CN218888153U - 一种光伏并网控制及隔离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种光伏并网控制及隔离装置，包括通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；测量模块分别与光伏系统及通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏系统的参数，并将参数提供给通讯模块和控保模块；通讯模块分别与光伏系统、台区终端及控保模块连接，用于建立通讯；控保模块与隔离模块连接，用于分析计算及下发控制指令；隔离模块分别与电网系统和测量模块连接，用于根据控制指令将光伏系统和电网系统断开。本实用新型的技术方案具备智能化的数据采集功能和主动防护功能，实现了光伏系统、电网系统与台区终端之间的互联互通以及对光伏系统的群控群调，并可在光伏系统和电网系统之间建立安全隔离，保证了电网系统的安全运行。

Description

一种光伏并网控制及隔离装置

技术领域

本实用新型涉及分布式光伏发电并网控制的电力设备技术领域，具体涉及一种光伏并网控制及隔离装置。

背景技术

随着近年节能减排的绿色经济的发展，光伏的开发试点迅速增加。大量分布式光伏同时并入配电网，意味着传统单向无源的配电网将向供需互动的有源网络演变，必须对所有分布式光伏系统进行统一控制和调度。加之光伏发电受光照影响很大，导致其输出电压波动大、谐波隐患大、容易加剧线路三相不平衡，并网产生的电能质量问题也可能对配电网构成一定威胁。现有光伏并网计量箱主要是计量功能，加之目前光伏并网计量箱不具备与用户侧光伏并网逆变器的通讯功能，因而无法针对接入光伏进行控制。急需开发户外使用的可实现系统和设备状态感知，方便运维检修和大范围调度控制的光伏并网专用控制和隔离装置。

实用新型内容

为了解决现有的电网系统无法对接入光伏进行控制，运维检修和调度控制不方便的问题，本实用新型提出了一种光伏并网控制及隔离装置，包括通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块；

所述测量模块分别与光伏系统及所述通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏系统的参数，并将所述参数提供给所述通讯模块和所述控保模块；

所述通讯模块分别与光伏系统、台区终端及所述控保模块连接，用于与光伏系统、台区终端及所述控保模块建立通讯，将光伏系统的信息共享给所述控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至所述控保模块，将所述控保模块的信息上报台区终端；

所述控保模块与所述隔离模块连接，用于根据所述信息和/或所述参数向所述隔离模块下发控制指令，或将台区终端的控制指令传输给所述隔离模块；

所述隔离模块分别与电网系统和所述测量模块连接，用于根据所述控保模块传输的控制指令将光伏系统和电网系统断开。

优选的，所述隔离模块包括串联的断路器和隔离开关；所述断路器分别与所述测量模块和控保模块连接；所述隔离开关与电网系统连接。

优选的，所述控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元；所述第一通讯端口单元分别与所述通讯模块、测量模块和断路器连接。

优选的，所述控制单元包括主控芯片。

优选的，所述测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元；所述第二通讯端口单元分别与所述第一通讯端口单元和通讯模块连接；所述检测单元与光伏系统连接。

优选的，所述检测单元包括计量芯片、采样电路和计量互感器；所述计量互感器分别与光伏系统和所述采样电路连接，同时所述采样电路与所述计量芯片连接，所述计量芯片与所述第二通讯端口单元连接。

优选的，所述计量互感器包括至少一种的电压互感器、电流互感器、剩余电流测量装置、电弧感应装置、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器。

优选的，所述通讯模块包括相互连接的协议转换器和通讯电路；所述通讯电路分别与光伏系统和台区终端连接；同时所述协议转换器分别与所述第一通讯端口单元和第二通讯端口单元连接。

优选的，所述通讯电路还与电网系统连接。

优选的，所述装置还包括箱体，所述通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块均设置于所述箱体内。

