光伏过压减容装置及方法与流程

本发明涉及分布式光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏过压减容装置及方法。

背景技术：

随着光伏发电技术的不断发展，越来越多的分布式光伏发电系统接入配电网。目前，分布式光伏发电系统大多安装在工商业建筑屋顶，采用0.4kv多点并网的方式接入到低压配电系统。这种方式虽然比10kv高压并网的方式成本低，但是容易出现负荷供电电压抬升越限的问题，电压长期偏高会导致用电设备损坏。

传统的技术方案通过保护装置跳闸的方式来断开逆变器并网支路，从而解决电压升高越限的问题。但是这种方法存在一个问题，即降低了光伏发电系统的可用发电能力。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种根据电压越限情况自动调节逆变器输出功率来使得电压保持在允许范围内的光伏过压减容装置及方法。

一种光伏过压减容装置，包括：

电压采集监测模块，与外接电压表连接，用于采集供电及配电的电压信息；

功率监测控制模块，与受控对象连接，用于采集所述受控对象的功率信息；

测控模块，分别与所述电压采集监测模块和所述功率监测控制模块连接，用于至少根据所述电压信息和所述功率信息得到功率调节值，并将所述功率调节值输出给所述功率监测控制模块；

所述功率监测控制模块还用于基于所述功率调节值对所述受控对象进行功率调节。

上述光伏过压减容装置，通过对电压信息及时的采集和对受控对象输出功率及时的调整，在保证电压处于允许范围内的同时维持受控对象处于工作状态，避免了直接断开受控对象并网支路。保证电压处于允许范围，提高了电压合格率。维持受控对象处于工作状态，不使其因为电压超限而停止工作，改善了电能质量，提高了光伏发电系统的可用发电能力。

在其中一个实施例中，所述测控模块与外部调试接口连接，以便于对所述光伏过压减容装置进行安装调试。通过外部调试接口可以直接读取光伏过压减容装置的内部数据，无需通过通信转发终端，便于初次安装时对所述光伏过压减容装置进行调试。

在其中一个实施例中，所述电压采集监测模块还用于对采集的所述电压信息进行校验，以去除所述电压信息中的错误数据，所述功率监测控制模块还用于对采集的所述功率信息进行校验，以去除所述功率信息中的错误数据；所述测控模块用于根据校验后的电压信息和校验后的功率信息得到所述功率调节值。校验功能可以提高传输数据的正确率和有效性，避免错误数据造成的错误控制命令对光伏发电系统造成损害，提高光伏过压减容装置的控制准确率和可靠性。

在其中一个实施例中，光伏过压减容装置还包括：通信转发终端，分别与所述测控模块和外部终端设备连接，用于将所述光伏过压减容装置的运行数据上传至所述外部终端设备，以便于通过所述外部终端设备对所述光伏过压减容装置进行监控管理。

在其中一个实施例中，所述测控模块包括：电压数据接口单元，与所述电压采集监测模块连接，用于接收来自所述电压采集监测模块的所述电压信息；功率数据接口单元，与所述功率监测控制模块连接，用于接收来自所述功率监测控制模块的所述功率信息；处理单元，包括存储介质，用于存储所述运行数据和内置参数；所述处理单元还与所述电压数据接口单元及所述功率数据接口单元连接，用于基于所述电压信息、所述功率信息及所述内置参数得到所述功率调节值；数据转发接口单元，所述数据转发接口单元分别与所述计算单元和所述通信转发终端连接，用于接收来自所述计算单元的所述运行数据并将所述运行数据发送给所述通信转发终端；所述功率数据接口单元还用于将所述功率调节值反馈至所述功率监测控制模块。

处理单元和不同的数据接口单元连接，便于集中处理数据运算，提高效率。同时，处理单元向各个数据接口单元发送相应的数据或控制命令，再由各个数据接口单元发送至与其连接的模块进行下一步操作，系统结构清晰，分工明确，不易出错。

