一种新能源发电系统并网智能检测报警装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于新能源发电与电气技术领域,具体涉及一种新能源发电系统并网智能检测报警装置及方法。\n背景技术\n[0002] 人类进入21世纪,一场新的能源革命正在悄悄进行。根据经济社会可持续发展的需要,人们迫切呼唤建立以清洁、无污染、实用性强,并且取之不尽、用之不竭的可再生能源为主的能源结构逐渐取代以污染严重、资源有限的化石能源为主的能源结构。提高能源效率和可再生能源使用效率、减少温室气体排放,是未来电网发展的必然趋势。随着世界能源的减少,新能源发电技术尤其是光伏发电和风力发电不断得到发展,各国都作为重要的发展方向。中国可再生能源资源丰富,除水电资源外,太阳能和风能资源也非常丰富,具有一定优势。但新能源发电具有间歇性、波动性、可调度性差的特点,容易产生谐波和“孤岛现象”,在电网接纳能力不足的情况下,大规模新能源发电并网会给电力系统带来一些不利影响。电网必须控制接入容量在可控范围内,以最大限度地减小不利影响,为了保证新能源可靠性接入,实现新能源控制的“即插即用”及分配每一种的新能源在所发的电能中所占的比重,响应国家“坚强电网”的号召,必须建立一个智能电网的时时检测与控制系统。\n[0003] 我国新能源并网系统尚处于初级阶段,目前新能源的分布式并网发电系统根据自身的特点采用不同的并网方式,装配不同的并网检测装置和并网控制器,这给调度中心的统一化管理造成了极大的困难。因此需要对新能源并网系统结构进行标准化的配置,克服之前新能源并网程序复杂,申请过程繁琐,费时的缺点,新能源发电系统的控制的效率将大大提高。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术的不足,本发明提出一种新能源发电系统并网智能检测报警装置及方法,以达到提高检测效率、精度、操作灵活度和可靠性的目的。\n[0005] 一种新能源发电系统并网智能检测报警装置,包括:\n[0006] 电流传感器:用于采集电网中逆变器输出端的三相电流信号、电网中断路器输出端的标准三相电流信号和频率信号;\n[0007] 电压传感器:用于采集电网中逆变器输出端的三相电压信号、电网中断路器输出端的标准三相电压信号和频率信号;\n[0008] 还包括DSP处理中心模块和报警装置,其中,\n[0009] 所述的报警装置:用于根据采集获得的新能源发电机组的直流电流信号、新能源发电机组的直流电压信号、电网中逆变器输出端的三相电流信号、电网中逆变器输出端的三相电压信号、电网中逆变器输出端的频率信号、电网中断路器输出端的标准三相电流信号、电网中断路器输出端的标准三相电压信号和电网中断路器输出端的标准频率信号八个数据,计算获得功率因数、电压偏差、电压波动、三相不平衡度、频率偏差和电压畸变率六个因素,如果上述六个因素不都在各自的设定范围内,则报警;\n[0010] 所述的DSP处理中心模块:用于根据报警装置所计算的六个因素、单位电价、发电机组到电网的传输距离、环境影响值和重要性系数计算出反应该发电机组是否适合并网的综合评定结果。\n[0011] 还包括信号处理电路、多路转换器、A/D转换电路、通信模块、显示及打印模块,其中,电流传感器的输出端和电压传感器的输出端分别连接信号处理电路的多路输入端,信号处理电路的输出端连接多路转换器的输入端,多路转换器的输出端连接A/D转换电路的输入端,A/D转换电路的一路输出端连接报警装置的输入端,另一路输出端DSP处理中心模块的输入端,报警装置的输出端连接电网中的断路器,并无线连接DSP处理中心模块,DSP处理中心模块的一个输出端连接显示及打印模块的输入端,并无线连接通信模块。\n[0012] 所述的报警装置包括报警芯片和控制芯片,其中,控制芯片的输出端连接报警芯片的输入端。