一种应用于光伏电站的智能型节能系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种应用于光伏电站的智能型节能系统，包括：进线端接口；三相电流、电压采集检测单元，用于检测三相并网电流、电压状态信息，将所述检测信息送入控制单元；主体开关单元，包括机械开关和电力电子开关，用于控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离；控制单元，用于对整个系统自动运行监控，并根据接收的所述三相电流、电压采集单元检测的电流、电压状态信号和控制单元内的控制信息，控制主体开关单元切换的开通/断开；出线端接口；其中，进线端接口，三相电流、电压采集检测单元，主体开关单元，出线端接口依次连接，并通过控制单元协调交互自动控制。该系统为电站运营方带来巨大的节能收益。
【专利说明】
一种应用于光伏电站的智能型节能系统
技术领域
[0001]本实用新型属于电力系统中，新能源发电领域，具体讲涉及一种应用于光伏电站的智能型节能系统。
【背景技术】
[0002]随着全球新能源装机容量的不断攀高，尤其是国内光伏发电装机容量的高速增长，目前中国已成为全球光伏发电装机容量全球第一的位置，预计2015年底光伏发电装机容量可达到49GW。但从目前已投入运营的，还是即将投入运营的集中式光伏电站还是分布式光伏电站来看，都存在一个通用性的问题，即光伏发电系统具有明显的时效性，白天发电、晚上停运。且无论白天还是晚上，光伏发电电站系统不和并网母线系统脱离，会造成当光伏电站不发电时，因电站内接入大量的升压变自身的铜损、铁损，造成光伏发电电站不发电时耗电巨大，运营成本较高的问题。之前的电站因国家政策支持及补贴的力度较大，这些运营成本，基本构不成太大压力，但随着电站自身光伏组件的衰减、设备发电效率的降低，这些自身耗电的成本，愈发凸显。还有因一些电站投资方，或者运营方并不清楚电站自身耗电问题，或者没有预估到自身耗电的严重性，在设计之初未关注到该问题，随着电站的运行，这些问题逐一显现出来。根据相关调研计算，光伏电站自身耗电的损失已经占到光伏电站自身运营成本的70%以上。刚开始因受政策补贴的时间限制，并没有引起投资人或者电站运营方的注意，甚至以上运营成本，在国家大力的扶持下，并没有显现。随着国家对新能源发电的补贴逐步的降低，光伏电站的投入与产出比的下滑，光伏电站收益时效性压力增大，光伏电站自身的运营成本越来越受到关注，因此解决光伏电站自身在不发电时的损耗尤为迫切，是减低光伏电站运维成本的有效策略。同时，根据电站自身发电特性，又特别所研制的装置必须具有高度可靠、解决效果明显、性价比高、安装便捷、维护方便、自身寿命长等特点。尤其是进入十二五后，我国光伏电站建设速度加快，国内光伏装机规模正在不断迅速扩大，但对成本的要求，投入与产出比的需求愈发强烈。另一方面，随着国家对光伏发电的补贴，大幅度降低大，市场竞争进一步加剧，光伏发电自身成本的压力更加突出；在这些新形势下，对光伏电站自身节能提出了更高要求。一种应用于光伏电站的智能型节能系统，对促进光伏电站自身运行成本的降低、保障光伏电站收益最大化及安全稳定优质经济运行具有重要意义。
[0003]现今由于光伏间歇性可再生新能源发电的超常规发展，大规模新能源发电并网对电力系统安全调度的影响已经显现，给电网运行调度带来了一系列新的挑战，尤其是光伏发电的大规模接入所带来的不发电时自身损耗巨大，增加了电网负荷，增加了电网调度的难度。因此解决光伏发电电站在晚上或者阴雨天不发电时自身损耗的问题，需要一种有效的技术手段解决这个问题。在未来，光伏电站用智能型节能系统及其方法是解决光伏电站运维节能，降低电网负荷的关键措施之一，研制应用于光伏电站的智能型节能系统将为保障大规模新能源发电接入电网发挥着重要作用。符合国家对建设节能型社会的趋势，也符合未来国家对光伏发电电站建设符合真正意义上新能源发电的要求。
[0004]解决光伏发电电站自身损耗问题，若采用常规的在并网点位置增装机械式高压开关，需要人工每天定点手动投入或投出，工作量大、效率低、安全性差，经济性不高。而且对电网的冲击较大，具有极大的故障风险。因此采用机械式手动开关，显然不符合电站实际运维要求。
[0005]采用在并网点增装机械式高压开关和控制装置，可以解决光伏电站远方控制电站不发电时与并网电网系统脱离，但该方法不能解决在光伏发电系统投入电网系统时，对大电网的巨大冲击，甚至因光伏电站投入时，造成电网系统远端的变电站保护系统动作，跳闸。影响电网供电系统的稳定性，性质极其恶劣，影响较大，对电站的运营带来较大的影响，因此该方式不是最佳方法，也不符合未来技术发展趋势。
【实用新型内容】
