[发明专利]一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置及方法

权利要求书

1.一种分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，其特征在于：包括信号采集模块、信号调制模块、主控模块、无线通信模块和并网控制模块；

所述信号采集模块包括6个交流电压互感器、3个交流电流互感器和1个直流电压互感器；

所述信号调制模块包括三相滤波电路、三相电压调制电路、三相电流调制电路和过零检测电路；

所述主控模块包括比较器和DSP处理器，比较器包括电压比较器、相角比较器和频率比较器；

该装置的具体连接如下：

信号采集模块中的3个交流电压互感器的输入端、3个交流电流互感器的输入端和直流电压互感器的输入端均连接新能源发电系统中逆变器的三相输出端，信号采集模块中的另外3个交流电压互感器的输入端连接新能源发电系统中断路器的三相输出端，信号采集模块中的3个交流电压互感器的输出端、3个交流电流互感器的输出端和直流电压互感器的输出端连接三相滤波电路的输入端，三相滤波电路的输出端分别连接三相电压调制电路的输入端和三相电流调制电路的输入端，A相电压调制电路的输出端连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端连接DSP处理器的计数接口，A相电流调制电路的输出端、B相电压调制电路的输出端、B相电流调制电路的输出端、C相电压调制电路的输出端和C相电流调制电路的输出端均连接DSP处理器的输入端，直流电压互感器的输出端连接DSP处理器的A/D转换接口，连接到逆变器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的一个输入端，连接到逆变器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的一个输入端，连接到逆变器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的一个输入端，连接到断路器A相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接电压比较器的另一个输入端，连接到断路器B相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接相角比较器的另一个输入端，连接到断路器C相输出端的交流电压互感器的输出端经滤波电路连接频率比较器的另一个输入端，电压比较器的输出端、相角比较器的输出端和频率比较器的输出端均连接DSP处理器的A/D转换接口，并网控制模块、分布式新能源发电系统的逆变器均与DSP处理器的PWM波接口连接，无线通信模块接至DSP处理器的SCI接口。

2.根据权利要求1所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，其特征在于；所述DSP处理器连接有外接电源、数据存储器、实时时钟和显示器，外接电源接至DSP处理器的标准电源接口数据存储器接至DSP处理器的外部内存接口，实时时钟接至DSP处理器的串行接口，显示器接至DSP处理器的串行接口。

3.根据权利要求1所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置，其特征在于：所述无线通信模块为GPRS无线通信装置。

4.采用权利要求1所述的分布式新能源发电系统的低压并网检测装置进行低压并网检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：信号采集模块采集逆变器输出的三相电压信号、逆变器输出的三相电流信号、逆变器输出的直流电压信号和断路器输出的三相电压信号；

步骤2：信号调制模块对采集到的信号进行滤波和调制；

步骤3：滤波后的逆变器输出信号和断路器输出信号传输至比较器，进行电压比较、相角比较和频率比较，分别得到逆变器输出信号和断路器输出信号的电压差值、相角差值和频率差值，并将三个差值作为比较结果传输至DSP处理器的A/D转换接口；

步骤4：计算新能源发电系统运行状态参数，包括电能参数和电能质量参数，并将运行状态参数存储于数据存储器中；

所述电能参数包括：三相电压、三相电流、频率和功率因数，电能质量参数包括逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差、逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差、电压波动、频率偏差、三相不平衡度、电压畸变率、电流畸变率和电压直流分量百分比；

步骤5：若分布式新能源发电系统已并入电网，开启安全检测模式，采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测；若分布式新能源发电系统未并入电网，执行步骤6；

所述采用过/欠压过/欠流过/欠频方法对新能源发电系统进行安全检测，具体步骤如下：

步骤5.1：设定新能源发电系统安全运行参数区间，包括：逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为﹣3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在﹣3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz；

步骤5.2：调用数据存储器中的电压偏差、电流偏差和频率；

步骤5.３：若逆变器输出频率在安全运行参数区间之内，执行步骤5.4，否则，执行步骤5.6；

步骤5.4：若逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差在安全运行参数区间之内，执行步骤5.5，否则，执行步骤5.6；

