CN116961108A - 基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统及方法，属于新能源发电系统控制技术领域。技术方案是：对于大规模单相分布式光伏接入的低压配电网，智能融合终端周期性采集台区配变出线的三相电流和逆变器并网电流，利用其边缘计算能力，实现对单相并网光伏的换相控制和出力控制，结合PCS模块和电池柜对ABC三相功率做进一步的独立调节控制，实现对低压台区三相不平衡问题有效控制。本发明在保障台区供电安全性的前提下，综合平衡了治理设备投资成本和光伏并网的经济效益；保证了台区智能融合终端对系统可靠的调节控制，提高了通信可靠性，可快速准确的给出最优化换相策略，充分实现了分布式电源可测、可控、可调的目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统及方法，属于新能源发电系统控制技术领域。
背景技术
随着国家对光伏发电产业的政策扶持，分布式光伏发电项目急速增加，尤其是接入220V配电网的分布式光伏，由于接入方式简单便捷、价格便宜的优势而被广泛安装，大量的单相光伏电源并网严重影响配电网的潮流分布和电能质量，加剧低压配电网的三相不平衡问题。保证分布式光伏发电安全接入电网，在促进新能源利用的同时保障电网的安全性和供电可靠性，已成为电力公司和光伏电站运营商需要共同面对的重要问题。
CN 115528705 A提出的适用于分布式光伏并网系统三相不平衡调控的系统及方法，在光伏侧配置光伏并网开关和三相不平衡调节装置，融合终端通过载波通信控制单相光伏并网相别，调控台区三相电流平衡度，这种调节方法存在以下问题：
1.三相不平衡调控中每次仅切换一个三相不平衡调节装置，遍历所有的三相不平衡调节装置，分别计算此时的不平衡度，遍历完所有的三相不平衡调节装置后，将三相不平衡度最小值作为此次遍历的最优解，计算过程需要一直重复计算三相不平衡度，占用大量CPU资源，计算效率较低；
2.启动三相不平衡调控时，需要先切断分布式光伏并网开关，换相成功后再控制并网开关合闸，调控过程需要多次检测开关状态和相别，控制过程比较复杂，且切断并网开关后没有对光伏进行遥控关机，换相成功后再次进行并网开关合闸时，并网开关进出线两端电压幅值不一致，可能出现较大浪涌电流导致合闸失败；
3.并网光伏由于安装位置、额定容量、光照强度等方面的差异，并网电流的差异性较大，控制方法单纯依靠调控光伏并网相别，控制方法单一，可靠性差，控制策略换相调节后，仍可能存在三相不平衡度较大的问题。
发明内容
本发明目的是提供一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统及方法，对于大规模单相分布式光伏接入的低压配电网，智能融合终端周期性采集台区配变出线的三相电流和逆变器并网电流，利用其边缘计算能力，实现对单相并网光伏的换相控制和出力控制，结合PCS模块和电池柜对ABC三相功率做进一步的独立调节控制，实现对低压台区三相不平衡问题有效控制，实现低压配电网稳定运行，提高电网的安全性和供电可靠性，同时也保证了光伏并网的经济效益，解决了背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统，包括台区智能融合终端、PCS模块、电池柜、光伏并网开关、换相开关和分布式电源监控终端；
台区智能融合终端：具备强大的边缘计算功能和本地交采计量功能，周期性采集配变出线侧三相电压和三相电流，计算出电压过零点时刻和三相电流不平衡度，同时计算逆变器并网点电压过零点时刻判断并网点相别，通过485接口与PCS模块通信控制电池柜充放电，通过HPLC+RF双模通信模块与光伏并网开关和分布式电源监控终端通信控制逆变器出力和并网相别；
PCS模块：接收台区智能融合终端充放电控制指令，实现台区三相功率独立调节，通过CAN接口采集电池柜充放电状态、充放电功率和SOC信息上传给融合终端；
电池柜：与PCS模块连接，实现台区三相充放电控制；
光伏并网开关：用于隔离低压配电网与光伏逆变器，既可以通过485接口接收分布式电源监控终端控制指令实现远程分合控制，也可以检测到过流、过压和孤岛故障时，就地判断迅速切断配电网与光伏逆变器的连接；
换相开关：通过485接口接收分布式电源监控终端控制指令，在电压过零点时刻对逆变器并网点进行换相操作；
分布式电源监控终端：通过485接口与逆变器通信下发调节指令，且具备交采计量功能，采集逆变器输出电压和电流数据，配置单相尾端HPLC+RF双模通信模块，将采集数据上送给融合终端。
