专利名称：一种具备信息集成功能的并网逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具备信息集成功能的并网逆变器，属于微电网和分布式可再生能源领域。
背景技术：
信息技术在未来的智能电网中将具有至关重要的作用，因为有大量的智能电力设备通过网络实现信息交互。以并网逆变器为例，该设备广泛分布于各种类型和规模的微电网中，用于将分布式可再生能源产生的电能输送给电网或终端电能用户。在这种条件下，并网逆变器必须实时地与智能电网中的电力管理系统、其他智能电力设备或电能用户进行各种信息的实时交互。分布式电源由于受到地域和天气的影响，在供电能力和电能质量方面具有明显的 不确定性。但是，目前市场上的并网逆变器在通信和控制方面的功能都比较薄弱，无法达到构建智能电网的要求，主要体现在以下方面1)大部分只配备简单的RS485总线接口，数据传输速度低，数据量也较少，不适合进行实时的高速数据传输，因而无法适应未来的智能电网对于电力信息传输的要求；2)仅具备传输运行信息的功能，而自身的运行状态(并网供电或停止工作)是根据输入端(来自可再生能源)的电压和输出端(接电网)的电压、电流、频率等因素自主决定，监控系统只能采集逆变器的运行信息，但无法对其进行实时控制。当电网断电时，如果逆变器不能及时检测到自身处于孤岛运行状态，而监控系统又无法强制终止其运行，这样就会产生严重的安全隐患；3)对于安装在偏远地区的可再生能源电站，设备通常在无人值守的情况下运行，监控系统无法对设备采取最优的实时控制策略；4)很多负载对于电源的输入电压及电能质量的要求是不同的。例如低压照明负载和直流负载(电脑、电池充电器等)，其驱动电路以及电源适配器(开关电源)的输入电压都远低于市电标准，对电能质量也没有特别要求。即使逆变器输出的电能不满足并网要求，仍可对这些负载供电。但现有的并网逆变器对输入电压有严格的限制。当可再生能源的输出电压低于逆变器的输入电压设定值时，并网逆变器就停止工作，因而造成可再生能源的严重浪费。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够与智能电网中的电力管理系统、其他智能电力设备或电能用户进行各种信息的实时交互，使得并网调度和电能管理更为快捷方便的并网逆变器。本发明所采用的技术方案是一种具备信息集成功能的并网逆变器，包括控制单元、时间戳模块以及与控制单元相连的逆变器主电路、检测模块、通信模块和时钟模块；检测模块用于检测市电电力线及分布式能源输出的电压及电流，并传输给控制单元；时钟模块为整个系统提供统一的时间基准，并通过通信模块接收来时微电网主时钟的时钟同步信息，对本地时钟进行校正；时间戳模块用于给通信模块所传输的实时数据添加时间戳；通信模块通过网络互连设备连接到微电网的信息网络或电力监控网络；控制单元根据检测模块的输入信息，控制逆变器主电路将分布式能源输出的电能转换成能够接入电网的交流电，并控制其他模块协同工作。作为优选实施方式，所述的并网逆变器除了传统的不受电网监控系统干预的“自主”运行模式以外，还具有“受控”运行模式，当并网逆变器工作在“受控”模式时，电网的监控系统可通过指令对其发送实时控制指令，设定其工作状态为发电状态还是停止工作状态，并设定运行参数；当并网逆变器上电初始化时，进入“自主”运行模式；并网逆变器可以向监控系统发送运行模式切换的申请，但自身不能进行运行模式的切换。本发明的并网逆变器可通过高速以太网与智能电网中的电力管理系统、其他智能电力设备或电能用户进行各种信息的实时交互，从而使微电网的设备监控、并网调度和电能管理更加快捷方便。还可通过“电能路由器”实现分布式电源并网管理、以及分布式电源与负载优化匹配运行，从而能够有效提高可再生能源的利用率。
