CN103475247B - 分布式光伏电站有功无功可调度控制装置 - Google Patents

分布式光伏电站有功无功可调度控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，包括信号采样单元、采样信号处理单元和控制单元；信号采样单元采集并网逆变器和配电站的连接点处的电压、电流等数据并传输给采样信号处理单元；采样信号处理单元对接收的采样数据信号采用基于小波滤波的有功无功解耦控制策略进行处理后将信号传输给控制单元；控制单元对接收的数据进行分析处理，判断当前分布式光伏电站的运行状况，并根据相应情况对分布式发电单元进行有功无功调度。本发明结构简单，成本较低，安装使用方便；能够实现对有功、无功电流的精确测量并有效解除有功、无功电流间的相互影响，使系统获得良好的动态和稳态控制特性，满足电网对光伏电站的调度控制要求。

Description

分布式光伏电站有功无功可调度控制装置
技术领域
本发明涉及光伏发电调度控制技术领域，具体涉及一种用于分布式光伏电站的有功无功可调度控制装置。
背景技术
随着全球性能源危机日益突出、环境污染问题日趋严重，世界各国都将未来能源结构改变的焦点指向以太阳能光伏、风力发电等为代表的新能源产业，因而，近年来分布式电源并网技术正在迅速崛起。但是，分布式电源并网也会给电力系统运行和稳定性带来许多负面影响：如分布式光伏电站的出力具有显著的随机性和间歇性特点，会对电网的电压和频率运行特性产生影响。光伏发电在电网中达到一定渗透率后，光伏发电的无功和有功功率冲击等常常会造成电网电压波动，引起电能质量下降，进而影响到配电网的正常电能使用。因而对并网的光伏发电系统需要进行有功无功调度控制。传统电站的调度控制装置通常是根据发电机的原理，对发电机调度有功无功，在变电侧主要通过调整变压器抽头调整电压，增加无功补偿装置，对电网进行无功补偿以达到调整电压和功率因素的目的。而对光伏发电的有功无功调节，通常为利用光伏并网逆变器具有4象限运行的特性，将逆变器等效于传统发电机进行有功无功调节。当前，关于光伏发电并网的有功、无功的调度控制原理及装置已多见研究和应用，但目前的调度控制装置，特别是用于高渗透率下有功无功调节与网压调节及电能质量治理于一体的分布式光伏电站逆变器的控制装置，因高渗透率下分布式光伏电站运行波动较大，使电站局部区域内电压、有功、无功、功率因数变化较大，因多级并联装机容量较大情况下，因逆变器一般开关频率较低（3kHz-20kHz之间），存在较大开关噪声干扰、纹波电流及电压突变等因素的影响，造成在实际应用中对分布式光伏发电的有功无功调度精度不高、效果不佳。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种能够有效克服分布式光伏发电的兆瓦级逆变器的开关噪声干扰和纹波电流影响、对逆变器实施快速精确控制的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置。
本发明的技术方案是：本发明的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，其结构特点是：包括信号采样单元、采样信号处理单元和控制单元；
上述的信号采样单元设有采样信号输入端和信号输出端；采样信号处理单元设有信号输入端和信号输出端；控制单元设有信号输入端和信号输出端；
采样信号处理单元的信号输入端与信号采样单元的信号输出端信号电连接；控制单元的信号输入端与采样信号处理单元的信号输出端信号电连接；使用时，信号采样单元的采样信号输入端与并网逆变器和配电站的输电线路信号电连接；控制单元的信号输出端与并网逆变器的控制端控制信号电连接。
进一步的方案是：上述的采样信号处理单元包括接口模块、电力参数计算模块、CPU模块、通信模块和电源模块；
上述的接口模块和电力参数计算模块均分别设有信号输入端和信号输出端；CPU模块设有第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端；通信模块设有信号输入端和信号输出端；
接口模块的信号输入端即为采样信号处理单元的信号输入端；电力参数计算模块的信号输入端和CPU模块的第一信号输入端均与接口模块的信号输出端信号电连接；CPU模块的第二信号输入端与电力参数计算模块的信号输出端信号电连接；通信模块的信号输入端与CPU模块的信号输出端信号电连接；通信模块的信号输出端即为采样信号处理单元的信号输出端；电源模块为电力参数计算模块、CPU模块和通信模块提供工作电源。