优选的，所述装置还包括操作面板，所述操作面板嵌装于所述箱体的壁面上。

优选的，所述操作面板设置有操作键和指示器，所述操作键和指示器均与所述断路器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的一种光伏并网控制及隔离装置，采用通讯模块与外部设备建立通讯并采集数据，采用测量模块检测光伏系统的参数，通过控保模块向隔离模块下发控制指令，通过隔离模块在光伏系统和电网系统之间建立隔离断口，该光伏并网控制及隔离装置具备智能化的数据采集功能和主动防护功能，实现了光伏系统、电网系统与台区终端之间的互联互通以及对光伏系统的实时监测和群控群调，并通过隔离模块提供了光伏系统与电网系统之间的隔离断口，有效避免了光伏系统孤岛效应对线路检修人员的潜在危害，方便运维检修，有效保证了电网系统的安全运行。

附图说明

图1为本实用新型提供的光伏并网控制及隔离装置示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的光伏并网控制及隔离装置应用于“全额上网”模式的分布式光伏系统示意图；

图3为本实用新型实施例2提供的光伏并网控制及隔离装置应用于“自发自用，余电上网”模式的分布式光伏系统示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种光伏并网控制及隔离装置，通过设置通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块，实现了光伏系统、电网系统与台区融合终端之间的互联互通，有效保证了电网系统的安全运行。

实施例1：

目前低压分布式光伏系统并网的方式有两种，一种是全额上网方案，另一种是自发自用，余电上网的方案。本实施例为将光伏并网控制及隔离装置应用于“全额上网”模式的分布式光伏系统，该光伏并网控制及隔离装置安装于用户的并网计量箱和380V线路接入点之间，如图2所示。

如图1所示，该光伏并网控制及隔离装置包括：箱体以及装设于箱体内的通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；测量模块分别与光伏系统及通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏系统的参数，并将参数提供给通讯模块和控保模块；通讯模块分别与光伏系统、台区终端及控保模块连接，用于采集光伏系统的数据，将光伏系统的数据和/或测量模块的参数提供给台区终端和/或控保模块，并将台区终端的控制指令传输至控保模块，将控保模块的数据上报台区终端；控保模块与隔离模块连接，用于根据通讯模块和/或测量模块提供的数据进行计算分析，向隔离模块下发控制指令；隔离模块分别与电网系统和测量模块连接，用于根据控制指令将光伏系统和电网系统断开。

通讯模块采集光伏逆变器和并网计量箱的实时数据，并且和台区智能融合终端实时通讯，实现对分布式光伏系统的监测及群控群调功能。采用箱体的设计可以使该光伏并网控制及隔离装置适应户外各种恶劣环境。

隔离模块为一次模块，包括断路器和隔离开关，两者串联。断路器附带合分闸操作机构，合分闸操作机构与控保模块连接，根据控保模块的电信号指令，适时切断光伏系统和电网系统的连接，实现就地保护。隔离开关用于线路维修时，提供光伏系统与电网系统之间的明确的隔离断口，方便操作人员安全检修。断路器和隔离开关串联，断路器与隔离开关的一个接线端子连接，隔离开关的另一个接线端子与电网系统的接入点连接。

断路器可实现电网系统的主动防护功能，作为电网系统与用户光伏系统之间的防火墙，有效得保证了电网系统的安全运行。隔离开关提供了光伏系统与电网系统之间的隔离断口，在电网系统断电情况下，有效避免了光伏系统的孤岛效应对线路检修人员的潜在危害。

测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元，检测单元与光伏并网计量箱连接。检测单元包括计量芯片、采样电路和计量互感器，计量互感器分别与光伏系统和采样电路连接，同时采样电路与计量芯片连接，计量芯片与第二通讯端口单元连接。计量互感器可以测量线路及环境相关参数，并传送给采样电路和计量芯片。计量互感器包括电压、电流、功率、电量和谐波的测量装置，如电压互感器、电流互感器、功率测量仪、电量测量仪、谐波测量仪，还包括环境监测相关的传感器，例如温度传感器、湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器等，对环境温度、接线端子温度、环境湿度、水浸状态、环境烟雾等进行监测。还可设置剩余电流测量装置和电弧感应装置，分别用于监测电路中的剩余电流和直流电弧。第二通讯端口单元分别与通讯模块和控保模块通过无线连接，用于将检测单元监测到的数据提供给通讯模块和控保模块。第二通讯端口单元与通讯模块和控保模块之间也可通过有线连接。