\n[0013] 采用新能源发电系统并网智能检测报警装置进行检测的方法,包括以下步骤:\n[0014] 步骤1:采用电阻分压方法采集新能源发电机组输出端的直流电压信号和直流电流信号;采用一个电流传感器采集电网中逆变器输出端的三相交流电流信号,采用一个电压传感器采集电网中逆变器输出端的三相交流电压信号,并采集频率信号;采用另一个电流传感器采集电网中断路器输出端的标准三相交流电流信号,采用另一个电压传感器采集电网中断路器输出端的标准三相交流电压信号,并采集标准频率信号;\n[0015] 步骤2:将步骤1中所采集的信号发送至信号处理电路中进行滤波处理,并开启多路转换器,对信号进行A/D转换;\n[0016] 步骤3:报警装置根据A/D转换后的直流电流信号、直流电压信号、三相电流信号、三相电压信号、频率信号、标准三相电流信号、标准三相电压信号和标准频率信号八个数据,计算获得功率因数、电压偏差、电压波动、三相不平衡度、频率偏差和电压畸变率六个因素,并判断上述六个因素是否在设定范围内,若全部在范围内,则执行步骤5,否则执行步骤\n4;若报警器发生故障,则由DSP处理中心模块发送至调度中心做出是否并网的判断;\n[0017] 步骤4:报警器装置发送信号控制断路器,将该新能源发电机组与电网断开,并报警;\n[0018] 步骤5:DSP处理中心模块根据报警装置所计算的六个因素、单位电价、发电机组到电网的传输距离、环境影响值和重要性系数,计算出反应该发电机组是否适合并网的综合评定结果,对所有信号及分析结果进行储存;\n[0019] 步骤6:显示及打印模块显示信号性能数据和柱状图,并打印数据表格及判断结果;\n[0020] 步骤7:通信模块与调度中心进行远程通信,汇报结果;\n[0021] 步骤8:若综合评定结果小于历史记录评定结果,则调度中心发出替换发电机组进行的指令;\n[0022] 步骤9:接其他新能源发电机组,重复步骤1~8。\n[0023] 步骤3所述的六个因素的设定范围为:功率因数范围为-0,95~0,95;电压偏差在﹣10%~7%;电压波动小于等于3%;三相不平衡度小于等于2%;频率偏差范围为-0.5~\n0.2Hz;电压畸变率小于等于5%。\n[0024] 步骤5所述的DSP处理中心模块根据报警装置所计算的六个因素、单位电价、发电机组到电网的传输距离、环境影响值和重要性系数计算发电系统的综合评定结果,包括如下公式:\n[0025] \n[0026] 其中:F为综合评定结果;\n[0027] X=[C,L,E],Y=[1/α,ΔV,ΔU,Δf,εu,UTHD],\n[0028] μ=[μ1,μ2,μ3],β=[β1,β2,β3,β4,β5,β6]\n[0029] C为单位电价;L为发电机组到电网的传输距离;E为对环境的影响值,W1为发电项目建成前该地区环境污染指数,W2为发电项目建成后该地区\n环境污染指数;为功率因数:ΔU为电压偏差;ΔV为电压波动;εu为三相不平衡度;Δf为频率偏差;UTHD为电压畸变率;μ矩阵为X矩阵的重要性系数矩阵;β矩阵为Y矩阵的重要性系数矩阵;其中,μ1为C的重要性系数;μ2为L的重要性系数;μ3为E的重要性系数;β1为1/α的重要性系数;β2为ΔV的重要性系数;β3为ΔU的重要性系数;β4为Δf的重要性系数;β5为εu的重要性系数;β6为UTHD的重要性系数。\n[0030] 所述μ矩阵和β矩阵的确定方式:采用AHP层次分析法确定在新能源发电机组的评定过程中单位电价C、发电机组到电网的传输距离L和对环境的影响值E两两之间重要性的关系,并根据上述三者两两间重要性关系建立三行三列矩阵;确定所述的六个因素两两之间重要性的关系,并根据上述六者两两间重要性关系建立六行六列矩阵;求解上述两个矩阵的最大特征根的特征向量,即获得μ矩阵和β矩阵。\n[0031] 本发明优点:\n[0032] 本发明一种新能源发电系统并网智能检测报警装置及方法,该装置检测效率高,精确度大,相比以往此类发明,本发明操作灵活,简单,对新能源控制实现即插即用,加快新能源利用效率,方便电力部门和调度中心的统一化管理,独立性强,不须人力时时监管。另外,本发明采用“双核”模式,报警器和DSP处理中心,虽然相互联系,但又能各自独立工作,若报警器出现问题,不能报警和控制断路,但DSP中心依然可以对数据进行分析,交由并网调度中心实现断路;若DSP中心出现问题,不能储存数据和汇报,但依旧可实现断路,并报警,使工作人员知觉;本发明还拥有新能源发电系统综合参数评定功能,电价、传输距离均考虑在内,可保证接入电网的始终是性能最好的新能源发电系统。