CN108695899B - 一种中压光伏并网系统及其控制方法与方阵单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中压光伏并网系统及其控制方法与方阵单元，其方阵单元内包括多个交流侧并联的逆变器，且其控制模块根据中压状态检测模块的检测信号，在电网掉电后通过电操机构控制中压断路器断开，并在电网重新上电时，通过电操机构控制中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网，减少了变压器励磁对电网的冲击；并且，无需逆变器具备降低冲击影响的功能，进而相比现有技术降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种中压光伏并网系统及其控制方法与方阵单元。
背景技术
当前，大型光伏电站或分布式并网发电系统中，其逆变器一般需要通过中压变压器将光伏阵列的直流能量馈送到中高压电网中去。
在变压器上电瞬间，往往会产生励磁涌流、对电网造成冲击，这种冲击将会导致电网电压短时大幅度下降，进而影响电网上其它电气设备的正常工作；同时，这种冲击还有可能会导致变压器继电保护误动作。并且，系统中变压器的个数越多，对电网造成的冲击越大。
目前很多国家的光伏电站都没有考虑电网短时掉电后重新上电时变压器励磁涌流对电网的冲击影响，存在一定的风险；部分国家要求当电流冲击对电网(主要是电压)的影响超标时，其逆变器需要具备降低冲击影响的功能；但是这种要求将会增加系统的实现成本。
发明内容
本发明提供一种中压光伏并网系统及其控制方法与方阵单元，以解决现有技术中成本高的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种中压光伏并网系统的方阵单元，包括：变压器、中压断路器、电操机构、中压状态检测模块、控制模块、两个电缆开关及多个逆变器；其中：
多个所述逆变器的交流侧并联至所述变压器的低压侧；
所述变压器的高压侧通过所述中压断路器分别与两个所述电缆开关的第一端相连；
两个所述电缆开关的第二端为所述方阵单元的输出端、与其他方阵单元相连；
所述中压状态检测模块设置于所述中压断路器与所述电缆开关之间；
所述控制模块与所述中压状态检测模块的输出端、所述电操机构、两个所述电缆开关及所述变压器相连；
所述控制模块用于根据所述中压状态检测模块输出的检测信号，在电网掉电后通过所述电操机构控制所述中压断路器断开，并在电网重新上电时，通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网。
优选的，所述方阵单元为集成装置。
优选的，还包括：设置于所述控制模块与所述电操机构之间的时间继电器。
优选的，所述变压器为双分裂变压器或者双绕组变压器。
一种中压光伏并网系统，包括：多个如上述任一所述的中压光伏并网系统的方阵单元；
多个所述方阵单元采用环网的方式相连。
优选的，各个方阵单元的预设时长各不相同。
一种中压光伏并网系统的控制方法，应用于所述中压光伏并网系统的各个方阵单元，所述方阵单元包括：变压器、中压断路器、电操机构、中压状态检测模块、控制模块、两个电缆开关及多个逆变器；其中，多个所述逆变器的交流侧并联至所述变压器的低压侧；所述变压器的高压侧通过所述中压断路器分别与两个所述电缆开关的第一端相连；两个所述电缆开关的第二端为所述方阵单元的输出端、与其他方阵单元相连；所述中压状态检测模块设置于所述中压断路器与所述电缆开关之间；所述控制模块与所述中压状态检测模块的输出端、所述电操机构、两个所述电缆开关及所述变压器相连；
所述中压光伏并网系统的控制方法包括：
所述控制模块根据所述中压状态检测模块输出的检测信号判断电网是否掉电；
若电网掉电，则所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器断开；
所述控制模块根据所述中压状态检测模块的检测信号判断电网是否重新上电；
若电网重新上电，则所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网。
优选的，所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合包括：
所述控制模块进行计时，判断计时是否达到所述预设时长；
所述控制模块在计时达到所述预设时长之后输出闭合信号；
所述电操机构根据所述闭合信号控制所述中压断路器闭合。
优选的，所述方阵单元还包括：设置于所述控制模块与所述电操机构之间的时间继电器；
所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合包括：
所述控制模块控制所述时间继电器工作；
所述时间继电器在所述预设时长之后输出闭合信号；
所述电操机构根据所述闭合信号控制所述中压断路器闭合。
优选的，各个方阵单元的预设时长各不相同；
所述使多个方阵单元分批次接入电网为：
使多个方阵单元逐个接入电网。
