CN116316860A - 一种基于hplc通信的分布式光伏采集控制交互系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，包括：光伏组件，光伏逆变器，智能断路器，安装在台区变压器侧的智能融合终端以及安装在光伏逆变器侧的载波模块以及主站服务器；智能融合终端设置有载波CCO端；载波模块设置有STA端；智能融合终端与载波模块利用低压电力线高速载波通信；主站服务器向智能融合终端发出控制指令，实现通过智能融合终端和载波模块对光伏逆变器和智能断路器进行遥控。本发明实现分布式光伏的控制，提高供电的可靠性，增大分布式新能源的接纳能力，从而提升光伏发电与电网运行的兼容性，解决光伏采集控制的实时性以及电力载波高频采集导致的时延问题。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光伏发电技术领域，尤其涉及一种基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统。
背景技术
分布式发电(DistributedGeneration，DG)技术一般指以新能源和可再生能源为主的小型发电装置，就近布置在负荷附近的发电方式，主要包括发电容量为几十到几百kW的微型燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏发电技术、风力发电技术及迅速发展的超导储能技术等。分布式电源具有投资小、占地少、建设周期短、能源利用率高、节能环保等特点。
随着分布式能源的比重越来越大，其对配电网的影响也越来越显著。尽管分布式发电技术有诸多优点，但接入大电网给电能质量和电能调度运行带来了一系列影响。传统配网模式下，由于分布式光伏等新能源接入容量较小，因此配电网调控没有将分布式新能源视为可控电源，未接入电网调度体系，调度机构无法对各类分布式能源的运行状态和出力情况进行准确掌握，也无法对其进行调控。
现有的分布式光伏装机容量激增，其出力的随机性、波动性和不确定性，对主网调峰、配网电压及电能质量、调度运行方式安排等产生强烈冲击，使得有源配电网的运行安全问题凸显。
目前电网针对小容量低压分布式光伏暂未开展数据接入，分布式光伏产生的问题主要是如下方面：分布式光伏运行过程不可观测，导致调度人员不能准确的了解到台区、馈线的实际负荷，在进行负荷转移时易造成主变越限。在电网运行中，负荷低谷分布式光伏大发时，不可对分布式光伏出力进行调控，不满足当下和未来分布式新能源高渗透率配电网的调控需求。
发明内容
本发明提供一种基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，系统解决分布式光伏采集控制的实时性以及电力载波高频采集导致的时延问题。避免分布式光伏运行过程不可观测，导致调度人员不能准确的了解到台区、馈线的实际负荷的问题。
系统包括：光伏组件，光伏逆变器，智能断路器，安装在台区变压器侧的智能融合终端以及安装在光伏逆变器侧的载波模块以及主站服务器；
智能融合终端设置有载波CCO端；光伏逆变器侧安装有载波模块STA端；
智能融合终端用于采集配电台区供用电信息和电能表信息；
光伏组件依次通过光伏逆变器和智能断路器连接台区变压器的低压侧；台区变压器的高压侧连接电网；
智能融合终端与载波模块利用低压电力线高速载波通信；
主站服务器通过4G或5G的通信网获取智能融合终端的数据信息，还用于向智能融合终端发出控制指令，实现通过智能融合终端和载波模块对光伏逆变器和智能断路器进行遥控。
进一步需要说明的是，主站服务器还用于通过智能融合终端设置载波模块CCO端与STA端的周期采集频率。
进一步需要说明的是，主站服务器设置周期采集频率为1min；
设置STA端遥测变化的策略是按5%变化率来进行判断，遥测方式为：
式中：
为当前采集的有功功率；/>
为上一时刻的有功功率，当变化率超过5%时，增加载波模块的STA端的遥测点。
进一步需要说明的是，主站服务器下发的遥控指令包括：光伏逆变器的启停机指令，智能断路器的开闭控制指令以及数据调取指令。
进一步需要说明的是，主站服务器分别向智能融合终端或载波模块下发的遥控指令，且经过预设遥控反馈时长之后，分别接收智能融合终端或载波模块反馈的基于所述遥控指令的反馈信息。
进一步需要说明的是，主站服务器分别向智能融合终端或载波模块下发的遥调指令，且经过预设遥调反馈时长之后，分别接收智能融合终端或载波模块反馈的基于所述遥调指令的反馈信息。
进一步需要说明的是，光伏遥调指令包括：有功遥调和无功遥调，通过下述方式进行判断：
有功遥调值大于实时值，且小于容量时，在实时值变化率大于20%时，上报遥调成功事件；
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值。
进一步需要说明的是，有功遥调值小于实时值，且大于0，实时值变化率达到10%时，向主站服务器上报遥调成功事件。
进一步需要说明的是，无功遥调值绝对值小于容量的30%，实时值变化率达到10%时，向主站服务器上报遥调成功事件；
具体表示方式如下：
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值，遥调后的实时有功与遥调前的值变化率大于10%时，上报遥调成功事件，并在上报时附当前功率值。
进一步需要说明的是，光伏逆变器通过RS485线连接载波模块；
智能融合终端通过RS485线连接台区变压器侧的电能表。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统在变压器侧安装具有载波CCO端的智能融合终端，作为分布式光伏数据的汇聚点，各分布式光伏逆变器侧安装具有STA端的载波模块，这里可以将逆变器的modbus通信转换为HPLC通信，通过台区变压器与光伏逆变器间的电力线缆进行数据上送和指令下发。
