单元包括传感器模块、电压互感器、电流互感器、数据采样模块、A/D转换器、RAM和微处理器；传感器模块的输入端分别连接风能发电单元的输出端、太阳能发电单元的输出端、燃料电池发电单元的输出端和燃气轮机发电单元的输出端；传感器模块有4组，且每组传感器模块包括温度传感器、风速传感器、气压传感器和光强传感器，各传感器模块分别与其对应的各发电单元置于同一环境，各传感器的输出端连接数据采样模块的输入端；电压互感器的输入端和电流互感器的输入端均连接直流汇流单元的输出端，电压互感器的输出端及电流互感器的输出端均连接数据采样模块的输入端；数据采样模块包括多路开关、采样保持电路和可编程增益控制放大器，多路开关的输入端作为数据米样模块的输入端分别连接各传感器的输出端、电压互感器的输出端和电流互感器的输出端，多路开关的输出端连接采样保持电路的输入端，采样保持电路的输出端连接可编程增益控制放大器的输入端，可编程增益控制放大器的输出端作为数据采样模块的输出端连接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端分别连接RAM的输入端和微处理器的输入端，微处理器的输出端分别连接多路开关的地址选择端、采样保持电路的控制端、可编程增益控制放大器的控制端、A/D转换器的控制端、RAM的控制端、燃料电池发电单元的输入端及燃气轮机发电单元的输入端；
[0009]逆变器的输出端连接线路滤波器的输入端；线路滤波器的输出端连接断路器的输入端；断路器的输出端接入电网；
[0010]并网端断路控制单元包括信号采集模块、信号调制模块、DSP处理单元和上位机；信号采集模块的输入端分别连接逆变器的输出端及电网的输入端，信号采集模块的输出端连接信号调制模块的输入端；信号调制模块的输出端连接DSP处理单元的输入端；DSP处理单元的输出端分别连接断路器的控制端、逆变器的输入端及上位机的输入端。
[0011]风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元及燃气轮机发电单元均独立发电，风能发电单元及太阳能发电单元为主发电单元，燃气轮机发电单元及燃料电池发电单元为补偿发电单元。
[0012]发电端反馈式控制单元实时检测直流汇流单元的实际输出电压、实际输出电流和实际输出功率，根据实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差，实时调整燃气轮机发电单元的气体体积流速、燃料电池发电单元的燃料电池组数和每组燃料电池数，以补偿实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差。
[0013]并网端断路控制单元实时采集逆变器与并网点间的电压信号和电流信号，根据并网条件及并网稳定性系数判断是否并网并根据判断结果控制断路器的通断。
[0014]信号采集模块包括多个交流电压互感器和多个交流电流互感器。
[0015]有益效果:本实用新型的分布式混合新能源的发电与并网控制装置与现有技术相比较有以下优势:
[0016]1、本实用新型面向新能源对象广，不局限于某一种新能源发电并网的控制；
[0017]2、本实用新型有效地减小了独立的风能发电和独立的太阳能发电的电压波动较大的不足；
[0018]3、本实用新型的安全性能高，采用发电端和并网端双重控制的策略，大大地提高了分布式新能源发电与并网的可靠性，同时也提高了配电网的安全性；
[0019]4、本实用新型采用了传感器对光强、风速、气压、温度环境参数进行采集，灵敏度好，准确度高；
[0020]5、本实用新型采用DSP数字信号处理器对数据进行处理，提高了效率和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型一种实施方式的分布式混合新能源的发电与并网控制装置的结构示意图；
[0022]图2为本实用新型一种实施方式的发电端反馈式控制单元的结构示意图；
[0023]图3为本实用新型一种实施方式的DSP外部扩展电路与DSP处理单元连接关系示意图；
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的一种实施方式作详细说明。