在其中一个实施例中，所述处理单元根据所述内置参数、所述电压信息和所述功率信息得到所述功率调节值的方法包括：

设定目标函数：

umax、umin分别为遵循配电网安全运行的电压上下限；u0为配电网额定电压；ui为节点i的电压；qoutput-i为节点i处所述受控对象输出的无功功率；poutput-i为节点i处所述受控对象削减的有功功率；pmppt为所述受控对象工作在最大功率点跟踪模式下输出的有功功率；

对所述目标函数进行加权：

minf＝k1f1+k2f2+k3f3

其中，k1、k2、k3为所述目标函数f1、f2、f3的权重，满足k1+k2+k3＝1；

根据潮流约束与优化算法，计算所述目标函数的最优解作为所述受控对象的最优输出功率；

将所述最优输出功率与所述测控模块接收到的所述功率信息作差以得到所述功率调节值。

在其中一个实施例中，通信转发终端以有线或无线方式外接到所述终端设备。有线或无线的连接方式为通信转发终端和终端设备提供了多样的连接方式，可适应不同的应用场合，满足不同的需求。

在其中一个实施例中，所述受控对象包括光伏逆变器，所述光伏逆变器通过有线或无线方式与所述光伏过压减容装置连接。有线或无线的连接方式为光伏逆变器提供了多样的连接方式，可适应不同的应用场合，满足不同的需求。尤其是无线连接方式，没有了实体线路的束缚，可以更加方便地安装光伏逆变器和光伏过压减容装置。

一种光伏过压减容方法，包括以下步骤：

采集供电及配电的电压信息；

采集受控对象的功率信息；

至少根据所述电压信息和所述功率信息得到功率调节值，将所述功率调节值输出给所述受控对象进行功率调节。

上述光伏过压减容方法，通过对电压信息及时的采集和对受控对象输出功率及时的调整，在保证电压处于允许范围内的同时维持受控对象处于工作状态，避免了直接断开受控对象并网支路。保证电压处于允许范围，提高了电压合格率。维持受控对象处于工作状态，不使其因为电压超限而停止工作，改善了电能质量，提高了光伏发电系统的可用发电能力。

上述示例中，至少根据电压信息和功率信息得到功率调节值的方法包括：

设定目标函数：

umax、umin分别为遵循配电网安全运行的电压上下限；u0为配电网额定电压；ui为节点i的电压；qoutput-i为节点i处所述受控对象输出的无功功率；poutput-i为节点i处所述受控对象削减的有功功率；pmppt为所述受控对象工作在最大功率点跟踪模式下输出的有功功率；

对所述目标函数进行加权：

minf＝k1f1+k2f2+k3f3

其中，k1、k2、k3为所述目标函数f1、f2、f3的权重，满足k1+k2+k3＝1；

根据潮流约束与优化算法，计算所述目标函数的最优解作为所述受控对象的最优输出功率；

将所述最优输出功率与所述测控模块接收到的所述功率信息作差以得到所述功率调节值。

附图说明

图1至图4为本申请不同实施例中提供的光伏过压减容装置的结构框图。

图5为本申请中光伏过压减容方法的流程框图。

附图标注说明：100、光伏过压减容装置；110、测控模块；111、处理单元；112、数据转发接口单元；113、电压数据接口单元；114、功率数据接口单元；120、电压采集监测模块；130、功率监测控制模块；140、通信转发终端；200、外接电压表；300、受控对象；400、外部调试接口；500、外部终端设备。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

本申请的一个实施例提供了一种光伏过压减容装置100，如图1所示，该光伏过压减容装置100包括：电压采集监测模块120，与外接电压表200连接，用于采集供电及配电的电压信息；功率监测控制模块130，与受控对象300连接，用于采集所述受控对象300的功率信息；测控模块110，分别与所述电压采集监测模块120和所述功率监测控制模块130连接，用于至少根据所述电压信息和所述功率信息得到功率调节值，并将所述功率调节值输出给所述功率监测控制模块130；所述功率监测控制模块130还用于基于所述功率调节值对所述受控对象300进行功率调节。

