专利名称：住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，属于并网逆变发电技术领域。
背景技术：
目前，并网逆变设备的应用范围非常广泛，可用于光伏或风能等可再生能源并网发电系统。对于并网逆变设备，除了要具备诸如交流过流、直流过流、短路、蓄电池过充过放、散热器超温等一般的逆变电源保护功能外，还应具备防止孤岛效应的功能。孤岛效应是指，当电网发生断电、断路故障时，分散安装在各个居民住户的无人值守的光伏、风能等并网逆变设备仍然保持对已断路的局部电网线路继续供电的状态，形成孤立于电网之外的带电运行区域，这些区域会发生电压和频率不稳定的现象，有可能对外部设备造成损坏或对检修人员造成触电安全事故。在现有技术中，为了避免孤岛效应，通常是在逆变器一侧自身测试电网工作是否正常，来加以判断并网逆变设备是否应该继续供电，但是，由于各个居民住户的并网逆变设备是同时处于工作状态的，因此，当电网发生断电、断路故障时，若只要有一个并网逆变设备中的逆变器没有被关断，则将造成其它并网逆变设备的逆变器进行错误判断，认为电网处于正常状态，而使其它并网逆变设备继续不断向电网和用户提供电能，从而形成孤岛运行状态。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，当电网内发生各类故障后，该系统可使住宅小区的局部电网免于在孤岛状态下运行。为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案一种住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于它包括一个发电侧控制保护子系统和至少一个用电侧控制保护子系统，该发电侧控制保护子系统与变电站变压器连接，每个该用电侧控制保护子系统与相应住户的逆变器连接，其中该发电侧控制保护子系统包括检测单元、控制单元、电力载波信号收发单元和信号收发单元，变电站变压器的初级端、次级端分别经由一个耦合器单元与该检测单元的输入端连接，该检测单元的输出端与该控制单元上相应的IO端连接，该电力载波信号收发单元的载波信号收发端经由该变电站变压器的次级端连接的该耦合器单元而与该变电站变压器的次级端连接，该电力载波信号收发单元的载波状态输出端与该信号收发单元的状态输入端连接，该信号收发单元的信号输入输出端与该控制单元上相应的IO端连接；该用电侧控制保护子系统包括逆变器自保护单元、信号收发单元和电力载波单元，该电力载波单元的载波信号收发端与相应逆变器的电力输出端连接，该电力载波单元的载波状态输出端与该逆变器自保护单元的信号输入端连接，该逆变器自保护单元的信号输出端分别与该相应逆变器的相应IO端、该信号收发单元的信号输入端连接，该信号收发单元的信号输出端与该相应逆变器的相应IO端连接。本实用新型的优点是当变电站变压器一侧发生异常情况，如电流平衡度、各相电流、各相电压变化量、 变电站变压器的初次级端电压比变化量发生异常以及变电站变压器的初次级端电间跳闸等情况，本实用新型的检测单元可在检测出故障的同时告知控制单元，从而控制单元经由信号收发单元而向各个住户的逆变器发送停止指令，使得逆变器迅速停止向电网供电，以避免住宅小区的局部电网在孤岛状态下运行，保护了电网。通过本实用新型中的电力载波信号收发单元与各个电力载波单元之间不断进行的实时电力载波通讯，本实用新型可及时检测出变电站变压器与各个住户的逆变器之间的各相电力线发生的断路故障，一旦断路故障发生，本实用新型便向各个住户的逆变器发送停止指令，从而使得逆变器迅速停止向电网供电，以避免住宅小区的局部电网在孤岛状态下运行，保护了电网，这种实时电力载波通讯的方式解决了原来局部电网在没有影响整体住宅小区电网运行状态的情况下断路而无法被判断出发生局部电网断路的现象。本实用新型针对住户小区内分散型并网逆变发电系统设计，可有效防止各类故障发生后住宅小区的局部电网处于孤岛状态下运行，实用，运行可靠，整个检测、控制过程自动完成，无需人工值守。
