一种光伏并网防逆流装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光伏并网防逆流装置，其特征在于：由电源模块、系统时钟、电流互感器、电压互感器和液晶屏组成，所述电源模块、系统时钟、电流互感器、电压互感器和液晶屏通过主控制芯片相连，采用无极联网统调方式控制逆流的产生，光伏并网防逆流装置通过RS485对外通讯。本装置采用无极联网统调方式控制逆流的产生，并在调节方式上采用统调方式，在防逆流系统中，可接入不同型号功率的并网逆变器，所有在主机中可查看所有从机的基本工作情况和故障信息，便于故障的定位和检修，能够避免频繁的开关机，提高系统对能量的利用率，无论从性能上还是经济效益上都有明显提高，本装置主要采用壁挂式设计，体积小，重量轻，安装方便。
【专利说明】一种光伏并网防逆流装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光伏并网控制设备。
【背景技术】
[0002]针对低压配电网侧的光伏并网发电系统，一般认为光伏发电功率不大于并网侧上级配电变压器容量的20%是合适的。目前，电网公司通常要求光伏并网系统为不可逆流发电系统，即光伏并网系统所发的电由本地负荷消耗，多余的电不允许通过低压配电变压器向上级电网逆向送电。
[0003]在并网发电系统中，由于外部环境是不断变化的，为了防止光伏并网系统逆向输电，系统需要配置一套防逆流控制器，通过实时监测配电变压器低压出口侧的电压、电流信号来调节系统的发电功率，从而达到光伏并网系统的防逆流功能。
[0004]现有的防逆流系统主要是检测并网点是否发生逆流，如果出现逆流，且持续一定时间后关闭所有并网逆变器，防止继续逆流，在一定时间后在开启并网逆变器，这种方式最大的不足在于系统可能会频繁的开关机，造成机器寿命缩短，系统可靠性降低；由于不能无极的调节逆变器功率，造成能量不能能充分利用等一些列弊端。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种光伏并网防逆流装置。
[0006]本实用新型的技术解决方案是:一种光伏并网防逆流装置，其特征在于:由电源模块、系统时钟、电流互感器、电压互感器和液晶屏组成，所述电源模块、系统时钟、电流互感器、电压互感器和液晶屏通过主控制芯片相连，采用无极联网统调方式控制逆流的产生，光伏并网防逆流装置通过RS485对外通讯。
[0007]上述的光伏并网防逆流装置，其进一步特征在于:所述电源模块为220V50HZ交流电源，输出12VDC，功率在1W以上，采用继电器作为隔离手段；所述系统时钟采用专用时钟芯片DS1302 ;所述液晶屏为单色12864LED屏；所述RS485为Module Bus RTU协议、控制芯片为IS03082 ;所述电源模块提供220V AC转12VDC和12VDC转正负12VDC，电源转换采用隔离方式，12VDC为正负隔离电源和继电器供电；所述电流互感器和电压互感器，采集由RN8302专用电量计能芯片完成，得到电压、电流、有功功率、无功功率、功率方向、频率信息并通过SPI传输给控制CPU，并可接入不同型号功率的并网逆变器；所述系统时钟为系统提供年月日和时间；通讯时在无逆流情况下采用标准问答模式，在发生逆流时，采用突发通讯模式。
[0008]上述的光伏并网防逆流装置，其更进一步特征在于:还包括输入输出模块，所述输入输出模块方便和外部其他机器之间的控制衔接。
[0009]本实用新型需要许多线缆，其要求如下表所示:
[0010]I线缆I线径大小及要求I线缆数目
I三相三线电压信号采集I1.5mm21.3
I线II
I网侧电流互感器信号采I2.5mm2I'6
I集线II
I通讯线I1.5mm2通讯线II
II建议使用屏蔽欢绞线I
I 接地线I1.5mm2|I|
I防逆流盒运行供电线I1.5mm2[2
[0011]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用无极联网统调方式控制逆流的产生，最大的优势是避免频繁的开关机，提高系统对能量的利用率，实际测试中，无极调整比传统开关机防逆流系统在系统能量的利用率上提闻至少25%,响应速度上提闻提闻50%以上，而且系统的故障率下降5%以上，对并网逆变器关键部件的工作寿命提高10%以上，无论从性能上还是经济效益上都都有明显提高，本实用新型主要采用壁挂式设计，体积小，重量轻，安装方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型端子接线图。
[0013]图2为本实用新型中传感器连接方式示意图。