本发明提供的中压光伏并网系统的方阵单元，包括多个交流侧并联的逆变器，且其控制模块根据中压状态检测模块的检测信号，在电网掉电后通过电操机构控制中压断路器断开，并在电网重新上电时，通过电操机构控制中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网，减少了变压器励磁对电网的冲击；并且，无需逆变器具备降低冲击影响的功能，进而相比现有技术降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的中压光伏并网系统的方阵单元的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的中压光伏并网系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的中压光伏并网系统的控制方法的流程图；
图4a是本发明实施例提供的中压光伏并网系统的控制方法的一种部分流程图；
图4b是本发明另一实施例提供的中压光伏并网系统的控制方法的另一种部分流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种中压光伏并网系统的方阵单元，以解决现有技术中成本高的问题。
请参见图1，该中压光伏并网系统的方阵单元包括：变压器102、中压断路器103、电操机构107、中压状态检测模块105、控制模块106、两个电缆开关104及多个逆变器101；其中：
多个逆变器101的交流侧并联至变压器102的低压侧；
变压器102的高压侧通过中压断路器103分别与两个电缆开关104的第一端相连；
两个电缆开关104的第二端为该方阵单元的输出端、与其他方阵单元相连，进而使该中压光伏并网系统成为一个环网电站系统；
中压状态检测模块105设置于中压断路器103与电缆开关104之间；
控制模块106与中压状态检测模块105的输出端、电操机构107、两个电缆开关104及变压器102相连。
实际应用中，基于逆变器101的容量限制，一个光伏电站通常需要设置多个方阵单元，每个方阵单元配套多个逆变器及一台中压变压器；如每个中压变压器的容量为2.5MW，则50MW的光伏电站总共需要20个方阵单元。
每个方阵单元内的具体工作原理为：
逆变器101用于实现光伏直流到交流的转换；以2.5MW的方阵单元为例，该方阵单元包括四台逆变器101；各个逆变器101的交流侧可直接并联连接，也可以设置其他器件，比如开关等，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
变压器102用于完成低压至中高压的升压过程；根据系统的不同，变压器 102的变比、电压等级、功率等级、类型也将有所不同；该变压器102可以是双分裂变压器，也可以是双绕组变压器，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
为了构成环网，该方阵单元内的环网柜部分，以CCV柜为例，可以设置两个CableSwitch柜和一个Vacuum Circuit Breaker柜；其中，每个Cable Switch 柜内设置有一个电缆开关104，而Vacuum Circuit Breaker柜内主要设置有中压断路器103，其中压断路器103为真空断路器；并且，Vacuum Circuit Breaker 柜用于实现对变压器102的过载保护和短路保护，同时Vacuum Circuit Breaker 柜带有电动的操作机构107，可以远程实现对于中压断路器103的电动闭合和断开操作。另外，其中压断路器103还可以为SF6断路器等，此处不做限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
中压状态检测模块105，满足IEC61243-5标准要求，基于带电显示器能够完成电网掉电或者上电的中压状态检测，并将检测结果基于节点状态反馈给控制模块106。
该控制模块106负责完成通讯，具备完成中压测控以及电站中压投切智能控制等功能，并且兼容对于传统变压器中压侧的测控功能；具体的，该控制模块106能够根据中压状态检测模块105输出的检测信号，在电网掉电后通过电操机构107控制中压断路器103断开，并在电网重新上电时，通过电操机构 107控制中压断路器103延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网。
值得说明的是，各个方阵单元用于延迟并网的预设时长可以根据具体应用环境而定，只要能够使各个方阵单元分批次接入电网、避免多个方阵单元同时并网对电网造成的较大冲击即可。
较佳的，可以设置各个方阵单元的预设时长各不相同，以使各个方阵单元中的变压器分别在不同时刻接入电网，最大程度的减小变压器励磁涌流对电网的冲击。
本实施例提供的该中压光伏并网系统的方阵单元，包括多个交流侧并联的逆变器101，且其控制模块106根据中压状态检测模块105的检测信号，在电网掉电后通过电操机构107控制中压断路器103断开，并在电网重新上电时，通过电操机构107控制中压断路器103延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网，减少了变压器励磁对电网的冲击；并且，无需逆变器101 具备降低冲击影响的功能，进而相比现有技术降低了成本。
