CN115378031A - 低压分布式光伏计量采集系统及控制方法 - Google Patents

低压分布式光伏计量采集系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低压分布式光伏计量采集系统及控制方法，包括采集终端以及分布式布置的光伏模块，光伏模块包括相互连接的光伏组件以及光伏逆变器，各光伏模块通过并网点接入配电网，还包括相互连接的运行状态监测模块以及并网控制模块，运行状态监测模块分别与光伏模块、采集终端连接以用于监测运行状态，各光伏模块的并网点处还设置有一智能断路器，智能断路器与并网控制模块连接，并网控制模块根据光伏模块的运行状态判断是否满足并网条件，通过控制智能断路器的通断以实现并离网控制。本发明具有结构简单、成本低、能够实现可控可测，使得具备感知与调控能力的低压分布式光伏计量采集等优点。

Description

低压分布式光伏计量采集系统及控制方法
技术领域
本发明涉及低压台区配电网技术领域，尤其涉及一种低压分布式光伏计量采集系统及控制方法。
背景技术
随着当前以新能源为主体的新型电力系统和双碳目标的提出，分布式光伏的应用越来越广泛。而随着装机规模快速增长，0.4kV低压台区也面临严峻挑战。低压分布式光伏发电会存在随机性强、波动性大、大规模并网使配电主体多元化以及潮流流向更加复杂等问题，使得低压台区配电网在供需平衡、系统调节、最优运行等方面都将发生显著变化。
现有技术中台区光伏发电系统通常是直接进行并网，会存在以下问题：
1、缺少分布式光伏监测体系，无法实现光伏系统的运行状态在线观测，使得无法实时感知分布式光伏系统的运行状态；
2、仅在普通电能表侧或者配电网分支线路上配置断路器，仅能够实现计量设备的控制，无法实现分布式光伏系统并离网的调控。
综上，现有技术中台区分布式光伏发电系统缺少在线观测与调控功能，而台区拓扑结构复杂(包括采集主站、集中器、采集终端、数据采集器以及大量电能表等众多设备)，并入光伏系统后进一步增加了系统的复杂性，如何在不改变现有台区的拓扑结构的基础上，实现可控可测的低压分布式光伏计量采集系统，提高采集系统感知与调控能力，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、能够实现可控可测，使得具备感知与调控能力的低压分布式光伏计量采集系统及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种低压分布式光伏计量采集系统，包括采集终端以及分布式布置的光伏模块，所述光伏模块包括相互连接的光伏组件以及光伏逆变器，各所述光伏模块通过并网点接入配电网，还包括相互连接的运行状态监测模块以及并网控制模块，所述运行状态监测模块分别与所述光伏模块、采集终端连接以用于监测运行状态，各所述光伏模块的并网点处还设置有一智能断路器，所述智能断路器与所述并网控制模块连接，所述并网控制模块根据所述光伏模块的运行状态判断是否满足并网条件，通过控制所述智能断路器的通断以实现并离网控制。
进一步的，所述运行状态监测模块包括设置在所述光伏模块的发电侧的智能电能表，以用于计量所述光伏模块的发电量，所述智能电能表内设置有电能质量监测模块，以用于监测所述光伏模块的发电状态以及谐波含有量。
进一步的，所述光伏模块的发电侧的所述智能电能表与所述采集终端通过HPLC进行数据交互。
进一步的，还包括与所述智能断路器连接的防孤岛保护装置，用于监测电压和频率变化判断是否存在孤岛运行异常，并当监测到孤岛运行异常时控制所述智能断路器断开以实现防孤岛保护。
进一步的，所述运行状态监测模块还包括设置在所述光伏模块的发电侧的电流互感器。
进一步的，还包括协议转换器，所述协议转换器分别与所述采集终端与所述光伏逆变器连接，所述协议转换器上行通过HPLC通信与采集终端通信，下行通过RS485接口以及使用Modbus协议接入所述光伏逆变器。
一种用于上述低压分布式光伏计量采集系统的控制方法，该方法包括刚性控制步骤，所述刚性控制步骤包括：
通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表或者通过所述采集终端或通过采集主站监测所述光伏模块的发电状态，并判断是否符合并网条件；
当监测到不符合并网条件时，控制所述智能断路器开闸以控制离网，当监测到符合并网条件时，通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表或者通过所述采集终端或通过采集主站控制所述智能断路器合闸恢复合闸以控制并网。
进一步的，还包括直接柔性控制步骤，包括：
