CN103323711A - 一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置及方法，该装置包括信号采集模块、信号调制模块、主控模块、无线通信模块和并网控制模块；信号采集模块包括6个交流电压互感器、3个交流电流互感器和1个直流电压互感器；信号调制模块包括三相滤波电路、三相电压调制电路、三相电流调制电路和过零检测电路；主控模块包括比较器和DSP处理器，比较器包括电压比较器、相角比较器和频率比较器；通过多元线性回归模型建立的新能源发电系统并网等级函数，该函数综合关于电能质量的八种参数，使得到的评级结果更加精确、全面；本发明采用无线通信模块将检测结果及时上传至电网调度中心，实现“即插即用”的特性，提高了分布式新能源发电系统并入电网的速率。

Description

一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置及方法

技术领域

本发明属于新能源发电领域与电气技术领域，具体涉及一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置及方法。

背景技术

环境问题已引起世界各国前所未有的重视。普遍认为，提高能源效率和可再生能源使用效率、减少温室气体排放，是未来电网发展的必然趋势。新能源有着清洁、无污染、实用性强，并且取之不尽、用之不竭的优点，随着世界能源的减少，新能源发电技术不断得到发展。在新能源中，光伏发电和风力发电发展最快，世界各国都作为重要的发展方向。但新能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点，在电网接纳能力不足的情况下，大规模新能源发电并网会给电力系统带来一些不利影响，电网必须控制接入容量在可控范围内，以最大限度地减小不利影响，为了保证新能源可靠性接入，及分配每一种的新能源在所发的电能中所占的比重，一个分布式新能源发电系统的时时检测与控制装置是十分重要的。

目前，新能源并网系统尚处于初级阶段，大家都根据不同的新能源的特点采用不同的并网方式，这个调度中心的统一化管理照成了极大的困难。因此需要对新能源并网系统结构进行标准化的配置，克服之前新能源并网程序复杂，申请过程繁琐，费时的缺点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，包括信号采集模块、信号调制模块、主控模块、无线通信模块和并网控制模块；

所述信号采集模块包括6个交流电压互感器、3个交流电流互感器和1个直流电压互感器；

所述信号调制模块包括三相滤波电路、三相电压调制电路、三相电流调制电路和过零检测电路，；

所述主控模块包括比较器和DSP处理器，比较器包括电压比较器、相角比较器和频率比较器；

该装置的具体连接如下；

信号采集模块中的3个交流电压互感器的输入端、3个交流电流互感器的输入端和直流电压互感器的输入端均连接新能源发电系统中逆变器的三相输出端，信号采集模块中的另外3个交流电压互感器的输入端连接新能源发电系统中断路器的三相输出端，信号采集模块中的3个交流电压互感器的输出端、3个交流电流互感器的输出端和直流电压互感器的输出端连接三相滤波电路的输入端，三相滤波电路的输出端分别连接三相电压调制电路的输入端和三相电流调制电路的输入端，A相电压调制电路的输出端连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端连接DSP处理器的计数接口，A相电流调制电路的输出端、B相电压调制电路的输出端、B相电流调制电路的输出端、C相电压调制电路的输出端和C相电流调制电路的输出端均连接DSP处理器的输入端，直流电压互感器的输出端连接DSP处理器的A/D转换接口，连接到逆变哭A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的一个输入端，连接到逆变器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的一个输入端，连接到逆变器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的一个输入端，连接到断路器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的另一个输入端，连接到断路器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的另一个输入端，连接到断路器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的另一个输入端，电压比较器的输出端、相角比较器的输出端和频率比较器的输出端均连接DSP处理器的A/D转换接口，并网控制模块、分布式新能源发电系统的逆变器均与DSP处理器的PWM波接口连接，无线通信模块接至DSP处理器的SCI接口。

所述DSP处理器连接有外接电源、数据存储器、实时时钟和显示器，外接电源接至DSP处理器的标准电源接口数据存储器接至DSP处理器的外部内存接口，实时时钟接至DSP处理器的串行接口，显示器接至DSP处理器的串行接口。