另外，该方阵单元实现了逆变器与中高压侧之间的完全隔离，基于上述智能控制，提高了中高压并网系统的可靠性，具有较高的实际应用价值。
本发明另一实施例提供了一种具体的中压光伏并网系统的方阵单元，在上述实施例及图1的基础之上，优选的，该方阵单元为一个集成装置，该装置内集成有变压器102、中压断路器103、电操机构107、中压状态检测模块105、控制模块106、两个电缆开关104及多个逆变器101，且各个器件之间采用图 1所示的连接关系。
相比于现有技术中分开设置逆变器和箱变、并单独设置一套中压测控设备的方案，本实施例提供的该方阵单元，将变压器和环网柜集成到逆变系统中，构成一个整体中压系统方案，并且集成有中压测控功能，使得系统集成度更高、成本更低、电站投资收益更高。
其余结构及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
值得说明的是，上述两个实施例中的方阵单元，还可以包括：设置于控制模块106与电操机构107之间的时间继电器；
时间继电器的设置，为该中压光伏并网系统增加了硬件延时功能，即在电网掉电后重新上电时，控制模块106控制时间继电器工作，使时间继电器在预设时长之后输出闭合信号，再由电操机构107根据闭合信号控制中压断路器 103闭合。
此时，相比通过控制模块106来实现预设时长延迟的方案，其可靠性更高。
本发明另一实施例还提供了一种中压光伏并网系统，包括：多个采用环网方式相连的方阵单元；该方阵单元如上述实施例任一所述，其结构参见图1，此处不再赘述。
参见图2，以四个2.5MW方阵单元(即图2中的Inverter Substation1～InverterSubstation4)组成的10MW环网电站系统发生电网掉电情况为例进行说明：
各个方阵单元内的中压状态检测模块105将其检测信号以节点状态形式发送给控制模块106，控制模块106基于检测信号判断电网掉电后，通过电操机构107控制VacuumCircuit Breaker柜内的中压断路器103断开。
当电网恢复上电后，中压状态检测模块105将其检测信号以节点状态形式发送给控制模块106，控制模块106基于检测信号判断电网重新上电之后，再基于设定的预设时长延迟控制中压断路器103吸合。
值得说明的是，每个方阵单元延迟并网的预设时长可以根据具体应用环境而定，比如可以两个方阵单元的预设时长为1s、其余两个方阵的预设时长为 2s，从而使四个方阵单元分两批接入电网，避免四个方阵单元同时并网对电网造成较大的冲击。
较佳的，还可以设置各个方阵单元的预设时长各不相同，比如图2所示系统中的四个方阵单元的预设时长可以分别为1s、2s、3s、4s，以实现每个方阵单元的中压变压器在不同时刻接入电网，最大程度的减小变压器励磁涌流对电网的冲击。
其余结构及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种中压光伏并网系统的控制方法，应用于中压光伏并网系统的各个方阵单元，参见图1，该方阵单元包括：变压器102、中压断路器103、电操机构107、中压状态检测模块105、控制模块106、两个电缆开关104及多个逆变器101；其中，多个逆变器101的交流侧并联至变压器102的低压侧；变压器102的高压侧通过中压断路器103分别与两个电缆开关104的第一端相连；两个电缆开关104的第二端与中压光伏并网系统的环网相连；中压状态检测模块105设置于中压断路器103与电缆开关104之间；控制模块106与中压状态检测模块105的输出端、电操机构107、两个电缆开关 104及变压器102相连；
参见图2，该中压光伏并网系统中，各个方阵单元采用环网的方式进行连接。
参见图3，该中压光伏并网系统的控制方法包括：
S101、控制模块根据中压状态检测模块输出的检测信号判断电网是否掉电；
若电网掉电，则执行步骤S102；
S102、控制模块通过电操机构控制中压断路器断开；
S103、控制模块根据中压状态检测模块输出的检测信号判断电网是否重新上电；
若电网重新上电，则执行步骤S104；
S104、控制模块通过电操机构控制中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网。
本实施例提供的该中压光伏并网系统的控制方法，通过上述过程即可使多个方阵单元通过延迟错开实现分批次地接入电网，很好的降低了多台变压器同时上电时其励磁涌流对电网的较大冲击；无需逆变器101具备降低冲击影响的功能，进而相比现有技术降低了成本。
可选的，步骤S104中的控制模块通过电操机构控制中压断路器延迟预设时长后闭合，参见图4a，包括：
S201、控制模块进行计时，判断计时是否达到预设时长；
在计时达到预设时长之后执行步骤S202；
S202、控制模块输出闭合信号；
S203、电操机构根据闭合信号控制中压断路器闭合。
优选的，方阵单元还包括：设置于控制模块与电操机构之间的时间继电器；
