CN107508314A - 一种分布式光伏保护系统及保护方法 - Google Patents

一种分布式光伏保护系统及保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式光伏保护系统及保护方法，所述分布式光伏保护系统包括台区变压器、台区负荷采集柜、光伏保护平台、一个或多个家庭光伏并网发电系统，家庭光伏并网发电系统包括智能电表、光伏逆变器和光伏并网保护控制器；在光伏保护平台设定预警阈值，通过潮流计算，对台区的潮流分布进行预报，如果达到预警阈值；则按照优先级顺序移除光伏发电。本发明针对整个台区的在线智能保护，监控台区变压器上的潮流变化情况，在潮流到达预警阈值时，自动关闭某些光伏终端；在预警解除后，自动开启光伏终端，同时能够防范孤岛效应，防止在电网断电的情况下依然向供用电网输送电量。

Description

一种分布式光伏保护系统及保护方法
技术领域
本发明涉及光伏领域，尤其涉及一种分布式光伏保护系统及保护方法。
背景技术
近年来，分布式光伏技术越发成熟，已进行大规模部署阶段。光伏分布式发电是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。
然而随着分布式光伏发电特别是家庭光伏的大规模接入，直接入网，将会对配电网有较大的影响。另一方面，并网光伏发电系统由于并网光伏发电系统直接将光伏阵列发出的电能逆变后馈送到电网，电网会因为故障、设备检修或者操作失误等原因停止工作，因人为切断或出现故障而停止向负载供电时，分布式能源继续并网工作，从而使电网局部负载仍处于供电状态，会导致出现孤岛效应，从而对电网和用户设备造成损坏，甚至使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给相关人员(如电网维修人员和用户)带来触电的危险。因此需要有一种技术能够针对整个台区的在线智能保护，并且可以有效隔离孤岛效应。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种分布式光伏保护系统及保护方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种分布式光伏保护系统，所述分布式光伏保护系统用于对包含分布式光伏发电的台区进行保护，所述台区是指一台变压器的供电范围，包括台区变压器、台区负荷采集柜、光伏保护平台、一个或多个家庭光伏并网发电系统；所述台区负荷采集柜与台区变压器相连并且通过网络与光伏保护平台相连，用于采集台区变压器低压侧电力信息；所述家庭光伏并网发电系统通过电力母线与所述台区变压器相连，并通过网络与所述光伏保护平台相连；所述家庭光伏并网发电系统包括智能电表、光伏逆变器和光伏并网保护控制器；所述智能电表通过电力缆线与家庭负荷相连，用于采集家庭负荷的电力数据，所述智能电表与光伏并网保护控制器通过电力缆线相连并进行数据交换；所述光伏逆变器通过电力母线与台区变压器相连；光伏逆变器与所述光伏终端相连，光伏逆变器采集光伏终端的电力数据，并调整光伏终端的发电功率，控制光伏终端的运行和停机；所述光伏并网保护控制器与光伏逆变器相连，接收光伏终端的电力数据并且向光伏逆变器发送控制指令，光伏并网保护控制器通过网络与光伏保护平台相连并进行数据交换；所述光伏保护平台与台区负荷采集柜及光伏并网保护控制器通过网络相连，接收采集台区变压器上低压侧电力信息、家庭负荷的电力数据和光伏终端的电力数据，监控台区变压器上的潮流变化，对台区的潮流情况进行分析，设定预警阈值，在预期到达预警阈值时，通过所述光伏并网保护控制器移除光伏终端的光伏发电。
进一步地，所述台区变压器通过电力缆线与电网相连。
进一步地，所述光伏保护平台包括台区保护和本地孤岛保护两种保护方式。
进一步地，所述本地孤岛保护具体为：光伏保护平台通过台区负荷采集柜采集到的数据，判断电网发生故障后，生成本地孤岛保护指令，并发送到光伏并网保护控制器，光伏并网保护控制器接收到信息后，直接切断光伏终端向电网以及家庭负荷供电。
进一步地，所述台区保护具体为：在光伏保护平台设定家庭光伏并网发电系统的功率及电压预警阈值，采集家庭光伏并网发电系统的功率及电压值，并与预警阈值做对比，在预期到达预警阈值时，光伏保护平台向所述光伏并网保护控制器发送控制指令，移除光伏终端向电网以及家庭负荷供电；重新计算潮流分布，在家庭光伏并网发电系统的功率及电压值小于预警阈值后，自动开启光伏终端向电网以及家庭负荷供电。