步骤5.5：若逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在安全运行参数区间之内，分布式新能源发电系统继续并网工作，否则，执行步骤5.6；

步骤5.6：DSP处理器发出PWM波传输至并网控制器，并网控制器控制断路器将分布式新能源发电系统与电网断开；

步骤6：DSP处理器判断分布式新能源发电系统运行状态参数是否在安全运行参数区间之内：是，则对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，否则本地调节分布式新能源发电系统运行状态参数使其达到安全运行参数区间的要求；

新能源发电系统安全运行参数区间是：逆变器输出电压与标准电压220V的电压偏差为﹣3%～7%，逆变器输出电流与分布式新能源发电系统的额定电流的电流偏差在﹣3%～7%，逆变器输出频率为49.5～50.2Hz，三相不平衡度低于10%，电压畸变率小于5%，电流畸变率小于5%，电压直流分量百分比低于1%；

对分布式新能源发电系统进行并网等级评估，是通过多元线性回归模型建立的新能源发电系统并网等级函数将新能源发电系统分为优、良、中、差四个等级，具体步骤如下：

步骤6.1：根据分布式新能源发电系统运行状态参数，建立多元线性回归参数模型，即得到分布式新能源发电系统质量函数；

新能源发电系统质量函数Q(t)表示如下：

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

其中，Q(t)——新能源发电系统质量函数；

      X(t)——新能源发电系统运行状态参数矩阵；

      β——回归系数矩阵；

      ε——回归调和常数；

新能源发电系统运行状态参数X(t)矩阵；

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

其中，ΔU——电压偏差；

      ΔI——电流偏差；

      ΔV——电压波动；

      Δf——频率偏差；

      ε_u——三相不平衡度；

      T_u——电压畸变率；

      T_i——电流畸变率；

      δ_u——直流分量百分比；

回归系数矩阵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分别为各运行状态参数系数；

则新能源发电系统质量函数为

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

步骤6.2：根据分布式新能源发电系统质量函数构造分布式新能源发电系统并网等级函数R(t);

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

其中，R(t)——新能源发电系统并网等级函数;

      Q(t)——新能源发电系统质量函数；

      Q′(t)——新能源发电系统质量函数一阶导数；

      α、β、σ——调和系数；

步骤6.3：根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统电能质量函数中各个运行状态参数的系数取值；

步骤6.4：根据各个运行状态参数对电能质量的影响程度，预估新能源发电系统并网等级函数中各个调和系数的取值；

步骤6.5：制定分布式新能源发电系统并网等级标准：若并网等级函数R(t)的数值在0.0000～10.0000，为优级，支持并入电网；若数值在10.0001～25.0000，为良级，支持并入电网；若数值在25.0001～45.0000，为中级，支持并入电网；若数值在45.0001～60.0000，为差级，支持并入电网；若数值大于60.0000，则定义为垃圾电，不支持并入电网；

步骤6.6：根据电能质量参数和新能源发电系统并网等级函数，计算并网等级函数R(t)的数值；

步骤6.7：根据分布式新能源发电系统并网等级标准评估新能源发电系统当前的并网等级；步骤7：DSP处理器将分布式新能源发电系统运行状态参数以及并网等级传输给无线通信模块；

步骤8：无线通信模块将新能源发电系统运行参数以及并网等级传输给电网调度中心；

步骤9：电网调度中心根据分布式新能源发电系统并网等级标准来判断是否支持分布式新能源发电系统接入电网，并将判断结果反馈至DSP处理器；

步骤10：若判断结果为支持并入电网，则执行步骤11；否则，返回步骤1；

步骤11：DSP处理器根据比较器得到的比较结果，产生相应的PWM波对逆变器进行调节；

步骤12：DSP处理器根据电网调度中心反馈的判断结果输出相应的PWM波给并网控制器，并网控制器控制断路器并入电网。