电压采集监测模块120对电压进行实时监测，并将采集到的电压信息传输到测控模块110。功率监测控制模块130与受控对象300连接，对受控对象300的输出功率进行实时监测，并将采集到的功率信息传输到测控模块110。其中，受控模块可以是逆变器。

具体的，以受控对象300为逆变器为例，电压采集监测模块120采集到的电压信息包括：光伏发电并网点电压。测控模块110根据上述电压信息得到电压的波动偏差值，电压的波动偏差值为并网点电压与标准工况下的电压之间的差值。测控模块110中存储有内置参数，包括：线路阻抗参数、逆变器参数和额定参考电压值。其中，额定参考电压值可以设定为：变压器高压侧为10kv，变压器低压侧为0.4kv/380v。以额定参考电压值的7％作为偏差限值。另外，功率监测控制模块130采集到的功率信息包括逆变器输出的有功功率和无功功率。

测控模块110将电压的波动偏差值和系统设定的额定电压的偏差限值进行比较，如果电压的波动偏差值大于或等于额定电压的偏差限值，则对逆变器的输出功率进行调整。具体的，测控模块110利用接收到的电压信息和功率信息，再结合测控模块110中存储的内置参数，得到功率调节值。然后，测控模块110将得到功率调节值发送给功率监测控制模块130，由功率监测控制模块130下发给各个逆变器执行，进行功率调节。

通过对逆变器的功率调节，平滑地调节发电功率输出量，使得电压的波动偏差值慢慢回落到额定电压的偏差限值以内，确保电压保持在允许范围内。这样就可以在不断开逆变器并网支路的前提下，消除电压越限的情况，既提高了光伏系统的可用发电能力，又避免了电压过高导致的线路损坏和/或用电设备损坏。同时，本实施例中的光伏过压减容装置100，通过将电压控制在允许范围内，提高了电压合格率和供电负荷的功率因数。并且，因为不是通过断开逆变器的并网支路来解决电压越限的问题，所以本实施例还可以减轻人工恢复并网带来的工作量。

在一个示例中，如图2所示，测控模块110与外部调试接口400连接，以便于对光伏过压减容装置100进行安装调试。例如，在安装光伏过压减容设备的时候，需要对该装置的做一些基本的参数设置以及对设备进行调试，以确保光伏过压减容装置100可以正常工作。外部调试接口400为做这些工作提供了极大的便利。通过外部调试接口400，用户或工作人员可以方便获取测控模块110中存储的数据并对其进行设置。在调试过程中，还可以通过外部调试接口400获取测控模块110接收到的数据和输出的数据，评估光伏过压减容装置100的工作状态。外部调试接口400可以使得用户和工作人员更加方便地安装和调试光伏过压减容装置100。

在一个示例中，电压采集监测模块120用于对采集的电压信息进行校验，以去除电压信息中的错误数据。具体的，电压采集监测模块120外接若干个电压表并轮询接收每个电压值，然后对这些电压值进行校验，去除错误的报文数据并且过滤掉无关的杂项数据，最后将数据打包整理后输出给测控模块110。其中，若干个电压表采用总线方式(485通信或无线)挂接在电压采集监测模块120上。电压采集监测模块120采集的电压信息包括三相电压ua、ub、uc以及线电压uab、ubc、uca。电压表安装在高压开关柜、低压开关柜、低压并网柜、汇流箱等处，用于采集高压供电电压(通常为10kv)以及低压配电电压(通常为0.4kv/380v)。