一种分布式光伏保护方法，包括以下步骤：
(1)在光伏保护平台设定台区的功率及电压预警阈值，所述功率及电压预警阈值包括功率及电压的预警阈值上限和预警阈值下限；
(2)台区负荷采集柜采集台区变压器上低压侧电力信息，并发送到光伏保护平台，光伏并网保护控制器采集家庭负荷的电力数据和光伏终端的电力数据，并发送到光伏保护平台；
(3)光伏保护平台通过潮流计算，对台区的潮流分布进行预报，判断是否大于功率及电压预警阈值上限或者小于功率及电压预警阈值下限；
(4)如果步骤3的判断结果为大于功率或电压预警阈值上限，则光伏保护平台生成关闭当前正在运行的优先级最高的光伏终端的指令，并下发到对应的光伏并网保护控制器，移除该光伏终端向电网以及家庭负荷供电；如果步骤3的判断结果为小于功率或电压预警阈值上限，光伏保护平台生成开启优先级最低的光伏终端的指令，并下发到对应的光伏并网保护控制器，按照优先级顺序从低往高依次开启光伏终端。
(5)重复步骤3和4，直至潮流分布处于功率及电压的预警阈值上限和预警阈值下限之间。
进一步地，所述步骤4中，光伏终端的关闭优先级，可以由用户在光伏保护平台上设置或者按照光伏终端的下调能力降序自动排列生成优先级。
进一步地，所述电压预警阈值上限为额定电压的110％，所述电压预警阈值下限为额定电压的90％，所述功率预警阈值上限为额定功率的110％，所述功率预警阈值下限为额定功率的90％。
本发明的有益效果是：本发明在光伏保护平台设定预警阈值，针对整个台区的在线智能保护，监控台区变压器上的潮流变化情况，在潮流到达预警阈值时，自动关闭某些光伏终端；在预警解除后，自动开启光伏终端，同时能够防范孤岛效应，防止在电网断电的情况下依然向供用电网输送电量。使分布式家庭光伏发电也拥有通信能力，平台集中管理的能力，大大提升家庭发电上网的安全管理系数。
附图说明
图1为本发明的分布式光伏保护系统的结构图；
图2为本发明的一种分布式光伏保护方法的流程图。
具体实施方式
本发明所述台区是指(一台)变压器的供电范围或区域。
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
参照附图1。
本发明的分布式光伏保护系统，包括台区变压器110、台区负荷采集柜120、光伏保护平台130、一个或多个家庭光伏并网发电系统160。
所述台区负荷采集柜120与台区变压器110相连并且通过网络与光伏保护平台130相连，用于采集台区变压器110低压侧电力信息；所述家庭光伏并网发电系统160通过电力母线与所述台区变压器110相连，并通过网络与所述光伏保护平台130相连。
所述家庭光伏并网发电系统160包括智能电表142、光伏逆变器152和光伏并网保护控制器151。
所述智能电表142通过电力缆线与家庭负荷141相连，用于采集家庭负荷的电力数据，所述智能电表141与光伏并网保护控制器151通过电力缆线相连并进行数据交换。
所述家庭负荷141包括但不限于空调、热水器、照明等用电设备。
所述光伏逆变器152通过电力母线与台区变压器110相连；光伏逆变器152与所述光伏终端153相连，光伏逆变器152采集光伏终端153的电力数据，所述光伏逆变器152可以用于调整光伏发电功率，控制光伏运行和停机。
所述光伏终端153包括但不限于光伏发电组件、太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等光伏设备。
所述光伏并网保护控制器151与光伏逆变器152相连，用于采集光伏侧的电力数据并且向光伏逆变器152发送控制指令，光伏并网保护控制器151通过网络与光伏保护平台130相连并进行数据交换。
所述光伏保护平台130与台区负荷采集柜120及光伏并网保护控制器151通过网络相连，用于将家庭光伏并网发电系统160的采集点信息汇总到光伏保护平台130，监控台区变压器上的潮流变化，对台区的潮流情况进行分析，设定预警阈值，在预期到达预警阈值时，下达到所述光伏并网保护控制器151，移除光伏发电。
台区变压器110通过电力缆线与电网100相连。
光伏并网保护控制器包括过压保护电路、低压保护电路、过频保护电路、低频保护电路，以及谐波监视电路，当检测到光伏系统发生孤岛效应时，直接切断光伏系统向电网供电。
光伏保护平台130汇总台区的功率、电压、电流信息，根据光伏并网保护控制器151上传的光伏终端运行数据，可以监测各个光伏设备的运行情况，当出现异常发电量或者光伏终端出现故障时，可以生成异常发电提醒或故障提醒。
