一种分布式光伏发电并网测控装置的制作方法

本发明涉及一种分布式光伏发电并网测控装置。

背景技术：

分布式光伏发电系统与集中式光伏发电系统相比，前者一般单体规模小(从几百千瓦到几兆瓦)、发电装置位置分散。大量分布式光伏电站接入电网，可以引起电网功率波动，影响电网的稳定运行，因此需要安装测控装置对其进行实时监控，并接受电网调度。

已示范应用的分布式光伏并网测控装置包括CPU模块、数据采集模块、通信模块、显示界面，但是不具有并网点电压控制功能。

虽然一些光伏并网逆变器产品具备有功功率和无功功率的可调度功能，可支撑电网电压，但是一般需要电网调度机构下达指令，延时过长，在弱电网中不具有可操作性。目前测控装置还不具有本地电压控制功能，集中监控系统不能实现快速的实时控制，所以本课题研制了一体化分布式并网测控装置。在并网点本地进行用于稳定电压的无功出力计算，减轻上级计算压力，使整个系统更加智能化。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有测控装置不具有本地电压控制功能，无法解决分布式电源并网引起的电压升高问题的缺点，提出一种分布式光伏发电并网测控装置。

本发明包含PLC模块、通讯管理模块、数据采集模块、交换机、电源模块、人机交互界面以及无线通讯模块。第一数据采集模块通过RS485接口与第一通讯管理模块连接，第二数据采集模块通过RJ45接口与第二通讯管理模块连接，PLC模块经过RJ45接口连接到交换机，交换机通过RJ45接口与人机界面通讯和无线通讯模块连接，电源模块与PLC模块、交换机、人机界面连接，为PLC模块、交换机、人机界面提供24V直流电源。

所述的PLC模块是一体化分布式光伏发电并网测控装置的运算和控制核心，根据数据采集模块上传的并网点和负荷侧电力参数、逆变器信息进行发电测控、负荷测控、逆变器启停控制、并网电压控制，以及远程通讯。

数据采集模块实现参数采集，第一数据采集模块采集并网点电力参数，第二数据采集模块采集负荷侧电力参数。数据采集模块具有电力参数监测、电能质量监测、能量双向计量，以及故障录波等功能，并将采集的信息通过通讯管理模块传送到PLC模块。

人机交互模块实现数据的显示、存储及本地控制功能，既可以直观的查看电网和逆变器数据及曲线信息等，也可以下达逆变器启停控制和并网电压上限指令到PLC模块，PLC模块通过第二通讯管理模块向逆变器下达启停控制指令或逆变器输出功率指令。并网点电压上限值的设定要满足我国国标GB/T.19964和国标GB/T.12325中规定的光伏并网点电压不得超过额定电压7％的要求。

通讯管理模块，第一数据采集模块和第二数据采集模块通过RS485通讯方式与第一通讯管理模块通讯；逆变器通过RS485通讯方式与第二通讯管理模块连接，两个通讯模块之间同步并行工作，实现监测数据统一采集，在不进行二次开发的情况下即能完成不同厂商不同种类不同型号设备的接入。

交换机将PLC模块中的信息一路传送到远程数据中心，另一路传递到人机交互界面。

电源模块为PLC模块和人机交互界面提供24V直流电源。

第一数据采集模块通过电压、电流传感器采集并网点和负荷侧数据信息，实现能量双向计量、电能质量监测，以及故障录波，并将并网点和负荷侧数据信息经过第一通讯管理模块传递到PLC模块；逆变器将逆变器组信息，如逆变房内逆变器、汇流箱、逆变房外气象站测得环境信息等，经过第二通讯管理模块传递到PLC模块。PLC模块作为一体化分布式光伏发电并网测控装置的核心，将采集到的信息进行分析和处理，一路经通过以太网通信方式传递给人机交互界面，实现与人机界面的双向通信，另一路经过交换机通过VPN协议网络将采集数据传给远程终端，实现与上级数据中心双向通信。人机界面和远程数据中心依据从PLC模块上传的数据信息实时查看并网点状态，如电压电流、功率信息、电能质量信息、光伏发电量等，负荷侧状态：如电压电流、功率信息、负荷耗电量等，逆变器状态：发电量、运行模式、故障类型、电能质量信息等，以及操作日志等。此外PLC模块接收人机交互界面或者远程数据中心下发的控制指令，如并网点电压上限、有功无功功率调度值，进行运算和处理以实现逆变器启停和并网点电压控制。

其中；

数据采集模块实现并网点和负荷侧参数采集、能量双向计量、电能质量监测、故障录波，并将采集的信息传递到PLC模块；

第一数据采集模块记录并网点的光伏发电量、余量上网量，第二数据采集模块记录电网供电量及负荷耗电量，实现能量的双向计量；

第一数据采集模块采集记录并网点能质量信息，第二数据采集模块采集记录负荷侧电能质量信息；如电压、电流不平衡度，电压、电流总谐波畸变率及电压、电流谐波信息等电能质量信息，实现电能质量监测；

在并网点出现电压跌落、电压突升等电能质量事件时，第一数据采集模块记录事件发生的时间和产生事件的触发条件，方便确定电网故障类型，进行故障录波。

PLC模块通过网络实现与远程数据中心的双向通讯。一方面将现场数据传送到远程数据中心，进行数据分析及处理；另一方面接收远程数据中心下发的电压控制命令，控制逆变器无功功率输出。

