一种智能低压光伏防反送电监测控制系统的制作方法

本实用新型涉及电力设备
技术领域：
，具体是涉及一种智能低压光伏防反送电监测控制系统。
背景技术：
：太阳能作为一种绿色能源，是人类取用不竭的可靠能源。大力开发和利用太阳能是建立起清洁和可持续发展能源体系的必由之路。太阳能光伏发电是利用太阳能最灵活方便的一种方式，近年来在国际上受到广泛重视并取得了长足进展。因此，深入研究光伏并网发电系统，对于节约常规能源、保护环境、促进经济发展都有极为重要的现实意义和深远的历史意义。大量分布式电源并网，使配电网由传统辐射式的单端网络变成一个遍布电源和用户互联的多端网络，电力潮流不再单向地从变电站母线流向各负荷，在计划停电检修的区域内有可能会存在“孤岛”运行的分布式电源，造成“反送电”，成为威胁检修人员安全的新风险。逆变器类分布式电源接入系统，由于其电源与负荷不匹配，负荷对公共电网电源依赖度高，公共电网断电后，由逆变器防止“孤岛”运行。但在实际运行中，用户并网逆变器存在一些隐患，不能作为防“反送电”唯一信赖的设备。分布式电源并网逆变器属用户资产，其可自主选择设备厂家，公共电网检修维护单位难以掌握和控制设备质量，且分布式电源用户普遍缺乏专业知识，落实“停电、验电、接地、装设围栏和标示牌”等基本安全措施存在困难。同时，由于逆变器和低压并网点开断设备没有明显开断点，电网检修作业人员无法直接确认其状态。在接入了分布式电源的低压配电网开展停电检修工作，存在通过220v/380v电压等级并网的分布式电源“反送电”风险，特别是在用户装备了储能元件等情况下，形成微电网“孤岛”运行的概率高，防“反送电”压力大。经过前期研究调研发现，《配电网低压反孤岛装置设计原理及参数计算》是针对220v/380v配电网中的分布式光伏发电系统逆变器中的孤岛运行机理和防孤岛保护策略。《基于无线通信和android手机的光伏监控系统的实现》是在基于wifi通信和android智能手机客户端显示的光伏监控系统，主要监测光伏发电时的各项参数，实现对光伏发电系统的实时监测。但是，上述几种类似技术均无法实现当公网计划停电检修时，自动切断光伏用户与公网之间的连接；当公网电压恢复正常(完成检修)时，又自动恢复光伏用户与公网之间的连接。因此，设计一种智能低压光伏防反送电监测控制系统势在必行。技术实现要素：本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供一种智能低压光伏防反送电监测控制系统。为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种智能低压光伏防反送电监测控制系统，公网通过供电公司计量柜进入用户端的户内配电箱，户内配电箱与用户内部负荷相连通；光伏电站及逆变器通过交流并网开关与用户侧发电计量箱相连接，光伏发电经发电计量电能表接入户内配电箱中直接向用户内部负荷供电或者向公网侧输送电能，该智能低压光伏防反送电监测控制系统主要由操作机构和控制机构组成。作为本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统的优选技术方案，操作机构置于供电公司计量柜中，用于切断、闭合公网与用户侧的之间的连接，其由操作单元、电机和开关组成，操作单元接收分合闸信号并控制电机动作，电机控制开关的打开和关闭以实现切断、闭合公网与用户侧的之间的连接。作为本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统的优选技术方案，控制机构由电压监测单元、控制单元以及通信模块组成，置于公网侧；控制机构的电压监测单元与操作机构的操作单元彼此连接实现分合闸信号传输；电压监测单元对公网电压实时监测并向控制单元输出信号，控制单元分析电压监测单元采集的电压，并向操作单元发出控制信号，以实现开关打开或闭合；控制单元采集开关动作信号并传递给通信模块，通信模块即时向运维人员发送开关状态信息。作为本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统的优选技术方案，所述控制单元由三相电压监测电路和微处理器构成，三相电压监测电路主要完成把三相相电压转换成低压的电压信号，使其输入控制器进行ad采样，控制器根据采样的结果判断三相电压是否失压、欠压、正常；微处理器选择湖州泰伦生产的pic16f616单片机，可以可靠发出控制信号给操作单元及通信单元。作为本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统的优选技术方案，所述操作单元当电压高于额定电压7％或低于额定电压10％时，延时十秒，若十秒后电压仍不正常，则发出分闸指令，电压恢复至选定范围内，延时三十秒发出合闸指令。