并且光伏保护平台130可以设置两种保护方案，包括台区保护和本地孤岛保护。
本地孤岛保护用于防范孤岛效应，防止在电网断电的情况下依然向供用电网输送电量。在光伏保护平台130通过台区负荷采集柜120采集到的数据，判断电网110发生故障后，生成本地孤岛保护指令，并发送到光伏并网保护控制器151，光伏并网保护控制器151接收到信息后，直接直接切断光伏系统向电网以及家庭负荷供电。
电网110的故障判断方法：通过对台区负荷采集柜120采集到的数据分析，当检测到的电网频率低于49.5Hz或高于50.5Hz时，认为电网发生故障；当检测到的电压低于电网额定电压90％或高于电网额定电压110％时，认为电网发生故障。
台区保护用于防止台区下的总光伏发电量过大，通过在光伏保护平台130设定家庭光伏并网发电系统160的功率及电压预警阈值，采集家庭光伏并网发电系统160的功率及电压值，并与预警阈值做对比，在预期到达预警阈值时，光伏保护平台130向所述光伏并网保护控制器151发送控制指令，移除光伏终端；重新计算潮流分布，在家庭光伏并网发电系统160的功率及电压值小于预警阈值后，自动开启光伏终端。
实施例2，一种分布式光伏保护方法。
S101，在光伏保护平台设定台区的功率及电压预警阈值。
功率预警阈值包括功率的预警阈值上限和预警阈值下限，功率预警阈值上限为额定功率的110％，功率预警阈值下限为额定功率的90％；电压预警阈值包括电压的预警阈值上限和预警阈值下限，电压预警阈值上限为额定电压的110％，电压预警阈值下限为额定电压的90％。S102，台区负荷采集柜采集台区变压器上低压侧电力信息，并发送到光伏保护平台，光伏并网保护控制器采集光伏系统的输出功率，并发送到光伏保护平台。
S103，光伏保护平台通过潮流计算，对台区的潮流分布进行预报，判断是否大于功率及电压预警阈值上限或者小于功率或电压预警阈值下限。
电力系统的潮流分布由其节点导纳矩阵以及给定的注入功率和机端电压数值决定。而对于注入功率和机端电压，为简化计算，短期潮流计算有如下假定：①同一区域内的所有负荷其功率的变化率相同；②所有负荷的功率因数不变；③作为PV节点的光伏发电机，其机端电压不变。因此，节点的注入功率可由下式确定：
式中，P′m和Q'm是发电机m或负荷m在预测点的注入功率；Pm和Qm为发电机m或负荷m在当前的注入功率；P′α,A和Pa,A分别为区域A预测点得到和当前的总有功负荷。
注入负荷节点和发电机的预测功率和机端电压，可以用直接法或者前推回代法计算配网潮流，因直接法或者前推回代法是配电网计算潮流的常用方法，因此不再赘述。根据计算得到功率及电压值，与功率及电压预警阈值进行对比计算，判断是否达到预警阈值。
S104，如果步骤S103的判断结果为大于功率或电压预警阈值上限，则光伏保护平台生成关闭当前正在运行的优先级最高的光伏终端的指令，并下发到对应的光伏并网保护控制器，移除该光伏终端向电网以及家庭负荷供电；如果步骤S103的判断结果为小于功率或电压预警阈值上限，光伏保护平台生成开启优先级最低的光伏终端的指令，并下发到对应的光伏并网保护控制器，按照优先级顺序从低往高依次开启光伏终端。
光伏终端的关闭优先级，可以由用户在光伏保护平台自己设置。如果用户没有设置优先级，则按照光伏终端按下调能力降序排列生成优先级，优先调节下调能力大的光伏终端，确定需要切除的光伏终端。
S105，重复步骤S103和S1044，直至潮流分布处于功率及电压的预警阈值上限和预警阈值下限之间。
上述实施例用于对本发明作进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

Claims (8)

1.一种分布式光伏保护系统，所述分布式光伏保护系统用于对包含分布式光伏发电的台区进行保护，所述台区是指一台变压器的供电范围，其特征在于：包括台区变压器(110)、台区负荷采集柜(120)、光伏保护平台(130)、一个或多个家庭光伏并网发电系统(160)等。
所述台区负荷采集柜(120)与台区变压器(110)相连并且通过网络与光伏保护平台(130)相连，用于采集台区变压器(110)低压侧电力信息；所述家庭光伏并网发电系统(160)通过电力母线与所述台区变压器(110)相连，并通过网络与所述光伏保护平台(130)相连。
所述家庭光伏并网发电系统(160)包括智能电表(142)、光伏逆变器(152)和光伏并网保护控制器(151)等。