进一步的方案是：上述的控制单元包括第二通信模块、CPU控制模块、触摸显示屏、控制信号输出模块和第二电源模块；
上述的第二通信模块设有信号输入端和信号输出端；CPU控制模块设有信号输入端、交互信号通信端和信号输出端；触摸显示屏设有信号通信端；控制信号输出模块设有信号输入端和信号输出端；
第二通信模块的信号输入端即为控制单元的信号输入端；CPU控制模块的信号输入端与第二通信模块的信号输出端信号电连接；触摸显示屏的信号通信端与CPU控制模块的交互信号通信端双向信号电连接；控制信号输出模块的信号输入端与CPU控制模块的信号输出端信号电连接；控制信号输出模块的信号输出端即为控制单元的信号输出端；第二电源模块为控制单元的第二通信模块（31）、CPU控制模块（32）、触摸显示屏（33）和控制信号输出模块（34）提供工作电源。
进一步的方案是：上述的采样信号处理单元的CPU模块包括64位浮点型主频150MHz的高速CPU，其型号优选采用TMS320F28335；控制单元的CPU控制模块包括64位浮点型主频150MHz的高速CPU，其型号优选采用TMS320F28335；触摸显示屏采用ARM9的7英寸工业级触摸屏。
进一步的方案还有：上述的采样信号处理单元的CPU模块为对采样的电压和电流信号采用基于小波滤波的有功无功解耦控制的模块。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，结构简单，成本较低，安装使用方便。（2）本发明的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，其采样信号处理单元采用基于小波滤波的有功无功解耦控制方法，首先通过对采样的电流、电压信号进行离散小波变换DWT进行去噪滤波，再通过离散小波逆变换IDWT重构采样信号，然后对重构电压电流信号进行有功无功解耦控制，从而实现对有功、无功电流的精确测量并有效解除有功、无功电流间的相互影响，使系统获得良好的动态和稳态控制特性，实现并网发电与无功调节等多功能的灵活组合及无功补偿等功能，改善电网的电能质量，满足电网对光伏电站的调度控制要求。
附图说明
图1为本发明的组成结构示意图，图中还显示了本发明与受其控制的分布式光伏发电单元的并网逆变器以及配电站的电连接关系；
图2为图1中采样信号处理单元的组成结构示意图；
图3为图1中控制单元的组成结构示意图；
图4为图2中的CPU模块采用基于小波滤波的有功无功解耦控制的原理图。
上述附图中的附图标记如下：
信号采样单元1，
采样信号处理单元2，接口模块21，电力参数计算模块22，CPU模块23，通信模块24，电源模块25，
控制单元3，第二通信模块31，CPU控制模块32，触摸显示屏33，控制信号输出模块34，第二电源模块35，
并网逆变器4，
配电站5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
见图1，本实施例的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，主要由信号采样单元1、采样信号处理单元2和控制单元3组成。本实施例的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置用于对并网逆变器4和配电站5进行有功无功可调度控制。
信号采样单元1设有采样信号输入端和信号输出端；采样信号处理单元2设有信号输入端和信号输出端；控制单元3设有信号输入端和信号输出端。
信号采样单元1的采样信号输入端使用时与并网逆变器4和配电站5的输电线路信号电连接；采样信号处理单元2的信号输入端与信号采样单元1的信号输出端信号电连接；控制单元3的信号输入端与采样信号处理单元2的信号输出端信号电连接；使用时，控制单元3的信号输出端与并网逆变器4的控制端控制信号电连接。
信号采样单元1的核心器件为5A/200mA的电流互感器和200Ma/200mA电压变送器。该型电流互感器的主要功能是兼容不同变电站中型号各异的电流互感器；电压变送器主要功能是通过内置电阻匹配可以对不同电压等级系统进行电压采样，电压变送器输出信号同时还与数字锁相环电路组合成对电网频率相位的锁相功能电路；信号采样单元1的核心采样器件的配置可使设备适应分布式光伏系统的多样性，使系统使用更加灵活，同时它们对采样进行隔离提高了设备的安全可靠性，使电气绝缘等级更高。信号采样单元1的电流互感器和电压变送器在并网逆变器4和配电站5的输电线路的A、B、C三相线路上分别各设置1套。
