CN201742106U - 一种逆功率预测控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及可再生能源发电应用技术领域，包括单片机、第一差动放大器、第二差动放大器、第一仪用放大器、第二仪用放大器、电压互感器、电流互感器、通讯接口、输出驱动、人机接口、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9。本实用新型高速采集市政电网支路交流信号、可再生能源阵列输出功率和用户子网消耗功率。经两个仪用放大器，两个差动放大器和单片机进行运算，得出功率因数，结合可再生能源阵列输出功率和用户子网的消耗功率，用模糊优化算法评判当前市政电网运行状态，给出复杂控制信息，起到零逆功率控制保护功能。在可再生能源电力与市政电网电网共网应用过程中，实现市政电网作为备电使可再生能源电力“即发即用”的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及可再生能源发电应用技术领域，特别涉及一种与市政电网共网应用的一种逆功率预测控制装置。
背景技术
当前太阳能发电、风力发电等可再生新能源发展十分迅速，目前的应用方式主要有独立(离网型)应用和并网型应用两种。离网型应用自成系统，与市政电网无关联；并网型应用与市政电网有关联，分为可逆流和不可逆流两种。
可逆流并网系统所发电能可直接输送给电网，进入电网统一调配，不直接面对负载。
不可逆流并网系统与电网并联，使可再生新能源系统电能与电网保持同步，共同向局部用户子网负载供电。当可再生新能源系统没有电能或电能不足时，由市政电网向负载补充或提供全部电能；当可再生新能源系统电能超过局部子网负载用电需求时，对可再生新能源系统剩余电能，通过某种方法加以处理或放弃，保证可再生能源系统剩余电能不向市政电网低压侧馈电，并严格防止发生“孤岛效应”。
目前国家标准《光伏系统并网技术要求》(GB/T 19939-2005)对逆向功率保护的规定是：“系统在不可逆的并网方式下工作，当检测到供电变压器次级处的逆流为逆变器额定输出的5％时，逆向功率保护应在0.5s-2s内将光伏系统与电网断开。”
这是对不可逆流并网逆变器的防逆向功率要求，以保证与之并网应用的市政电网运行安全。但由此也可以看出，当并网逆变器实施逆向功率保护之时，实际上已经发生0.5s-2s的逆流，并不是从本质上防止逆向功率发生，通俗地说，这种保护方法是一种“马后炮”。
为此，应该有一种从本质上实现“零逆功率”的设备，使可再生能源系统电力在与市政电网共网应用中，既实现可再生能源系统电力“即发即用”，又严格保证不发生逆向功率，实现设备级本质安全，保证市政电网安全运行，这将消除可再生能源推广应用面临的主要障碍。
实用新型内容
本实用新型的目的，是为了提供一种逆功率预测控制装置，一种逆功率预测控制装置是一种独立设备，它在共网控制系统中的位置见图1。该装置对市政电网支路的电压电流有效值进行高速采样，然后计算市政电网支路的有功功率、频率和功率因数，并可对即将发生的逆功率状态作出提前预估，经由通讯接口传输相关数据给其他设备，也可自主发出各种开关量控制信号，以实现设备级本质安全，确保不会发生逆功率现象。
采用的技术方案是：一种逆功率预测控制装置，包括单片机、第一差动放大器、第二差动放大器、第一仪用放大器、第二仪用放大器、电压互感器、电流互感器、通讯接口、输出驱动、人机接口、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9。电压互感器、电流互感器和人机接口为已知技术，故不重复叙述。
其技术要点在于：第一差动放大器的3号脚(正向输入端)经过电阻R2与第一仪用放大器的6号脚连接，第一差动放大器的3号脚(正向输入端)同时经过电阻R6接地。第一差动放大器的2号脚(反向输入端)经过电阻R1接-1.5V，第一差动放大器的2号脚(反向输入端)同时经过电阻R5与第一差动放大器的6号脚(输出端)连接，第一差动放大器的6号脚(输出端)与单片机的8号脚连接。第一仪用放大器的5号脚接地，第一仪用放大器的2号脚和3号脚分别与电压互感器次级线圈的两端连接。电压互感器初级线圈并联在市政电网中。
第二差动放大器的3号脚(正向输入端)经过电阻R4与第二仪用放大器的6号脚连接，第二差动放大器的3号脚(正向输入端)同时经过电阻R8接地。第二差动放大器的2号脚(反向输入端)经过电阻R3接-1.5V，第二差动放大器的2号脚(反向输入端)同时经过电阻R7与第二差动放大器的6号脚(输出端)连接，第二差动放大器的6号脚(输出端)与单片机的7号脚连接。第二仪用放大器的5号脚接地，第二仪用放大器的2号脚和3号脚分别与电流互感器次级线圈的两端连接。电流互感器初级线圈串联在市政电网中。