一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制方法，包含如下步骤：融合终端周期性采集台区配变出线的三相电流计算三相电流不平衡度，大于预设值时启动调控策略，通过比对并网点和配变侧电压过零点时刻，判断并标记全部分布式电源并网相别，计算台区三相并网光伏发电数据和用户负荷，首先进行换相优化计算，输出光伏换相控制策略，分布式电源监控终端控制换相开关进行换相操作，重新检测三相电流不平衡度仍大于预设值，融合终端进行充放电优化计算，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电，继续检测三相电流不平衡度如果仍大于预设值，融合终端进行光伏出力优化计算，通过分布式电源监控终端控制光伏出力或者下发并网开关跳闸指令，直至三相不平衡度小于预设值。
具体步骤如下：
1）融合终端通过HPLC+RF双模通信模块和分布式电源监控终端通信，进行GPS对时，保证光伏并网点采集电压和电流数据的时间准确性；
2）融合终端周期性采集配变出线侧ABC三相电流、电压数据和全部光伏并网点电流、电压数据，计算台区三相电流不平衡度，三相电流不平衡度大于预设值时启动调控策略；
3）融合终端根据配变出线侧ABC三相电压数据和全部光伏并网点电压数据，计算三相电压过零点时刻和并网点电压过零点时刻，判断并标记全部分布式电源并网相别；
4）融合终端根据配变出线侧ABC三相电流数据和全部光伏并网点电流数据，计算每相并网的光伏发电数据和用户负荷；
5）融合终端首先进行三相电流平衡换相优化计算，生成光伏换相指令，在光伏并网电压过零点时刻下发到对应的分布式电源监控终端，控制对应的换相开关切换；
6）融合终端重新计算三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡充放电优化计算，根据电池充放电状态和SOC信息，生成三相充放电独立控制指令，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电；
7）融合终端继续检测三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡光伏出力优化计算，生成光伏出力限制或者切断指令，下发到对应的分布式电源监控终端控制光伏出力或者下发并网开关跳闸指令，直至三相不平衡度小于预设值，本次调控结束。
本发明的有益效果是：简化了换相控制过程，提高了换相安全性；在保障台区供电安全性的前提下，综合平衡了治理设备投资成本和光伏并网的经济效益；通过配置带有HPLC+RF双模通信模块的分布式电源监控终端，保证了台区智能融合终端对系统可靠的调节控制，提高了通信可靠性，可快速准确的给出最优化换相策略，充分实现了分布式电源可测、可控、可调的目标。
附图说明
图1为本发明分布式光伏并网控制系统总体实施架构图；
图2为本发明分布式光伏并网控制系统控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明。
一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统，包括台区智能融合终端、PCS模块、电池柜、光伏并网开关、换相开关和分布式电源监控终端；
台区智能融合终端：具备强大的边缘计算功能和本地交采计量功能，周期性采集配变出线侧三相电压和三相电流，计算出电压过零点时刻和三相电流不平衡度，同时计算逆变器并网点电压过零点时刻判断并网点相别，通过485接口与PCS模块通信控制电池柜充放电，通过HPLC+RF双模通信模块与光伏并网开关和分布式电源监控终端通信控制逆变器出力和并网相别；
PCS模块：接收台区智能融合终端充放电控制指令，实现台区三相功率独立调节，通过CAN接口采集电池柜充放电状态、充放电功率和SOC等信息上传给融合终端；
电池柜：与PCS模块连接，实现台区三相充放电控制；
光伏并网开关：用于隔离低压配电网与光伏逆变器，既可以通过485接口接收分布式电源监控终端控制指令实现远程分合控制，也可以检测到过流、过压和孤岛等故障时，就地判断迅速切断配电网与光伏逆变器的连接；
换相开关：通过485接口接收分布式电源监控终端控制指令，在电压过零点时刻对逆变器并网点进行换相操作；
分布式电源监控终端：通过485接口与逆变器通信下发调节指令，且具备交采计量功能，采集逆变器输出电压和电流等数据，配置单相尾端HPLC+RF双模通信模块，将采集数据上送给融合终端。
一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制方法，包含如下步骤：融合终端周期性采集台区配变出线的三相电流计算三相电流不平衡度，大于预设值时启动调控策略，通过比对并网点和配变侧电压过零点时刻，判断并标记全部分布式电源并网相别，计算台区三相并网光伏发电数据和用户负荷，首先进行换相优化计算，输出光伏换相控制策略，分布式电源监控终端控制换相开关进行换相操作，重新检测三相电流不平衡度仍大于预设值，融合终端进行充放电优化计算，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电，继续检测三相电流不平衡度如果仍大于预设值，融合终端进行光伏出力优化计算，通过分布式电源监控终端控制光伏出力或者下发并网开关跳闸指令，直至三相不平衡度小于预设值。
具体步骤如下：