所述无线通信模块为GPRS无线通信装置。

采用所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置进行低压并网检测的方法，包括以下步骤；

步骤1：信号采集模块采集逆变器输出的三相电压信号、逆变器输出的三相电流信号、逆变器输出的直流电压信号和断路器输出的三相电压信号；

步骤2：信号调制模块对采集到的信号进行滤波和调制；

步骤3：滤波后的逆变器输出信号和断路器输出信号传输至比较器，进行电压比较、相角比较和频率比较，分别得到逆变器输出信号和断路器输出信号的电压差值、相角差值和频率差值，并将三个差值作为比较结果传输至DSP处理器的A/D转换接口；

步骤4：计算新能源发电系统运行状态参数，包括电能参数和电能质量参数，并将运行状态参数存储于数据存储器中；

所述电能参数包括：三相电压、三相电流、频率和功率因数，电能质量参数包括逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差、逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差、电压波动、频率偏差、三相不平衡度、电压畸变率、电流畸变率和电压直流分量百分比；

步骤5：若分布式新能源发电系统已并入电网，开启安全检测模式，采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测；若分布式新能源发电系统未并入电网，执行步骤6；

所述采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测，具体步骤如下：

步骤5.1：设定新能源发电系统安全运行参数区间，包括：逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为﹣3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在﹣3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz；

步骤5.2：调用数据存储器中的电压偏差、电流偏差和频率；

步骤5.3：若逆变器输出频率在安全运行参数区间之内，执行步骤5.4，否则，执行步骤5.6；

步骤5.4:若逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差在安全运行参数区间之内，执行步骤5.5，否则，执行步骤5.6；

步骤5.5:若逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在安全运行参数区间之内，分布式新能源发电系统继续并网工作，否则，执行步骤5.6；

步骤5.6：DSP处理器发出PWM波传输至并网控制器，并网控制器控制断路器将分布式新能源发电系统与电网断开；

步骤6：DSP处理器判断分布式新能源发电系统运行状态参数是否在安全运行参数区间之内：是，则对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，否则本地调节分布式新能源发电系统运行状态参数使其达到安全运行参数区间的要求；

新能源发电系统安全运行参数区间是：逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为﹣3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在﹣3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz，三相不平衡度低于10%，电压畸变率小于5%，电流畸变率小于5%，电压直流分量百分比低于1%；

对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，是通过多元线性回归模型建立的新能源发电系统并网等级函数将新能源发电系统分为优、良、中、差四个等级，具体步骤如下：

步骤6.1：根据分布式新能源发电系统运行状态参数，建立多元线性回归参数模型，即得到分布式新能源发电系统质量函数；

新能源发电系统质量函数0(t)表示如下:

0(t)＝X(t)β+ε                                    (1)

其中，Q(t)——新能源发电系统质量函数;

      X(t)——新能源发电系统运行状态参数矩阵;

      β——回归系数矩阵;

      ε——回归调和常数;

新能源发电系统运行状态参数X(t)矩阵:

X(t)＝[ΔU，ΔI，ΔV，Δf，ε_u，T_u，T_i，δ_u]                        (2)

其中，ΔU——电压偏差;

      ΔI——电流偏差;

      ΔV——电压波动;

      Δf——频率偏差;

      ε_u——三相不平衡度;

      T_u——电压畸变率;

      T_i——电流畸变率;

      δ_u——直流分量百分比;

回归系数矩阵β表示如下:

β＝[β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈]                       (3)

其中，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈分别为各运行状态参数系数;

则新能源发电系统质量函数为

Q(t)＝β₁ΔU+β₂ΔI+β₃ΔV+β₄Δf+β₅ε_u十β₆T_u+β₇T_i+β₈δ_u+ε    (4)

步骤6.2:根据分布式新能源发电系统质量函数构造分布式新能源发电系统并网等级函数R(t);

R(t)＝αQ(t)+βQ′(t)+σ                          (5)

其中，R(t)——新能源发电系统并网等级函数;

Q(t)——新能源发电系统质量函数;

Q'(t)——新能源发电系统质量函数一阶导数;

α、β、σ——调和系数;

步骤6.3:根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统电能质量函数中各个运行状态参数的系数取值;

步骤6.4:根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统并网等级函数中各个调和系数的取值;

