CN104410100B - 一种分布式光伏发电并网智能黑匣子及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，包括外壳、在外壳内设置有控制电路板，所述的控制电路板包括CPU中控电路模块、分别与CPU中控电路模块相连的液晶显示电路、无线通信模块、智能锁模块、卫星定位模块、电源电路模块、多路电流电压采样电路模块、分合控制电路模块、带分励脱扣的断路器、电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端。本发明的优点在于：将发电并网与用户用电接线集成为一体，可控程度高；并网接入装置安装选址灵活，安装方便、工作量小和工作效率高；不受外界自然条件和人为因素干扰，运行安全可靠；日常维护工作量小和维护费用低；独立性强和智能化程度高，完全可以满足智能电网的发展需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式光伏发电并网智能黑匣子及其应用，属于电力工业新能源技术领域。
背景技术
随着光伏发电技术的快速发展，分布式光伏发电并网量越来越大，并网接入装置成为制约电网安全的难题之一。分布光伏发电采用两块电能表加小型断路器的复杂接线方式实现并网，该分布光伏发电并网接入方式存在如下不足：1)并网接入装置安装选址困难，安装工作量大、工作强度高和工作效率低；2)运行过程中，极易受雨水、冰雪、粉尘和腐蚀性气体等外界自然条件和人为因素干扰，运行过程中安全隐患大；3)并网接入接线复杂和接入周期长；4)日常维护工作量大和维护费用高；5)采用2块电能表计量，分别计量的是用电量和发电量，而上网电量计量的是两块表的差值，是间接反映上网电量。总之，现有分布光伏发电并网接入装置不能满足快速和大量接入的智能电网的技术要求。未见独立和高智能化光伏分布式发电并网智能黑匣子装置的应用报道。目前，未见光伏分布式发电并网智能黑匣子装置的应用报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种安装选址灵活、接入快速方便、安全可靠、免维护、独立性强和智能化程度高的分布式光伏发电并网智能黑匣子。
本发明还提供一种上述分布式光伏发电并网智能黑匣子的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，包括外壳、在外壳内设置有控制电路板，所述的控制电路板包括CPU中控电路模块、分别与CPU中控电路模块相连的液晶显示电路、无线通信模块、智能锁模块、卫星定位模块、电源电路模块、多路电流电压采样电路模块、分合控制电路模块、带分励脱扣的断路器、电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端；
所述电源电路模块分别为CPU中控电路模块与分合控制电路模块供电；
所述多路电流电压采样电路模块通过双向漏电保护器与所述的电网接入端相连，所述电网接入端为所述智能黑匣子与电网的接口；
所述分合控制电路模块与所述用户接入端相连，所述用户接入端为所述智能黑匣子与用户用电接口，所述分合控制电路模块通过带分励脱扣的断路器与分布式发电并网接入端相连，所述分布式发电并网接入端为光伏发电并网接入端，即所述智能黑匣子与分布式太阳能发电逆变装置端的接口；所述带分励脱扣的断路器分别受CPU中控电路模块和双向漏电保护器脱扣控制。
根据本发明优选的，所述电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端均设置有自锁式接入电缆插头。
根据本发明优选的，所述无线通信模块为3G通信模块、4G通信模块或RS485通信接口。
根据本发明优选的，所述智能锁模块为权限开启电路，包括指纹锁、RFID射频通信卡或密码锁。
根据本发明优选的，所述卫星定位模块为北斗定位系统或GPS定位系统。
根据本发明优选的，所述分布式光伏发电并网智能黑匣子还包括智能维护模块，所述智能维护模块为智能终端应用的维护APP，其作用是在远端智能终端上运行，用户通过3G通信网络或4G通信网络实现远程对所述智能黑匣子的维护。
根据本发明优选的，所述外壳为金属外壳。
根据本发明优选的，所述金属外壳为全铸铝外壳、不锈钢外壳或涂覆氟涂料的碳钢外壳。
一种上述分布式光伏发电并网智能黑匣子的工作方法，包括步骤如下：