1）融合终端通过HPLC+RF双模通信模块和分布式电源监控终端通信，进行GPS对时，保证光伏并网点采集电压和电流数据的时间准确性；
2）融合终端周期性采集配变出线侧ABC三相电流、电压数据和全部光伏并网点电流、电压数据，计算台区三相电流不平衡度，三相电流不平衡度大于预设值时启动调控策略；
3）融合终端根据配变出线侧ABC三相电压数据和全部光伏并网点电压数据，计算三相电压过零点时刻和并网点电压过零点时刻，判断并标记全部分布式电源并网相别；
4）融合终端根据配变出线侧ABC三相电流数据和全部光伏并网点电流数据，计算每相并网的光伏发电数据和用户负荷；
5）融合终端首先进行三相电流平衡换相优化计算，生成光伏换相指令，在光伏并网电压过零点时刻下发到对应的分布式电源监控终端，控制对应的换相开关切换；
6）融合终端重新计算三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡充放电优化计算，根据电池充放电状态和SOC信息，生成三相充放电独立控制指令，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电；
7）融合终端继续检测三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡光伏出力优化计算，生成光伏出力限制或者切断指令，下发到对应的分布式电源监控终端控制光伏出力或者下发并网开关跳闸指令，直至三相不平衡度小于预设值，本次调控结束。
本发明针对大规模单相分布式光伏接入低压配电网带来的严重三相不平衡问题，在台区配变出线侧安装台区智能融合终端、PCS模块和电池柜，在光伏并网点安装光伏并网开关、换相开关和分布式电源监控终端，台区智能融合终端和分布式电源监控终端配有HPLC+RF双模通信模块，融合终端周期性采集配变出线侧ABC三相电流、电压数据和全部光伏并网点电流和电压数据，计算台区三相电流不平衡度，大于预设值时启动调控策略，通过换相优化、三相独立充放电优化和光伏出力优化组合控制，实现三相不平衡治理，具体的调节方法如下：
1）融合终端在每天0点通过HPLC+RF双模通信模块和分布式电源监控终端通信，进行一次GPS对时，保证融合终端和分布式电源监控终端的时间一致性；
2）融合终端周期性采集配变出线侧ABC三相电流、电压数据和全部光伏并网点电流、电压数据，每天6点到18点时间段内5分钟采集一次，其他时间段内30分钟采集一次，计算台区三相电流不平衡度，大于预设值时启动调控策略；
3）融合终端计算配变出线侧ABC三相电压过零点时刻和全部光伏并网点电压过零点时刻，过零点时差最小者判断为同一相别，标记全部分布式电源并网相别，并根据电网电压运行周期持续更新该并网点过零点时标；
4）融合终端根据配变出线侧ABC三相电流数据和全部光伏并网点电流数据，计算每相并网的光伏发电数据和用户负荷；
5）融合终端首先进行三相电流平衡换相优化计算，生成光伏换相指令，在光伏并网电压过零点时刻下发到对应的分布式电源监控终端，控制对应的换相开关切换，促进光伏发电就地消纳；
6）重新计算三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡充放电优化计算，根据电池充放电状态和SOC信息，生成三相充放电独立控制指令，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电；
7）继续检测三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡光伏出力优化计算，生成光伏出力限制指令，下发到对应的分布式电源监控终端控制光伏出力，或者下发并网开关跳闸指令切断光伏并网，直至三相不平衡度小于预设值，本次调控结束。
本发明充分利用现有台区智能融合终端的边缘计算能力，通过对并网点电压数据的采集计算，自动识别光伏并网相别，控制策略在过零点对换相开关进行换相控制，简化了换相控制过程，提高了换相安全性；采用了三段式调节方法，首先利用并网点换相方法降低不平衡度，提高光伏发电消纳能力，其次利用PCS模块对三相独立充放电控制进一步调节，对PCS模块和蓄电池容量要求较小，最后利用对光伏出力控制或者切断并网点进行控制，在保障台区供电安全性的前提下，综合平衡了治理设备投资成本和光伏并网的经济效益；通过配置带有HPLC+RF双模通信模块的分布式电源监控终端，保证了台区智能融合终端对系统可靠的调节控制，提高了通信可靠性，利用分布式电源监控终端对光伏并网电压、电流数据的采集，融合终端可统计计算出台区三相上的光伏发电数据和用户负荷，为换相计算提供了准确的数据支撑，可快速准确的给出最优化换相策略，充分实现了分布式电源可测、可控、可调的目标。
Claims (3)
1.一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制系统，其特征在于：包括台区智能融合终端、PCS模块、电池柜、光伏并网开关、换相开关和分布式电源监控终端；