图1是本实用新型的组成示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统包括一个发电侧控制保护子系统100和至少一个用电侧控制保护子系统200，该发电侧控制保护子系统100与变电站变压器101连接，每个该用电侧控制保护子系统200与相应住户的逆变器 202连接，其中该发电侧控制保护子系统100包括检测单元103、控制单元105、电力载波信号收发单元108和信号收发单元107，变电站变压器101的初级端(高压)、次级端分别经由一个耦合器单元102与该检测单元103的输入端连接，该检测单元103的输出端与该控制单元105上相应的IO端连接，该电力载波信号收发单元108的载波信号收发端经由该变电站变压器101的次级端连接的该耦合器单元102而与该变电站变压器101的次级端连接，该电力载波信号收发单元108的载波状态输出端与该信号收发单元107的状态输入端连接，该信号收发单元107的信号输入输出端与该控制单元105上相应的IO端连接；该用电侧控制保护子系统200包括逆变器自保护单元203、信号收发单元201和电力载波单元 204，该电力载波单元204的载波信号收发端与相应逆变器202的电力输出端连接，该电力输出端还与变电站变压器101的次级端以及用电设备连接，该电力载波单元204的载波状态输出端与该逆变器自保护单元203的信号输入端连接，该逆变器自保护单元203的信号输出端分别与该相应逆变器202的相应IO端、该信号收发单元201的信号输入端连接，该信号收发单元201的信号输出端与该相应逆变器202的相应IO端连接。电力载波信号收发单元108包括载波功放单元和载波主控单元，该载波功放单元的载波信号收发端连接变电站变压器101的次级端连接的耦合器单元102的信号传输端，该载波功放单元的信号传送端经由该载波主控单元而与信号收发单元107的状态输入端连接。电力载波单元204包括载波功放单元和载波主控单元，该载波功放单元的载波信号收发端连接逆变器202的电力输出端，该载波功放单元的信号传送端经由该载波主控单元而与逆变器自保护单元203的信号输入端连接。如图1，发电侧控制保护子系统100还可包括编码单元104，检测单元103的输出端经由该编码单元104与控制单元105上相应的IO端连接，该编码单元104的信号发送端与发电侧控制保护子系统100的信号收发单元107的信号输入输出端连接。发电侧控制保护子系统100还可包括运行记录单元106，该运行记录单元106的信号输入输出端与控制单元105上相应的IO端连接。在实际中，发电侧控制保护子系统100的信号收发单元107与各个用电侧控制保护子系统200的信号收发单元201之间可通过无线或有线的方式进行通讯。在实际应用中，住宅小区内的各个住户的逆变器均可连接一个用电侧控制保护子系统200。如图1，本实用新型的工作原理为检测单元103实时检测变电站变压器101的初级端和次级端的工作状态，包括电流平衡度、各相电流、各相电压变化量、变电站变压器101的初次级端电压比变化量以及变电站变压器101的初次级端电闸是否跳闸等。例如，利用磁感应方式对变电站变压器101的初、次级端的电流进行监测，观测其各相电流平衡度及电流大小变化，以判断是否有断路或短路情况；观测变电站变压器101的初、次级端的各相电压的变化，观测变电站变压器101 的初、次级端电压比的变化，以判断主电网是否已停止向该变电站区域供电。如果变电站变压器101发生上述异常，检测单元103便会监测到，判断出何种故障，并将故障信息传送给控制单元105，控制单元105经由编码单元104向信号收发单元107传送停止指令，从而信号收发单元107将停止指令通过无线或有线的通讯方式发送给住宅小区内所有的用电侧控制保护子系统200中的信号收发单元201，信号收发单元201接收到停止指令后，便使得逆变器202停止向电网供电，从而，住宅小区内的所有逆变器202均停止供电，确保了无孤岛运行现象发生。在电网供电过程中，电力载波信号收发单元108与各个电力载波单元204之间不断进行着实时电力载波通讯，以及时检测出变电站变压器101与各个住户的逆变器202之间的各相电力线上是否发生断路故障。具体地说，电力载波信号收发单元108中的载波主控单元(可采用PL31(^)不断将产生的具有预定频率的载波基频(该载波基频的预定频率要根据周围环境有无相近干扰频率来调整)加载上设定的相应数字信号后得到的载波广播信号经由载波功放单元发送到变电站变压器101次级端的各相电力线上，在各相电力线上传播。