通过采集主站监测是否需要柔性控制，如果监测到需要柔性控制，采集主站通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表向数据采集器下发控制命令；
所述数据采集器根据接收到的控制命令调控所述光伏逆变器的输出大小；
通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表监测所述光伏逆变器的调控结果是否满足要求，如果不满足则通过所述智能断路器控制所述光伏模块离网。
进一步的，还包括间接柔性控制步骤，包括：
通过采集主站监测是否需要柔性控制，如果监测到需要柔性控制，采集主站向光伏主站发送控制命令；
光伏主站根据接收到的所述控制命令调控所述光伏逆变器的输出大小；
通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表监测所述光伏逆变器的调控结果是否满足要求，如果不满足则通过所述智能断路器控制所述光伏模块离网。
进一步的，通过调控所述光伏逆变器的有功功率、无功功率、功率因数、电压中任意一项或多项，以调控所述光伏逆变器的输出大小。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明基于低压分布式光伏系统以及台区的拓扑结构，通过为采集终端、光伏模块设置运行状态监测模块以及并网控制模块，由运行状态监测模块实时监测采集终端、光伏模块的运行状态，实现运行状态的可观测，同时在并网点处设置一智能断路器，通过并网控制模块结合运行状态的观测结果判断是否满足并网条件，从而控制智能断路器的通断，实现光伏模块的并离网控制，可以实现低压分布式光伏计量采集的可控可测，有效提高采集系统的感知与调控能力，且不需要改变采集系统的拓扑结构。
2、本发明进一步通过智能电能表、采集终端或者采集主站监测光伏模块的发电状态，判断是否符合并网条件，如果监测到不符合并网条件，直接控制智能断路器开闸以控制离网，否则控制智能断路器合闸恢复合闸以控制并网，实现并离网的刚性控制，可以实现快速的并离网控制，降低控制的复杂度。
3、本发明进一步通过采集主站通过向数据采集器或光伏主站下发控制命令，由数据采集器或光伏主站控制逆变器的输出大小；采集主站通过监测调控结果是否满足要求，如果不满足通过智能断路器实施光伏离网控制，可以实现并离网柔性控制，精准调控光伏系统的输出使得符合需求，有效提高并离网控制的精准度以及稳定可靠性。
附图说明
图1是本实施例低压分布式光伏计量采集系统的结构示意图。
图2是在具体应用实施例中第一种(0～30kW全额上网计量点)低压分布式光伏计量采集系统的结构示意图。
图3是在具体应用实施例中第二种(0～30kW自发自用/余电上网计量点)低压分布式光伏计量采集系统的结构示意图。
图4是在具体应用实施例中第三种(30kW以上全额上网计量点)低压分布式光伏计量采集系统的结构示意图。
图5是在具体应用实施例中第四种(30kW以上自发自用/余电上网计量点)低压分布式光伏计量采集系统的结构示意图。
图6是在具体应用实施例中在低压分布式光伏计量采集系统中布置协议转换器的原理示意图。
图7是在具体应用实施例中第一种(电能表/智能断路器控制)刚性控制的原理及流程示意图。
图8是在具体应用实施例中第二种(采集终端控制)刚性控制的原理及流程示意图。
图9是在具体应用实施例中第三种(采集主站控制)刚性控制的原理及流程示意图。
图10是在具体应用实施例中直接柔性控制的原理及流程示意图。
图11是在具体应用实施例中间接柔性控制的原理及流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例低压分布式光伏计量采集系统，包括采集终端以及分布式布置的光伏模块，光伏模块包括相互连接的光伏组件以及光伏逆变器，各光伏模块通过并网点接入配电网，还包括相互连接的运行状态监测模块以及并网控制模块，运行状态监测模块分别与光伏模块、采集终端连接以用于监测运行状态，各光伏模块的并网点处还设置有一智能断路器，智能断路器与并网控制模块连接，并网控制模块根据光伏模块的运行状态判断是否满足并网条件，通过控制智能断路器的通断以实现并离网控制。
本实施例基于低压分布式光伏系统以及台区的拓扑结构，通过为采集终端、光伏模块设置运行状态监测模块以及并网控制模块，由运行状态监测模块实时监测采集终端、光伏模块的运行状态，实现运行状态的可观测，同时在并网点处设置一智能断路器，通过并网控制模块结合运行状态的观测结果判断是否满足并网条件，从而控制智能断路器的通断，实现光伏模块的并离网控制，可以实现低压分布式光伏计量采集的可控可测，有效提高采集系统的感知与调控能力，且不需要改变采集系统的拓扑结构。
