CN115800377A - 太阳能光伏板并网防过载系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，具体为太阳能光伏板并网防过载系统及方法，包括与控制器连接的检测并网变压器的实时功率的功率检测模块和功率调节系统。功率调节系统中储能电池通过直流升压装置和充电开关实现充电，通过放电开关实现放电。当并网变压器的实时功率超过上限值时，闭合充电开关、断开放电开关对储能电池进行充电；当并网变压器的实时功率低于下限值时，闭合放电开关、断开充电开关对储能电池进行放电。本发明根据实时功率的动态变化，及时对变压器的输入功率进行调整，使变压器的运行在安全的功率范围内，同时可以保证光伏板发出电能的有效利用，同时还可以保证变压器的输出的稳定，进而减少分布式电源对电网的冲击和影响。

Description

太阳能光伏板并网防过载系统及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体为太阳能光伏板并网防过载系统及方法。

背景技术

随着新能源技术尤其是光伏技术的发展成熟，越来越多分布式光伏发电站投入运行。在分布发电站中通过逆变并网系统将光伏板产生的直流电变成交流电输送到电网中。目前在逆变之后会通过变压器对电能的电压转换以达到并网的要求。虽然在设计之初会考虑到各种因素是变压器的容量满足运行要求，但是扔无法变因光照充足、负载变化等导致的变压器超负荷运行。目前解决该问题的方式多是在控制习惯设置反馈信号，包括负载的电流反馈信号和电压反馈信号，但是在目前的系统该反馈信号只能改变逆变模块的输出，使其输出功率减小，但是此时会导致发电端电压的增高和发电端的电能的积聚，如果不采取措施则会导致设备损坏，同时造成电能的浪费。因此设计一种可以在电能初始端进行电能调控的太阳能光伏板并网防过载系统及方法成为一种迫切的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可以实现电能调控防止变压器、线路过载的一种太阳能光伏板并网防过载系统及方法。

本发明要解决的技术问题的技术方案是：太阳能光伏发电并网防过载系统，包括直流母线、控制器、与直流母线连接的太阳能光伏发电板和逆变并网系统，所述逆变并网系统设置有并网变压器，其特征在于：包括与控制器连接的功率检测模块和功率调节系统；所述功率检测模块检测并网变压器的实时功率；所述功率调节系统包括直流升压装置、储能电池，所述直流升压装置的输入端与直流母线电气连接，直流升压装置的输出端通过充电开关与储能电池电气连接，所述储能电池通过放电开关与直流母线电气连接；当功率检测模块检测到并网变压器的实时功率超过上限值时，闭合充电开关、断开放电开关对储能电池进行充电；当功率检测模块检测到并网变压器的实时功率低于下限值时，闭合放电开关、断开充电开关对储能电池进行放电。

更好的，所述储能电池设置有多组，每一组所述储能电池都与直流升压装置通过充电开关电气连接；

所述上限值设置有多个，每个上限值对应闭合相应数量的储能电池的充电开关，且上限值越大闭合的充电开关的数量越多；所述下限值设置有多个，每个下限值对应闭合相应数量的储能电池的放电开关，且下限值越小闭合的充电开关的数量越多。

更好的，所述储能电池设置有多组，所述直流升压装置的数量与储能电池数量相同，每一个储能电池与直流升压装置一一对应。

更好的，所述上限值设置有多个，每个上限值对应闭合相应数量的充电开关，且上限值越大闭合的充电开关的数量越多；所述下限值设置有多个，每个下限值对应闭合相应数量的储能电池的放电开关，且下限值越小闭合的充电开关的数量越多。

更好的，每组所述储能电池额定电压以及容量不同，且最低额定电压大于直流母线的额定电压；所述上限值设置有多个，每个上限值对应闭合一个充电开关，且上限值越大闭合的充电开关所连接的储能电池的容量越大。

更好的，当功率检测模块检测到并网变压器的实时功率超过上限值时，根据上限值确定闭合充电开关的个数，并对闭合的充电开关进行标记；当下一次功率检测模块检测到并网变压器的实时功率超过上限值时，优先选择未标记的充电开关进行闭合操作；