1)安装连接：
将所述智能黑匣子的电网接入端与电网相连；将所述用户接入端与所述用户的入户电路电路相连，将所述光伏发电用于用户；将所述分布式发电并网接入端与分布式太阳能发电逆变装置连接；
2)通过所述智能黑匣子将太阳能光伏发电并网时：
将所述带分励脱扣的断路器合上；
3)在漏电保护器跳闸动作后，需检查，并确保入户电路无漏电后，再将所述双向漏电保护器合闸。
本发明的优点在于：
1)本发明所述的分布式光伏发电并网智能黑匣子，将发电并网与用户用电接线集成为一体，可控程度高。
2)本发明安装选址灵活，安装方便、工作量小和工作效率高。
3)本发明所述分布式光伏发电并网智能黑匣子采用抗干扰、抗污的外壳，不受雨水、冰雪、粉尘和腐蚀性气体等外界自然条件和人为因素干扰，确保其内部控制电路板运行安全可靠。
4)本发明所述一种分布式光伏发电并网智能黑匣子的日常维护工作量小和维护费用低，近乎免维护。
5)本发明所述一种分布式光伏发电并网智能黑匣子独立性强和智能化程度高，完全可以满足智能电网的发展需求。
6)本发明还具有双向漏电保护功能。采用带有双向漏电保护的断路器连接电网，分励脱扣的并网断路器和双向漏电保护断路器组成保护电路。在电网接入后连接双向漏电保护功能的小型断路器，同时控制小型并网短路器，通过分励脱扣起到同时双向保护作用。
7)本发明在电网接入后连接双向漏电保护功能的小型断路器，并同时控制小型并网短路器。经电流电压采样转换后的数据进入CPU中控电路模块，通过计算后将各种遥测量记录并送显，然后通过CPU中控电路模块通过分合控制电路模块实现过流过压欠压保护。同时控制并网断路器跳开。采用双向漏电保护器，由于电子式漏电保护断路器为单向保护，在发电并网情况下，单向电子式漏电保护短路器失效，不能起到漏电保护作用。该双向漏电保护器的采用，解决了上网发电特殊情况下漏电保护的问题。并网断路器采用带有分励脱扣的断路器。当检测到有漏电情况，则电网和发电并网端均断开，起到安全保护作用。接入端子采用带有自锁功能的接线端子，提供现场安装的便易性。采用3G通信或4G通信实现数据远传和远程控制。采用普通智能终端作为维护用手持机，在智能终端上安装运行维护软件APP，可以实现运行维护人员的轻便维护工作。
附图说明
图1为本发明所述一种分布式光伏发电并网智能黑匣子中控制电路板的模块原理连接图；
图2为本发明所述智能黑匣子中控制电路板的电路原理图中，所述液晶显示电路中的液晶驱动电路图；
图3为本发明所述智能黑匣子中控制电路板的电路原理图中，所述多路电流电压采样电路模块的电路图；
图4为本发明所述智能黑匣子中控制电路板的电路原理图中，所述CPU中控电路模块的电路图；
图5为本发明所述智能黑匣子中控制电路板的电路原理图中，所述无线通信模块为RS485通信接口时的电路图；
图6为本发明所述智能黑匣子中控制电路板的电路原理图中，所述分合控制电路模块的电路图；
图7为发明所述智能黑匣子中的电源电路模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图1所示
一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，包括外壳、在外壳内设置有控制电路板，所述的控制电路板包括CPU中控电路模块、分别与CPU中控电路模块相连的液晶显示电路、无线通信模块、智能锁模块、卫星定位模块、电源电路模块、多路电流电压采样电路模块、分合控制电路模块、带分励脱扣的断路器、电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端；
所述电源电路模块分别为CPU中控电路模块与分合控制电路模块供电；
所述多路电流电压采样电路模块通过双向漏电保护器与所述的电网接入端相连，所述电网接入端为所述智能黑匣子与电网的接口；
所述分合控制电路模块与所述用户接入端相连，所述用户接入端为所述智能黑匣子与用户用电接口，所述分合控制电路模块通过带分励脱扣的断路器与分布式发电并网接入端相连，所述分布式发电并网接入端为光伏发电并网接入端，即所述智能黑匣子与分布式太阳能发电逆变装置端的接口；所述带分励脱扣的断路器分别受CPU中控电路模块和双向漏电保护器脱扣控制。
所述无线通信模块为RS485通信接口。
所述智能锁模块为权限开启电路，包括指纹锁、RFID射频通信卡或密码锁。
所述卫星定位模块为北斗定位系统或GPS定位系统。