步骤6.5:制定分布式新能源发电系统并网等级标准:若并网等级函数R(t)的数值在0.0000～10.0000，为优级，支持并入电网;若数值在10.0001～25.0000，为良级，支持并入电网;若数值在25.0001～45.0000，为中级，支持并入电网;若数值在45.0001～60.0000，为差级，支持并入电网;若数值大于60.0000，则定义为垃圾电，不支持并入电网;

步骤6.6:根据电能质量参数和新能源发电系统并网等级函数，计算并网等级函数R(t)的数值;

步骤6.7:根据分布式新能源发电系统并网等级标准评估新能源发电系统当前的并网等级;

步骤7:DSP处理器将分布式新能源发电系统运行状态参数以及并网等级传输给无线通信模块;

步骤8:无线通信模块将新能源发电系统运行参数以及并网等级传输给电网调度中心;

步骤9:电网调度中心根据分布式新能源发电系统并网等级标准来判断是否支持分布式新能源发电系统接入电网，并将判断结果反馈至DSP处理器;

步骤10:若判断结果为支持并入电网，则执行步骤11;否则，返回步骤1;

步骤1l:DSP处理器根据比较器得到的比较结果，产生相应的PWM波对逆变器进行调节;

步骤12:DSP处理器根据电网调度中心反馈的判断结果输出相应的PWM波给并网控制器，并网控制器控制断路器并入电网。

有益效果:

本发明的分布式新能源低压并网智能检测装置及检测方法与现有技术相较，有如下优势:

1、本发明通过多元线性回归模型建立的新能源发电系统并网等级函数将新能源发电系统分为优、良、中、差四个等级，该函数综合关于电能质量的八种参数，使得到的评级结果更加精确、全面;

2、本发明采用无线通信模块将检测结果及时上传至电网调度中心，实现一种“即插即用”的特性，提高了分布式新能源发电系统并入电网的速率;

3、本发明采用DSP处理器对电网采集数据进行处理，相较于其他以单片机作为核心处理器的检测系统，本装置对数据的处理能力更加快捷，此外，TMS320F2812中的2×8的A/D转换接口，对采集信号的处理更加快捷、同步;

4、本发明主控模块中用数据存储器保存采集数据，可以使电网调度中心或用户端随时调取分布式新能源发电系统的历史数据。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置总体结构示意图;

图2为本发明具体实施方式的三相电压调制电路原理图;

图3为本发明具体实施方式的三相电流调制电路原理图;

图4为本发明具体实施方式的滤波电路原理图;

图5为本发明具体实施方式的过零检测电路原理图;

图6为本发明具体实施方式的相角比较器的电路原理图;

图7为本发明具体实施方式的频率比较器的电路原理图;

图8为本发明具体实施方式的信号采集模块与信号调制模块连接示意图;

图9为本发明具体实施方式的比较器的连接示意图;

图10为本发明具体实施方式的DSP处理器外围结构连接图;

图11为本发明具体实施方式的分布式新能源发电系统的低压并网检测方法流程图;

图12为本发明具体实施方式的电能质量参数框图;

图13为本发明具体实施方式的安全检测流程图;

图14为本发明具体实施方式的发电系统分级流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，本实施方式的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，包括信号采集模块、信号调制模块、主控模块、无线通信模块和并网控制模块;

信号采集模块与信号调制模块的连接如图8所示，信号采集模块包括6个交流电压互感器、3个交流电流互感器和1个直流电压互感器，其中，3个交流电压互感器、3个交流电流互感器、1个直流电压互感器用于采集逆变器输出端三相电压信号u_al、u_bl、u_cl，电流信号i_a、i_b、i_c和A相直流电压信号u_a，另外3个交流电压互感器用于采集断路器输出的三相电压信号u_a2、u_b2、U_c2。三相交流电压互感器采用JZSW-10型，三相交流电流互感器采用LDJC-10型，直流压互感器采用CT-PTA型。

信号调制模块包括三相滤波电路、三相电压调制电路、三相电流调制电路和过零检测电路，三相滤波电路采用带通滤波电路(4gHz～5lHz)，电路如图4所示，三相电压调制电路如图2所示、三相电流调制电路如图3所示，过零检测电路如图5所示。