当功率检测模块检测到并网变压器的实时功率低于下限值时，根据下限值确定闭合放电开关的个数，优先在标记的充电开关关联的放电开关进行闭合，并取消对所述放电开关的标记。

太阳能光伏发电并网防过载的控制方法，应用太阳能光伏发电并网防过载系统，包括以下步骤：

步骤1、获取功率反馈信号，并判定功率反馈信号是否大于上限值，如果大于上限值则执行步骤2，否则执行步骤5；

步骤2、保持电压反馈信号、电流反馈信号不变，并启动功率调节；

步骤3、根据实时功率反馈信号和上限值计算饱和差值，根据饱和差值计算需要存储的电能以及投入储能电池的数量；

步骤4、给投入的储能电池进行充电；

步骤5、检测功率反馈信号是否小于上限值，如果小于上限值则停止给储能电池充电；并执行步骤1。

更好的，所述功率反馈信号为电网电压信号和负载电流信号的乘积。

更好的，逆变控制系统中，电网电压信号和负载电流信号分别经过保持器接入控制系统，所述保持器在功率反馈信号超过上限值时启动

更好的，所述步骤4中：

检测投入的储能电池的电压是否达到额定电压，如果达到额定电压则切除该储能电池并选择新的未达到额定电压的储能电池进行充电。

本发明的有益效果为：

本发明可以根据实时的功率的动态变化，及时对变压器的输入功率进行调整，使变压器的实时运行在安全的功率范围内，同时通过功率的调整，可以保证光伏板发出电能的有效利用，同时还可以保证变压器的输出的稳定，进而减少分布式电源对电网的冲击和影响。

附图说明

图1是本发明一种实施例中对一个直流升压装置对多个储能电池进行充电的示意图。

图2是本发明中单独对储能电池进行充电的示意图。

图3是本发明一种实施例汇总功率检测模块的示意图。

图4是本发明一种实施例的系统组成示意图。

图5是本技术领域中实现逆变控制的现有技术的示意图。

图6是本发明一种实施例的逆变控制系统示意图。

图中：

232、放电开关；231、充电开关；220、储能电池；210、直流升压装置；200、功率调节系统；100、功率检测模块；T、并网变压器；900、控制器；ZM、直流母线；

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。

太阳能光伏发电并网防过载系统，包括直流母线ZM、控制器900、与直流母线ZM连接的太阳能光伏发电板和逆变并网系统。太阳能光伏发电板输出的电能到达直流母线ZM，直流母线ZM为逆变并网系统供电，逆变并网系统设置有并网变压器T，并网变压器T将逆变装置生成的交流电经过升压之后并入电网。其中控制器900是对上述系统进行集中控制的装置。控制器是指按照预先设定的控制指令来改变控制电路的状态以实现对所控制的设备进行自动操作的一种系统，其主要由电源模块、处理器、存储模块、输入输出接口以及相关的辅助电路组成。常见的控制器PLC控制器、嵌入式系统控制器、基于单片机的微控制器以及工业用的工控机等。本实施例中控制器包括独立运行的工控机以及各模块中的控制系统。

在系统中还包括与控制器900连接的功率检测模块100和功率调节系统200。

功率检测模块100用以检测并网变压器T的实时功率。在变压器的参数中，其具有安全运行的额定参数，其中就包括额定容量。其中实时功率即变压器中电能的实时容量。为了保证安全不能够长时间超过额定容量运行。功率检测模块100包括用以检测变压器一侧或两侧的电压互感器、检测变压器一侧或两侧的电流互感器，电压互感器和电流互感器经过数据采集终端将采集的数据转换成数字量后传递给控制器900。通过将采集到变压器一侧的电压数据和电流数据进行相乘得到变压器的实时运行的功率。

功率调节系统200包括直流升压装置210、储能电池220。如图1所示，直流升压装置210的输入端与直流母线ZM电气连接，直流升压装置210的输出端通过充电开关231与储能电池220电气连接。同时储能电池220通过放电开关232与直流母线ZM电气连接。本实施例中直流升压装置210作为充电模块用以给储能电池220进行充电，用以消耗直流母线上的电能，同时通过放电开关232与直流母线ZM的连接，实现储能电池220给直流母线ZM供电。

此时，当功率检测模块100检测到并网变压器T的实时功率超过上限值时，闭合充电开关231、断开放电开关232对储能电池220进行充电，用以降低对并网变压器T输出的功率。本发明用以实现防止并网变压器T的过载，系统除了可以防止并网变压器的过载，还可以在光伏发电板输出功率较小的时候，通过蓄电池给逆变系统提供电源，以保证该分布式发电站的稳定的电能输出，以减小对电网的冲击。因此，除了设置上限值之外，还可以设置下限值。当功率检测模块100检测到并网变压器T的实时功率低于下限值时，闭合放电开关232、断开充电开关231对储能电池220进行放电，用以增加对并网变压器T输出的功率。