本实施例中，运行状态监测模块包括设置在光伏模块的发电侧的智能电能表，以用于计量光伏模块的发电量，智能电能表内设置有电能质量监测模块，以用于监测光伏模块的发电状态以及谐波含有量。具体可在光伏模块的发电侧设置一个带有电能质量监测模块的智能电能表，由该智能电能表实时计量光伏模块的发电量以及监测发电状态以及谐波含有量等，实现光伏模块的状态监测。进一步可配置当监测到的数据超过预设阈值时，主动上报主站。
本实施例中，还包括与智能断路器连接的防孤岛保护装置，用于监测电压和频率变化判断是否存在孤岛运行异常，并当监测到孤岛运行异常时控制所述智能断路器断开以实现防孤岛保护。通过在并网点的智能电能表实现被动孤岛检测方式，对比电压和频率变化判断孤岛运行异常，由智能断路器控制断开上网，使得具备快速监测孤岛并立即断开与分布式光伏电源连接的能力。
本实施例中运行状态监测模块还包括设置在光伏模块的发电侧的电流互感器，具体在光伏模块的发电侧的计量箱内设置电流互感器，与智能电能表配套使用，以检测的发电计量点的直流分量。
本实施例中，还包括协议转换器，协议转换器分别与采集终端与光伏逆变器连接，协议转换器上行通过HPLC通信与采集终端通信，下行通过RS485接口以及使用Modbus协议接入光伏逆变器，以使得采集终端与光伏逆变器可实现数据通信。
本实施例中，采集终端具体为集中器或者智能融合终端等，安装在台区变压器低压侧，用于根据采集主站的控制命令采集台区下用户用能信息。光伏逆变器为将逆变器模块化的组串逆变器，光伏组件以组件串型式接入逆变器，可控制每组光伏组件接入。智能电能表具体安装在计量箱内，具备电能计量、电压监测等功能，当配置电能质量监测模组时，具备谐波监测、闪变监测功能。并网点的智能断路器安装在计量箱内，具备远程/就地控制重合闸、过欠压保护功能。光伏模块的发电侧的智能电能表与采集终端通过HPLC(宽带电力线载波)进行数据交互，使得可以满足柔性控制条件。
在具体应用实施例中，按上网容量分为8kW及以下单相光伏电源用户、8-30kW三相光伏用户、30kW以上经互感器接入三相光伏用户。通过在并网点配置智能物联智能电能表和智能断路器(智能光伏断路器)，以用于光伏电源质量监测、过/欠压监测和控制；同时在公共连接点配置智能物联智能电能表，结合台区总表和并网点智能电能表的电能质量，分析台区污染源和定位污染点；并在部分用户处安装协议转换器以接入逆变器，满足柔性控制条件。
在具体应用实施例中，0～30kW全额上网计量点设置如图2所示，在供电设施产权分界点设置1只电能表(含电能质量监测模块)，用于计量光伏用户发电量，并监测谐波情况，在电能表后端安装1只智能断路器，接收指令实施并、离网控制。
在具体应用实施例中，0～30kW自发自用/余电上网计量点设置如图3所示，在供电设施产权分界点设置1只电能表(含电能质量监测模块)，计量光伏用户上网电量和下网电量；同时在光伏用户发电侧设置1只电能表(含电能质量监测模块)，计量光伏设备发电量，并监测谐波含有量；在电能表的后端安装1只智能断路器，接收电能表命令实施并、离网控制。在用户用电点设置1只开关外置的电能表，以用于计量用户用电量。
在具体应用实施例中，30kW以上全额上网计量点设置如图4所示，在供电设施产权分界点设置1只三相电能表(含电能质量监测模块)；同时配置1组符合准确度等级要求的电流互感器，计量光伏用户发电量并监测谐波含有量；在电能表后端安装1只智能断路器，接收电能表命令实施并、离网控制。
在具体应用实施例中，30kW以上自发自用/余电上网计量点设置如图5所示，在供电设施产权分界点设置1只三相电能表(含电能质量监测模块)和1组符合准确度等级要求的电流互感器，计量光伏用户上网电量和下网电量；在光伏用户发电侧设置1只三相电能表(含电能质量监测模块)，计量光伏设备发电量，并监测谐波含有量，在电能表后端安装1只智能断路器，接收命令实施并、离网控制；在用户用电点设置1只开关外置的电能表，用于计量用户用电量。
在具体应用实施例中，如图6所示，在部分用户处设置一个协议转换器，在能源控制器/融合终端侧公共连接点处设置1只三相智能物联电能表，计量光伏用户上网电量和下网电量，在光伏模块的发电侧设置1只三相智能物联电能表(含电能质量监测模块)，计量光伏设备发电量，并监测谐波含有量，在电能表后端设置1只光伏断路器，接收命令实施并、离网控制。其中，光伏组件与智能物联电能表分别与协议转换器连接，协议转换器与光伏组件通过RS485通信连接，协议转换器与能源控制器/融合终端侧的智能物联电能表通过HPLC通信连接。