主控模块包括比较器和DSP处理器，比较器包括电压比较器、相角比较器和频率比较器，如图9所示;DSP处理器型号为TMS320F2812，其主要对发电系统逆变器输出端的三相电压信号、三相电流信号，直流电压信号和比较器输出信号A/D转换后进行新能源发电系统低压并网检测以及并网等级评估;根据判断结果和比较结果调控逆变器以及并网控制器;电压比较器型号为LM393N，相角比较器、频率比较器均是基于LM393N电压比较器改装得到的，相角比较器的电路如图6所示，频率比较器的电路如图7所示。

并网控制模块选用型号为WWGlO0-12O-NOO的并网控制器。

该装置的具体连接如下:

信号采集模块中的3个交流电压互感器的输入端、3个交流电流互感器的输入端和直流电压互感器的输入端均连接新能源发电系统中逆变器的三相输出端，信号采集模块中的另外3个交流电压互感器的输入端连接新能源发电系统中断路器的三相输出端，信号采集模块中的3个交流电压互感器的输出端、3个交流电流互感器的输出端和直流电压互感器的输出端连接三相滤波电路的输入端，三相滤波电路的输出端分别连接三相电压调制电路的输入端和三相电流调制电路的输入端，A相电压调制电路的输出端连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端连接DSP处理器的计数接口，A相电流调制电路的输出端、B相电压调制电路的输出端、B相电流调制电路的输出端、C相电压调制电路的输出端和C相电流调制电路的输出端均连接DSP处理器的输入端，直流电压互感器的输出端连接DSP处理器的A/D转换接口，连接到逆变器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的一个输入端，连接到逆变器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的一个输入端，连接到逆变器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的一个输入端，连接到断路器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的另一个输入端，连接到断路器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的另一个输入端，连接到断路器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的另一个输入端，电压比较器的输出端、相角比较器的输出端和频率比较器的输出端均连接DSP处理器的A/D转换接口，并网控制模块、分布式新能源发电系统的逆变器均与DSP处理器的PWM波接口连接，无线通信模块接至DSP处理器的SCI接口。

信号采集模块采集的10路信号u_al、u_bl、u_cl、i_a、i_b、i_c、u_a、u_a2、u_b2、M_c2传输至带通滤波电路(4gHz～5lHz)的输入端，对信号进行滤波，带通滤波电路输出端的10路滤波信号中，逆变器输出端采集的A相电压信号分为三路:逆变器输出端采集的三相电流信号i_a、i_b、i_c接入电流调制电路输入端I_a、I_b、I_c，电流调制电路输出端OUTa、OUTb、OUTc接入DSP处理器A/D转换接口的ADCINAOO-ADCINAO2;逆变器输出端采集的三相电流信号u_al、u_b1、u_c1接入电流调制电路的输入端U_a、U_b、U_c，电压调制电路的输出端OUTa、OUTb、OUTc接入DSP处理器A/D转换接口的ADCINA03-ADCINAO5;逆变器输出端采集的A相电压信号u_al接入过零检测电路，过零检测电路输出端接入DSP处理器计数器接口，计算新能源发电系统的频率f(由于三相频率相同，所以只计算A相频率即可);A相直流电压信号u_a接入直流电压调制电路，直流电压调制电路接入DSP处理器A/D转换接口的ADCINA06;分布式新能源发电系统的逆变器输出端的A相电压信号u_al和断路器输出的A相电压信号u_a2接入电压比较器，电压比较器输出端接入DSP处理器A/D转换接口的ADCINBOO;发电系统逆变器输出端的B相电压信号u_b1和断路器输出的B相电压信号u_b2接入相角比较器，相角比较器输出端接入DSP处理器A/D转换接口的ADCINBO1;发电系统逆变器输出端的C相电压信号u_cl和断路器输出的C相电压信号u_c2接入频率比较器，频率比较器输出端接入DSP处理器A/D转换接口的ADCINBO2;

DSP处理器连接有外接电源、数据存储器、实时时钟和显示器，如图10所示，外接电源接至DSP处理器的标准电源接口数据存储器接至DSP处理器的外部内存接口，实时时钟接至DSP处理器的串行接口，显示器接至DSP处理器的串行接口。