为了满足负载波动造成的电能波动，以更好的存储非流入电网的电能，所述储能电池220设置有多组，每一组所述储能电池220都与直流升压装置210通过充电开关231电气连接。同时，将上限值设置多个。每个上限值对应闭合相应数量的储能电池220的充电开关231。且上限值越大闭合的充电开关231的数量越多。如将上限值设置为第一上限值、第二上限值、第三上限值，其中第一上限值为2000MW、第二上限值为2100MW、第三上限值设置为2200MW，当功率检测模块100检测到变压器运行的功率超过第一上限值的时候，则选择其中一个充电开关231进行闭合，与该充电开关231对应的放电开关232断开，将多出的电能给储能电池220充电实现储能。当功率检测模块100检测到变压器的功率运行在第二上限值之上时，则选择其中两个储能电池220进行充电。如果功率检测模块100检测到变压器的功率运行在第三上限值之上时，则选择三个储能电池220进行充电。相应的，同样设置多个下限值。每个下限值对应闭合相应数量的储能电池220的放电开关232，且下限值越小闭合的充电开关231的数量越多。

或者，在设置多组储能电池220的同时，设置相同数量的直流升压装置210。如图所示，每个直流升压装置210给单独的储能电池220充电。此时，也可以将上限值设置有多个，每个上限值对应闭合相应数量的充电开关231，且上限值越大闭合的充电开关231的数量越多；所述下限值设置有多个，每个下限值对应闭合相应数量的储能电池220的放电开关232，且下限值越小闭合的充电开关231的数量越多。

更好的，为了实现对储能电池220的活性的保持，在充放电的过程中，循环选择不同的储能电池220进行充放电或者每一次在所有的储能电池220中随机选取。具体的：当功率检测模块100检测到并网变压器T的实时功率超过上限值时，根据上限值确定闭合充电开关231的个数，并对闭合的充电开关231进行标记；当下一次功率检测模块100检测到并网变压器T的实时功率超过上限值时，优先选择未标记的充电开关231进行闭合操作；当功率检测模块100检测到并网变压器T的实时功率低于下限值时，根据下限值确定闭合放电开关232的个数，优先在标记的充电开关231关联的放电开关232进行闭合，并取消对所述放电开关232的标记。

进一步地，检测闭合充电开关231的储能电池220的电压是否达到额定电压，如果达到额定电压则切除该储能电池220并选择新的未达到额定电压的储能电池220进行充电，同时对该充电开关进行标记。

在设置多组储能电池220的同时，设置相同数量的直流升压装置210，每个直流升压装置210给单独的储能电池220充电，同时每个储能电池220的容量不同。本申请中所指的储能电池220可以单块电池、也可以是多块电池组成的电池模块。每组储能电池220额定电压以及容量不同，且最低额定电压大于直流母线的额定电压。以直流母线为220V为例，储能电池220可以设定为220V、225V、210V等，容量可以设置1000Ah、1500Ah、2000Ah等。此时，直流升压装置210与每个储能电池220的电压等级匹配。可以设置多组电压等级，每个电压等级设置多组不同的容量。同样根据变压器的实时功率超过上限值的不同给不同容量的电池充电。如将上限值设置为第一上限值、第二上限值、第三上限值，其中第一上限值为2000MW、第二上限值为2100MW、第三上限值设置为2200MW，当功率检测模块100检测到变压器运行的功率超过第一上限值的时候，则选择其中第一个充电开关231进行闭合，与该充电开关231对应的放电开关232断开，将多出的电能给储能电池220充电实现储能。该充电开关231对应的储能电池220的容量为1000Ah。当功率检测模块100检测到变压器的功率运行在第二上限值之上时，则选择给第二个储能电池220进行充电，该储能电池220的容量为1500Ah。如果功率检测模块100检测到变压器的功率运行在第三上限值之上时，则选择第三个储能电池220进行充电，该储能电池220的容量为2000Ah。

应用上述太阳能光伏发电并网防过载系统，本申请还公开了一种太阳能光伏发电并网防过载的控制方法，在现有的逆变控制方法中，基于上述系统做出相应的改动以达到更加高效的利用电能的效果。

如图所示，在现有技术中，首先给控制系统给定一个给定电流I^*，系统启动后，会采集输出的电压或者电网电压U_g、输出的电流或负载电流I_L作为反馈信后在此输入到控制系统，以使逆变装置输出稳定的电能。