\n附图说明\n[0033] 图1为本发明一种实施例的检测报警装置总体结构示意图;\n[0034] 图2为本发明一种实施例的检测报警装置与电网连接图;\n[0035] 图3为本发明一种实施例的RC低通滤波电路;\n[0036] 图4为本发明一种实施例的多路转换器电路;\n[0037] 图5为本发明一种实施例的A/D转换电路图;\n[0038] 图6为本发明一种实施例的报警器电路;\n[0039] 图7为本发明一种实施例的报警装置芯片连接图;\n[0040] 图8为本发明一种实施例的DSP处理中心模块连接图;\n[0041] 图9为本发明一种实施例的数据存储器电路原理图;\n[0042] 图10为本发明一种实施例的液晶显示器电路原理图;\n[0043] 图11为本发明一种实施例的外接电源电路原理图;\n[0044] 图12为本发明一种实施例的通信装置硬件连接图;\n[0045] 图13为本发明一种实施例的新能源发电系统并网智能检测总流程图;\n[0046] 图14为本发明一种实施例的综合参数评定中系数矩阵确定步骤流程图;\n[0047] 图15为本发明一种实施例的发电系统的替换具体方法流程图。\n具体实施方式\n[0048] 下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。\n[0049] 如图1所示,一种新能源发电系统并网智能检测报警装置(所述的新能源包括:太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能),包括第一电流传感器、第二电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器,信号处理电路、多路转换器、A/D转换电路、DSP处理中心模块、报警装置、通信模块和显示及打印模块。\n[0050] 本发明实施例中,电流传感器用于采集电网中逆变器输出端的三相电流信号、电网中断路器输出端的标准三相电流信号和频率信号;电压传感器用于采集电网中逆变器输出端的三相电压信号、电网中断路器输出端的标准三相电压信号和频率信号;电流传感器采用LMZBJ-10型号,电压传感器采用TV52—100V/3.53V型号;如图2所示,第一电流传感器采集电网中逆变器输出端的三相交流电流信号,第一电压传感器采集电网中逆变器输出端的三相交流电压信号,并采集频率信号;第二电流传感器采集电网中断路器输出端的标准三相交流电流信号,第二电压传感器采集电网中断路器输出端的标准三相交流电压信号,并采集标准频率信号。\n[0051] 如图3所示,信号处理电路主要为滤波电路,本发明实施例中采用RC低通滤波电路,作用是消除高频干扰信号。\n[0052] 如图4所示,所述的多路转换器采用芯片AD7506,由地址输入缓冲和电平转换、译码和驱动、模拟开关三部分组成。\n[0053] 如图5所示,A/D转换电路采用芯片ADC0809A,采用逐次逼近法进行A/D转换,有片内输出数据锁存和三态输出功能,可进行8位转换,有片内时钟。\n[0054] 所述的报警装置用于根据采集获得的新能源发电机组的直流电流信号、新能源发电机组的直流电压信号、电网中逆变器输出端的三相电流信号、电网中逆变器输出端的三相电压信号、电网中逆变器输出端的频率信号、电网中断路器输出端的标准三相电流信号、电网中断路器输出端的标准三相电压信号和电网中断路器输出端的标准频率信号八个数据,计算获得功率因数、电压偏差、电压波动、三相不平衡度、频率偏差和电压畸变率六个因素,如果上述六个因素不都在各自的设定范围内,则报警。如图6所示,报警装置有两块555芯片组成,能发出报警声,8脚VCC(或VDD)外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是\n4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V,一般用5V,5脚CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰,如图7所示,报警装置还内含TMS320LF2407芯片,可对接收到的信号进行计算、比较,和DSP中心进行信息交流,还可以控制断路器,使新能源接入或脱离电网。