单片机的39号脚与通讯接口的4号脚连接，单片机的42号脚与通讯接口的1号脚连接，单片机的P 2.0号脚与输出驱动内设的八个带光电隔离的无源接点的八个二极管D1的负极连接，单片机的P 3.0号脚与人机接口连接，通过人机接口的计算机完成操作。通讯接口的6号脚和7号脚分别与多个功能仪表连接。
所述的输出驱动为集成电路，内设八个带光电隔离的无源接点。所述的带光电隔离的无源接点包括发光源和受光器。发光源包括二极管D1和电阻R9。电阻R9的一端与+5V连接，电阻R9的另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与单片机的P2.0接口连接。
其工作流程为：
步骤一：一种逆功率预测控制装置高速采集经电压互感器、电流互感器获取的当前市政电网支路的交流信号，同时还实时采集可再生能源阵列当前输出功率和用户子网当前消耗功率。
步骤二：一种逆功率预测控制装置采集到的市政电网支路交流信号，电压信号为0-75mV。将电压互感器、电流互感器采集到的信号分别经第一仪用放大器和第二仪用放大器放大到峰值为±1.5V；再经由第一差动放大器和第二差动放大器使信号平移为0-3V范围内的变化交流信号。本装置使用的单片机，可进行10000次/s以上的高速A/D转换(精度运算)，将所述的变化交流信号从单片机的7号脚和8号脚输入到单片机的A/D转换器进行高速采样20ms，检测V、I各200次，单片机对采样结果分别进行V、I寻峰和时间差计算，换算成电压、电流相位差，进而求得市政电网支路当前平均功率、电压有效值、电流有效值、频率、功率因数等参数，并根据功率因数(相位差)评判当前市政电网支路的运行状态：①功率因数为0.8以上为正常状态，②功率因数0.3-0.8为过渡状态，③功率因数低于0.3为预报警状态，④功率因数低于0.1为报警状态。
步骤三；根据上一步骤评判所得的当前市政电网支路的运行状态，结合对可再生能源阵列当前输出功率和用户子网当前消耗功率参数的采集数据，调用模糊优化算法，取得当前应执行的决策：①保持现状，②对可再生能源阵列执行1-n路的切除或切通操作，③通知逆变器执行调功操作，④切除逆变器。
步骤四：执行控制输出并更新通讯数据，依次重复以上步骤。
其优点在于：本实用新型在可再生能源电力与市政电网共网应用过程中，起到零逆功率控制保护功能，实现设备级本质安全，绝对杜绝逆向功率发生。同时能实时检测市政电网供电各项技术参数，其中功率检测不仅能测量功率的大小，还能感知其方向，然后结合对再生能源电力、用户网络用电量等参数的检测，采用模糊优化算法评判当前市政电网运行状态，给出复杂控制信息，包括直接输出开关量信号控制可再生能源阵列通道的接通和关断，输出通讯控制信号使逆变器执行功率调节从而使系统远离逆功率状态，或者在必要时完全切断逆变器输出，保护市政电网不受意外冲击，实现市政电网作为备电使可再生能源电力“即发即用”的目的。
附图说明
图1为一种逆功率预测控制装置的结构框图。
图2为一种逆功率预测控制装置的工作流程图。
图3为一种逆功率预测控制装置的电路原理图。
图4为一种逆功率预测控制装置输出驱动的结构图。
具体实施方式
现以太阳能(PV)系统为例给出一个一种逆功率预测控制装置的实施例子。
一种逆功率预测控制装置，包括Cygnal公司的型号为C8051F015的单片机5、第一差动放大器1型号为OP37、第二差动放大器2型号为OP37、第一仪用放大器3型号为INA111、第二仪用放大器4型号为INA111、电压互感器6、电流互感器7、通讯接口13型号为MAX485、输出驱动8、人机接口9、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9。型号为C8051F015的单片机可进行10000次/s以上的高速A/D转换。
第一差动放大器1的3号脚经过电阻R2与第一仪用放大器3的6号脚连接，第一差动放大器1的3号脚同时经过电阻R6接地。第一差动放大器1的2号脚经过电阻R1接-1.5V，第一差动放大器1的2号脚同时经过电阻R5与第一差动放大器1的6号脚连接，第一差动放大器1的6号脚与单片机5的8号脚连接。第一仪用放大器3的5号脚接地，第一仪用放大器3的2号脚和3号脚分别与电压互感器6次级线圈的两端连接。电压互感器6初级线圈并联在市政电网15中。