[0014]图3为本实用新型防逆流箱内部结构框图。
[0015]图4为本实用新型通讯部分主框架流程图。
[0016]图5为本实用新型逆流检测部分流程图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图，通过具体实施例对本实用新型技术方案做进一步的说明。
[0018]本实施例的光伏并网防逆流装置，由电源模块、IC芯片、电流互感器和液晶屏组成，各个部件紧密连接，其采用无极联网统调方式控制逆流的产生，包括:子系统、硬件需求、精度分析、系统资源、软件设计和主要控制参数。采用统调方式，即满足调度方式的机器都参与调整，调整同样功率的情况下可数倍提高调整速度，提高系统的响应速度。在防逆流系统中，可接入不同型号功率的并网逆变器，每台逆变器的参数通过通讯直接上传给主机，之后主机根据每台机器的功率，调节速度等参数发送对应的控制命令，所有在主机中可查看所有从机的基本工作情况和故障信息，便于故障的定位和检修。
[0019]如图1所示，为本实用新型端子接线图。
[0020]子系统:
[0021]系统电源部分:主要提供220V AC转12VDC和12VDC转正负12VDC，电源转换全部采用隔离方式，12VDC主要为正负隔离电源和继电器供电；
[0022]功率采集部分:主要采集本地负载的三相电压和三项电流，传感器主要是电流互感器和电压互感器，采集主要由RN8302专用电量计能芯片完成，得到有关电压、电流、有功功率、无功功率、功率方向、频率等信息并通过SPI传输给控制CPU ；
[0023]系统时钟部分:为系统提供年月日和时间，方便故障记录和为相关统计分析做时间基准；
[0024]按键显示部分:按键输入主要是配合显示屏进行各种参数的设定以及系统运行参数的显示；输入为12*12轻触开关，显示屏为单色12864LED屏；
[0025]环境参数部分:采集环境温度和湿度信息，作为控制参考；
[0026]通讯部分:通讯主要采用以Rs485为硬件基础的Module Bus RTU协议，主要控制芯片为IS03082，并网逆变器和防逆流箱之间的通讯主要是为获取并网逆变器实时并网发电功率和运行情况，防逆流箱与功率采集及系统或上位机之间的通讯为获取其他本地负载功率采集子系统的功率信息或上传信息至上位机监控。
[0027]输入输出控制部分:方便和外部其他机器之间的控制衔接，如控制接触器或外部信号控制防逆流关机。
[0028]硬件需求:
[0029]系统电源:防逆流箱的供电为220V50HZ交流电源，要求输出12VDC，功率在1W以上，本实施例电源模块选定为220V输入12VD输出24W开关电源。
[0030]功率采集:主要采集本地负载的三相电压和三项电流，传感器主要是电流互感器和电压互感器，采集主要由RN8302专用电量计能芯片完成，得到有关电压、电流、有功功率、无功功率、功率方向、频率等信息并通过SPI传输给控制CPU，最为防逆流的功率采集部分直接关系到整个系统的检测精度，本实施例中，电流采集采用两级电流互感器级联采样，主要是避免电阻采样在PCB产生大量发热，提高可靠性。如图2所示，图2为本实用新型中传感器连接方式示意图。
[0031]精度分析:
[0032]图2中:1TA、2TA、3TA精度为0.5%，TA1、TA2、TA3线性度为〈=0.1%，得出电流传感器总精度为:0.005+ (1-0.005) X0.001 ^ 0.006，即 0.6% ；
[0033]1VA、2VA、3VA线性度为〈=0.1%，得出电压电流传感器总精度为1-(1-0.006)Χ(1-0.001) ^ 0.007，即 0.7% ；
[0034]电能计量芯片RN8302在5000:1动态范围内非线性误差〈0.1%，由此可以得出电能采集部分总的理想精度为:0.007+(1-0.007)X0.001?0.008即0.8% ;采样精度范围定在〈=2%，完全能满足采样精度要求。
[0035]系统时钟部分:采用专用时钟芯片DS1302 ；
[0036]按键显示部分:按键输入为12*12轻触开关，显示屏为单色12864LED屏；
[0037]环境参数部分:采用专用温度传感器TMP36和湿度传感器；
[0038]通讯部分:采用以Rs485为硬件基础的Module Bus RTU协议，主要控制芯片为IS03082。
[0039]系统资源:
[0040]如图3所示，图3为本实用新型防逆流箱内部功能框图。主要硬件资源有:电压电流功率采集、系统时钟、液晶设置显示、温度湿度采集、RS485通讯2路、控制输入输出各2路。
[0041]软件设计:
