一种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，包括DSP中央控制模块、模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块、人机接口、LCD/LED显示、电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块、电网调度和监管模块和抗干扰壳体。该装置，柔性接入、柔性切除，电气设备的动作是平滑而又稳定的，避免由“硬性”动作带来的火花和磨损，增加设备的使用寿命；另外，本装置的智能化功能可以代替很多人工操作过程，同时也可避免由于人工操作带来的“误动作”，可以部分或全部代替现有的综合自动化控制系统，将成为智能电网的重要组成部分。
【专利说明】—种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳能光伏发电以及智能电网【技术领域】，具体涉及ー种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置。
【背景技术】
[0002]太阳能电站并网接入是最近几年才兴起的领域，由于属于新兴产业，多以小容量分布式电站为主，其接入方式也比较简单，一般传统的自动化装置如继电保护装置就可胜任，但随着整个行业的发展，容量逐渐扩大，太阳能电站也有向集中式发展的趋势，现有的继电保护装置将不能完全胜任，因为继电保护技术是在单片机的平台上，实现简单的开关动作，该技术对于小容量的太阳能电站还是有效的，但在大容量太阳能电站，简单的开关动作无法有效地解决能量的快速转换，也无法有效地跟踪内、外部变量的瞬时变化。
[0003]逆变器和开关断路器是太阳能电站光电转换的中间环节，称为一次设备，根据设计要求，这些电气设备连接到电网还需要ー套继电保护装置，一方面控制设备的投入和切除，另ー方面起到保护设备的作用，称为二次继电保护，继电保护加上ー些自动控制以及显示功能，构成ー套综合管理系统，这就是常用的太阳能电站接入方式。众所周知，继电保护技术是基于逻辑开关动作原理，其控制模式是离散型的，即“硬性”接入，离散控制的优点是简单、直观，而缺点是灵活性差，开关频繁动作造成设备可靠性差，太阳能电站中光伏逆变器总体效率也低。
实用新型内容
[0004]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供ー种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，采用柔性接入、切除，増加设备的使用寿命，并提高智能化功能，可以部分或全部代替现有的综合自动化控制系统，将成为智能电网的重要组成部分。
[0005]技术方案:为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]ー种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，包括DSP中央控制模块、模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块、人机接ロ、LCD/LED显示、电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块、电网调度和监管模块和抗干扰壳体；所述的LCD/LED显示设在抗干扰壳体上，通过人机接ロ与DSP中央控制模块相连；所述的模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块均与DSP中央控制模块相连，所述的模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块与DSP中央控制模块均设在抗干扰壳体内；所述的电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块、电网调度和监管模块均与DSP中央控制模块相连。
[0007]所述的数字量控制摸块与光伏逆变装置、连续型动态无功补偿装置、连续型谐波抑制装置相连。
[0008]所述的开关量输出模块与储能单元、外部开关设备相连。[0009]所述的DSP中央控制模块采用TI320系列DSP处理器。
[0010]所述的模拟量数据采集摸块采用AD676作为模拟量采集模块。
[0011]该智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置采用DSP替代继电保护中常用的单片机，其效果完全不同，DSP具有很强的计算功能，在这样的平台上，提出一种控制模型，其控制变量主要是模拟量，而非继电保护中常用的数字量，模拟量是一些连续变化的变量，各设备的运行就基本工作在连续调节的状态，即“柔性”工作状态，如果需要工作在某些极端状态，只有等连续调节的变量达到极限后，才启动离散控制，而这时的设备已经工作在轻载或无载状况，其开关动作无损于设备的性能。更进一步，基于DSP平台开发出来的模式识别功能，将会对未来的工作状态进行预测，即智能型，这些功能都是传统的继电保护技术所不具备。