在具体应用实施例中，低压分布式光伏采集通信具体包含远程和本地通信方式，本地通信主要为HPLC/双模、RS-485、蓝牙、CAN总线、M-BUS等方式；I型集中器和能源控制器远程通过4G/5G、以太网等方式与采集主站通信，本地通过HPLC/双模与电能表通信，电能表通过RS-485/蓝牙与断路器通信；电能表通过RS-485/CAN/M-BUS等方式与数据采集器通信；II型集中器远程通过4G/5G方式与采集主站通信，本地通过RS-485与电能表通信，电能表通过RS-485/蓝牙与断路器通信；电能表通过RS-485/CAN/M-BUS等方式与数据采集器通信。电能表配置4G/5G模块，通过4G/5G方式与采集主站通信，本地通过RS-485/蓝牙与断路器通信。电能表通过RS-485/CAN/M-BUS等方式与数据采集器通信。采集主站与光伏主站通过“云云对接”方式，实现与光伏逆变器通信。
本实施例用于上述低压分布式光伏计量采集系统的控制方法包括刚性控制步骤S01，该刚性控制步骤S01包括：
S101.通过光伏模块的发电侧的智能电能表或者通过采集终端或通过采集主站监测所述光伏模块的发电状态，并判断是否符合并网条件；
S102.当监测到不符合并网条件时，控制智能断路器开闸以控制离网，当监测到符合并网条件时，通过光伏模块的发电侧的智能电能表或者通过采集终端或通过采集主站控制智能断路器合闸恢复合闸以控制并网。
本实施例通过智能电能表、采集终端或者采集主站监测光伏模块的发电状态，判断是否符合并网条件，如果监测到不符合并网条件，直接控制智能断路器开闸以控制离网，否则控制智能断路器合闸恢复合闸以控制并网，实现并离网的刚性控制，可以实现快速的并离网控制，降低控制的复杂度。
本实施例中，刚性控制具体包含以下两种控制模式：
1.电能表/智能断路器控制
如图7所示，由智能电能表或智能断路器进行监测，当分布式光伏发电系统不满足并网条件时，智能电能表控制智能断路器跳闸，也可以配置在极端情况下由智能断路器直接跳闸。当分布式光伏发电系统达到并网条件时，智能电能表控制智能断路器或智能断路器自行合闸。
2.采集终端控制
如图8所示，由采集终端进行监测，智能断路器接收并执行终端发出的跳合闸命令。当分布式光伏发电系统不满足并网条件时，由采集终端控制智能断路器跳闸；当分布式光伏发电系统达到并网条件时，采集终端控制智能断路器恢复合闸。
3.采集主站控制
如图9所示，智能断路器接收并执行采集主站远程下发的跳合闸命令；当分布式光伏发电系统不满足并网条件时，采集主站远程控制智能断路器跳闸；当分布式光伏发电系统达到并网条件时，采集主站远程控制智能断路器恢复合闸。
本实施例中针对于上述低压分布式光伏计量采集系统，还提供柔性控制方式，该柔性控制方式具体包括直接柔性控制步骤S02，包括：
S201.通过采集主站监测是否需要柔性控制，如果监测到需要柔性控制，采集主站通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表向数据采集器下发控制命令；
S202.数据采集器根据接收到的控制命令调控光伏逆变器的输出大小；
S203.通过光伏模块的发电侧的智能电能表监测光伏逆变器的调控结果是否满足要求，如果不满足则通过智能断路器控制光伏模块离网。
上述步骤S202具体通过调控光伏逆变器的有功功率、无功功率、功率因数、电压等，以调控光伏逆变器的输出大小。
如图10所示，本实施例直接柔性控制方法中，采集主站通过并网点电能表的RS-485/CAN/M-BUS等通道向数据采集器下发控制命令，由数据采集器控制逆变器的有功功率、无功功率、功率因数、电压等输出大小；采集主站通过并网点电能表监测调控结果是否满足要求，如果不满足通过智能断路器实施光伏离网控制，可以直接通过智能断路器实现并离网柔性控制，精准调控光伏系统的输出使得符合需求，有效提高并离网控制的精准度以及稳定可靠性。
本实施例中，柔性控制方式还可以采用间接柔性控制方式，间接柔性控制步骤S03具体包括：
S301.通过采集主站监测是否需要柔性控制，如果监测到需要柔性控制，采集主站向光伏主站发送控制命令；
S302.光伏主站根据接收到的控制命令调控光伏逆变器的输出大小；
S303.通过光伏模块的发电侧的智能电能表监测光伏逆变器的调控结果是否满足要求，如果不满足则通过智能断路器控制光伏模块离网。
上述步骤S302具体通过调控光伏逆变器的有功功率、无功功率、功率因数、电压等，以调控光伏逆变器的输出大小。
如图11所示，采集主站与光伏主站(光伏厂商主站)通过“云云对接”方式，实现逆变器控制。采集主站向光伏厂商主站发送控制命令，由光伏厂商主站控制逆变器的有功功率、无功功率、功率因数、电压等输出大小；逆变器对光伏组件数据进行监测；采集主站通过电能表、智能断路器监测控制结果是否满足要求；如果不满足，通过智能断路器实施光伏离网控制。通过上述步骤可以利用采集主站与光伏主站云云对接实现间接柔性控制，能够借助于光伏主站精准调控光伏系统的输出使得符合需求，有效提高并离网控制的精准度以及稳定可靠性。