[0042]在本实施例的光伏并网防逆流装置防逆流系统设计中，软件设计是最主要最核心部分，主要包括显示、输入、逆流检测、功率分配算法、通讯和信号输入输出等几大部分组成，其中通讯和功率分配算法最为主要，如图4、图5所示，图4为本实用新型通讯部分主框架流程图，图5为本实用新型逆流检测部分流程图。
[0043]主要控制参数:
[0044]Pt:并网点的电网实测功率，包括电网向负载提供的功率和逆流功率；
[0045]Ps:控制功率，该值可在控制器上设置，可以设定范围为10KW-500KW，默认为10Kff ；
[0046]Pr:逆向功率，该值可在控制器上设置，可设范围为-100-500KW，默认为20KW ；
[0047]Tr:最大逆功率持续时间，该值可在控制器上设置，可设范围为1-10S。
[0048]假设Ps=50KW，控制过程分以下情况:
[0049]当Pt>Ps时，即负载的功率大于Ps，此时I台逆变器投入工作，此时Pt减小，当再次达到Pt>Ps时，再投入一台逆变器，其他逆变器依次按此规律投入，直到全部逆变器投入，对于已开机逆变，再次调整时则做统一调整，不再是逐台调整；
[0050]当Pt〈Ps时，逆变器开始限功率工作，控制器发出指令，让逆变器按功率从大到小依次降功率，直到Pt=Ps,对于功率小于100KW的逆变器，控制器发出指令，让其中一台关机或几台依次关机；
[0051]当Pt〈Pr时，且逆功率时间超过Tr，控制器发出命令，断开逆变器与电网的连接，网侧接触器跳开，逆变器关机，待系统恢复到满足并网条件时进行并网。
[0052]对于单机逆变器功率超过100KW的，控制器在功率调节时按先调节功率，后开关机，最后再断合防逆流接触器，在关断逆变器时按先大后小，即先关断大功率逆变器，如还处于逆流状态再按功率大小依次关断，开启逆变器时按先小后大顺序。
[0053]为防止系统在各状态间振荡，控制器增加滞回算法，参数设置时建议功率设置时拉大距离，为保证逆功率超过设定值Pr时逆变器在规定时间内与电网脱离，采用中断算法，只要满足关断条件，控制器将及时关断逆变器输出与电网的连接。
[0054]具体控制过程中，在并网设备投入电网前，防逆流装置会通过与并网设备内中转板通讯获取已集联的各并网设备信息，从而根据当前负载状况和并网设备信息合理分配各自设备的运行投入，从而避免多台设备工作在输出电能质量很差的低功率状态，防逆流装置配备液晶屏幕，可做显示参数故障、参数设置等功能。
[0055]本实施例的光伏并网防逆流装置仅通过采样小信号进行判断处理，不过主电路大电流，故可将机箱设计为轻薄壁挂式，方便安装调试，选用脱扣式电流传感器，避免了现场安装中剪断铜条、断电安装的麻烦。
[0056]以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非以此限制本发明的实施范围，凡熟悉此项技术者，运用本发明的原则及技术特征，所作的各种变更及装饰，皆应涵盖于本权利要求书所界定的保护范畴之内。
【权利要求】
1.一种光伏并网防逆流装置，其特征在于:由电源模块、系统时钟、电流互感器、电压互感器和液晶屏组成，所述电源模块、系统时钟、电流互感器、电压互感器和液晶屏通过主控制芯片相连，采用无极联网统调方式控制逆流的产生，光伏并网防逆流装置通过RS485对外通讯。
2.根据权利要求1所述的光伏并网防逆流装置，其特征在于:所述电源模块为220V50HZ交流电源，输出12VDC，功率在1W以上，采用继电器作为隔离手段。
3.根据权利要求1所述的光伏并网防逆流装置，其特征在于:所述系统时钟采用专用时钟芯片DS1302 ;所述液晶屏为单色12864LED屏；所述RS485为Module Bus RTU协议、控制芯片为IS03082。
4.根据权利要求2所述的光伏并网防逆流装置，其特征在于:所述电源模块提供220VAC转12VDC和12VDC转正负12VDC，电源转换采用隔离方式，12VDC为正负隔离电源和继电器供电；所述电流互感器和电压互感器，采集由RN8302专用电量计能芯片完成，得到电压、电流、有功功率、无功功率、功率方向、频率信息并通过SPI传输给控制CPU，并可接入不同型号功率的并网逆变器；所述系统时钟为系统提供年月日和时间；通讯时在无逆流情况下采用标准问答模式，在发生逆流时，采用突发通讯模式。
5.根据权利要求1所述的光伏并网防逆流装置，其特征在于:还包括输入输出模块，所述输入输出模块方便和外部机器之间的控制衔接。
【文档编号】H02J3/38GK204030624SQ201420099442
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】张海波, 聂启彪, 张立佳, 王兆明 申请人:南京冠亚电源设备有限公司