本实用新型通过在用户与公网的分界点处加装一个操作单元及控制开关，同时在公网上设置电压监测及控制单元，当公网停电检修时，电压监测单元采集公网电压波动信号，并上传至控制单元，采集的电压与预先设定的阀值对比，超出阀值时，操作单元控制开关分闸，断开公网与光伏用户连接，通信单元及时与运维人员通讯，告知开关状态；当公网侧恢复供电后，操作单元控制开关合闸，恢复公网与光伏用户连接。与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：(1)与《配电网低压反孤岛装置设计原理及参数计算》相比，本实用新型是在公网侧范围内安装装置并采集数据。与《基于无线通信和android手机的光伏监控系统的实现》相比，本实用新型是对开关动作情况进行监测，再通过某种通信方式反馈给现场工作人员。当公网线路侧停电检修时，能及时切除光伏并网用户与公网之间的连接，动作准确性能达到100％，且运维人员能够及时、准确获知光伏并网用户与公网之间的连接状态，延迟能控制在1分钟以内。(2)本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统，其电压监测单元可实现公网电压实时监测，在85％un至115％un范围内偏差小于2％。电动操作机构能使开关可靠分、合闸，动作准确率达100％。控制单元设计基于单片机平台的自动控制单元，准确分析电压监测单元采集的电压，并控制操作机构动作，最后采集开关动作信号并传递给通信模块，流程可靠性达到100％。通信模块在开关动作后即时向运维人员手机发送开关状态，延时1分钟内。附图说明以下结合附图对本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统作进一步的详述。图1为智能低压光伏防反送电监测控制系统的结构示意图。图2为智能低压光伏防反送电监测控制系统的局部结构示意图。图3为电压采集原件测试曲线。图4为通信模块的硬件框图。图5为动作准确率(a)和开关动作测试(b)柱状图。具体实施方式参照《国家电网公司分布式光伏发电接入系统典型设计方案》xgf380-z-1，常见的低压光伏发电并网接线图如图1所示：公网通过供电公司计量柜15进入用户端的户内配电箱13，户内配电箱13与用户内部负荷14相连通，在无光伏发电时提供电源。在用户端设置光伏电站时，光伏电站及逆变器10通过交流并网开关11与用户侧发电计量箱12相连接，发电计量电能表121记录光伏发电电能计数。光伏发电经发电计量电能表121接入户内配电箱13中直接向用户内部负荷14供电或者向公网侧输送电能，当向公网侧输送电能时，供电公司计量柜15中的电能表151记录汇入公网的电能计数。本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统正是基于上述接入设计方案进行设计的，请一并参阅图2，该系统主要由操作机构17和控制机构16组成。操作机构17置于供电公司计量柜15中，用于切断、闭合公网与用户侧的之间的连接，其由操作单元171、电机172和开关173组成，操作单元171接收分合闸信号并控制电机172动作，电机172控制开关173的打开和关闭以实现切断、闭合公网与用户侧的之间的连接。控制机构16由电压监测单元162、控制单元163以及通信模块161组成，置于公网侧。控制机构16的电压监测单元162与操作机构17的操作单元171彼此连接实现分合闸信号传输。电压监测单元162对公网电压实时监测并向控制单元163输出信号，控制单元163分析电压监测单元采集的电压，并向操作单元171发出控制信号，以实现开关173打开或闭合。控制单元163采集开关动作信号并传递给通信模块161，通信模块161即时向运维人员发送开关状态信息。其中，上述各部件的构成及工作原理如下：1、电压监测单元电压监测单元采用青州威盛的电压传感器，其采集电压方式为感应式，安装时不需停电，可直接安装或拆卸，采集精度高，且能保证系统不误动不拒动。其电压采集原件测试数据如表1所示及图3所示。表1电压采集原件测试数据序号电压大小目标参数实际参数误差185％un187v190v+1.6％287％un191.4v194.3v+1.5％390％un198v200.2v+1.0％493％un204.6v202v-1.2％595％un209v210.8+0.9％697％un213.4v211.8v-0.7％7100％un220v219v-0.5％8103％un226.6v228.3v+0.8％9105％un231v229.4v+0.7％10107％un235.4v233.6v-0.8％11110％un242v239.8v-0.9％12115％un253v255.3+0.9％通过表1和图3可以看出，该电压监测单元可实现公网电压实时监测，在85％un至115％un范围内偏差小于2％。