上述只是本发明的较佳实施例，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。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明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，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种低压分布式光伏计量采集系统，包括采集终端以及分布式布置的光伏模块，所述光伏模块包括相互连接的光伏组件以及光伏逆变器，各所述光伏模块通过并网点接入配电网，其特征在于：还包括相互连接的运行状态监测模块以及并网控制模块，所述运行状态监测模块分别与所述光伏模块、采集终端连接以用于监测运行状态，各所述光伏模块的并网点处还设置有一智能断路器，所述智能断路器与所述并网控制模块连接，所述并网控制模块根据所述光伏模块的运行状态判断是否满足并网条件，通过控制所述智能断路器的通断以实现并离网控制。
2.根据权利要求1所述的低压分布式光伏计量采集系统，其特征在于，所述运行状态监测模块包括设置在所述光伏模块的发电侧的智能电能表，以用于计量所述光伏模块的发电量，所述智能电能表内设置有电能质量监测模块，以用于监测所述光伏模块的发电状态以及谐波含有量。
3.根据权利要求2所述的低压分布式光伏计量采集系统，其特征在于，所述光伏模块的发电侧的所述智能电能表与所述采集终端通过HPLC进行数据交互。
4.根据权利要求1所述的低压分布式光伏计量采集系统，其特征在于，还包括与所述智能断路器连接的防孤岛保护装置，用于监测电压和频率变化判断是否存在孤岛运行异常，并当监测到孤岛运行异常时控制所述智能断路器断开以实现防孤岛保护。
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的低压分布式光伏计量采集系统，其特征在于，所述运行状态监测模块还包括设置在所述光伏模块的发电侧的电流互感器。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的低压分布式光伏计量采集系统，其特征在于，还包括协议转换器，所述协议转换器分别与所述采集终端与所述光伏逆变器连接，所述协议转换器上行通过HPLC通信与采集终端通信，下行通过RS485接口以及使用Modbus协议接入所述光伏逆变器。
7.一种用于权利要求1～6中任意一项所述的低压分布式光伏计量采集系统的控制方法，该方法包括刚性控制步骤，其特征在于，所述刚性控制步骤包括：
通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表或者通过所述采集终端或通过采集主站监测所述光伏模块的发电状态，并判断是否符合并网条件；
当监测到不符合并网条件时，控制所述智能断路器开闸以控制离网，当监测到符合并网条件时，通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表或者通过所述采集终端或通过采集主站控制所述智能断路器合闸恢复合闸以控制并网。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括直接柔性控制步骤，包括：
通过采集主站监测是否需要柔性控制，如果监测到需要柔性控制，采集主站通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表向数据采集器下发控制命令；
所述数据采集器根据接收到的控制命令调控所述光伏逆变器的输出大小；
通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表监测所述光伏逆变器的调控结果是否满足要求，如果不满足则通过所述智能断路器控制所述光伏模块离网。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，其特征在于，还包括间接柔性控制步骤，包括：
通过采集主站监测是否需要柔性控制，如果监测到需要柔性控制，采集主站向光伏主站发送控制命令；
光伏主站根据接收到的所述控制命令调控所述光伏逆变器的输出大小；
通过所述光伏模块的发电侧的智能电能表监测所述光伏逆变器的调控结果是否满足要求，如果不满足则通过所述智能断路器控制所述光伏模块离网。
10.根据权利要求7或8或9所述的控制方法，其特征在于，通过调控所述光伏逆变器的有功功率、无功功率、功率因数、电压中任意一项或多项，以调控所述光伏逆变器的输出大小。
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