通讯模块用于与外部设备建立通讯，包括相互连接的协议转换器和通讯电路。协议转换器具备协议转换功能，使得通讯电路可采用多种通讯方式，如RS485、HPLC、蓝牙及其它远程通讯电路，支持相应的通讯协议，如DL/T645、DL/T698、Modbus-RTU等。通讯电路分别与光伏逆变器和台区终端之间进行实时双向通讯，将光伏逆变器的参数传至台区终端，同时将台区终端的命令下发给光伏逆变器，实现电网后台对光伏逆变器的柔性可控可调。通讯电路还可与光伏并网计量箱通讯，实现光伏并网点数据与光伏并网计量箱的交互与对比。协议转换器与第二通讯端口单元通讯连接，将测量模块的参数共享给光伏系统和台区终端。在本实施例中，第三通讯端口单元与光伏并网计量箱和光伏逆变器之间通过RS485进行通讯，第三通讯端口单元与台区终端之间通过HPLC进行通讯。

控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元，第一通讯端口单元分别与第三通讯端口单元和第二通讯端口单元通讯连接，同时与断路器电连接，将光伏逆变器、光伏并网计量箱的信息和测量模块的参数传输给主控芯片，控制单元是数据分析计算的中心，可采用智能控制方式，通过对通讯模块和/或测量模块提供的数据进行分析、计算，根据条件进行智能逻辑判断，给出控制指令，可以实现控制和保护功能，包括断路器分闸、合闸与锁定，通过控制断路器的合分闸操作机构来控制断路器分闸，实现就地保护。本实施例中，控制单元为主控芯片，可采用中科昊芯的DSP，DSC数据信号处理器和控制器的芯片产品，如型号HXS320F28027或HXS320F28034，这两款芯片的电源电压为3.3V，时钟主频为120MHz。

控保模块与通讯模块之间可进行双向通讯，台区终端的远程指令可以通过通讯模块发送给主控芯片，控保模块的主控芯片的数据也可通过第三通讯端口单元上报至台区终端。

主控芯片还可对测量模块监测到的欠压参数进行分析判断，提供欠压延时功能，用于在欠压或失压情况下跳闸，还可对测量模块监测到的过压、过载参数进行分析判断，及时控制断路器分闸，防止由于过载发热引起的火灾发生，主控芯片还可设置剩余电流的故障预警功能和电弧故障的预警功能。大量分布式光伏并网后，会向电网注入平滑、脉动直流及高频交流分量，当光伏并网支路漏电时，传统AC型漏电保护设备无法识别直流及高频交流漏电，甚至影响现有AC型漏电的保护特性，大幅增加人身触电伤亡风险。当测量模块监测到满足设定参数的剩余电流，将剩余电流的参数传输至控保模块的计算器，计算器通过分析，控制断路器分闸，并通过通讯模块向系统发布漏电预警。直流故障电弧是威胁光伏系统安全运行的重要因素。现有的光伏并网断路器大多无电弧监测功能，现有光伏并网断路器无法杜绝直流电弧的危害，造成电气火灾和设备损害。当测量模块监测到电弧故障时，通过计算器操作断路器分闸，通讯模块向系统发布电弧故障告警。