分布式光伏发电具有随机性、波动性，发电功率的变化直接导致了接入点电网电压的波动，大规模分布式电源接入到配电网，有时会出现电压越限，导致线路后端电压高于线路前端电压。当线路上光伏发电功率高于负荷所需时，并网点电压可能越上限。为避免并网点电压越限，所述的PLC模块可以自主对并网点电压进行管理，又可以接受上级功率调度指令，避免并网点电压越限：

第一数据采集模块实时采集并网点电压值，通过第一通讯管理模块将并网点电压值传递到PLC模块，PLC模块通过反馈机制和PI控制，确定逆变器的无功功率输出，逆变器无功功率输出表达式为：

其中，Q_n为逆变器的输出功率，Q_n+1为逆变器下一刻的输出功率，V_meas为电网实时电压，V_set为电网电压上限设定值，k为比例积分算子，在实际应用中根据系统的功率等级和控制效果适当选择k的值。

具体算法实现过程如下：

第一数据采集模块实时采集并网点电压V_meas，并将并网点电压V_meas向上传递到PLC模块；人机交互界面、远程数据中心根据现场情况或者调度指令设定并网电压上限V_set，将并网电压上限V_set向下传递到PLC模块，PLC模块将并网点电压V_meas与并网点电压上限值V_set比较，当V_meas＞V_set时，并网点电压没有越上限，逆变器输出无功功率Q_n；当V_meas＜V_set时，并网点电压越上限，逆变器输出无功功率为Q_n-k(V_meas-V_set)。

本发明分布式光伏发电并网测控装置实现了对并网系统的数据监测、数据处理和远程通信，又实现对负荷侧用电量的数据统计，满足未来智能电网电能双向计费和功率分析的需求，同时具有并网点电压调节功能。该装置一体化分布式光伏发电并网测控装置的应用使光伏系统友好接入电网，对分布式光伏发电灵活并网提供了技术支撑和技术手段。

附图说明

图1为一体化分布式光伏发电并网测控装置安装位置图；

图2为一体化分布式光伏发电并网测控装置结构图；

图3为并网电压控制功能工作框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明分布式光伏发电并网测控装置中第一数据采集模块安装在分布式光伏电站与电网公共连接点开关处。分布式光伏发电并网电压等级分为10kV和380V两种，对于10kV并网电压等级用户，一般安装在10kV光伏并网点；对于10kV及以上电压等级用户内部通过380V并网的光伏发电系统，一般安装在用户进线侧。

如图2所示，本发明分布式光伏发电并网测控装置包括含PLC模块、通讯模块、数据采集模块、交换机、电源模块、人机交互界面，以及无线通讯模块。第一数据采集模块通过RS485接口与第一通讯管理模块连接，第二数据采集模块通过RS485接口与第二通讯管理模块连接，PLC模块通过RJ45接口与交换机连接，交换机通过RJ45接口连接到人机界面和无线通讯模块。分布式光伏发电并网测控装置实现了模块化、紧凑型设计，采用整体面板、全封闭3U机箱、强弱电隔离的设计方式。

第一数据采集模块通过电压、电流传感器采集并网点和负荷侧数据信息，再经过第一通讯管理模块3传递到PLC模块；逆变器将逆变器组信息，如逆变房内逆变器、汇流箱、逆变房外气象站测得环境信息等，通过第二通讯管理模块4传递到PLC模块。PLC模块作为一体化分布式光伏发电并网测控装置的核心，将采集到的信息进行分析和处理，然后将分析处理过的信息一路经过通过以太网通信方式传递给人机交互界面，实现与人机界面的双向通信，另一路通经过交换机通过VPN协议网络将采集数据传给远程终端，实现与上级数据中心双向通信。人机界面和远程数据中心依据从PLC模块上传的数据信息：如并网点电压电流、功率信息、电能质量信息等，实时查看并网点状态，依据负荷侧电压电流、功率信息、负荷耗电量信息等，实时监测负荷侧状态，依据发电量、运行模式、故障类型、电能质量信息等监测逆变器状态，依据故障录波信息，查看发生故障前后并网点电压变化情况等；此外PLC模块接收人机交互界面或者远程数据中心下发的控制指令，如并网点上限、有功无功功率调度值，进行运算和处理，以控制逆变器启停及逆变器输出功率，实现对并网点电压控制。

图3所示为并网控制功能工作框图。当线路上光伏发电功率高于负荷所需时，并网点电压可能越上限。为避免并网点电压越限，本发明既可以自主的对并网点电压进行管理，又可以接受上级功率调度指令，避免并网点电压越限。其实现形式如下：

第一数据采集模块实时采集并网点电压值，通过第一通讯管理模块将并网点电压值传递到PLC模块，PLC模块依据采集的并网点电压值，通过反馈机制和PI控制，确定逆变器的无功功率输出，通过第二通讯管理模块将逆变器无功功率值传到逆变器，逆变器无功功率输出表达式为：

其中，Q_n为逆变器的输出功率，Q_n+1为逆变器下一刻的输出功率，V_meas为电网实时电压，V_set为电网电压上限设定值，k为比例积分算子，在实际应用中根据系统的功率等级和控制效果适当选择k的值。具体算法实现过程如下：

第一数据采集模块实时采集并网点电压V_meas，并将并网点电压V_meas向上传递到PLC模块；人机交互界面、远程数据中心根据现场情况或者调度指令设定并网电压上限V_set，将并网电压上限V_set向下传递到PLC模块，PLC模块将并网点电压V_meas与并网点电压上限值V_set比较，当V_meas＞V_set时，并网点电压没有越上限，逆变器输出无功功率Q_n；当V_meas＜V_set时，并网点电压越上限，逆变器输出无功功率为Q_n-k(V_meas-V_set)。