\n[0055] 所述的DSP处理中心模块用于根据报警装置所计算的六个因素、单位电价、发电机组到电网的传输距离、环境影响值和重要性系数计算出反应该发电机组是否适合并网的综合评定结果。如图8所示,DSP处理中心模块包括DSP处理器及外接电源、数据储存器和程序储存器,DSP处理器采用TMS320F2812芯片,能对采集信号进行计算分析,主要针对新能源发电直流性能,对系统进行综合参数评定,还接收报警装置的分析结果,并对所有数据和结果进行储存,和打印机及液晶显示器相连。\n[0056] 如图9所示,数据存储器型号为CY7C1041BV,其数据输入端DO~D15引脚与DSP的XD0~XD15引脚相连,A0~A17引脚与DSP的XA0~XA17引脚相连。\n[0057] 如图10所示,所述液晶显示器型号为LCM2864ZK,其RS引脚与DSP的IOPF4引脚相连,R/W引脚与DSP的IOPF5引脚相连,E引脚与DSP的IOPF6引脚相连,D0~D7引脚与IOPB1~IOPB7引脚相连,RST引脚与IOPC1引脚相连。\n[0058] 如图11所示DSP处理器外接电源提供能量。\n[0059] 如图12所示,所述通讯模块为GPRS无线通信装置,用于DSP与并网调度中心的信息交流,其主要部分是G20芯片,与微控制器,用户身份鉴别SIM卡以及电源相连。\n[0060] 所述的第一电流传感器的输出端、第二电流传感器的输出端、第一电压传感器的输出端、第二电压传感器的输出端分别连接信号处理电路的四路In输入端,信号处理电路的输出端OUT连接多路转换器的输入端S0~S7,多路转换器的输出端OUT连接A/D转换电路的输入端IN0,A/D转换电路的输出端D0~D7连接报警装置内TMS320LF2407芯片的输入端DB0~DB7,输出端D0~D7同时连接DSP处理中心模块内TMS320F2812芯片的输入端XA0~XA7,TMS320LF2407芯片的输出端CLKOUT连接电网中的断路器和第一片555的\n4脚,并无线连接DSP处理中心模块,DSP处理中心模块输出端连接显示及打印模块的输入端,并无线连接通信模块.\n[0061] 采用新能源发电系统并网智能检测报警装置进行检测的方法,方法流程图如图13所示,包括以下步骤:\n[0062] 步骤1:采用电阻分压方法采集新能源发电机组输出端的直流电压信号和直流电流信号;采用第一电流传感器采集电网中逆变器输出端的三相交流电流信号,采用第一电压传感器采集电网中逆变器输出端的三相交流电压信号,并采集频率信号;采用第二电流传感器采集电网中断路器输出端的标准三相交流电流信号,采用第二电压传感器采集电网中断路器输出端的标准三相交流电压信号,并采集标准频率信号;\n[0063] 步骤2:将步骤1中所采集的信号发送至信号处理电路中进行滤波处理,并开启多路转换器,对信号进行A/D转换;\n[0064] 步骤3:报警装置根据A/D转换后的直流电流信号、直流电压信号、三相电流信号、三相电压信号、频率信号、标准三相电流信号、标准三相电压信号和标准频率信号八个数据,计算获得功率因数、电压偏差、电压波动、三相不平衡度、频率偏差和电压畸变率六个因素,并判断上述六个因素是否在设定范围内(功率因数范围为-0,95~0,95;电压偏差在﹣10%~7%;电压波动小于等于3%;三相不平衡度小于等于2%;频率偏差范围为-0.5~\n0.2Hz;电压畸变率小于等于5%),若全部在范围内,则执行步骤5,否则执行步骤4;若报警器发生故障,则由DSP处理中心模块发送至调度中心做出是否并网的判断;\n[0065] 计算有功功率P,功率因数α:\n[0066] \n[0067] \n[0068] 其中,U为交流线电压;I为交流线电流;α为相角;\n[0069] 计算电压偏差ΔU:\n[0070] \n[0071] 其中,UN为标准交流线电压;\n[0072] 计算电压波动ΔV:\n[0073] \n[0074] 其中,Umax为交流线电压中最大值;Umin为交流线电压中最小值;\n[0075] 计算三相不平衡度εu:\n[0076] \n[0077] 其中,\n[0078] \n[0079] UaUbUc分别为A、B、C相的线电压;\n[0080] 计算频率偏差Δf:\n[0081] Δf=f-f1 (6)\n[0082] 其中,f为交流频率;f1为标准交流频率;\n[0083] 计算电压畸变率UTHD:\n[0084] \n[0085] 其中,U1为对交流线电压U傅里叶分解的基波分量;Un为对交流线电压U傅里叶分解的第n次分量。