[0006]针对现有技术和新能源自身现状存在的问题，本实用新型提供一种应用于光伏电站的智能型节能系统。本实用新型具有极强的创新性。具有设计巧妙、原理简单、结构简洁、功能全、治理效果明显，可自行运行或接受调度运行，工作稳定可靠、兼容性强、安装灵活、快捷、动态响应速度快等特点。可实现新能源发电的低成本运维、高可靠性并网。整个节能系统运行稳定、可靠、智能化程度高，实现了真正意义上的无人值守操作的效果。
[0007]本实用新型提供的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，对并网电压等级兼容性强，通讯方式灵活，可与后台控制中心或电网调度中心交互等优点。同时也通过自身携带的GPS模块和北斗模块实现精准授时和定位，最大化提高系统可靠运行。本实用新型主要应用于一些大型光伏电站、分布式发电、及一些有发电间歇性特点的领域，且自身在不发电时具有较大损耗的系统中，具有极大的市场前景和社会效应。
[0008]本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:
[0009]所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，解决光伏电站不发电时，自身较大损耗的问题。所述装置应用领域为光伏电站，包括集中式光伏电站，分布式光伏电站，一些有发电间歇性特点的领且自身在不发电时具有较大损耗的系统中。
[0010]—种应用于光伏电站的智能型节能系统，用于光伏发电电站系统中，其特征在于，包括:
[0011]进线端接口；
[0012]三相电流、电压采集检测单元，用于检测三相并网电流、电压状态信息，将所述检测信息送入控制单元；
[0013]主体开关单元，包括机械开关和电力电子开关，用于控制光伏电站发电系统接入电网或者与电网脱离；
[0014]控制单元，用于对整个系统自动运行监控，并根据接收的所述三相电流、电压采集单元检测的电流、电压状态信号和控制单元内的控制信息，控制主体开关单元切换的开通/断开；
[0015]出线端接口；
[0016]其中，进线端接口，三相电流、电压采集检测单元，主体开关单元，出线端接口依次连接，并通过控制单元协调交互自动控制。
[0017]机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能的高压接触器，电力电子开关采用晶闸管组。
[0018]高压接触器包括机械触点Kl和控制线圈，晶闸管组由反并联高压晶体管对多级串并联连接组成。
[0019]晶闸管组所含的反并联高压晶体管对串联N个，然后并联M组，M、N为自然数。
[0020]应用于光伏发电电站并网点电压等级为1kV电网系统中时，采用10?12对反并联晶体管对串联连接;或者，应用于光伏发电电站并网点电压等级为35kV电网系统中时，采用22?24对反并联晶体管对串联连接;或者，安装在光伏电站有多个并网点光伏并网逆变系统中时，无需并联;或者，安装在只有一个并网点的光伏发电电站中时，通过并联晶闸管，此时并联组数M大于等于2。
[0021]晶闸管组的触发信号为一组互补的脉冲信号。
[0022]所述三相电流、电压采集检测单元包括电压检测单元和电流检测单元。
[0023]电压检测单元采用电压互感器PT并联连接在电网，电流检测单元采用电流互感器CT串联接入电网，电压互感器PT采集的信号再通过霍尔型电压传感器变换送到模数采集器中，电流互感器采集的信号再经过霍尔型电流传感器变换送到模数采集器中。
[0024]控制单元包括处理器、数模采集器、数字量开入模块、数字量开出模块、还包括GPS定位授时模块、北斗卫星定位授时模块、通讯模块、光照检测模块中的任意一个或任意二个以上的组合。
[0025]接线端接口或出线端接口为三相四线制或三相三线制接线方式，采用绝缘子和铜排组成。
[0026]所述的用于光伏电站的智能型节能系统安装在光伏发电电站系统总并网母线和电网电压之间，适用光伏发电站系统有且只有一个总并网点系统。
[0027]所述的用于光伏电站的智能型节能系统串联接入光伏并网逆变器系统和电网母线之间，适用光伏发电站系统有多个并网点的系统。
[0028]并网母线电压为三相交流电压1kV或者35kV电网系统。
[0029]与现有技术比，本实用新型的有益效果为:
[0030]1、本实用新型一种应用于光伏电站的智能型节能系统，具有针对性强、解决光伏电站自身耗电问题效果明显、判断电站工作状态精准;工作稳定、可靠;可自动智能化运行、也可接受调度或远方控制中心指令运行;适用光伏电站并网电压等级宽;新能源发电站节能方案优。
[0031]2、本实用新型三相电流、电压采集单元，采用电流互感器CT(CurrentTransformer)，和电压互感器PT(Potential Transformer)组成，再通过霍尔型电流传感器和霍尔型电压传感器送入到控制单元内高位书的模数采集器，实现了高压侧与低压侧的可靠电气隔离及大电流、大电压的精准检测。具有较强的电气隔离性能、输入电压范围宽、动态响应快，检测精度高、工作稳定可靠等特点。