台区智能融合终端：具备强大的边缘计算功能和本地交采计量功能，周期性采集配变出线侧三相电压和三相电流，计算出电压过零点时刻和三相电流不平衡度，同时计算逆变器并网点电压过零点时刻判断并网点相别，通过485接口与PCS模块通信控制电池柜充放电，通过HPLC+RF双模通信模块与光伏并网开关和分布式电源监控终端通信控制逆变器出力和并网相别；
PCS模块：接收台区智能融合终端充放电控制指令，实现台区三相功率独立调节，通过CAN接口采集电池柜充放电状态、充放电功率和SOC信息上传给融合终端；
电池柜：与PCS模块连接，实现台区三相充放电控制；
光伏并网开关：用于隔离低压配电网与光伏逆变器，既可以通过485接口接收分布式电源监控终端控制指令实现远程分合控制，也可以检测到过流、过压和孤岛故障时，就地判断迅速切断配电网与光伏逆变器的连接；
换相开关：通过485接口接收分布式电源监控终端控制指令，在电压过零点时刻对逆变器并网点进行换相操作；
分布式电源监控终端：通过485接口与逆变器通信下发调节指令，且具备交采计量功能，采集逆变器输出电压和电流数据，配置单相尾端HPLC+RF双模通信模块，将采集数据上送给融合终端。
2.一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制方法，其特征在于包含如下步骤：融合终端周期性采集台区配变出线的三相电流计算三相电流不平衡度，大于预设值时启动调控策略，通过比对并网点和配变侧电压过零点时刻，判断并标记全部分布式电源并网相别，计算台区三相并网光伏发电数据和用户负荷，首先进行换相优化计算，输出光伏换相控制策略，分布式电源监控终端控制换相开关进行换相操作，重新检测三相电流不平衡度仍大于预设值，融合终端进行充放电优化计算，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电，继续检测三相电流不平衡度如果仍大于预设值，融合终端进行光伏出力优化计算，通过分布式电源监控终端控制光伏出力或者下发并网开关跳闸指令，直至三相不平衡度小于预设值。
3.根据权利要求2所述的一种基于台区智能融合终端的分布式光伏并网控制方法，其特征在于具体步骤如下：
1）融合终端通过HPLC+RF双模通信模块和分布式电源监控终端通信，进行GPS对时，保证光伏并网点采集电压和电流数据的时间准确性；
2）融合终端周期性采集配变出线侧ABC三相电流、电压数据和全部光伏并网点电流、电压数据，计算台区三相电流不平衡度，三相电流不平衡度大于预设值时启动调控策略；
3）融合终端根据配变出线侧ABC三相电压数据和全部光伏并网点电压数据，计算三相电压过零点时刻和并网点电压过零点时刻，判断并标记全部分布式电源并网相别；
4）融合终端根据配变出线侧ABC三相电流数据和全部光伏并网点电流数据，计算每相并网的光伏发电数据和用户负荷；
5）融合终端首先进行三相电流平衡换相优化计算，生成光伏换相指令，在光伏并网电压过零点时刻下发到对应的分布式电源监控终端，控制对应的换相开关切换；
6）融合终端重新计算三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡充放电优化计算，根据电池充放电状态和SOC信息，生成三相充放电独立控制指令，控制PCS模块对台区ABC三相进行独立充放电；
7）融合终端继续检测三相不平衡度，如果仍大于预设值，融合终端进行三相电流平衡光伏出力优化计算，生成光伏出力限制或者切断指令，下发到对应的分布式电源监控终端控制光伏出力或者下发并网开关跳闸指令，直至三相不平衡度小于预设值，本次调控结束。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117691753A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于云边端一体协同的分布式光伏分层分级调控方法 |
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2023
- 2023-07-31 CN CN202310950129.8A patent/CN116961108A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117691753A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于云边端一体协同的分布式光伏分层分级调控方法 |
| CN117691753B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-04-19 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于云边端一体协同的分布式光伏分层分级调控方法 |
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