2、控制单元控制单元由三相电压监测电路和微处理器构成，三相电压监测电路主要完成把三相相电压转换成低压的电压信号，使其输入控制器进行ad采样。控制器根据采样的结果判断三相电压是否失压、欠压、正常。三相电压的测量电路如图2所示。其中ua为a相220vac电压，signua为经过变换后得到的相对a相电压的低压测量信号，该信号直接输入控制器的ad采样端an0，试验中可以可靠采集电压信息。微处理器选择湖州泰伦生产的pic16f616单片机，其特性为8位机，稳定性目前所有单片机中最好，功耗很小，只有2ma电流，速度快，抗干扰较好，可以可靠发出控制信号给操作单元及通信单元。微处理器主要负责三相电压的采样计算、延时时间的读取和继电器的控制。三相相电压经过变换后得到信号signua、signub和signuc分别输入微控制器的ad采样端an0、an1和an2进行采样。3、通信模块通信模块如图4所示，其选用sim800c模组，需外加sim卡，gsm天线，本实用新型使用gsm发短信功能，向运维人员手机发送短信，告知运维人员光伏并网开关状态，供抢修人员查看。通过对比测试发现，相比较于光纤通信、wifi通讯等模式，gsm通信更为便捷，且能很好地实现目标，且研发成本低。4、操作单元操作单元使用电动操作机构实现失压自动跳闸，电压恢复正常时自动合闸的功能。操作单元采用德力西的电动操作机构，低成本，稳定性好，功耗低，有过流保护，试验接收信号后均能可靠动作，可以满足设定的目标。本实用新型的操作单元具有延时功能，能发出分合闸指令；当电压高于额定电压7％或低于额定电压10％时，延时十秒，若十秒后电压仍不正常，则发出分闸指令，电压恢复至选定范围内(根据国网规定选择)，延时三十秒发出合闸指令；控制单元实时监测开关状态，设置延时为了避免开关过于频繁的动作，保护设备。本实用新型主要是通过在用户与公网的分界点处加装一个操作单元及控制开关，同时在公网上设置电压监测及控制单元，当公网停电检修时，电压监测单元采集公网电压波动信号，并上传至控制单元，采集的电压与预先设定的阀值对比，超出阀值时，操作单元控制开关分闸，断开公网与光伏用户连接，通信单元及时与运维人员通讯，告知开关状态；当公网侧恢复供电后，操作单元控制开关合闸，恢复公网与光伏用户连接。将上述各部件按照设定的连接关系进行组装后进行调试，工作电压直接自电表上取电，整机测试结果如表2所示，动作准确率(a)和开关动作测试(b)柱状图如图5所示。表2整机测试结果本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统，在多个低压光伏并网项目中进行试用，效果如下：表3系统试用情况目标1实现：当电压高于额定电压7％或低于额定电压10％时，自动切断光伏用户与公网之间的连接；电压正常时，自动恢复光伏用户与公网之间的连接。目标2实现：公网侧停电后确定并网点状态的时间由活动前的70分钟，缩短到1分钟即可收到短信通知，判断准确性达到了100％。表4目标实现情况结合上述应用数据表格可以看出，经过近3个月实际使用，本实用新型的智能低压光伏防反送电监测控制系统在智能控制并网点连接状态及短信告知作业人员方面均达到预期目标。在光伏产业爆发式发展的情况下，传统配套的分布式光伏设备相对滞后，设备无法可靠满足规范要求。本实用新型专业知识和实际工作经验，成功制作出智能低压光伏防反送电监测控制系统，使作业人员可以有效掌握低压光伏并网点连接情况，为社会的发展起到了积极作用。其优点还表现如下：1)节约了社会资源本次活动可以智能控制低压光伏并网点的连接状态，从而大大节约了人力资源，而且避免了大量时间的损耗，减少了光伏用户因为公网侧停电检修所引起的电能损失。2)促进了社会发展通过该套装置系统，电力公司的服务水平和服务技能又上了一个新的台阶，更好地保证了用户的安全稳定用电，减少了公网侧停电检修的耗时，大大改善了用户光伏所发电量在未并网情况下白白流失的情况，促进了城市新能源的建设3)、该套装置可以保证工作人员的安全，避免光伏反送电伤人；同时，大大减少了用户脱离主电网的时间。以上内容仅仅是对本实用新型的构思所作的举例和说明，所属本
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的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。当前第1页1 2 3