此时，步骤S104中的控制模块通过电操机构控制中压断路器延迟预设时长后闭合，参见图4b，包括：
S301、控制模块控制时间继电器工作；
S302、时间继电器在预设时长之后输出闭合信号；
S303、电操机构根据闭合信号控制中压断路器闭合。
通过时间继电器来实现延时功能，其可靠性更高。但是，此处并不做具体限定，实际应用中，可以根据其具体的应用环境选择软件延时或者硬件延时，均在本申请的保护范围内。
优选的，各个方阵单元的预设时长各不相同；
此时，步骤S104中的使多个方阵单元分批次接入电网为：
使多个方阵单元逐个接入电网。
各个方阵单元中的变压器分别在不同时刻接入电网，能够最大程度的减小变压器励磁涌流对电网的冲击。
具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种中压光伏并网系统的方阵单元，其特征在于，包括：变压器、中压断路器、电操机构、中压状态检测模块、控制模块、两个电缆开关及多个逆变器；其中：
多个所述逆变器的交流侧并联至所述变压器的低压侧，各所述逆变器无需具备降低冲击影响的功能；
所述变压器的高压侧通过所述中压断路器分别与两个所述电缆开关的第一端相连；
两个所述电缆开关的第二端为所述方阵单元的输出端、与其他方阵单元相连，进而使所述中压光伏并网系统成为一个环网电站系统；
所述中压状态检测模块设置于所述中压断路器与所述电缆开关之间；
所述控制模块与所述中压状态检测模块的输出端、所述电操机构、两个所述电缆开关及所述变压器相连；
所述控制模块用于根据所述中压状态检测模块输出的检测信号，在电网掉电后通过所述电操机构控制所述中压断路器断开，并在电网重新上电时，通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网，避免多个方阵单元同时并网而导致的变压器励磁对电网的冲击过大。
2.根据权利要求1所述的中压光伏并网系统的方阵单元，其特征在于，所述方阵单元为集成装置。
3.根据权利要求1所述的中压光伏并网系统的方阵单元，其特征在于，还包括：设置于所述控制模块与所述电操机构之间的时间继电器。
4.根据权利要求1-3任一所述的中压光伏并网系统的方阵单元，其特征在于，所述变压器为双分裂变压器或者双绕组变压器。
5.一种中压光伏并网系统，其特征在于，包括：多个如权利要求1-4任一所述的中压光伏并网系统的方阵单元；
多个所述方阵单元采用环网的方式相连。
6.根据权利要求5所述的中压光伏并网系统，其特征在于，各个方阵单元的预设时长各不相同。
7.一种中压光伏并网系统的控制方法，其特征在于，应用于所述中压光伏并网系统的各个方阵单元，所述方阵单元包括：变压器、中压断路器、电操机构、中压状态检测模块、控制模块、两个电缆开关及多个逆变器；其中，多个所述逆变器的交流侧并联至所述变压器的低压侧，各所述逆变器无需具备降低冲击影响的功能；所述变压器的高压侧通过所述中压断路器分别与两个所述电缆开关的第一端相连；两个所述电缆开关的第二端为所述方阵单元的输出端、与其他方阵单元相连，进而使所述中压光伏并网系统成为一个环网电站系统；所述中压状态检测模块设置于所述中压断路器与所述电缆开关之间；所述控制模块与所述中压状态检测模块的输出端、所述电操机构、两个所述电缆开关及所述变压器相连；
所述中压光伏并网系统的控制方法包括：
所述控制模块根据所述中压状态检测模块输出的检测信号判断电网是否掉电；
若电网掉电，则所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器断开；
所述控制模块根据所述中压状态检测模块的检测信号判断电网是否重新上电；
若电网重新上电，则所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合、使多个方阵单元分批次接入电网，避免多个方阵单元同时并网而导致的变压器励磁对电网的冲击过大。
8.根据权利要求7所述的中压光伏并网系统的控制方法，其特征在于，所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合包括：
所述控制模块进行计时，判断计时是否达到所述预设时长；
所述控制模块在计时达到所述预设时长之后输出闭合信号；
所述电操机构根据所述闭合信号控制所述中压断路器闭合。
9.根据权利要求7所述的中压光伏并网系统的控制方法，其特征在于，所述方阵单元还包括：设置于所述控制模块与所述电操机构之间的时间继电器；
所述控制模块通过所述电操机构控制所述中压断路器延迟预设时长后闭合包括：
所述控制模块控制所述时间继电器工作；
所述时间继电器在所述预设时长之后输出闭合信号；
所述电操机构根据所述闭合信号控制所述中压断路器闭合。
10.根据权利要求7-9任一所述的中压光伏并网系统的控制方法，其特征在于，各个方阵单元的预设时长各不相同；
所述使多个方阵单元分批次接入电网为：
使多个方阵单元逐个接入电网。
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