图I是具备信息集成功能的并网逆变器的结构框图及其与电网和负载的典型连 接方式；图2是电能路由器的结构框图；图3是信号检测与电能计量模块与开关阵列和控制单元的连接方式；图4是并网逆变器通过电能路由器与负载连接的典型应用。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的一种具备信息集成功能的并网逆变器做出详细说明。I.具备信息集成功能的并网逆变器的构成及工作原理参见图1，本发明的一种具备信息集成功能的并网逆变器，包括控制单元、逆变器主电路、检测模块、人机界面模块、通信模块、时钟模块和时间戳模块构成；逆变器主电路与电网、分布式能源(光伏、风电等)的输出以及控制单元连接，用于将分布式能源产生的电能转换成工频交流电；检测模块与电力线、分布式能源(光伏、风电等)的输出以及控制单元连接，用于对电力线的电压和电流、分布式能源输出的电压和电流、以及环境参数(温度、光照等)进行采样，并实时传输给控制单元；通信模块与控制单元和时间戳模块连接，并通过网络互连设备连接到微电网的信息网络或电力监控网络，用于实现各类实时数据、控制信息、状态信息和实时时钟信息的传输；时间戳模块与通信模块和实时时钟模块连接，用于给通信模块所传输的实时数据添加时间戳；时钟模块与时间戳模块和控制单元连接，为整个系统提供统一的时间基准，并通过通信模块接收来时微电网主时钟的时钟同步信息，并对本地时钟进行校正；控制单元与逆变器主电路、检测模块、通信模块、时钟模块和人机界面模块连接，用于实现并网逆变器的运行监控、参数设置、时钟校正、信息传输管理等功能。2.电能路由器的构成和功能。本发明的并网逆变器可以与一种称之为电能路由器的电能管理器件一起工作，下面先介绍一下电能路由器。参见图2，电能路由器的硬件包括电能路由器控制单元、无线模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列和路由器端口，还包括一些无线模块、以太网模块、人机界面模块等。电能路由器控制单元与无线模块、以太网模块、人机界面模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列连接，用于实现能量管理、数据传输和针对电能路由器各功能模块的监控功能。路由器端口包括多个电源端口和多个负载 端口，每一个端口具有唯一的端口号，每个电源端口可连接一个单相电源或三相电源中的一相，每个负载端口可连接一个单相负载或三相负载中的一相，电源端口包括市电专用电源端口和多个用于连接分布式电源和蓄电池的普通电源端口，通过开关阵列可将电源端口与负载端口连接，也可将普通电源端口与市电端口连接，以实现分布式能源的并网发电；开关阵列上的开关由电能路由器控制单元控制；无线模块和以太网模块与电能路由器控制单元连接，用于实现电能路由器与连接到普通电源端口或负载端口的电源及负载之间的通信；参见图3，信号检测与电能计量模块包括多个信号检测与电能计量端口，用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电流、电压，计算出与其相连的电源的电能质量和供电量信息、或与其相连的负载的用电特性和耗电量，并将上述信息传输给电能路由器控制单元；信号检测与电能计量端口设置在路由器端口与开关阵列的连接处，但不影响路由器端口与开关阵列的连接；电能路由器控制单元通过信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块和以太网模块获取的与普通电源端口相连的电源的电能质量信息以及与负载端口相连的负载的用电特性，根据上述信息来进行电源供电能力与负载用电特性的匹配，通过开关阵列实现相匹配的各个连接到普通电源端口的电源与负载之间的连接或切换，并在电源通过电能路由器向负载供电的过程中进行用电计量。本发明的并网逆变器可以连接到电能路由器的普通电源端口，可通过无线模块向电能路由器传输电源的供电信息(包含运行状态、输出电压、电流、频率、供电质量等)或负载的工作特性(运行状态、输入电压、电流等)。3.