第一通讯端口单元、第二通讯端口单元和第三通讯端口单元均可以是通讯电路。

该光伏并网控制及隔离装置的通讯模块、测量模块和控保模块均可采用带电可插拔设计，以实现故障装置及时更换，即插即用。

可在箱体正面壁面上设置可视化窗口，窗口内嵌有操作面板，方便在不开箱的情况下观察箱内的设备状态与隔离断口状态。操作面板上可设置手动操作键，手动操作键与断路器的合分闸操作结构电连接，用于手动控制分合闸操作机构，主要用于线路检修人员本地操作光伏系统并网，防止电网台区终端在检修人员线路检修时误操作将光伏系统并入，对线路检修人员安全造成威胁。

操作面板上还可设置手动与远程的选择键。选择键可分别与手动操作键、断路器以及控保模块连接，用于控制手动操作键与断路器的通断以及控保模块与断路器的通断。选择本地手动操作时，可通过手动操作键实现断路器的合分闸操作；选择远程操作时，可通过通讯模块发送操作指令，控保模块控制断路器分合闸。

操作面板还可设置指示灯，指示灯与断路器电连接，用于指示断路器的分闸与合闸状态。指示灯也可以是状态指示配件。

该光伏并网控制及隔离装置作为光伏并网系统的关键保护和控制设备，具备了智能化的数据采集功能，通讯模块中设置了通讯协议转换功能，实现了光伏并网控制及隔离装置与用户的光伏逆变器、光伏并网计量箱和台区终端之间的互联互通，实现电网系统对光伏系统的实时监测与群控群调的功能。台区终端可选用智能融合终端，台区智能融合终端可与电力数据监控系统连接，实现对光伏系统的运行信息和用户用电信息的统一监测和管理，还能够对光伏发电数据进行远程操控，及时掌握分布式光伏电站的运行情况，极大简化光伏电站的运行与维护工作。

隔离模块的设置使得本实用新型的光伏并网控制及隔离装置在电网主动防护方面得到了提升，有效得防止了光伏系统的孤岛效应对电网线路检修人员的潜在危害。根据光伏并网逆变器的技术要求，接入低压配电网的光伏逆变器，通常需要具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护动作时间应不大于2s。光伏逆变器跳闸后，若电网侧电压和频率恢复正常，光伏逆变器经过一个可调的延迟时间(20s～5min)后恢复并网。目前光伏并网逆变器是通过电网断电时，逆变器输出端电压、频率的变化来被动检测孤岛。但当光伏发电输出功率与局部负载功率平衡时，被动检测方法将失去孤岛效应检测能力，分布式光伏会继续对周围负载供电产生光伏孤岛运行现象，可能造成线路检修人员的人身伤害，配电网安全运行也面临着更大的挑战。本装置通过与电网台区融合终端配合对光伏系统数据实时采集，增加光伏发电数据的采集，当电网局部断电时，融合终端采集到光伏发电数据后，通过对该装置的主动控制，断路器分闸，切断光伏系统和电网系统的连接，线路检修人员首先分开隔离刀闸，再进行线路检修，保证线路检修人员的安全；检修结束，先合上刀闸，再合断路器，逆变器通过通讯模块感知到断路器合闸后，根据恢复并网的逻辑判断，自动启动逆变器，恢复光伏系统并网。

该光伏并网控制及隔离装置可采用模块化设计，用于解决电子设备与机械设备寿命不同期问题，可以采用子模块独立设计，也可以采用部分子模块集成设计。因为电子化产品的使用寿命远不及机械部件的使用寿命，分开的独立装置设计可以实现故障装置及时更换，极大地降低产品整体生命周期内的成本。

该光伏并网控制及隔离装置相较于现有光伏并网设备的一个突出特点是可以将用户产权的光伏逆变器上的数据以内外网安全隔离的形式共享到电网系统内，并且将光伏逆变器的调控权利共享给电网系统，以实现控制功能，同时配合台区终端，实现电网系统对台区内光伏的群调群控，在大范围光伏并网的情况下保证电网系统的安全可靠。