功率监测控制模块130用于对采集的功率信息进行校验，以去除功率信息中的错误数据。具体的，功率监测控制模块130与若干个外部的光伏逆变器或其它受控对象300相连接。功率监测控制模块130以轮询方式读取逆变器输出的有功功率和无功功率，然后对这些电压值进行校验，去除错误的报文数据并且过滤掉无关的杂项数据，最后将数据打包整理后输出给测控模块110。此外，功率监测控制模块130还可以根据接收到的功率信息判断逆变器的工作状态和工作方式，例如，判断逆变器处于运行状态还是停止状态，工作方式为mppt方式(最大功率点跟踪)还是受控调节方式。

测控模块110根据校验后的电压信息和校验后的功率信息得到功率调节值。具有数据校验功能的电压采集监测模块120和功率监测控制模块130，可以有效提高数据的准确性，避免测控模块110用错误或无关的数据进行计算，既节省了计算资源，也避免了测控模块110发出错误的指令对光伏发电系统造成损害。

在一个示例中，如图3所示，光伏过压减容装置100还包括通信转发终端140，该通信转发终端140分别与测控模块110和外部终端设备500连接，用于将光伏过压减容装置100的运行数据上传至外部终端设备500，以便于通过外部终端设备500对光伏过压减容装置100进行监控管理。具体的，通信转发终端140外接有线网络接口或无线收发天线，将从测控模块110接收到的光伏过压减容装置100的运行数据发送到外部终端设备500(比如电脑，手机，控制台等)进行统一监控管理。这里所说的运行数据包括并网电压越限值、功率调整值、逆变器执行结果反馈值等。

在上述实施例中，通信转发终端140通过以太网将过压减容装置接入用户局域网中，操作人员可以通过能源管理系统对光伏过压减容装置100的运行状态以及操作结果进行统一监控管理。或者，通信转发终端140还可以通过无线网络将数据传输到远程的云平台系统。通信转发终端140使得光伏过压减容装置100的运行数据可以便捷地传输到外部终端设备500，便于通过终端设备及时地了解到光伏过压减容装置100的运行状态，并据此对其进行远程控制，极大地方便了用户和工作人员对该光伏过压减容装置100的操作和使用。

在一个示例中，如图4所示，测控模块110包括：电压数据接口单元113，与电压采集监测模块120连接，用于接收来自电压采集监测模块120的电压信息；功率数据接口单元114，与功率监测控制模块130连接，用于接收来自功率监测控制模块130的功率信息；处理单元111，包括存储介质，用于存储运行数据和内置参数；处理单元111还与电压数据接口单元113及功率数据接口单元114连接，用于基于电压信息、功率信息及内置参数得到功率调节值；数据转发接口单元112，数据转发接口单元112分别与计算单元和通信转发终端140连接，用于接收来自计算单元的运行数据并将运行数据发送给通信转发终端140；其中，功率数据接口单元114还用于将功率调节值反馈至功率监测控制模块130。

通过对测控模块110进行精细地划分，将不同的单元与相应的功能模块连接，以处理不同的任务，可以提高测控模块110处理数据的效率，减小发生系统故障的概率。同时使系统结构更加简单明了，在发生故障时便于维修。

在上述示例中，处理单元111基于电压信息、功率信息及内置参数得到功率调节值的方法包括：

(1)设定目标函数：

umax、umin分别为遵循配电网安全运行的电压上下限；u0为配电网额定电压；ui为节点i的电压；qoutput-i为节点i处所述受控对象输出的无功功率；poutput-i为节点i处所述受控对象削减的有功功率；pmppt为所述受控对象工作在最大功率点跟踪模式下输出的有功功率；

(2)对所述目标函数进行加权：

minf＝k1f1+k2f2+k3f3

其中，k1、k2、k3为所述目标函数f1、f2、f3的权重，满足k1+k2+k3＝1；

(3)根据潮流约束与优化算法，计算所述目标函数的最优解作为所述受控对象的最优输出功率；

(4)将所述最优输出功率与所述测控模块接收到的所述功率信息作差以得到所述功率调节值。

上述步骤(3)中，潮流约束为：

其中，pi、qi分别为节点i处注入的有功功率和无功功率；gij、bij、θij分别节点i与j之间的电导、电纳及电压电流相角差；r表示与节点i连接的所有节点。

本实施例中，优化算法采用惯性权重递减的粒子群算法。结合潮流约束条件，利用粒子群算法求出目标函数的最优解。目标函数的最优解即为受控对象300的最优输出功率。受控对象300的最优输出功率包括最优有功功率和最优无功功率。