外接电源为DSP处理器提供3.3V电压，使其稳定工作;

数据存储器型号为LCW-S03，其接口采用标准RS-232DBg插针接口；

实时时钟怂片为DSl302，为采集到的数据提供精确的采集时间;

显示器为型号为LCM2864ZK的液晶显示器，其RS引脚与DSP处理器的IOPF4引脚相连，R/W引脚与DSP处理器的IOPF5引脚相连，E引脚与DSP处理器的IOPF6引脚相连，DO-D7引脚与IOPB1-IOPB7引脚相连，RST引脚与IOPC1引脚相连;

无线通信模块选用型号为G2OO的GPRS无线通信系统。

采用所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置进行低压并网检测的方法，其流程如图11所示，包括以下步骤:

步骤1:信号采集模块采集逆变器输出的三相电压信号、逆变器输出的三相电流信号、电网中的直流分量信号和断路器输出的三相电压信号;

步骤2:信号调制模块对采集到的信号进行滤波和调制:信号调制模块对采集信号进行滤波、变压处理，保留频率在4gHz～5lHz的信号，并将信号变压为DSP可接受的3V信号;

步骤3:滤波后的逆变器输出信号和断路器输出信号传输至比较器，进行电压比较、相角比较和频率比较，分别得到逆变器输出信号和断路器输出信号的电压差值、相角差值和频率差值，并将三个羌值作为比较结果传输至DSP处理器的A/D转换接口;

步骤4:计算新能源发电系统运行状态参数，包括电能参数和电能质量参数，并将运行状态参数存储于数据存储器中;

如图12所示，电能参数包括:三相电压、三相电流、频率和功率因数，电能质量参数包括逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差、逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差、电压波动、频率偏差、三相不平衡度、电压畸变率、电流畸变率和电压直流分量百分比;

采用本实施方式的检测装置对10KW风光互补发电机组某一时刻进行检测，计算得到的新能源发电系统运行状态参数如下:

电压偏差ΔU为电压的测量值U与理论值U_N(220V)之差、电流偏差ΔI为电流的测量值I与电流的理论值I_N之差，即

$\mathrm{\ΔU}(\%)=\frac{U-U_N}{U_N}\×100\%=4.3541\%$

$\mathrm{\ΔI}(\%)=\frac{I-I_N}{I_N}\×100\%=3.1724\%$

电压波动值ΔV为电压均方根极值极大值U_mx与极小值U_min之差，

$\mathrm{\ΔV}(\%)=\frac{U_{\max }-U_{\min }}{U_N}\×100\%=0.8548\%$

三相不平衡度ε_u为三相电压正序分量U₁与负库分量U₂的比值，即

${\mathrm{\ϵ}}_u=\frac{U_1}{U_2}\×100\%=1.0728\%$

频率偏差Δf为频率的实测值f与频率的额定值f_n(5OHz)之差，即

Δf＝f-f_n＝0.03Hz

电压畸变率U_TX、电流畸变率I_TX，公式如下:

$U_{\mathrm{TX}}(\%)=\sqrt{\underset{2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{U_N}{U_1}\right)}^2}\×100\%=1.9372\%$

$I_{\mathrm{TX}}(\%)=\sqrt{\underset{2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_N}{I_1}\right)}^2}\×100\%=1.2861\%$

电压直流分量百分比δ_u即电压直流分量U₀与电压理论值U_N之比，即

${\mathrm{\δ}}_u=\frac{U_0}{U_N}\×100\%=0.1027\%.$

步骤5:若分布式新能源发电系统己并入电网，开启安全检测模式，采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测;若分布式新能源发电系统未并入电网，执行步骤6；

采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测，流程如图13所示，具体步骤如下:

步骤5.1:设定新能源发电系统安全运行参数区间，包括:逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为-3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在-3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz;

步骤5.2:调用数据存储器中的电压偏差、电流偏差和频率;

步骤5.3:若逆变器输出频率在安全运行参数区间之内，执行步骤5.4，否则，执行步骤5.6;

步骤5.4:若逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差在安全运行参数区间之内，执行步骤5.5，否则，执行步骤5.6;