[0025]本实施方式的分布式新能源混合发电与并网的控制装置，如图1所示，包括:发电单元、发电端反馈式控制单元、逆变器、线路滤波器、断路器和并网端断路控制单元；发电单元的输出端连接发电端反馈式控制单元的输入端，同时发电单元的输出端还连接逆变器的输入端，发电端反馈式控制单元的输出端连接发电单元的燃料电池发电单元及燃气轮机发电单元的输入端；逆变器的输出端连接线路滤波器的输入端；线路滤波器的输出端连接断路器的输入端；断路器的输出端接入电网。
[0026]发电单元包括:风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元、燃气轮机发电单元和直流汇流单元，如图1所示；风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元及燃气轮机发电单元彼此独立发电，风能发电单元的输出端、太阳能发电单元的输出端、燃料电池发电单元的输出端和燃气轮机发电单元的输出端均连接直流汇流单元的输入端，直流汇流单元的输出端连接逆变器的输入端；直流汇流单元采用型号为NYT-PV-D的直流配电柜，逆变器采用型号为YXSG-15KTL的三相隔离式并网逆变器，线路滤波器采用型号为SPA4-30A/0.4的有源电力滤波器，断路器采用型号为ZW32-12系列的户外交流高压真空断路器。
[0027]发电端反馈式控制单元包括传感器模块、电压互感器、电流互感器、数据采样模块、A/D转换器、RAM和微处理器，如图2所示；传感器模块包括:用于采集发电单元所处环境的光强I的光强传感器、用于采集发电单元所处环境的风速V的风速传感器、用于采集发电单元所处环境的气压Q的气压传感器和用于采集发电单元所处环境的温度T的温度传感器；光强传感器的型号为TSL2561,风速传感器选用型号为LE2152的金属风速传感器,气压传感器的型号为GQY-1D，温度传感器选用型号为DHTll型温湿度传感器；各传感器模块与对应的发电单兀置于同一环境，各传感器的输出端连接数据米样模块的输入端；电压互感器采用JDZ-3型号，用于采集直流汇流单元输出端的电压Utl,电压互感器的输入端连接直流会流单元的输出端；电流互感器采用LDJ2-10型号，用于采集直流汇流单元输出端的电流Itl,电流互感器的输入端连接直流汇流单元的输出端；电压互感器的输出端及电流互感器的输出端均连接数据采样模块的输入端；数据采样模块包括多路开关、采样保持电路和可编程增益控制放大器；多路开关的型号为74153，采样保持电路的型号为通用型LF398，可编程增益控制放大器的型号为LH0084 ;多路开关的输入端分别连接传感器模块的输出端、电压互感器的输出端和电流互感器的输出端，多路开关的输出端连接采样保持电路的输入端，采样保持电路的输出端连接可编程增益控制放大器的输入端，可编程增益控制放大器的输出端作为数据米样模块的输出端连接A/D转换器的输入端；A/D转换器的型号为ADC0801 ;微处理器采用型号为8087的微处理器；A/D转换器的输出端通过八位数据总线接入RAM和微处理器的输入端，微处理器的输出端通过控制总线分别连接多路开关的地址选择端、采样保持电路的控制端、可编程增益控制放大器的控制端、A/D转换器的控制端、RAM的控制端、燃料电池发电单元的输入端及燃气轮机发电单元的输入端；
[0028]并网端断路控制单元包括信号采集模块、信号调制模块、DSP处理单元和上位机，如图1所示。信号采集模块的输入端分别连接逆变器的输出端及电网的输入端，信号采集模块的输出端连接信号调制模块的输入端；信号调制模块的输出端连接DSP处理单元的输入端；DSP处理单元的输出端分别连接断路器的控制端、逆变器的输入端及上位机的输入端；DSP外部扩展电路通过外部扩展接口连接DSP处理单元；上位机输出结果。信号采集模块包括6个彼此独立工作的交流电压互感器和6个彼此独立工作的交流电流互感器；电压互感器的型号为JDZ-3，用于采集逆变器输出端三相电压信号ual、ubl, Ucl及并网点处的三相电压信号ua2、ub2, uc2 ;电流互感器的型号为LDJ2-10，用于采集逆变器输出端的三相电流信号及并网点处的三相电流信号信号调制模块包括12个带通滤波电路，用于分别对采集到的三相电压信号ual、ubl、uel、ua2、ub2、ue2，三相电流信号ial、ibl、icl、ia2>ib2>ic2进行滤波处理。