步骤(4)将步骤(3)得到的最优有功功率和最优无功功率与测控模块110接收到的功率信息进行对比。测控模块110接收到的功率信息包括受控对象300当前的输出功率，分为有功功率和无功功率，该有功功率与最优有功功率之间的差值即为有功功率功率调节值△p，该无功功率和最优无功功率之间的差值即为无功功率调节值△q。

在一个示例中，受控对象300(比如光伏逆变器)通过有线或无线方式与光伏过压减容装置100连接。具体的，以光伏逆变器为例，光伏逆变器和光伏过压减容装置100上都安装有无线模块，可以通过共同连接局域网进行数据传输。通过无线传输方式，光伏过压减容装置100可以和光伏逆变器便捷地进行数据交换，而无需收到实体线路的限制，适应现代化的设计。

请参阅图5，本申请还提供了一种光伏过压减容方法，本实施例中的光伏过压减容方法可以基于上述任一实施例中所述的光伏过压减容装置100而执行，光伏过压减容方法包括以下步骤：

s11：采集供电及配电的电压信息；

s12：采集受控对象300的功率信息；

s13：至少根据电压信息和功率信息得到功率调节值，将功率调节值输出给受控对象300进行功率调节。

其中，至少根据电压信息和功率信息得到功率调节值的步骤包括：

(1)设定目标函数：

umax、umin分别为遵循配电网安全运行的电压上下限；u0为配电网额定电压；ui为节点i的电压；qoutput-i为节点i处所述受控对象输出的无功功率；poutput-i为节点i处所述受控对象削减的有功功率；pmppt为所述受控对象工作在最大功率点跟踪模式下输出的有功功率；

(2)对所述目标函数进行加权：

minf＝k1f1+k2f2+k3f3

其中，k1、k2、k3为所述目标函数f1、f2、f3的权重，满足k1+k2+k3＝1；

(3)根据潮流约束与优化算法，计算所述目标函数的最优解作为所述受控对象的最优输出功率；

(4)将所述最优输出功率与所述测控模块接收到的所述功率信息作差以得到所述功率调节值。

上述步骤(3)中，潮流约束为：

其中，pi、qi分别为节点i处注入的有功功率和无功功率；gij、bij、θij分别节点i与j之间的电导、电纳及电压电流相角差；r表示与节点i连接的所有节点。

本实施例中，优化算法采用惯性权重递减的粒子群算法。结合潮流约束条件，利用粒子群算法求出目标函数的最优解。目标函数的最优解即为受控对象300的最优输出功率。受控对象300的最优输出功率包括最优有功功率和最优无功功率。

步骤(4)将步骤(3)得到的最优有功功率和最优无功功率与测控模块110接收到的功率信息进行对比。测控模块110接收到的功率信息包括受控对象300当前的输出功率，分为有功功率和无功功率，该有功功率与最优有功功率之间的差值即为有功功率功率调节值△p，该无功功率和最优无功功率之间的差值即为无功功率调节值△q。

上述光伏过压减容方法，通过对电压信息及时的采集和对受控对象300输出功率及时的调整，可以在不断开逆变器并网支路的前提下，消除电压越限的情况，既提高了光伏系统的可用发电能力，又避免了电压过高导致的线路损坏和/或用电设备损坏。同时，本申请中的光伏过压减容方法，通过将电压控制在允许范围内，提高了电压合格率和供电负荷的功率因数。并且，因为不是通过断开逆变器的并网支路来解决电压越限的问题，所以本申请中的光伏过压减容方法还可以减轻人工恢复并网带来的工作量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。