如果变电站变压器101与某个住户的逆变器202之间的各相电力线没有发生断路故障，则该住户的用电侧控制保护子系统200中的电力载波单元204就会接收到该载波广播信号，反之，就接收不到该载波广播信号。对于每个用电侧控制保护子系统200来说，无论其中的电力载波单元204在规定时间内是否收到电力载波信号收发单元108发送来的载波广播信号，其都将通过自身的信号收发单元201发送一个信号。若接收到载波广播信号，则发送载波连通信号，若未接收到载波广播信号，则发送载波故障信号，以用于变电站变压器侧来判断变电站变压器101与该逆变器202间的各相电力线连接是否正常。除此之外，若未接收到载波广播信号，则该电力载波单元204向逆变器自保护单元203发送停止信号，从而逆变器自保护单元203控制逆变器202立即停止向电网供电，并进入等待后续指令状态。在实际中，逆变器自保护单元 203还可向控制单元105发送各类报警信号，以用于对逆变器202的交流过流、直流过流、短路、蓄电池过充过放、散热器超温等情况进行报警保护。如果控制单元105经由信号收发单元107与各个信号收发单元201间的通讯而接收到一个载波故障信号，则为了避免孤岛效应，控制单元105经由信号收发单元107向各个信号收发单元201立即发送停止指令，从而各个住户的逆变器202都停止向电网供电。上述停止指令可分为不同等级，例如可分为可自动恢复指令、指令恢复指令和不可恢复指令，其中可自动恢复指令是公共指令，不经过控制单元105判断，由变电站侧直接发送，使各个住户做出最快速反应。各个信号收发单元201在接收到该指令后便立即使逆变器202 停止向电网供电，然而数秒钟后，各个住户可自动向电网申请恢复供电。指令恢复指令是公共指令，各个信号收发单元201在接收到该指令后便立即使逆变器202停止向电网供电，然后不再自动向电网申请恢复供电，而是等待指令，只有当接收到恢复指令后才可向电网申请恢复供电。指令恢复指令主要是针对变电站变压器跳闸，或者，当发出可自动恢复指令后，电网电压电流反而更严重偏离正常状态，则在数秒钟内再发出指令恢复指令，或者，电网正弦波形严重失真或电网频率偏离标准电网频率，控制单元 105判断各逆变器202输出对该区域电网起主导作用或影响电网正常工作状态，则发出指令恢复指令。不可恢复指令，即可针对某些个别逆变器202出现故障并由控制单元105判断后对该逆变器侧发出不可恢复指令。收到不可恢复指令后，该逆变器202的供电恢复必须由人工操作完成。在实际中，运行记录单元106用于记录控制单元105接收的各类指令信号以及控制单元105发出停止指令前后各规定时间(一般为5分钟)内变电站电网的运行情况，以备故障检测分析使用。在本实用新型中，检测单元103、编码单元104、控制单元105、运行记录单元106、 电力载波信号收发单元108的载波功放单元、信号收发单元107、逆变器自保护单元203、信号收发单元201、电力载波单元204的载波功放单元等均为熟知电子技术，故在这里不加以详述。本实用新型的优点是当变电站变压器一侧发生异常情况，如电流平衡度、各相电流、各相电压变化量、 变电站变压器的初次级端电压比变化量发生异常以及变电站变压器的初次级端电间跳闸等情况，本实用新型的检测单元可在检测出故障的同时告知控制单元，从而控制单元经由信号收发单元而向各个住户的逆变器发送停止指令，使得逆变器迅速停止向电网供电，以避免住宅小区的局部电网在孤岛状态下运行，保护了电网。通过本实用新型中的电力载波信号收发单元与各个电力载波单元之间不断进行的实时电力载波通讯，本实用新型可及时检测出变电站变压器与各个住户的逆变器之间的各相电力线发生的断路故障，一旦断路故障发生，本实用新型便向各个住户的逆变器发送停止指令，从而使得逆变器迅速停止向电网供电，以避免住宅小区的局部电网在孤岛状态下运行，保护了电网，这种实时电力载波通讯的方式解决了原来局部电网在没有影响整体住宅小区电网运行状态的情况下断路而无法被判断出发生局部电网断路的现象。 