[0012]有益效果:与现有技术相比，本实用新型的智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，柔性接入、柔性切除，电气设备的动作是平滑而又稳定的，避免由“硬性”动作带来的火花和磨损，增加设备的使用寿命；另外，本装置的智能化功能可以代替很多人工操作过程，同时也可避免由于人工操作带来的“误动作”，可以部分或全部代替现有的综合自动化控制系统，将成为智能电网的重要组成部分；具有很好的实用性，能产生较好的经济效益和社会效应。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置的设计原理图；
[0014]图2是抗干扰壳体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体附图对本实用新型做进一步的说明。
[0016]如图1和图2所示，智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，主要含有以下部件=DSP中央控制模块、模拟量数据采集摸块(16路)、数字量输入摸块(16路)、数字量控制摸块(16路)、人机接口、IXD/LED显示和抗干扰壳体；IXD/LED显示设在抗干扰壳体上，通过人机接口与DSP中央控制模块相连；模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块均与DSP中央控制模块相连，且它们都设在抗干扰壳体内。由于该智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置的完整功能需要和外部设备协调才能完成，因此，还需要的外部设备包括:电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块和电网调度和监管模块、光伏逆变装置(光伏逆变器)、连续型动态无功补偿装置、连续型谐波抑制装置、储能单元、外部开关设备；电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块、电网调度和监管模块均与DSP中央控制模块相连。数字量控制摸块与光伏逆变装置、连续型动态无功补偿装置、连续型谐波抑制装置相连。开关量输出模块与储能单元、外部开关设备相连。以上模块分输入、输出、外部控制、以及变量反馈，而各模块之间的控制又分快速和慢速之分，其中“孤岛”安全、负载瞬时冲击量的动态补偿属于快速控制量，而发电量需求、无功补偿属于慢速控制量，本装置的特点是将根据实际需要，兼顾快速控制量和慢速控制量的输出。
[0017]该智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，工作时，DSP中央控制模块根据接收到的电网、光伏电站和用户状况模块的数据信息，进行处理；模拟量数据采集模块(输入)将现有的(包括以前的)数据进行处理用作DSP中央控制模块的初始值和反馈量；电网发电要求模块将提出发电要求，通常为有功功率，此时DSP中央控制模块将根据太阳能电站的容量、实际能发电的功率，决定各光伏逆变器工作的功率点。该功率点可在最大功率点(MPPT)，也可在其它功率点，当在其它功率点，需要调节光伏逆变器的直流电压，甚至备用储能单元，这个功能非常重要，如果太阳能电站发出的功率大于电网的需求，按照惯理，就需要关闭一些光伏逆变器，即逆变器的“硬性”投、切，而现在由于可以连续调节功率的输出，光伏逆变器就成了静态工作的装置，这构成“柔性”接入的一个重要环节。
[0018]除了对有功功率需求外，电网也需要补充无功功率,这一方面为了提高功率因素，减少损耗，另一方面为了稳定电压，本装置也输出一个连续的无功功率需求量，它要求能连续调节无功功率的外部设备，如连续型动态无功补偿装置SVC，或连续型动态无功发生器SVG，提供连续的无功功率，这构成“柔性”接入的第二个环节。
[0019]有功功率和无功功率的柔性运行对大容量太阳能电站尤其重要，这些电站频繁的大容量投入或退出，非但电网不允许，用户自己的设备也容易损坏。如采用柔性方法而又需要切除电站功率输出时，所有的设备将达到最小的极限工作状态，此时再依靠数字量输入模块，提供开关量输出模块，进而控制外部开关设备或储能单元。
[0020]为了进一步提高本装置的实用性，该装置也实时计算用户、以及太阳能电站光伏逆变器本身产生的谐波，如果谐波超过有害的程度，将关闭一些敏感的设备，当然也可以增加外部设备如连续型谐波抑制装置AF抑制外来谐波，或者消除自身产生的谐波。这一功能对自发自用的太阳能电站尤其重要，如果谐波不能进入系统，就将进入光伏逆变器形成回路，降低光伏逆变器的效率，甚至烧毁光伏逆变器，本装置提供“柔性”消谐功能输出，在仅需要消谐，而不需要补偿无功的情况下尤其重要，这是柔性接入的第三个功能。