本发明为避免与营销电表采集业务产生冲突，分布式光伏采集采用宽频载波，采集频率设为1min，再通过事件上报的方式实现分布式光伏实时采集与精准调控，进而实现分布式光伏的可观可测可调可控，提高供电的可靠性，增大分布式新能源的接纳能力，实现分布式光伏遥测遥信数据分钟级刷新以及遥控遥调秒级执行，从而提升光伏发电与电网运行的兼容性，解决分布式光伏采集控制的实时性以及电力载波高频采集导致的时延问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统示意图。
具体实施方式
本发明提供的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统是为了降低或消除分布式光伏对系统的不利影响，在考虑接入的光伏发电组件的可观、可测、可控、可调，能够快速采集分布式光伏的实时数据，同时具备接收调度系统的指令，做出正确响应，实现分布式光伏发电单元的数据实时采集和指令精准调控。
分布式光伏采集控制交互系统基于人工智能、物联网、通信技术，使用电力载波通信作为通信介质，不需进行通信线路建设和通信线路维护，具有电缆线路通信无法比拟的优势，是智能电网、智能用电抄表领域最理想的信息传输载体。本发明的系统还应用HPLC(高速电力线载波通信)技术，实现感知层和网络层中接入规模量最大的设备，满足对遥测、遥信、遥调以及遥控的需求。
如图1是本发明提供的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统中图示，该仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的模块而非按照实际实施时的模块数目及功能，其实际实施时各模块的功能、数量及作用可为一种随意的改变，且其模块的功能和用途也可能更为复杂。
本发明的分布式光伏采集控制交互系统既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。数控机床智能诊断方法基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。分布式光伏采集控制交互系统软件技术主要包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。基于硬件层面的技术和软件层面的结合解决由于分布式光伏不可观测，导致调度人员不能准确的了解到台区、馈线的实际负荷，在进行负荷转移时易造成主变越限的问题。
对于本发明的一些主要术语来讲，分布式光伏特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。
HPLC是低压电力线高速载波通信的简称，是一种电力线载波通信技术，多用于低压台区用电信息采集系统本地通信中（如抄表）。
CCO和STA分别是用电信息采集系统的宽带载波通信网络一般会形成以中央协调器（Central Coordinator，CCO）为中心，连接所有站点（Stattion，STA）(智能电表/I型采集器通信单元、宽带载波II型采集器)多级关联的树形网络。
智能融合终端是一种集配电台区供用电信息采集、电能表或采集终端数据收集、设备状态监测及通讯组网、就地化分析决策、协同计算等功能于一体的智能化融合终端设备。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
系统包括：光伏组件，光伏逆变器，智能断路器，安装在台区变压器侧的智能融合终端以及安装在光伏逆变器侧的载波模块以及主站服务器。
智能融合终端设置有载波CCO端；光伏逆变器侧安装有载波模块STA端；智能融合终端用于采集配电台区供用电信息和电能表信息；光伏组件依次通过光伏逆变器和智能断路器连接台区变压器的低压侧；台区变压器的高压侧连接电网；主站服务器通过4G或5G的通信网获取智能融合终端的数据信息，还用于向智能融合终端发出控制指令，实现通过智能融合终端和载波模块对光伏逆变器和智能断路器进行遥控。
本发明的主站服务器包括，但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算(CloudComputing)的由大量主机或网络服务器构成的云。
主站服务器分别智能融合终端和载波模块的通信网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(VirtualPrivateNetwork，VPN)等。
其中，光伏逆变器通过RS485线连接载波模块；智能融合终端通过RS485线连接台区变压器侧的电能表。
在一个示例性实施例中，用户可以制定主站对分布式光伏的采集和控制点表，主站可以采集展示光伏逆变器、智能断路器的实时遥测和遥信，同时主站可以下发控制指令，对光伏逆变器、智能断路器执行的遥调和遥控遥控，在满足主站展示控制要求的基础上尽量减小数据量。
可选地，本发明基于光伏逆变器和智能断路器，以及台区HPLC通信架构实现分布式光伏的可观、可测、可调、可控，台区与主站交互的遥测、遥信、遥调以及遥控的分布式光伏采集和控制点表如下：
表1：分布式光伏采集和控制点表
本发明中，根据展示和控制需求，可以设置载波模块CCO端与STA端的采集周期，采集周期频率可以设置为1min。本发明在STA端设置遥测变化上送的策略是按5%变化率判断，保证数据的实时性的同时减少载波通信数据量，避免拥堵。
本发明的具体表示方式为：
式中：
和/>
为光伏有功的实时有功与上一时刻历史有功，当变化率超过5%时，周期采集时，载波模块STA端的遥测点会增加光伏有功这个遥测点。