上述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于它包括一个发电侧控制保护子系统和至少一个用电侧控制保护子系统，该发电侧控制保护子系统与变电站变压器连接，每个该用电侧控制保护子系统与相应住户的逆变器连接，其中该发电侧控制保护子系统包括检测单元、控制单元、电力载波信号收发单元和信号收发单元，变电站变压器的初级端、次级端分别经由一个耦合器单元与该检测单元的输入端连接，该检测单元的输出端与该控制单元上相应的IO端连接，该电力载波信号收发单元的载波信号收发端经由该变电站变压器的次级端连接的该耦合器单元而与该变电站变压器的次级端连接，该电力载波信号收发单元的载波状态输出端与该信号收发单元的状态输入端连接，该信号收发单元的信号输入输出端与该控制单元上相应的IO端连接；该用电侧控制保护子系统包括逆变器自保护单元、信号收发单元和电力载波单元，该电力载波单元的载波信号收发端与相应逆变器的电力输出端连接，该电力载波单元的载波状态输出端与该逆变器自保护单元的信号输入端连接，该逆变器自保护单元的信号输出端分别与该相应逆变器的相应IO端、该信号收发单元的信号输入端连接，该信号收发单元的信号输出端与该相应逆变器的相应IO端连接。
2.如权利要求1所述的住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于所述电力载波信号收发单元包括载波功放单元和载波主控单元，该载波功放单元的载波信号收发端连接所述变电站变压器的次级端连接的所述耦合器单元的信号传输端，该载波功放单元的信号传送端经由该载波主控单元而与所述发电侧控制保护子系统的信号收发单元的状态输入端连接。
3.如权利要求1所述的住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于所述电力载波单元包括载波功放单元和载波主控单元，该载波功放单元的载波信号收发端连接所述逆变器的电力输出端，该载波功放单元的信号传送端经由该载波主控单元而与所述逆变器自保护单元的信号输入端连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于住宅小区内的各个住户的逆变器均连接一个所述用电侧控制保护子系统。
5.如权利要求1至3中任一项所述的住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于所述发电侧控制保护子系统包括编码单元，所述检测单元的输出端经由该编码单元与所述控制单元上相应的IO端连接，该编码单元的信号发送端与所述发电侧控制保护子系统的信号收发单元的信号输入输出端连接。
6.如权利要求1至3中任一项所述的住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于所述发电侧控制保护子系统包括运行记录单元，该运行记录单元的信号输入输出端与所述控制单元上相应的IO端连接。
7.如权利要求1至3中任一项所述的住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，其特征在于所述发电侧控制保护子系统的信号收发单元与所述用电侧控制保护子系统的信号收发单元之间通过无线或有线方式进行通讯。
专利摘要本实用新型公开了一种住宅小区分散型并网逆变发电控制保护系统，包括一个发电侧控制保护子系统和至少一个用电侧控制保护子系统。在发电侧控制保护子系统中，变电站变压器初次级端与检测单元连接，检测单元与控制单元连接，电力载波信号收发单元与变电站变压器次级端连接，电力载波信号收发单元与信号收发单元连接，信号收发单元与控制单元连接。在用电侧控制保护子系统中，电力载波单元与各相电力线连接，电力载波单元与逆变器自保护单元连接，逆变器自保护单元分别与逆变器、信号收发单元连接，信号收发单元与逆变器连接。本实用新型可有效防止各类故障发生后住宅小区的局部电网处于孤岛状态下运行，整个控制保护过程自动完成，无需人工值守。
文档编号H02J3/38GK202103438SQ201120236070
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者卢一民, 周海 申请人:北京石油化工学院