滤波后的电压信号Ual、ιιΜ、ιιε1和电流信号IalUblUel分别输入到DSP处理单元的A/D接口的ADCINO?ADCIN5引脚，滤波后的电压信号ua2、ub2、ue2和电流信号ia2、ib2、ie2分别输入到DSP外部扩展存储器6264的数据输入引脚Dtl?D5。DSP处理单元采用TMS320LF2407A芯片，用于对三相电压信号ual、ubl、Ucl和三相电流信号ial、ibl、iel进行分析计算，得到电压偏差、三相不平衡度、频率偏差，并与并网规则进行比较后产生的PWM波由DSP处理单元的PWMl引脚输出到逆变器，实现对逆变器的调节与控制，同时DSP处理单元的IOPC2引脚输出控制信号控制断路器的合闸与断闸。DSP处理单元的TMS320LF2407A芯片还根据调制后的三相电压ual、ubl、ucl> ua2> ub2> uc2,三相电流ial、ibl、icl> ia2、ib2、ic2计算稳定性系数。
[0029]DSP外部扩展电路为6264型号的存储器，如图3所示。6264存储器的13位地址总线引脚Aci?A12接入DSP处理单元的13位地址总线引脚Aci?A12,6264存储器的&引
脚接入DSP处理单元的引脚，6264存储器的涵引脚接入DSP处理单元的妒/友引脚。
[0030]采用上述的分布式混合新能源的发电与并网控制装置来控制分布式混合新能源发电与并网的过程，包括如下步骤:
[0031]步骤1:发电单元开始发电，通过逆变器、线路滤波器及断路器输送到电网；
[0032]步骤2:发电端反馈式控制单元实时采集和处理发电单元的环境参数及发电单元输出的电压、输出电流和输出功率；
[0033]步骤2-1:传感器模块实时采集发电单元的环境参数，包括:光强L、风速V、气压Q和温度T，并将采集到的环境参数传送给数据采样模块；同时，电压互感器采集发电单元输出端的电压信号U0并传送给数据采样模块，电流互感器采集发电单元输出的电流信号Itl并传送给数据采样模块；
[0034]步骤2-2:数据采样模块对从传感器模块接收的环境参数数据、电压信号和电流信号进行保持和放大处理，并将处理后的数据发送给A/D转换器；
[0035]步骤2-3:A/D转换器对从数据采样模块接收的处理后的环境参数数据、电压信号和电流信号进行A/D转换，并将转换后的数字量发送给微处理器；
[0036]步骤3:微处理器计算发电单元的实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差，并根据实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差产生调整信号来调整燃气轮机发电单元的气体体积流速、燃料电池发电单元的燃料电池组数和每组燃料电池数，对实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差进行补偿；
[0037]步骤3-1:微处理器计算直流汇流单元的实际输出电压与额定输出电压的差值、实际输出电流与额定输出电流的差值、实际输出功率与额定输出功率的差值；
[0038]步骤3-2:微处理器根据实际输出电压与额定输出电压的差值、实际输出电流与额定输出电流的差值、实际输出功率与额定输出功率的差值，产生调整燃气轮机的气体体积流速Qf的调整信号、燃料电池的燃料电池组数Ns的调整信号和每组燃料电池数Nrall的调整信号，并将调整信号传送给控制总线给燃气轮机发电单元和燃料电池发电单元；
[0039]步骤3-3:燃气轮机发电单元根据控制总线发送来的调整信号调整气体体积流速Qf,同时燃料电池发电单元根据控制总线发送来的调整信号调整燃料电池组数Ns及每组燃料电池数Ncell ；
[0040]由于风能、太阳能受天气影响较大，不易人为控制，故通过调整燃气轮机的气体体积流速Qf和燃料电池的每组燃料电池数Nm11、燃料电池组数Ns，以使低实际输出电压与额定输出电压的差值AU，实际输出电流与额定输出电流的差值△ I，实际输出功率与额定输出功率的差值ΛΡ降低到最小，进而补偿风能、太阳能发电单元受天气因素影响而波动的输出电压、输出电流、输出功率，减少传输线路的波动性。