步骤5.5:若逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在安全运行参数区间之内，分布式新能源发电系统继续并网工作，否则，执行步骤5.6;

步骤5.6:DSP处理器发出PWM波传输至并网控制器，并网控制器控制断路器将分布式新能源发电系统与电网断开;

步骤6:DSP处理器判断分布式新能源发电系统运行状态参数是否在安全运行参数区间之内:是，则对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，否则本地调节分布式新能源发电系统运行状态参数使其达到安全运行参数区间的要求;

新能源发电系统安全运行参数区间是:逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为-3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在-3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz，三相不平衡度低于10%，电压畸变率小于5%，电流畸变率小于5%，电压直流分量百分比低于1%;

对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，是通过多元线性回归模型建立的新能源发电系统并网等级函数将新能源发电系统分为优、良、中、差四个等级，具体步骤如下:

步骤6.1:根据分布式新能源发电系统运行状态参数，建立多元线性回归参数模型，即得到分布式新能源发电系统质量函数;

新能源发电系统质量函数0(t)表示如下

0(t)＝X(t)β+ε

其中，Q(t)——新能源发电系统质量函数;

      Y(t)——新能源发电系统运行状态参数矩阵;

      β——回归系数矩阵;

      ε——回归调和常数;

新能源发电系统运行状态参数Y(t)矩阵:

X(t)＝[ΔU，ΔI，ΔV，Δf，ε_u，T_u，T_i，δ_u]

其中，ΔU——电压偏差;

      ΔI——电流偏差;

      ΔV——电压波动;

      Af——频率偏差;

      ε_u——三相不平衡度;

      T_u——电压畸变率;

      T_i——电流畸变率;

      δ_u——直流分量百分比;

回归系数矩阵β表示如下:

β＝[β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈]

其中，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈分别为各运行状态参数系数

β＝[1.9268，0.9846，1.3743，7.8326，1.3433，1.2627，0.7365，3.8726]

ε_u＝0;

则新能源发电系统质量函数Q(t)为

Q(t)＝β₁ΔU+β₂ΔI+β₃ΔV+β₄Δf+β₅ε_u+β₆T_u+β₇T_i+β₈δ_u+ε    (4)

步骤6.2:根据分布式新能源发电系统质量函数构造分布式新能源发电系统并网等级函数R(t);

R(t)＝αQ(t)+βQ′(t)+σ                    (5)

其中，R(t)——新能源发电系统并网等级函数;

      Q(t)——新能源发电系统质量函数;

      Q′(t)——新能源发电系统质量函数一阶导数;

      α、β、σ——调和系数，[α，β，σ］＝[0.6039，0.3879，2.1767];

步骤6.3:根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统电能质量函数中各个运行状态参数的系数取值;

步骤6.4:根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统并网等级函数中各个调和系数的取值;

步骤6.5:制定分布式新能源发电系统并网等级标准:若并网等级函数R(t)的数值在0.0000～10.0000，为优级，支持并入电网;若数值在10.0001～25.0000，为良级，支持并入电网;若数值在25.0001～45.0000，为中级，支持并入电网;若数值在45.0001～60.0000，为差级，支持并入电网;若数值大于60.0000，则定义为垃圾电，不支持并入电网;

步骤6.6:根据电能质量参数和新能源发电系统并网等级函数，计算并网等级函数R(t)的数值;

Q(t)＝18.5150              Q′(t)＝22.6729

则R(t)＝αQ(t)+βQ′(t)+σ

＝0.6039×18.5150+0.3879×22.6729+2.1767＝22.1527

步骤6.7:根据分布式新能源发电系统并网等级标准评估新能源发电系统当前的并网等级;

由于本实施方式中，R(t)的数值为22.1527，数值在10.0001～25.0000范围内，则本10KW风光互补发电机组的并网等级为良级，支持并入电网;

步骤7:DSP处理器将分布式新能源发电系统运行状态参数以及并网等级传输给无线通信模块;

步骤8:无线通信模块将新能源发电系统运行参数以及并网等级传输给电网调度中心;