见图2，采样信号处理单元2主要由接口模块21、电力参数计算模块22、CPU模块23、通信模块24和电源模块25组成。
接口模块21和电力参数计算模块22均分别设有信号输入端和信号输出端；CPU模块23设有第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端；通信模块24设有信号输入端和信号输出端。
接口模块21的信号输入端即为采样信号处理单元2的信号输入端；电力参数计算模块22的信号输入端和CPU模块23的第一信号输入端均与接口模块21的信号输出端信号电连接；CPU模块23的第二信号输入端与电力参数计算模块22的信号输出端信号电连接；通信模块24的信号输入端与CPU模块23的信号输出端信号电连接；通信模块24的信号输出端即为采样信号处理单元2的信号输出端；电源模块25为电力参数计算模块22、CPU模块23和通信模块24提供工作电源。
CPU模块23的核心器件为64位浮点型主频150MHz的高速CPU，其型号本实施例中优选采用TMS320F28335。
见图3，控制单元3主要由第二通信模块31、CPU控制模块32、触摸显示屏33、控制信号输出模块34和第二电源模块35组成。
第二通信模块31设有信号输入端和信号输出端；CPU控制模块32设有信号输入端、交互信号通信端和信号输出端；触摸显示屏33设有信号通信端；控制信号输出模块34设有信号输入端和信号输出端。
第二通信模块31的信号输入端即为控制单元3的信号输入端；CPU控制模块32的信号输入端与第二通信模块31的信号输出端信号电连接；触摸显示屏33的信号通信端与CPU控制模块32的交互信号通信端双向信号电连接；控制信号输出模块34的信号输入端与CPU控制模块32的信号输出端信号电连接；控制信号输出模块34的信号输出端即为控制单元3的信号输出端；第二电源模块35为控制单元3的第二通信模块31、CPU控制模块32、触摸显示屏33和控制信号输出模块34提供工作电源。
CPU控制模块32的核心器件为为64位浮点型主频150MHz的高速CPU，其型号本实施例中优选采用TMS320F28335。触摸显示屏33采用ARM9的7英寸工业级触摸屏。触摸显示屏33用于显示相应信息以及用于操作人员手动输入相关的信息。
见图4，由于信号采样单元1的采样信号在传送过程中受强电磁传导辐射干扰，叠加了丰富的噪声，本实施例中，为了消除噪声的不利影响，采样信号处理单元2的CPU模块23对接收的电压和电流采样信号采用基于小波滤波的有功无功解耦控制：首先通过对采集的电压信号U和电流信号I信号进行离散小波变换DWT进行去噪声，再采用正交镜像滤波器（QMF）滤波，然后通过离散小波逆变换IDWT重构采样信号，最后对重构电压电流信号进行有功无功解耦控制，以实现精确测量有功、无功电流，并有效地解除有功、无功电流分量的相互影响，使系统获得良好的动态和稳态控制特性，实现并网发电与无功调节等多功能的灵活组合及无功补偿等功能，改善电网的电能质量，满足电网对光伏电站的调度控制要求。
本实施例的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置的工作原理简述如下：
本实施例的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置（以下简称控制装置），用于对作为分布式光伏发电单元的并网逆变器4和作为电网配电单元的配电站5进行调节控制。并网逆变器4至少设置1台以上。控制装置通过其信号采样单元对配电站5与逆变器4连接点的电压、电流、有功无功等数据进行采集并将采集的信号传输给采样信号处理单元2；采样信号处理单元2的电力参数计算模块22对与电站副总输出侧电能质量相关的电压、电流、有功、无功、功率因数、频率数据、基波有功功率、基本无功功率等数据进行相应的计算并将结果传输给CPU模块23；CPU模块23采用基于小波滤波的解耦控制策略对数据进行进一步处理，得出与电能质量相关的电压、电流、有功、无功、功率因数、频率数据、基波有功功率、基本无功功率等数据，并传输给控制单元3，控制单元3的CPU控制模块32对接收的数据进行分析处理，通过与获取的逆变器4的运行数据对比，判断当前分布式光伏电站（并网逆变器4）的运行状况，并根据相应情况对分布式发电单元进行有功无功调度，以实现分布式电站系统的优化运行。