本发明中，主站服务器的遥控指令可以实时下发，具体可以包括光伏逆变器的启停机、光伏开关的开闭，遥信变化以事件方式上送保证实时性，主站下遥控指令到实际状态返回达到秒级。
本发明的实施例中，基于下述公式进行遥控结果上报，
式中：
和/>
为光伏逆变器运行实时运行状态与上一时刻运行状态，当状态发生变化时会产生一个立刻上报的事件，包含遥控指令的执行结果以及当前的遥信状态，不需要等待1min的周期采集，保证遥控指令的实时性。
本发明中，主站服务器的遥调指令可以实时下发，载波模块的STA端判断执行结果，再进行事件上报，保证遥调指令的实时性，可以实现主站完整的控制回路达到30s。
本实施例的光伏遥调包括有功遥调和无功遥调，计算逻辑如下：
1）有功遥调值大于实时值且小于容量，实时值变化率达到20%时上报遥调成功事件：
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值，遥调后的实时有功与遥调前的值变化率大于20%时，上报遥调成功事件，附当前功率值。
2）有功遥调值小于实时值且大于0，实时值变化率达到10%时上报遥调成功事件：
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值，遥调后的实时有功与遥调前的值变化率大于10%时，上报遥调成功事件，附当前功率值。
3）无功遥调值绝对值小于容量的30%，实时值变化率达到10%时上报遥调成功事件：
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值，遥调后的实时有功与遥调前的值变化率大于10%时，上报遥调成功事件，附当前功率值。
基于本发明提供的分布式光伏采集控制交互系统可以对分布式光伏的采集，不需要建立额外的通信线路，利用电网公司在台区安装的智能融合终端即可完成对分布式光伏的数据采集，成本低，改造工作量小，可以实现分布式光伏的可观可测可调可控的功能。
本发明提供的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，包括：光伏组件，光伏逆变器，智能断路器，安装在台区变压器侧的智能融合终端以及安装在光伏逆变器侧的载波模块以及主站服务器；
智能融合终端设置有载波CCO端；光伏逆变器侧安装有载波模块STA端；
智能融合终端用于采集配电台区供用电信息和电能表信息；
光伏组件依次通过光伏逆变器和智能断路器连接台区变压器的低压侧；台区变压器的高压侧连接电网；
智能融合终端与载波模块利用低压电力线高速载波通信；
主站服务器通过4G或5G的通信网获取智能融合终端的数据信息，还用于向智能融合终端发出控制指令，实现通过智能融合终端和载波模块对光伏逆变器和智能断路器进行遥控。
2.根据权利要求1所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，主站服务器还用于通过智能融合终端设置载波模块CCO端与STA端的周期采集频率。
3.根据权利要求2所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，主站服务器设置周期采集频率为1min；
设置STA端遥测变化的策略是按5%变化率来进行判断，遥测方式为：
式中：
为当前采集的有功功率；/>
为上一时刻的有功功率，当变化率超过5%时，增加载波模块的STA端的主动上报事件。
4.根据权利要求1或2所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，主站服务器下发的遥控指令包括：光伏逆变器的启停机指令，智能断路器的开闭控制指令以及数据调取指令。
5.根据权利要求1或2所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，主站服务器分别向智能融合终端或载波模块下发的遥控指令，且经过预设遥控反馈时长之后，分别接收智能融合终端或载波模块反馈的基于所述遥控指令的反馈信息。
6.根据权利要求1或2所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，主站服务器分别向智能融合终端或载波模块下发的遥调指令，且经过预设遥调反馈时长之后，分别接收智能融合终端或载波模块反馈的基于所述遥调指令的反馈信息。
7.根据权利要求6所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，光伏遥调指令包括：有功遥调和无功遥调，通过下述方式进行判断：
有功遥调值大于实时值，且小于容量时，在实时值变化率大于20%时，上报遥调成功事件；
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值。
8.根据权利要求6所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，有功遥调值小于实时值，且大于0，实时值变化率达到10%时，向主站服务器上报遥调成功事件。
9.根据权利要求6所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，无功遥调值绝对值小于容量的30%，实时值变化率达到10%时，向主站服务器上报遥调成功事件；
具体表示方式如下：
式中：
光伏有功遥调值，/>
为光伏有功遥调后的实时值，/>
为光伏有功遥调前的值，遥调后的实时有功与遥调前的值变化率大于10%时，上报遥调成功事件，并在上报时附当前功率值。
10.根据权利要求6所述的基于HPLC通信的分布式光伏采集控制交互系统，其特征在于，
光伏逆变器通过RS485线连接载波模块；
智能融合终端通过RS485线连接台区变压器侧的电能表。
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