实施例2：

该光伏并网控制及隔离装置还可应用于“自发自用，余电上网”模式的分布式光伏系统，将该光伏并网控制及隔离装置安装于并网计量箱和用户计量箱之间，如图3所示，其中，用户计量箱是采集用户余电上网量的装置。

该光伏并网控制及隔离装置包括：箱体以及装设于箱体内的通讯模块、控保模块、隔离模块和测量模块；测量模块分别与光伏系统及通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏系统的参数，并将参数提供给通讯模块和控保模块；通讯模块分别与光伏系统、电网系统、台区终端及控保模块通讯连接，用于采集光伏系统和电网系统的数据，并提供给控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至控保模块，将控保模块的数据上报台区终端；控保模块与隔离模块连接，用于根据通讯模块和/或测量模块的数据进行分析，向隔离模块下发控制指令；隔离模块分别与电网系统和测量模块连接，用于根据控制指令将光伏系统和电网系统断开。

通讯模块采集光伏逆变器、并网计量箱和用户计量箱的实时数据，并且和台区智能融合终端实时双向通讯，实现电力设备状态感知，控制命令的传递，停复电时间主动上报，还可与多种光伏逆变器双向通讯，将光伏逆变器参数传输至台区终端，同时将台区终端的命令下发给光伏逆变器，实现电网后台对光伏逆变器的柔性可控可调。通讯模块还可与电表通讯，实现光伏并网点数据与电表的交互与对比。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，包括通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块；

所述测量模块分别与光伏系统及所述通讯模块、控保模块连接，用于检测光伏系统的参数，并将所述参数提供给所述通讯模块和所述控保模块；

所述通讯模块分别与光伏系统、台区终端及所述控保模块连接，用于与光伏系统、台区终端及所述控保模块建立通讯，将光伏系统的信息共享给所述控保模块，同时将台区终端的控制指令传输至所述控保模块，将所述控保模块的信息上报台区终端；

所述控保模块与所述隔离模块连接，用于根据所述信息和/或所述参数向所述隔离模块下发控制指令，或将台区终端的控制指令传输给所述隔离模块；

所述隔离模块分别与电网系统和所述测量模块连接，用于根据所述控保模块传输的控制指令将光伏系统和电网系统断开。

2.如权利要求1所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述隔离模块包括串联的断路器和隔离开关；所述断路器分别与所述测量模块和控保模块连接；所述隔离开关与电网系统连接。

3.如权利要求2所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述控保模块包括相互连接的第一通讯端口单元和控制单元；所述第一通讯端口单元分别与所述通讯模块、测量模块和断路器连接。

4.如权利要求3所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述控制单元包括主控芯片。

5.如权利要求3所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述测量模块包括相互连接的第二通讯端口单元和检测单元；所述第二通讯端口单元分别与所述第一通讯端口单元和通讯模块连接；所述检测单元与光伏系统连接。

6.如权利要求5所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述检测单元包括计量芯片、采样电路和计量互感器；所述计量互感器分别与光伏系统和所述采样电路连接，同时所述采样电路与所述计量芯片连接，所述计量芯片与所述第二通讯端口单元连接。

7.如权利要求6所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述计量互感器包括至少一种的电压互感器、电流互感器、剩余电流测量装置、电弧感应装置、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器。

8.如权利要求5所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述通讯模块包括相互连接的协议转换器和通讯电路；所述通讯电路分别与光伏系统和台区终端连接；同时所述协议转换器分别与所述第一通讯端口单元和第二通讯端口单元连接。

9.如权利要求8所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述通讯电路还与电网系统连接。

10.如权利要求2所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述装置还包括箱体，所述通讯模块、隔离模块、测量模块和控保模块均设置于所述箱体内。

11.如权利要求10所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述装置还包括操作面板，所述操作面板嵌装于所述箱体的壁面上。

12.如权利要求11所述的光伏并网控制及隔离装置，其特征在于，所述操作面板设置有操作键和指示器，所述操作键和指示器均与所述断路器连接。

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