步骤9:电网调度中心根据分布式新能源发电系统并网等级标准来判断是否支持分布式新能源发电系统接入电网，并将判断结果反馈至DSP处理器;

步骤10:若判断结果为支持并入电网，则执行步骤11;否则，返回步骤1;

步骤1l:DSP处理器根据比较器得到的比较结果，产生相应的PWM波对逆变器进行调节;

步骤12:DSP处理器根据电网调度中心反馈的判断结果输出相应的PWM波给并网控制器，并网控制器控制断路器并入电网。

Claims (4)

1.一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，其特征在于：包括信号采集模块、信号调制模块、主控模块、无线通信模块和并网控制模块；

所述信号采集模块包括6个交流电压互感器、3个交流电流互感器和1个直流电压互感器；

所述信号调制模块包括三相滤波电路、三相电压调制电路、三相电流调制电路和过零检测电路；

所述主控模块包括比较器和DSP处理器，比较器包括电压比较器、相角比较器和频率比较器；

该装置的具体连接如下：

信号采集模块中的3个交流电压互感器的输入端、3个交流电流互感器的输入端和直流电压互感器的输入端均连接新能源发电系统中逆变器的三相输出端，信号采集模块中的另外3个交流电压互感器的输入端连接新能源发电系统中断路器的三相输出端，信号采集模块中的3个交流电压互感器的输出端、3个交流电流互感器的输出端和直流电压互感器的输出端连接三相滤波电路的输入端，三相滤波电路的输出端分别连接三相电压调制电路的输入端和三相电流调制电路的输入端，A相电压调制电路的输出端连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端连接DSP处理器的计数接口，A相电流调制电路的输出端、B相电压调制电路的输出端、B相电流调制电路的输出端、C相电压调制电路的输出端和C相电流调制电路的输出端均连接DSP处理器的输入端，直流电压互感器的输出端连接DSP处理器的A/D转换接口，连接到逆变器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的一个输入端，连接到逆变器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的一个输入端，连接到逆变器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的一个输入端，连接到断路器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的另一个输入端，连接到断路器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的另一个输入端，连接到断路器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的另一个输入端，电压比较器的输出端、相角比较器的输出端和频率比较器的输出端均连接DSP处理器的A/D转换接口，并网控制模块、分布式新能源发电系统的逆变器均与DSP处理器的PWM波接口连接，无线通信模块接至DSP处理器的SCI接口。

2.根据权利要求1所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，其特征在于；所述DSP处理器连接有外接电源、数据存储器、实时时钟和显示器，外接电源接至DSP处理器的标准电源接口数据存储器接至DSP处理器的外部内存接口，实时时钟接至DSP处理器的串行接口，显示器接至DSP处理器的串行接口。

3.根据权利要求1所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，其特征在于：所述无线通信模块为GPRS无线通信装置。

4.采用权利要求1所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置进行低压并网检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：信号采集模块采集逆变器输出的三相电压信号、逆变器输出的三相电流信号、逆变器输出的直流电压信号和断路器输出的三相电压信号；

步骤2：信号调制模块对采集到的信号进行滤波和调制；

步骤3：滤波后的逆变器输出信号和断路器输出信号传输至比较器，进行电压比较、相角比较和频率比较，分别得到逆变器输出信号和断路器输出信号的电压差值、相角差值和频率差值，并将三个差值作为比较结果传输至DSP处理器的A/D转换接口；

步骤4：计算新能源发电系统运行状态参数，包括电能参数和电能质量参数，并将运行状态参数存储于数据存储器中；

所述电能参数包括：三相电压、三相电流、频率和功率因数，电能质量参数包括逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差、逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差、电压波动、频率偏差、三相不平衡度、电压畸变率、电流畸变率和电压直流分量百分比；

步骤5：若分布式新能源发电系统已并入电网，开启安全检测模式，采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测；若分布式新能源发电系统未并入电网，执行步骤6；

所述采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测，具体步骤如下：

步骤5.1：设定新能源发电系统安全运行参数区间，包括：逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为﹣3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在﹣3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz；

步骤5.2：调用数据存储器中的电压偏差、电流偏差和频率；

步骤5.３：若逆变器输出频率在安全运行参数区间之内，执行步骤5.4，否则，执行步骤5.6；

步骤5.4：若逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差在安全运行参数区间之内，执行步骤5.5，否则，执行步骤5.6；