并网逆变器的并网管理以及与负载的匹配运行过程参见图4，具备信息集成功能的并网逆变器通过电能路由器实现以下功能1)向负载供电；2)并网供电。各种负载对于电源的输入电压及电能质量的要求是不同的，例如低压照明负载和直流负载(电脑、电池充电器等)，其驱动电路以及电源适配器(开关电源)都具有很宽的输入电压范围，可以远低于市电电压。即使逆变器输出的电能不满足并网要求，仍可对这些负载供电。为实现与负载的匹配运行，电能路由器根据并网逆变器提供的电能质量信息以及与负载的用电特性，来进行电源供电能力与负载用电特性的匹配，通过开关阵列实现相匹配的各个连接到普通电源端口的并网逆变器电能输出端与负载之间的连接或切换，并在供电的过程中进行用电计量。I)并网逆变器输出符合并网要求时，电能路由器检查负载的用电需求，并控制并网逆变器优先为本地负载供电。当并网逆变器的供电超出本地负载的需求时，电能路由器通过开关阵列使并网逆变器与市电连接，实现并网；2)当并网逆变器输出不符合并网要求时，传统的并网逆变器将自动停止工作。但本发明中，电能路由器将根据负载的用电需求与并网逆变器的输出特性进行匹配，控制逆变器向适合的负载供电，以实现可再生能源的充分利用。4.并网逆变器的工作模式
具备信息集成功能的并网逆变器上电初始化后执行以下操作1)进入“自主”运行模式，在不受电网监控干预情况下可保持该模式下运行；2)定期向监控系统传输自身的运行状态信息。当电网需要停电时，监控系统(或电能路由器)预先向并网逆变器发送相关信息，以提醒并网逆变器及时采取相应的操作。当电网停电时，如监控系统检(或电能路由器)测到并网逆变器仍处于孤岛运行状态，将采取以下措施1)强制将处于孤岛运行状态的 并网逆变器切换到“受控”模式下；2)向并网逆变器发送指令，停止其并网发电。当电网恢复正常运行时，监控系统(或电能路由器)向并网逆变器发送指令，使其切换到“自主”运行模式。
权利要求
1.一种具备信息集成功能的并网逆变器，包括控制单元、时间戳模块以及与控制单元相连的逆变器主电路、检测模块、通信模块和时钟模块；检测模块用于检测市电电力线及分布式能源输出的电压及电流，并传输给控制单元；时钟模块为整个系统提供统一的时间基准，并通过通信模块接收来时微电网主时钟的时钟同步信息,对本地时钟进行校正；时间戳模块用于给通信模块所传输的实时数据添加时间戳；通信模块通过网络互连设备连接到微电网的信息网络或电力监控网络；控制单元根据检测模块的输入信息，控制逆变器主电路将分布式能源输出的电能转换成能够接入电网的交流电，并控制其他模块协同工作。
2.根据权利要求I所述的具备信息集成功能的并网逆变器，其特征在于，所述的并网逆变器除了传统的不受电网监控系统干预的“自主”运行模式以外，还具有“受控”运行模式，当并网逆变器工作在“受控”模式时，电网的监控系统可通过指令对其发送实时控制指令，设定其工作状态为发电状态还是停止工作状态，并设定运行参数。
3.根据权利要求2所述的一种具备信息集成功能的并网逆变器，其特征在于，当并网逆变器上电初始化时，进入“自主”运行模式；；并网逆变器可以向监控系统发送运行模式切换的申请，但自身不能进行运行模式的切换。
全文摘要
本发明属于微电网和分布式可再生能源领域，涉及一种具备信息集成功能的并网逆变器，包括控制单元、时间戳模块、逆变器主电路、检测模块、通信模块和时钟模块。本发明的并网逆变器除了传统的不受电网监控系统干预的“自主”运行模式以外，还具有“受控”运行模式。电网监控系统可通过指令使并网逆变器在“自主”和“受控”两种运行模式之间切换。当并网逆变器工作在“受控”模式时，电网的监控系统可通过指令对其发送实时控制指令，设定其工作状态和运行参数。本发明能够使得分布式可再生能源的并网调度和电能管理更为快捷方便，并能够有效提高可再生能源的利用率。
文档编号H02J3/38GK102842915SQ20121030290
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者车延博, 刘迎澍 申请人:天津大学