[0021]以上这些参数，如有功功率、无功功率、谐波、以及太阳能电站的工作状态，都会通过可靠的通讯工具传输到上一级电网调度和监管模块，供电系统调度以及安全生产之用。当然，所有这些信息，就地也可以通过人机接口，显示在本装置的IXD/LED显示上。
[0022]作为一个非常重要的一个功能，本装置在反“孤岛”上体现很大的优越性，如果外部电网系统“有意”或“无意”的断电，这就需要太阳能电站迅速从电网切除，以防“孤岛”发生，如果是“有意”的断电，如外部线路需要检修，太阳能电站需要逐级切除光伏逆变器；而如果是“无意”的断电，如外部线路突然故障，再重合时就有危险，这就需要光伏逆变器迅速切除，而不管是“有意”或“无意”的断电，只要“孤岛”一发生，太阳能电站的光伏逆变器都是在负载情况下动作，即“硬性”切除，这对设备的可靠性不利，也存在安全隐患，本装置将从外部检测到的电网，光伏电站和负荷状况模块数据信息，迅速判断“孤岛”，此时不是立即断开光伏逆变器，而是让逆变器迅速从最大功率点运行到最小功率点，此时的控制变量就是功率输出，功率输出和电流成正比，单变量输出(电流)，输入信号也成了简单的设定值，在基本没有电流的情况下断开外部开关设备的开关，即“柔性”切除。当太阳能电站配有储能元单元，这一功能更加显示其优越性。
[0023]本装置在使用时，用户只要根据说明连接外部线路(后部)，另外将参数通过LED输入即可，最后的装置将可以安装在太阳能电站现场。
[0024]基于模拟量控制的本装置技术，采用最优化的TI320系列DSP处理器作为运算平台，同时采用AD676作为模拟量采集模块，这些器件都是经过许多试验后才选择的，在选择控制模型时，人工智能化的控制模型，以及指数加权、响应自然延时的柔性技术，也是经过反复认证和计算机仿真后才确定的，当然，这些功能和模块也可以用其它方式实现，如エ矿计算机代替DSP，运算能力更强，但控制功能弱；再比如用传统的带前置控制的闭环控制代替非线性的柔性控制技术，但闭环控制的控制余量乍，多变量输出时稳定性也差，所以本产品技术是最优化的技木。
[0025] 该智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，柔性接入、柔性切除，电气设备的动作是平滑而又稳定的，避免由“硬性”动作带来的火花和磨损，増加设备的使用寿命；另外，本装置的智能化功能可以代替很多人工操作过程，同时也可避免由于人工操作带来的“误动作”，可以部分或全部代替现有的综合自动化控制系统，将成为智能电网的重要组成部分。
【权利要求】
1.一种智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，其特征在于:包括DSP中央控制模块、模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块、人机接口、IXD/LED显示、电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块、电网调度和监管模块和抗干扰壳体；所述的IXD/LED显示设在抗干扰壳体上，通过人机接口与DSP中央控制模块相连；所述的模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块均与DSP中央控制模块相连，所述的模拟量数据采集摸块、数字量输入摸块、数字量控制摸块、开关量输出模块与DSP中央控制模块均设在抗干扰壳体内；所述的电网，光伏电站和负荷状况模块、电网发电要求模块、电网调度和监管模块均与DSP中央控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，其特征在于:所述的数字量控制摸块与光伏逆变装置、连续型动态无功补偿装置、连续型谐波抑制装置相连。
3.根据权利要求1所述的智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，其特征在于:所述的开关量输出模块与储能单元、外部开关设备相连。
4.根据权利要求1所述的智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，其特征在于:所述的DSP中央控制模块采用TI320系列DSP处理器。
5.根据权利要求1所述的智能型分布式太阳能电站柔性接入电网综合控制装置，其特征在于:所述的模拟量数据采集摸块采用AD676作为模拟量采集模块。
【文档编号】H02J3/38GK203398806SQ201320488335
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】尹岳洪 申请人:常州高源电力电子有限公司