[0032]3、本实用新型主体开关单元内主要由电力电子开关和机械开关组成，其中电力电子开关为两组反并联连接的晶闸管组成、机械开关采用高性能长寿名高压接触器，该开关受控于控制单元。该拓扑单元具有工作稳定可靠、自身损耗低，无散热装置、寿命长、动态响应速度快等优点。
[0033]4、本实用新型进线端接口单元，具有结构简单、防护等级高、安全绝缘巧妙，现场接线便捷、后期维护方便等特点。本实用新型出线端子接口为整个系统的输出口，采用高压绝缘子和铜排组成，具有结构简单、防护等级高、安全绝缘巧妙，现场接线便捷、后期维护方便等特点。
[0034]5、本实用新型所述控制单元为系统的控制中心，主要由基于高性能数字处理器(DSP)的控制模块和16位的模数采集器，GPS定位授时模块、北斗卫星定位授时模块、数字量开入、数字量开出口组成。基于高速数字处理器的控制单元具有稳定性高、抗干扰能力强、计算速度快、工作频率高、动态响应强、系统集成化高等优点。
[0035]6、所述系统主要应用于光伏发电站并网接入口升压变的高压侧或者上一级变压器的低压侧，见图1、图2所示，根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离，从而有效降低电站不发电时，电站内大容量变压器、大容量逆变器自身的损耗，为电站运营方带来巨大的节能收益。
【附图说明】
[0036]图1为光伏电站用智能型节能系统安装于光伏发电站总并网点系统示意图。
[0037]图2为光伏电站用智能型节能系统安装于光伏发电站多个并网点的系统示意图。
[0038]图3为光伏电站用智能型节能系统示意图。
[0039]图4为主体开关单元示意图。
[0040]图5为控制单元示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0042]如图1所示，该光伏电站用智能型节能系统安装在光伏发电电站系统总并网母线和电网电压之间，安装于光伏发电站并网接入口升压变的高压侧，适用光伏发电站系统有且只有一个总并网点系统。其中总并网母线电压为三相交流1kV母线或者35kV母线电网系统，电网电压为三相交流IlOkV母线或者35kV母线电网系统。根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离。
[0043]如图2所示，该光伏电站用智能型节能系统也可安装在有多个并网点的光伏发电电站中，串联接入光伏并网逆变器系统和电网母线之间，适用光伏发电站有多个并网点的系统。其中并网点母线电压为三相交流1kV或者35kV母线电网系统。根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离。
[0044]如图3所示，所述的光伏电站用智能型节能系统是一种应用于光伏电站的智能型节能系统，包括进线端接口 1、三相电流采集单元、三相电压采集单元2，主体开关单元3、出线端子接口4，以上所述各单元依次连接，并通过控制单元5总体协调交互自动控制。所述进线端接口 1、三相电流采集单元、三相电压电压采集单元2，主体开关单元3、出线端子接口 4依次串并联电气连接，通过控制单元5的检测、计算、逻辑判断决策，控制所述节能系统根据光伏电站状态自行运行。
[0045]三相电流、电压采集检测单元2为三相系统，分别为A相21、B相22、C相23，分别和电网接口的三相A、B、C连接。A相21、B相22、C相23结构相同，以其中一相A相21描述。A相21包括电压检测单元和电流检测单元，电压检测单元实时检测三相并网电压状态信息，选用电压互感器PT(Potential Transformer)，并联接入并网点电网电压系统中；电流检测单元实时检测光伏电站向电网系统注入的电流信息，选用电流互感器CT(Current Transformer)，串联接入并网点电网系统;采集的信号通过霍尔型电流传感器和霍尔型电压传感器送入到控制单元内高位模数采集器，实现了高压侧与低压侧的可靠电气隔离及大电流、大电压的精准检测。