如图3所示：所述多路电流电压采样电路模块包括多路电流互感器采样电路和电压采样电路以及高精度的电能计量芯片以及其外围电路，其中采样计算芯片ADE7758，电流采样电路包括电流互感器和电压转换电路(R31,R32等)，转换之后的电压信号通过滤波后(R3，R4，C19，C20等组成的滤波电路)送入采样芯片。电压信号经过电压转换和滤波后送入采样芯片U3。(J13为10MHZ晶振，为U3提供高速时钟)U3经过A/D转换后，通过SCI(包括ADE_SCLK，ADE_DIN，ADE_CS，ADE_DOUT四条线)将数据送入CPU。IRQ为中断信号线，当发生过压和过流时，U3通过IRQ发送一个低电平给CPU。APCF和VARCF为电能计量的脉冲输出。
上述计算芯片对电流信号、电压信号进行AD转换和计算后得到适于通信的数据，并将该数据送入CPU中控电路模块，由CPU中控电路模块对数据进行换算，得到实际的电压，电流，功率和电能数值，所述CPU中控电路模块将电压、电流、功率和电能数值送显并通过无线通信模块送往远程控制中心和智能终端维护APP，以实现对本智能黑匣子的运行情况进行远程监控。同时CPU中控电路模块还通过分合控制电路对继电器的开合控制及并网的断路器的保护控制来实现过流过压欠压等情况下，进行控制跳闸动作，实现保护功能。如图6所示，通过分合控制电路模块实现对分布式太阳能发电装置的运行状态进行监控。
如图1、2、4所述，所述CPU中控电路模块包括上电复位电路、实时时钟与时钟震荡电路和液晶驱动电路，通信电路。上电复位电路采用微处理器复位芯片，用于监控微控制器和其他逻辑系统的电源电压，它可以在上电掉电和节电情况下向微控制器提供复位信号。当电源电压低于预设的门槛电压时，器件会发出复位信号直到在一段时间内电源电压又恢复到高于门槛电压为止。实时时钟电路采用高性能的时钟芯片，实现精准的日期和时间功能(U1为高精度时钟芯片，J5为32.768kHZ的晶振为U1提供时钟)。时钟震荡电路使用高速晶振，为CPU提供高速时钟,其中J4为32.768kHZ，J6为16MHZ。如图2所示，所述液晶驱动电路实现数据显示功能，包括DIS_CS，DIS_SCK、DIS_RST、DIS_I/O,DIL_BL五条线，通过J12与液晶连接。通信电路实现与上位机的通信，实现参数设置，数据上传，远程遥控等功能。
如图6所示，所述分合控制电路模块的电路图包括光耦隔离和继电器。通过控制继电器(J9和J10)的开合实现各种保护以及遥控。通过检测断路器辅助节点的检测(即J9的5和6的状态)，实现对分布式太阳能发电装置的运行状态的检测。
如图7所示的电源电路模块。包括模块电源，以及外围EMC电路。其中F1为220V2A的自恢复保险丝，R25为压敏电阻，C35为滤波电容，D1，D2为5.1V稳压管，C7，C8，L1，L2做滤波电路。
所述智能终端维护APP，可运行在安装谷歌Android和苹果IOS系统的智能手机上，通过权限认证后可以查看装置在手机电子地图上的位置，并对装置进行在线维护。可以查询装置的正向有功电量、反向有功电量，实时电压，电流，保护状态、各项参数和历史记录，设置装置的地址，修改装置设置密码，对装置进行校时。
在所述远程控制中心中安装有管理软件软件。通过3G网络或4G网络对所有装置进行监控维护，并记录装置的各项运行数据。采集装置的正向有功电量、反向有功电量，实时电压，电流和保护状态并显示，定时记录数据存入数据库，具有权限的操作人员可远程控制装置合闸、分闸。
实施例2、
如实施例1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其区别在于，所述外壳为金属外壳。
实施例3、
如实施例1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其区别在于，所述金属外壳为全铸铝外壳、不锈钢外壳或涂覆氟涂料的碳钢外壳。
本发明采用金属外壳采用全铸铝、不锈钢、普通碳钢涂覆氟涂料等，具有防水、防潮和防腐防腐功能。
实施例4、
一种如实施例1-3所述分布式光伏发电并网智能黑匣子的工作方法，包括步骤如下：
1)安装连接：
将所述智能黑匣子的电网接入端与电网相连；将所述用户接入端与所述用户的入户电路电路相连，将所述光伏发电用于用户；将所述分布式发电并网接入端与分布式太阳能发电逆变装置连接；
