[發明專利]一種分布式新能源發電系統的低壓并網檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201310229628.4
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103323711A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 孫秋野;張化光;程啟富;洪歡;郭思源;黃博南;褚國輝;郭靖;宋嵩
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種分布式新能源發電系統的低壓并網檢測裝置，其特征在于：包括信號采集模塊、信號調制模塊、主控模塊、無線通信模塊和并網控制模塊；

所述信號采集模塊包括6個交流電壓互感器、3個交流電流互感器和1個直流電壓互感器；

所述信號調制模塊包括三相濾波電路、三相電壓調制電路、三相電流調制電路和過零檢測電路；

所述主控模塊包括比較器和DSP處理器，比較器包括電壓比較器、相角比較器和頻率比較器；

該裝置的具體連接如下：

信號采集模塊中的3個交流電壓互感器的輸入端、3個交流電流互感器的輸入端和直流電壓互感器的輸入端均連接新能源發電系統中逆變器的三相輸出端，信號采集模塊中的另外3個交流電壓互感器的輸入端連接新能源發電系統中斷路器的三相輸出端，信號采集模塊中的3個交流電壓互感器的輸出端、3個交流電流互感器的輸出端和直流電壓互感器的輸出端連接三相濾波電路的輸入端，三相濾波電路的輸出端分別連接三相電壓調制電路的輸入端和三相電流調制電路的輸入端，A相電壓調制電路的輸出端連接過零檢測電路的輸入端，過零檢測電路的輸出端連接DSP處理器的計數接口，A相電流調制電路的輸出端、B相電壓調制電路的輸出端、B相電流調制電路的輸出端、C相電壓調制電路的輸出端和C相電流調制電路的輸出端均連接DSP處理器的輸入端，直流電壓互感器的輸出端連接DSP處理器的A/D轉換接口，連接到逆變器A相輸出端的交流電壓互感器的輸出端經濾波電路連接電壓比較器的一個輸入端，連接到逆變器B相輸出端的交流電壓互感器的輸出端經濾波電路連接相角比較器的一個輸入端，連接到逆變器C相輸出端的交流電壓互感器的輸出端經濾波電路連接頻率比較器的一個輸入端，連接到斷路器A相輸出端的交流電壓互感器的輸出端經濾波電路連接電壓比較器的另一個輸入端，連接到斷路器B相輸出端的交流電壓互感器的輸出端經濾波電路連接相角比較器的另一個輸入端，連接到斷路器C相輸出端的交流電壓互感器的輸出端經濾波電路連接頻率比較器的另一個輸入端，電壓比較器的輸出端、相角比較器的輸出端和頻率比較器的輸出端均連接DSP處理器的A/D轉換接口，并網控制模塊、分布式新能源發電系統的逆變器均與DSP處理器的PWM波接口連接，無線通信模塊接至DSP處理器的SCI接口。

2.根據權利要求1所述的分布式新能源發電系統的低壓并網檢測裝置，其特征在于；所述DSP處理器連接有外接電源、數據存儲器、實時時鐘和顯示器，外接電源接至DSP處理器的標準電源接口數據存儲器接至DSP處理器的外部內存接口，實時時鐘接至DSP處理器的串行接口，顯示器接至DSP處理器的串行接口。

3.根據權利要求1所述的分布式新能源發電系統的低壓并網檢測裝置，其特征在于：所述無線通信模塊為GPRS無線通信裝置。

4.采用權利要求1所述的分布式新能源發電系統的低壓并網檢測裝置進行低壓并網檢測的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：信號采集模塊采集逆變器輸出的三相電壓信號、逆變器輸出的三相電流信號、逆變器輸出的直流電壓信號和斷路器輸出的三相電壓信號；

步驟2：信號調制模塊對采集到的信號進行濾波和調制；

步驟3：濾波后的逆變器輸出信號和斷路器輸出信號傳輸至比較器，進行電壓比較、相角比較和頻率比較，分別得到逆變器輸出信號和斷路器輸出信號的電壓差值、相角差值和頻率差值，并將三個差值作為比較結果傳輸至DSP處理器的A/D轉換接口；

步驟4：計算新能源發電系統運行狀態參數，包括電能參數和電能質量參數，并將運行狀態參數存儲于數據存儲器中；

所述電能參數包括：三相電壓、三相電流、頻率和功率因數，電能質量參數包括逆變器輸出電壓與標準電壓220V的電壓偏差、逆變器輸出電流與分布式新能源發電系統的額定電流的電流偏差、電壓波動、頻率偏差、三相不平衡度、電壓畸變率、電流畸變率和電壓直流分量百分比；

步驟5：若分布式新能源發電系統已并入電網，開啟安全檢測模式，采用過/欠壓過/欠流過/欠頻方法對新能源發電系統進行安全檢測；若分布式新能源發電系統未并入電網，執行步驟6；

所述采用過/欠壓過/欠流過/欠頻方法對新能源發電系統進行安全檢測，具體步驟如下：

步驟5.1：設定新能源發電系統安全運行參數區間，包括：逆變器輸出電壓與標準電壓220V的電壓偏差為﹣3%～7%，逆變器輸出電流與分布式新能源發電系統的額定電流的電流偏差在﹣3%～7%，逆變器輸出頻率為49.5～50.2Hz；