所述智能电表(142)通过电力缆线与家庭负荷(141)相连，用于采集家庭负荷(141)的电力数据，所述智能电表(141)与光伏并网保护控制器(151)通过电力缆线相连并进行数据交换。
所述光伏逆变器(152)通过电力母线与台区变压器(110)相连；光伏逆变器(152)与所述光伏终端(153)相连，光伏逆变器(152)采集光伏终端(153)的电力数据，并调整光伏终端(153)的发电功率，控制光伏终端(153)的运行和停机。
所述光伏并网保护控制器(151)与光伏逆变器(152)相连，接收光伏终端(153)的电力数据并且向光伏逆变器(152)发送控制指令，光伏并网保护控制器(151)通过网络与光伏保护平台(130)相连并进行数据交换。
所述光伏保护平台(130)与台区负荷采集柜(120)及光伏并网保护控制器(151)通过网络相连，接收采集台区变压器(110)上低压侧电力信息、家庭负荷(141)的电力数据和光伏终端(153)的电力数据，监控台区变压器(110)上的潮流变化，对台区的潮流情况进行分析，设定预警阈值，在预期到达预警阈值时，通过所述光伏并网保护控制器(151)移除光伏终端(153)的光伏发电。
2.如权利要求1所述的分布式光伏保护系统，其特征在于：所述台区变压器(110)通过电力缆线与电网(100)相连。
3.如权利要求1所述的分布式光伏保护系统，其特征在于：所述光伏保护平台(130)包括台区保护和本地孤岛保护两种保护方式。
4.如权利要求3所述的分布式光伏保护系统，其特征在于：所述本地孤岛保护具体为：所述光伏保护平台(130)通过台区负荷采集柜(120)采集到的数据，判断电网(110)发生故障后，生成本地孤岛保护指令，并发送到光伏并网保护控制器(151)，光伏并网保护控制器(151)接收到信息后，直接切断光伏终端(153)向电网以及家庭负荷(141)供电。
5.如权利要求3所述的分布式光伏保护系统，其特征在于：所述台区保护具体为：在光伏保护平台(130)设定家庭光伏并网发电系统(160)的功率及电压预警阈值，采集家庭光伏并网发电系统(160)的功率及电压值，并与预警阈值做对比，在预期到达预警阈值时，光伏保护平台(130)向所述光伏并网保护控制器(151)发送控制指令，移除光伏终端(153)向电网以及家庭负荷(141)供电；重新计算潮流分布，在家庭光伏并网发电系统(160)的功率及电压值小于预警阈值后，自动开启光伏终端(153)向电网以及家庭负荷(141)供电。
6.一种分布式光伏保护方法，该方法是在权利要求1所述的分布式光伏保护系统上实现的，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)在光伏保护平台(130)设定台区的功率及电压预警阈值，所述功率及电压预警阈值包括功率及电压的预警阈值上限和预警阈值下限。
(2)台区负荷采集柜(120)采集台区变压器(110)上低压侧电力信息，并发送到光伏保护平台(130)，光伏并网保护控制器(151)采集家庭负荷(141)的电力数据和光伏终端(153)的电力数据，并发送到光伏保护平台(130)。
(3)光伏保护平台通过潮流计算，对台区的潮流分布进行预报，判断是否大于功率及电压预警阈值上限或者小于功率及电压预警阈值下限。
(4)如果步骤3的判断结果为大于功率或电压预警阈值上限，则光伏保护平台生成关闭当前正在运行的优先级最高的光伏终端(153)的指令，并下发到对应的光伏并网保护控制器(151)，移除该光伏终端(153)向电网以及家庭负荷(141)供电；如果步骤3的判断结果为小于功率或电压预警阈值上限，光伏保护平台生成开启优先级最低的光伏终端的指令，并下发到对应的光伏并网保护控制器，按照优先级顺序从低往高依次开启光伏终端。
(5)重复步骤3和4，直至潮流分布处于功率及电压的预警阈值上限和预警阈值下限之间。
7.如权利要求8所述的一种分布式光伏保护方法，其特征在于：所述步骤4)中，光伏终端的关闭优先级，可以由用户在光伏保护平台(130)上设置或者按照光伏终端(153)的下调能力降序自动排列生成优先级。
8.如权利要求8所述的一种分布式光伏保护方法，其特征在于：所述电压预警阈值上限约为额定电压的110％，所述电压预警阈值下限约为额定电压的90％，所述功率预警阈值上限约为额定功率的110％，所述功率预警阈值下限约为额定功率的90％。
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