步骤5.5：若逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在安全运行参数区间之内，分布式新能源发电系统继续并网工作，否则，执行步骤5.6；

步骤5.6：DSP处理器发出PWM波传输至并网控制器，并网控制器控制断路器将分布式新能源发电系统与电网断开；

步骤6：DSP处理器判断分布式新能源发电系统运行状态参数是否在安全运行参数区间之内：是，则对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，否则本地调节分布式新能源发电系统运行状态参数使其达到安全运行参数区间的要求；

新能源发电系统安全运行参数区间是：逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为﹣3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在﹣3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz，三相不平衡度低于10%，电压畸变率小于5%，电流畸变率小于5%，电压直流分量百分比低于1%；

对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，是通过多元线性回归模型建立的新能源发电系统并网等级函数将新能源发电系统分为优、良、中、差四个等级，具体步骤如下：

步骤6.1：根据分布式新能源发电系统运行状态参数，建立多元线性回归参数模型，即得到分布式新能源发电系统质量函数；

新能源发电系统质量函数Q(t)表示如下：

Q(t)=X(t)β+ε                                        (1)

其中，Q(t)——新能源发电系统质量函数；

      X(t)——新能源发电系统运行状态参数矩阵；

      β——回归系数矩阵；

      ε——回归调和常数；

新能源发电系统运行状态参数X(t)矩阵；

X(t)=[ΔU，ΔI，ΔV，Δf，ε_u，T_u，T_i，δ_u]                         (2)

其中，ΔU——电压偏差；

      ΔI——电流偏差；

      ΔV——电压波动；

      Δf——频率偏差；

      ε_u——三相不平衡度；

      T_u——电压畸变率；

      T_i——电流畸变率；

      δ_u——直流分量百分比；

回归系数矩阵β表示如下:

β＝[β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈]                        (3)

其中，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈分别为各运行状态参数系数；

则新能源发电系统质量函数为

Q(t)＝β₁ΔU+β₂ΔI+β₃ΔV+β₄Δf+β₅ε_u+β₆T_u+β₇T_i+β₈δ_u+ε   (4)

步骤6.2：根据分布式新能源发电系统质量函数构造分布式新能源发电系统并网等级函数R(t);

R(t)＝αQ(t)+βQ′(t)+σ                            (5)

其中，R(t)——新能源发电系统并网等级函数;

      Q(t)——新能源发电系统质量函数；

      Q′(t)——新能源发电系统质量函数一阶导数；

      α、β、σ——调和系数；

步骤6.3：根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统电能质量函数中各个运行状态参数的系数取值；

步骤6.4：根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统并网等级函数中各个调和系数的取值；

步骤6.5：制定分布式新能源发电系统并网等级标准：若并网等级函数R(t)的数值在0.0000～10.0000，为优级，支持并入电网；若数值在10.0001～25.0000，为良级，支持并入电网；若数值在25.0001～45.0000，为中级，支持并入电网；若数值在45.0001～60.0000，为差级，支持并入电网；若数值大于60.0000，则定义为垃圾电，不支持并入电网；

步骤6.6：根据电能质量参数和新能源发电系统并网等级函数，计算并网等级函数R(t)的数值；

步骤6.7：根据分布式新能源发电系统并网等级标准评估新能源发电系统当前的并网等级；步骤7：DSP处理器将分布式新能源发电系统运行状态参数以及并网等级传输给无线通信模块；

步骤8：无线通信模块将新能源发电系统运行参数以及并网等级传输给电网调度中心；

步骤9：电网调度中心根据分布式新能源发电系统并网等级标准来判断是否支持分布式新能源发电系统接入电网，并将判断结果反馈至DSP处理器；

步骤10：若判断结果为支持并入电网，则执行步骤11；否则，返回步骤1；

步骤11：DSP处理器根据比较器得到的比较结果，产生相应的PWM波对逆变器进行调节；

步骤12：DSP处理器根据电网调度中心反馈的判断结果输出相应的PWM波给并网控制器，并网控制器控制断路器并入电网。

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