[0046]主体开关单元3包含三相复合开关系统，分别为A相31，B相32，C相33，分别和电网接口的三相A、B、C连接。A相31、B相32、C相33结构相同，以其中一相A相31描述。如图4所示，A相31包括机械开关和电力电子开关，机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能、长寿命、高性能的高压接触器，其中高压接触器有低阻抗带真空灭弧能力的机械触点Kl和控制线圈。该高压接触器控制电压为AC380V，也可为AC220V，也可为DC220，也可为DCl 1V，由控制系统单元根据系统状态信息，控制其闭合或关断。电力电子开关采用晶闸管组，晶闸管组由反并联高压晶体管对多级串并联连接组成，反并联高压晶体对组受控于控制单元，触发信号为一组互补的脉冲信号。如图4所示，根据光伏电站并网电压等级及所述装置安装位置的不同，所含的串并联高压晶体管对个数不同，反并联高压晶体管对可串联N个，然后并联M组，M、N为自然数。例如，若装置应用于光伏发电电站并网点电压等级为1kV电网系统中时，只需要10?12对反并联晶体管对串联连接即可。若装置应用于光伏发电电站并网点电压等级为35kV电网系统中时，需要22?24对反并联晶体管对串联连接即可。若装置安装在光伏电站有多个并网点光伏并网逆变系统中时，无需并联。若装置安装在只有一个并网点的光伏发电电站中时，可以通过并联晶闸管，此时并联个数M大于等于2。
[0047]当光伏电站不发电时，断开机械开关，光伏发电电站系统与并网母线系统脱离，节省电站内接入大量的升压变自身的铜损、铁损造成光伏发电电站不发电时的耗电。所含的电力电子器件高压晶闸管组受控于控制单元，触发信号为一组互补的脉冲信号。当光伏电站满足并网发电条件时，节能系统动作将光伏发电系统接入电网系统，根据电网电压的相位，控制晶体管组开通时刻，柔性控制并网电压的切入，最大化减小因光伏并网系统接入造成对大电网的冲击。机械开关作为电力电子式开关的旁路开关，根据控制单元指令，自行旁路动作。当系统完成正常接入的切换后，电力电子式开关退出，机械式开关闭合，能量主要从低接触阻抗触点的机械开关流过。结合电子式开关开通、关断速度快，可以柔性控制其通断，机械开关工作可靠、功耗低二者的优点，通过二者的结合形成的主体开关单元，解决了电力电子式开关功耗大、需要加装散热系统，机械开关响应速度慢、无法柔性控制其通断的缺点，并将其成功应用于光伏发电电站领域。在能够柔性控制的同时降低自身功耗，解决光伏电站自身不发电时，仍需要消耗大量电能的问题。
[0048]控制单元5为光伏电站用智能型节能系统的控制中心，实现对整个系统自动运行监控，并和GPS、北斗卫星、远方控制中心实时通讯，用于控制主体开关单元3的开通/断开。所述智能型节能系统通过控制单元的检测、计算、逻辑判断、决策，控制智能型节能系统根据光伏电站状态自行运行。控制单元5包括处理器、数模采集器、数字量开入模块、数字量开出模块、还包括GPS定位授时模块、北斗卫星定位授时模块、通讯模块、光照检测模块中的任意一个或任意二个以上的组合。图5示意了一种控制单元。其中GPS定位授时模块、北斗卫星定位授时模块可以利用GPS定位授时模块和/或北斗卫星定位授时模块的定位和授时，自行判断光伏发电电站所在区域位置及时刻，计算出所在区域日出和日落时刻，自行决策装置运行和停止，实现光伏电站不发电时自行与并网母线电压的脱离，发电时自行与并网母线接入，降低光伏发电电站自身损耗。通讯模块通过与远端控制中心交互通讯，实现远方控制中心控制所述节能系统使得光伏电站发电系统接入电网或者和电网脱离，实现装置远方便捷控制，降低光伏电站自身损耗。光照检测模块可实时检测所在区域太阳光照强度，提供太阳光照强度信息以用于判断阴天或天黑，决策节能装置的运行状态，实现当光伏电站不发电时，自行切出与并网母线电压的接触，实现光伏电站精准控制节能目标。再结合三相电流、电压采集检测单元2提供的电压、电流信息，由控制单元2控制主体开关单元3切换的开通/断开，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离。该GPS定位授时模块和/或北斗卫星定位授时模块双模块为控制系统提供了强力的决策支撑，有效避免了节能系统误动作的问题，为光伏电站运维收益最大化提供了保证。采用GPS和北斗双模模块，可以最大化适应不同地区定位精度和授时精度的要求。控制单元可采用以上检测方式的任意一种或者任意两种以上的组合，通过以上不同检测方式的不同组合，设定节能装置的不同工作模式，开放给客户，供客户根据光伏发电电站自身不同情况，自行设定节能装置的工作模式，实现不同光伏电站不发电时，减低自身损耗的功能。处理器可选用DSP或单片机或嵌入式控制器，模数采集器可选用16位的模数采集器。
[0049]接线端接口I或出线端接口2没有限制，可以采用任意能够使得光伏电站用节能系统接入的接口。例如，接线端接口 I或出线端接口 2为三相四线制或三相三线制接线方式，采用绝缘子和铜排组成，采用一体化接口设计，便于接线及后期维护。
[0050]本实用新型所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，应用于光伏发电站并网接入口升压变的高压侧或者上一级变压器的低压侧，根据电站状态自行决策或者接受远方调度中心指令，控制光伏电站发电系统是否接入电网或者和电网脱离，从而有效降低电站不发电时，电站内大容量变压器、大容量逆变器自身的损耗，为电站运营方带来巨大的节能收益。