综上，本实施例的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，结构简单，成本较低，安装使用方便；其采样信号处理单元采用基于小波滤波的有功无功解耦控制方法，实现对有功、无功电流的精确测量并有效解除有功、无功电流间的相互影响，使系统获得良好的动态和稳态控制特性，实现并网发电与无功调节等多功能的灵活组合及无功补偿等功能，改善电网的电压、功率因数等电能质量，满足电网对光伏电站的调度控制要求，以使电网安全运行。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，其特征在于：包括信号采样单元（1）、采样信号处理单元（2）和控制单元（3）；
所述的信号采样单元（1）设有采样信号输入端和信号输出端；采样信号处理单元（2）设有信号输入端和信号输出端；控制单元（3）设有信号输入端和信号输出端；
采样信号处理单元（2）的信号输入端与信号采样单元（1）的信号输出端信号电连接；控制单元（3）的信号输入端与采样信号处理单元（2）的信号输出端信号电连接；使用时，信号采样单元（1）的采样信号输入端与并网逆变器（4）和配电站（5）的输电线路信号电连接；控制单元（3）的信号输出端与并网逆变器（4）的控制端控制信号电连接；
所述的采样信号处理单元（2）包括接口模块（21）、电力参数计算模块（22）、CPU模块（23）、通信模块（24）和电源模块（25）；
所述的接口模块（21）和电力参数计算模块（22）均分别设有信号输入端和信号输出端；CPU模块（23）设有第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端；通信模块（24）设有信号输入端和信号输出端；
接口模块（21）的信号输入端即为采样信号处理单元（2）的信号输入端；电力参数计算模块（22）的信号输入端和CPU模块（23）的第一信号输入端均与接口模块（21）的信号输出端信号电连接；CPU模块（23）的第二信号输入端与电力参数计算模块（22）的信号输出端信号电连接；通信模块（24）的信号输入端与CPU模块（23）的信号输出端信号电连接；通信模块（24）的信号输出端即为采样信号处理单元（2）的信号输出端；电源模块（25）为电力参数计算模块（22）、CPU模块（23）和通信模块（24）提供工作电源；
所述的采样信号处理单元（2）的CPU模块（23）为对采样的电压和电流信号采用离散小波变换去噪声、正交镜像滤波器滤波、离散小波逆变换重构采样信号、对重构的电压和电流信号进行有功无功解耦控制的模块；
所述的控制单元（3）包括第二通信模块（31）、CPU控制模块（32）、触摸显示屏（33）、控制信号输出模块（34）和第二电源模块（35）；
所述的第二通信模块（31）设有信号输入端和信号输出端；CPU控制模块（32）设有信号输入端、交互信号通信端和信号输出端；触摸显示屏（33）设有信号通信端；控制信号输出模块（34）设有信号输入端和信号输出端；
第二通信模块（31）的信号输入端即为控制单元（3）的信号输入端；CPU控制模块（32）的信号输入端与第二通信模块（31）的信号输出端信号电连接；触摸显示屏（33）的信号通信端与CPU控制模块（32）的交互信号通信端双向信号电连接；控制信号输出模块（34）的信号输入端与CPU控制模块（32）的信号输出端信号电连接；控制信号输出模块（34）的信号输出端即为控制单元（3）的信号输出端；第二电源模块（35）为控制单元（3）的第二通信模块（31）、CPU控制模块（32）、触摸显示屏（33）和控制信号输出模块（34）提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏电站有功无功可调度控制装置，其特征在于：所述的采样信号处理单元（2）的CPU模块（23）包括64位浮点型主频150MHz的高速CPU；控制单元（3）的CPU控制模块（32）包括64位浮点型主频150MHz的高速CPU；触摸显示屏（33）采用ARM9的7英寸工业级触摸屏。
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