[0041]燃气轮机的输出功率Ptjut的计算式为式(I)、输出电压Utjut的计算式为式(2)、输出电流Itjut的计算式为式(3):
[0042]
【权利要求】
1.一种分布式混合新能源的发电与并网控制装置，其特征在于:包括: 发电单元、发电端反馈式控制单元、逆变器、线路滤波器、断路器和并网端断路控制单元; 所述发电单元包括:风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元、燃气轮机发电单元和直流汇流单元；风能发电单元的输出端、太阳能发电单元的输出端、燃料电池发电单元的输出端和燃气轮机发电单元的输出端均连接直流汇流单元的输入端，直流汇流单元的输出端连接逆变器的输入端； 所述发电端反馈式控制单元包括传感器模块、电压互感器、电流互感器、数据采样模块、A/D转换器、RAM和微处理器；传感器模块的输入端分别连接风能发电单元的输出端、太阳能发电单元的输出端、燃料电池发电单元的输出端和燃气轮机发电单元的输出端；传感器模块有4组，且每组传感器模块包括温度传感器、风速传感器、气压传感器和光强传感器，各传感器模块分别与其对应的各发电单元置于同一环境，各传感器的输出端连接数据采样模块的输入端；电压互感器的输入端和电流互感器的输入端均连接直流汇流单元的输出端，电压互感器的输出端及电流互感器的输出端均连接数据采样模块的输入端；数据采样模块包括多路开关、采样保持电路和可编程增益控制放大器，多路开关的输入端作为数据米样模块的输入端分别连接各传感器的输出端、电压互感器的输出端和电流互感器的输出端，多路开关的输出端连接采样保持电路的输入端，采样保持电路的输出端连接可编程增益控制放大器的输入端，可编程增益控制放大器的输出端作为数据采样模块的输出端连接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端分别连接RAM的输入端和微处理器的输入端，微处理器的输出端分别连接多路开关的地址选择端、采样保持电路的控制端、可编程增益控制放大器的控制端、A/D转换器的控制端、RAM的控制端、燃料电池发电单元的输入端及燃气轮机发电单元的输入端； 所述逆变器的输出端连接线路滤波器的输入端；线路滤波器的输出端连接断路器的输入端；断路器的输出端接入电网； 所述并网端断路控制单元包括信号采集模块、信号调制模块、DSP处理单元和上位机；信号采集模块的输入端分别连接逆变器的输出端及电网的输入端，信号采集模块的输出端连接信号调制模块的输入端；信号调制模块的输出端连接DSP处理单元的输入端；DSP处理单元的输出端分别连接断路器的控制端、逆变器的输入端及上位机的输入端。
2.根据权利要求1所述的分布式混合新能源的发电与并网控制装置，其特征在于:所述风能发电单元、太阳能发电单元、燃料电池发电单元及燃气轮机发电单元均独立发电，风能发电单元及太阳能发电单元为主发电单元，燃气轮机发电单元及燃料电池发电单元为补偿发电单元。
3.根据权利要求1所述的分布式混合新能源发电与并网控制装置，其特征在于:所述发电端反馈式控制单元实时检测直流汇流单元的实际输出电压、实际输出电流和实际输出功率，根据实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差，实时调整燃气轮机发电单元的气体体积流速、燃料电池发电单元的燃料电池组数和每组燃料电池数，以补偿实际输出电压与额定电压之差、实际输出电流与额定电流之差和实际输出功率与额定功率之差。
4.根据权利要求1所述的分布式混合新能源的发电与并网控制装置，其特征在于:所述并网端断路控制单元实时采集逆变器与并网点间的电压信号和电流信号，根据并网条件及并网稳定性系数判断是否并网并根据判断结果控制断路器的通断。
5.根据权利要求1所述的分布式混合新能源的发电与并网控制装置，其特征在于:所述信号采集 模块包括多个交流电压互感器和多个交流电流互感器。
【文档编号】H02J3/38GK203574384SQ201320549282
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】孙秋野, 张化光, 洪欢, 郭思源, 程启富, 马大中, 黄博南, 罗艳红, 滕菲 申请人:东北大学