或者，在本实施例中功率检测模块100设置有保持器，保持器和电压互感器、电流互感器电气连接，用以控制信号的输出。电压互感器、电流互感器以及保持器和控制电气连接。保持器的输出端与系统反馈系统输入端连接。首先，功率检测模块100设置有功率运算模块，将获取的电压互感器和电流互感器输入的信号进行计算，得出变压器的输出功率。保持器的输出端与控制器电气连接。功率运算模块将计算结果发送到控制器，控制器检测到信号超过上限值时，控制器控制保持器保持信号不变，并将保持不变的信号输入到控制系统的反馈信号输入端中。或者，功率检测模块的功率运算模块设置有信号比较器，信号比较器比较计算出的功率信号与基准信号，即功率信号是否超过上限值，如果超过上限值，则信号比较器的输出端直接与保持器的信号保持使能端电气连接，直接控制保持器的输出。

本发明基于上述系统，还公开了将功率作为一个反馈信号对系统的控制进行补偿的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、获取功率反馈信号，并判定功率反馈信号是否大于上限值，如果大于上限值则执行步骤2，否则执行步骤5。本实施例中功率反馈信号为电网电压信号和负载电流信号的乘积即Wk＝U_gI_L。电网电压信号和负载电流信号可分别通过电压互感器和电流互感器采集得到。电压互感器可以连接的变压器的高压侧的出口端子上，电流互感器可以套设在连接并网变压器T和电网的导线上。

进一步地，为了保证逆变并网系统的稳定输出，在该步骤中，同时判定功率反馈信号是否小于下限值，如果小于下限值则执行步骤6。

步骤2、在检测到功率反馈信号超过上限值的时候，首先保持电压反馈信号、电流反馈信号不变，使逆变控制系统的输出保持稳定不发生突变，以减少冲击，同时启动功率调节，通过功率调节系统在电能的源头实现对电能的分流，防止系统过载导致的设备损坏。

逆变控制系统中，电网电压信号和负载电流信号可以分别经过保持器接入控制系统，所述保持器在功率反馈信号超过上限值时启动。如果是数字信号的处理，则通过保持器为一个数据存储程序或变量，该程序保持其输出端的数据不变，或者该变量保持不变。如果是模拟信号，则可以利用采集保持器芯片对模拟信号进行处理，在模拟信号的采集和数字化转换中，信号的采集和保持作为现有技术不在赘述。

步骤3、根据实时功率反馈信号和上限值计算饱和差值，根据饱和差值计算需要存储的电能以及投入储能电池220的数量。首先根据采集的电网电压信号和负载电流信号计算并网变压器T的实时功率，并网后，电网的电压与并网变压器T联网侧的电压相同。然后将计算出的功率与上限值进行差值计算。其中上限值为一个功率值。计算出差值后，可以得知当前状态下，直流母线预计需要分流的电能，然后根据该需要分流的电能计算出需要投入的储能电池220的数量。

步骤4、闭合充电开关231给投入的储能电池220进行充电。在投入之后，实时检测投入的储能电池220的电压是否达到额定电压，即储能电池220是否充满。如果达到额定电压则切除该储能电池220并选择新的未达到额定电压的储能电池进行充电。

步骤5、最后在功率反馈信号恢复正常后，恢复正常的电能分配。此时，检测功率反馈信号是否小于上限值，如果小于上限值则停止给储能电池220充电；并执行步骤1。

步骤6、在检测到功率反馈信号低于下限值的时候，首先保持电压反馈信号、电流反馈信号不变，使逆变控制系统的输出保持稳定不发生突变，以减少冲击，同时启动功率调节，通过功率调节系统在电能的源头实现对电能的分流，防止系统过载导致的设备损坏。

步骤7、根据实时功率反馈信号和下限值计算需求差值，根据需求差值计算所需要释放的电能以及投入储能电池220的数量。计算出差值后，可以得知当前状态下，直流母线预计需要获取的电能，然后根据该需要获取的电能计算出需要投入的储能电池220的数量。

步骤8、控制放电开关232闭合，充电开关231断开使投入的储能电池220进行放电，向直流母线释放电能。在投入之后，实时检测投入的储能电池220的电压是否达到电压最低值，如果达到电压最低值则切除该储能电池220并选择新的未达到电压最低值的储能电池进行放电，以防止储能电池220因为过度放电导致损坏。

步骤9、最后在功率反馈信号恢复正常后，恢复正常的电能分配。此时，检测功率反馈信号是否大于下限值，如果大于下限值则停止储能电池220的放电操作；并执行步骤1。

本方法应用与具有多组的储能电池220的情况。此时，为了保证所有的储能电池220的活性，在系统进行调整的过程中，步骤3中，确定所需要的储能电池220之后，在所有的储能电池220选取没有被标记的储能电池220进行充电，并把所选的储能电池220进行标记。在步骤7中，优先从被标记的储能电池220中选择，并进行放电，之后去除储能电池220的标记。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.太阳能光伏发电并网防过载系统，包括直流母线(ZM)、控制器(900)、与直流母线(ZM)连接的太阳能光伏发电板和逆变并网系统，所述逆变并网系统设置有并网变压器(T)，其特征在于：