步驟5.2：調用數據存儲器中的電壓偏差、電流偏差和頻率；

步驟5.３：若逆變器輸出頻率在安全運行參數區間之內，執行步驟5.4，否則，執行步驟5.6；

步驟5.4：若逆變器輸出電壓與標準電壓220V的電壓偏差在安全運行參數區間之內，執行步驟5.5，否則，執行步驟5.6；

步驟5.5：若逆變器輸出電流與分布式新能源發電系統的額定電流的電流偏差在安全運行參數區間之內，分布式新能源發電系統繼續并網工作，否則，執行步驟5.6；

步驟5.6：DSP處理器發出PWM波傳輸至并網控制器，并網控制器控制斷路器將分布式新能源發電系統與電網斷開；

步驟6：DSP處理器判斷分布式新能源發電系統運行狀態參數是否在安全運行參數區間之內：是，則對分布式新能源發電系統進行并網等級評估，否則本地調節分布式新能源發電系統運行狀態參數使其達到安全運行參數區間的要求；

新能源發電系統安全運行參數區間是：逆變器輸出電壓與標準電壓220V的電壓偏差為﹣3%～7%，逆變器輸出電流與分布式新能源發電系統的額定電流的電流偏差在﹣3%～7%，逆變器輸出頻率為49.5～50.2Hz，三相不平衡度低于10%，電壓畸變率小于5%，電流畸變率小于5%，電壓直流分量百分比低于1%；

對分布式新能源發電系統進行并網等級評估，是通過多元線性回歸模型建立的新能源發電系統并網等級函數將新能源發電系統分為優、良、中、差四個等級，具體步驟如下：

步驟6.1：根據分布式新能源發電系統運行狀態參數，建立多元線性回歸參數模型，即得到分布式新能源發電系統質量函數；

新能源發電系統質量函數Q(t)表示如下：

Q(t)=X(t)β+ε????????????????????????????????????????(1)

其中，Q(t)——新能源發電系統質量函數；

??????X(t)——新能源發電系統運行狀態參數矩陣；

??????β——回歸系數矩陣；

??????ε——回歸調和常數；

新能源發電系統運行狀態參數X(t)矩陣；

X(t)=[ΔU，ΔI，ΔV，Δf，ε_u，T_u，T_i，δ_u]?????????????????????????(2)

其中，ΔU——電壓偏差；

??????ΔI——電流偏差；

??????ΔV——電壓波動；

??????Δf——頻率偏差；

??????ε_u——三相不平衡度；

??????T_u——電壓畸變率；

??????T_i——電流畸變率；

??????δ_u——直流分量百分比；

回歸系數矩陣β表示如下:

β＝[β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈]????????????????????????(3)

其中，β₁，β₂，β₃，β₄，β₅，β₆，β₇，β₈分別為各運行狀態參數系數；

則新能源發電系統質量函數為

Q(t)＝β₁ΔU+β₂ΔI+β₃ΔV+β₄Δf+β₅ε_u+β₆T_u+β₇T_i+β₈δ_u+ε???(4)

步驟6.2：根據分布式新能源發電系統質量函數構造分布式新能源發電系統并網等級函數R(t);

R(t)＝αQ(t)+βQ′(t)+σ????????????????????????????(5)

其中，R(t)——新能源發電系統并網等級函數;

??????Q(t)——新能源發電系統質量函數；

??????Q′(t)——新能源發電系統質量函數一階導數；

??????α、β、σ——調和系數；

步驟6.3：根據各個運行狀態參數對電能質量的影響程度，預估新能源發電系統電能質量函數中各個運行狀態參數的系數取值；

步驟6.4：根據各個運行狀態參數對電能質量的影響程度，預估新能源發電系統并網等級函數中各個調和系數的取值；

步驟6.5：制定分布式新能源發電系統并網等級標準：若并網等級函數R(t)的數值在0.0000～10.0000，為優級，支持并入電網；若數值在10.0001～25.0000，為良級，支持并入電網；若數值在25.0001～45.0000，為中級，支持并入電網；若數值在45.0001～60.0000，為差級，支持并入電網；若數值大于60.0000，則定義為垃圾電，不支持并入電網；

步驟6.6：根據電能質量參數和新能源發電系統并網等級函數，計算并網等級函數R(t)的數值；

步驟6.7：根據分布式新能源發電系統并網等級標準評估新能源發電系統當前的并網等級；步驟7：DSP處理器將分布式新能源發電系統運行狀態參數以及并網等級傳輸給無線通信模塊；

步驟8：無線通信模塊將新能源發電系統運行參數以及并網等級傳輸給電網調度中心；

步驟9：電網調度中心根據分布式新能源發電系統并網等級標準來判斷是否支持分布式新能源發電系統接入電網，并將判斷結果反饋至DSP處理器；

步驟10：若判斷結果為支持并入電網，則執行步驟11；否則，返回步驟1；

步驟11：DSP處理器根據比較器得到的比較結果，產生相應的PWM波對逆變器進行調節；

步驟12：DSP處理器根據電網調度中心反饋的判斷結果輸出相應的PWM波給并網控制器，并網控制器控制斷路器并入電網。