第二差动放大器2的3号脚经过电阻R4与第二仪用放大器4的6号脚连接，第二差动放大器2的3号脚同时经过电阻R8接地。第二差动放大器2的2号脚经过电阻R3接-1.5V，第二差动放大器2的2号脚同时经过电阻R7与第二差动放大器2的6号脚连接，第二差动放大器2的6号脚与单片机的7号脚连接。第二仪用放大器4的5号脚接地，第二仪用放大器4的2号脚和3号脚分别与电流互感器7次级线圈的两端连接。电流互感器7初级线圈串联在市政电网15中。
单片机5的39号脚与通讯接口13的4号脚连接，单片机5的42号脚与通讯接口13的1号脚连接，单片机5的P2.0号脚与输出驱动8内设八个的带光电隔离的无源接点的八个二极管D1的负极连接，单片机5的P 3.0号脚与人机接口9连接，通过人机接口的计算机完成操作。通讯接口13的6号脚分别与PV 阵列智能功率表10的1号脚和负载网络智能功率表11的1号脚连接，通讯接口13的7号脚分别与PV阵列智能功率表11的2号脚和负载网络智能功率表11的2号脚连接。
所述的输出驱动8为八个带光电隔离的无源接点，型号为TLP521-4。所述的带光电隔离的无源接点包括发光源14和受光器12。发光源14包括二极管D1和电阻R9。电阻R9的一端与+5V连接，电阻R9的另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与单片机的P2.0接口连接。
Claims (2)
1.一种逆功率预测控制装置，包括单片机(5)、第一差动放大器(1)、第二差动放大器(2)、第一仪用放大器(3)、第二仪用放大器(4)、电压互感器(6)、电流互感器(7)、通讯接口(13)、输出驱动(8)、人机接口(9)、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9，其特征在于：
第一差动放大器(1)的3号脚经过电阻R2与第一仪用放大器(3)的6号脚连接，第一差动放大器(1)的3号脚同时经过电阻R6接地；第一差动放大器(1)的2号脚经过电阻R1接-1.5V，第一差动放大器(1)的2号脚同时经过电阻R5与第一差动放大器(1)的6号脚连接，第一差动放大器(1)的6号脚与单片机(5)的8号脚连接；第一仪用放大器(3)的5号脚接地，第一仪用放大器(3)的2号脚和3号脚分别与电压互感器(6)次级线圈的两端连接；电压互感器(6)初级线圈并联在市政电网(15)中；
第二差动放大器(2)的3号脚经过电阻R4与第二仪用放大器(4)的6号脚连接，第二差动放大器(2)的3号脚同时经过电阻R8接地；第二差动放大器(2)的2号脚经过电阻R3接-1.5V，第二差动放大器(2)的2号脚同时经过电阻R7与第二差动放大器(2)的6号脚连接，第二差动放大器(2)的6号脚与单片机的7号脚连接；第二仪用放大器(4)的5号脚接地，第二仪用放大器(4)的2号脚和3号脚分别与电流互感器(7)次级线圈的两端连接；电流互感器(7)初级线圈串联在市政电网(15)中；
单片机(5)的39号脚与通讯接口(13)的4号脚连接，单片机(5)的42号脚与通讯接口(13)的1号脚连接，单片机(5)的P2.0号脚与输出驱动(8)内设的八个带光电隔离的无源接点的八个二极管D1的负极连接，单片机(5)的P3.0号脚与人机接口(9)连接；通讯接口(13)的6号脚和7号脚分别与多个功能仪表连接。
2.根据权利要求1所述的一种逆功率预测控制装置，其特征在于：所述的第一差动放大器(1)和第二差动放大器(2)型号为OP37，所述的第一仪用放大器(3)和第二仪用放大器(4)型号为INA111，所述的单片机(5)型号为C8051F015，所述的输出驱动(8)的内设的带光电隔离的无源接点型号为TLP521-4，所述的通讯接口(13)型号为MAX485。
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|---|---|---|---|---|
| CN113922331A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-01-11 | 建投遵化热电有限责任公司 | 一种发电机逆功率保护动作方法、保护终端以及存储介质 |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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