包括与控制器(900)连接的功率检测模块(100)和功率调节系统(200)；所述功率检测模块(100)检测并网变压器(T)的实时功率；所述功率调节系统(200)包括直流升压装置(210)、储能电池(220)，所述直流升压装置(210)的输入端与直流母线电气连接，直流升压装置(210)的输出端通过充电开关(231)与储能电池(220)电气连接，所述储能电池(220)通过放电开关(232)与直流母线(ZM)电气连接；

当功率检测模块(100)检测到并网变压器(T)的实时功率超过上限值时，闭合充电开关(231)、断开放电开关(232)对储能电池(220)进行充电；

当功率检测模块(100)检测到并网变压器(T)的实时功率低于下限值时，闭合放电开关(232)、断开充电开关(231)对储能电池(220)进行放电。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电并网防过载系统，其特征在于：

所述储能电池(220)设置有多组，每一组所述储能电池(220)都与直流升压装置(210)通过充电开关(231)电气连接；

所述上限值设置有多个，每个上限值对应闭合相应数量的储能电池(220)的充电开关(231)，且上限值越大闭合的充电开关(231)的数量越多；所述下限值设置有多个，每个下限值对应闭合相应数量的储能电池(220)的放电开关(232)，且下限值越小闭合的充电开关(231)的数量越多。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电并网防过载系统，其特征在于：

所述储能电池(220)设置有多组，所述直流升压装置(210)的数量与储能电池(220)数量相同，每一个储能电池(220)与直流升压装置(210)一一对应。

4.根据权利要求3所述的太阳能光伏发电并网防过载系统，其特征在于：

所述上限值设置有多个，每个上限值对应闭合相应数量的充电开关(231)，且上限值越大闭合的充电开关(231)的数量越多；所述下限值设置有多个，每个下限值对应闭合相应数量的储能电池(220)的放电开关(232)，且下限值越小闭合的充电开关(231)的数量越多。

5.根据权利要求3所述的太阳能光伏发电并网防过载系统，其特征在于：

每组所述储能电池(220)额定电压以及容量不同，且最低额定电压大于直流母线的额定电压；所述上限值设置有多个，每个上限值对应闭合一个充电开关(231)，且上限值越大闭合的充电开关(231)所连接的储能电池(220)的容量越大。

6.根据权利要求2或4所述的太阳能光伏发电并网防过载系统，其特征在于：

当功率检测模块(100)检测到并网变压器(T)的实时功率超过上限值时，根据上限值确定闭合充电开关(231)的个数，并对闭合的充电开关(231)进行标记；当下一次功率检测模块(100)检测到并网变压器(T)的实时功率超过上限值时，优先选择未标记的充电开关(231)进行闭合操作；

当功率检测模块(100)检测到并网变压器(T)的实时功率低于下限值时，根据下限值确定闭合放电开关(232)的个数，优先在标记的充电开关(231)关联的放电开关(232)进行闭合，并取消对所述放电开关(232)的标记。

7.太阳能光伏发电并网防过载的控制方法，应用权利要求1-6任一所述的太阳能光伏发电并网防过载系统，其特征在于：

步骤1、获取功率反馈信号，并判定功率反馈信号是否大于上限值，如果大于上限值则执行步骤2，否则执行步骤5；

步骤2、保持电压反馈信号、电流反馈信号不变，并启动功率调节；

步骤3、根据实时功率反馈信号和上限值计算饱和差值，根据饱和差值计算需要存储的电能以及投入储能电池(220)的数量；

步骤4、给投入的储能电池(220)进行充电；

步骤5、检测功率反馈信号是否小于上限值，如果小于上限值则停止给储能电池(220)充电；并执行步骤1。

8.根据权利要求7所述的太阳能光伏发电并网防过载的控制方法，其特征在于：

所述功率反馈信号为电网电压信号和负载电流信号的乘积。

9.根据权利要求8所述的太阳能光伏发电并网防过载的控制方法，其特征在于：

逆变控制系统中，电网电压信号和负载电流信号分别经过保持器接入控制系统，所述保持器在功率反馈信号超过上限值时启动。

10.根据权利要求7所述的太阳能光伏发电并网防过载的控制方法，其特征在于：

所述步骤4中：

检测投入的储能电池(220)的电压是否达到额定电压，如果达到额定电压则切除该储能电池(220)并选择新的未达到额定电压的储能电池进行充电。

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