2)通过所述智能黑匣子将太阳能光伏发电并网时：
将所述带分励脱扣的断路器合上；
3)在漏电保护器跳闸动作后，需检查，并确保入户电路无漏电后，再将所述双向漏电保护器合闸。
实施例5、
如实施例1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其区别在于，所述电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端均设置有自锁式接入电缆插头。
实施例6、
如实施例1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其区别在于，所述无线通信模块为3G通信模块或4G通信模块。
所述分布式光伏发电并网智能黑匣子还包括智能维护模块，所述智能维护模块为智能终端应用的维护APP，其作用是在远端智能终端上运行，用户通过3G通信网络或4G通信网络实现远程对所述智能黑匣子的维护。
Claims (9)
1.一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，该智能黑匣子包括外壳、在外壳内设置有控制电路板，所述的控制电路板包括CPU中控电路模块、分别与CPU中控电路模块相连的液晶显示电路、无线通信模块、智能锁模块、卫星定位模块、电源电路模块、多路电流电压采样电路模块、分合控制电路模块、带分励脱扣的断路器、电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端；
所述电源电路模块分别为CPU中控电路模块与分合控制电路模块供电；
所述多路电流电压采样电路模块通过双向漏电保护器与所述的电网接入端相连，所述电网接入端为所述智能黑匣子与电网的接口；
所述分合控制电路模块与所述用户接入端相连，所述用户接入端为所述智能黑匣子与用户用电接口，所述分合控制电路模块通过带分励脱扣的断路器与分布式发电并网接入端相连，所述分布式发电并网接入端为光伏发电并网接入端，即所述智能黑匣子与分布式太阳能发电逆变装置端的接口；所述带分励脱扣的断路器分别受CPU中控电路模块和双向漏电保护器脱扣控制。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述电网接入端、用户接入端和分布式发电并网接入端均设置有自锁式接入电缆插头。
3.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述无线通信模块为3G通信模块、4G通信模块或RS485通信接口。
4.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述智能锁模块为权限开启电路，包括指纹锁、RFID射频通信卡或密码锁。
5.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述卫星定位模块为北斗定位系统或GPS定位系统。
6.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述分布式光伏发电并网智能黑匣子还包括智能维护模块，所述智能维护模块为智能终端应用的维护APP，其作用是在远端智能终端上运行，用户通过3G通信网络或4G通信网络实现远程对所述智能黑匣子的维护。
7.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述外壳为金属外壳。
8.根据权利要求7所述的一种分布式光伏发电并网智能黑匣子，其特征在于，所述金属外壳为全铸铝外壳、不锈钢外壳或涂覆氟涂料的碳钢外壳。
9.一种如权利要求1-8所述分布式光伏发电并网智能黑匣子的工作方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：
1）安装连接：
将所述智能黑匣子的电网接入端与电网相连；将所述用户接入端与所述用户的入户电路相连，将所述光伏发电用于用户；将所述分布式发电并网接入端与分布式太阳能发电逆变装置连接；
2）通过所述智能黑匣子将太阳能光伏发电并网时：
将所述带分励脱扣的断路器合上；
3）在漏电保护器跳闸动作后，需检查，并确保入户电路无漏电后，再将所述双向漏电保护器合闸。
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