[0051]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种应用于光伏电站的智能型节能系统，用于光伏发电电站系统中，其特征在于，包括: 进线端接口； 三相电流、电压采集检测单元，用于检测三相并网电流、电压状态信息，将所述检测信息送入控制单元； 主体开关单元，包括机械开关和电力电子开关，用于控制光伏电站发电系统接入电网或者与电网脱离； 控制单元，用于对整个系统自动运行监控，并根据接收的所述三相电流、电压采集单元检测的电流、电压状态信号和控制单元内的控制信息，控制主体开关单元切换的开通/断开； 出线端接口； 其中，进线端接口，三相电流、电压采集检测单元，主体开关单元，出线端接口依次连接，并通过控制单元协调交互自动控制。2.如权利要求1所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，机械开关采用具有开通或关断自灭弧功能的高压接触器，电力电子开关采用晶闸管组。3.如权利要求2所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，高压接触器包括机械触点Kl和控制线圈，晶闸管组由反并联高压晶体管对串并联连接组成。4.如权利要求3所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，晶闸管组所含的反并联高压晶体管对串联N个，然后并联M组，M、N为自然数。5.如权利要求4所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，应用于光伏发电电站并网点电压等级为1kV电网系统中时，采用10?12对反并联晶体管对串联连接;或者，应用于光伏发电电站并网点电压等级为35kV电网系统中时，采用22?24对反并联晶体管对串联连接;或者，安装在光伏电站有多个并网点光伏并网逆变系统中时，无需并联;或者，安装在只有一个并网点的光伏发电电站中时，通过并联晶闸管，此时并联组数M大于等于2。6.如权利要求2所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，晶闸管组的触发信号为一组互补的脉冲信号。7.如权利要求1-6任一项所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，所述三相电流、电压采集检测单元包括电压检测单元和电流检测单元。8.如权利要求7所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，电压检测单元采用电压互感器并联连接在电网，电流检测单元采用电流互感器串联接入电网，电压互感器采集的信号再通过霍尔型电压传感器变换送到模数采集器中，电流互感器采集的信号再经过霍尔型电流传感器变换送到模数采集器中。9.如权利要求1_6、8任一项所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，控制单元包括处理器、数模采集器、数字量开入模块、数字量开出模块、还包括GPS定位授时模块、北斗卫星定位授时模块、通讯模块、光照检测模块中的任意一个或任意二个以上的组合。10.如权利要求1_6、8任一项所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，进线端接口或出线端接口为三相四线制或三相三线制接线方式，采用绝缘子和铜排组成。11.如权利要求1-6、8任一项所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，所述的用于光伏电站的智能型节能系统安装在光伏发电电站系统总并网母线和电网电压之间，适用光伏发电站系统有且只有一个总并网点系统。12.如权利要求1_6、8任一项所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，所述的用于光伏电站的智能型节能系统串联接入光伏并网逆变器系统和电网母线之间，适用光伏发电站系统有多个并网点的系统。13.如权利要求11所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，并网母线电压为三相交流电压1kV或者35kV电网系统。14.如权利要求12所述的一种应用于光伏电站的智能型节能系统，其特征在于，并网母线电压为三相交流电压1kV或者35kV电网系统。
【文档编号】H02J13/00GK205429758SQ201521031979
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月13日
【发明人】吕大伟, 管凤强, 陈霞, 李天香
【申请人】北京风光天赋科技有限公司