\n[0086] 步骤4:报警器装置发送信号控制断路器,将该新能源发电机组与电网断开,并报警;\n[0087] 步骤5:DSP处理中心模块根据报警装置所计算的六个因素、单位电价、发电机组到电网的传输距离、环境影响值和重要性系数计算发电系统的综合评定结果,对所有信号及分析结果进行储存;\n[0088] 计算综合评定结果公式如下:\n[0089] \n[0090] 其中:F为综合评定结果;\n[0091] X=[C,L,E]=[0.5,2,2.67];C为单位电价;L为发电机组到电网的传输距离;E为对环境的影响值, W1为发电项目建成前该地区环境污染指数,W2为发电\n项目建成后该地区环境污染指数。\n[0092] Y=[1/α,ΔV,ΔU,Δf,εu,UTHD]=[1.04,0.03,0.04,0.02,0.01,0.05],[0093] μ=[μ1,μ2,μ3],β=[β1,β2,β3,β4,β5,β6]\n[0094] 其中,μ1为C的重要性系数;μ2为L的重要性系数;μ3为E的重要性系数;β1为1/α的重要性系数;β2为ΔV的重要性系数;β3为ΔU的重要性系数;β4为Δf的重要性系数;β5为εu的重要性系数;β6为UTHD的重要性系数;\n[0095] 本发明实施例中,Δf,α,UTHD,ΔV为一级指标,ΔU,εu为二级指标,C、L、E为三级指标,遵守β4≥β1≥β6≥β2≥β3≥β5,μ1≥μ2≥μ3;\n[0096] 所述μ矩阵和β矩阵的确定方式:如图14所示,\n[0097] 步骤5.1、采用AHP层次分析法确定在发电机组的评定过程中单位电价C、发电机组到电网的传输距离L和对环境的影响值E两两之间重要性的关系;\n[0098] 根据表1中的规则确定在检测综合评定结果F过程中各个量之间的重要性:单位电价相对于传输距离的重要性CC:L=2,单位电价相对于环境的影响的重要性CC:E=3,传输距离相对于环境的影响的重要性CL:E=2;\n[0099] 表1\n[0100] \n标度 含义\n1 表示两个因素相比,具有同样重要性\n3 表示两个因素相比,一个因素比另一个因素稍微重要\n5 表示两个因素相比,一个因素比另一个因素明显重要\n7 表示两个因素相比,一个因素比另一个因素强烈重要\n9 表示两个因素相比,一个因素比另一个因素极端重要\n2,4,6,8 上述两相邻判断的中值\n倒数 因素i与j比较的判断aij,则因素j与i比较的判断aji=1/aij\n[0101] 步骤5.2、并根据上述三者两两间重要性关系建立三行三列矩阵;\n[0102] \n[0103] 步骤5.3、确定所述的六个因素两两之间重要性的关系;\n[0104] 频率偏差相对于功率因数倒数的重要性CΔf:1/α=3,频率偏差相对于电压波动的重要性CΔf:ΔV=4,频率偏差相对于电压偏差的重要性CΔf:ΔU=5,频率偏差相对于三相不平衡度的重要性 频率偏差相对于电压畸变率的重要性 功率因数倒\n数相对于电压畸变率的重要性 功率因数倒数相对于电压波动的重要性C1/\nα:ΔV=2,功率因数倒数相对于电压偏差的重要性C1/α:ΔU=3,功率因数倒数相对于三相不平衡度的重要性 电压波动相对于电压偏差的重要性CΔV:ΔU=2,电压波动相对于三相不平衡度的重要性 电压偏差相对于三相不平衡度的重要性\n[0105] 步骤5.4、并根据上述六者两两间重要性关系建立六行六列矩阵;\n[0106] \n[0107] 步骤5.5、求解上述两个矩阵的最大特征根的特征向量,即获得μ矩阵和β矩阵。\n[0108] 求两矩阵最大特征根的特征向量,\n[0109] 得[0.8468,0.4660,0.2565]和[0.3557,0.2146,0.1343,0.8216,0.0888,0.3557];\n[0110] 考虑到每级指标重要性问题,令\n[0111] μ=[μ1,μ2,μ3]=1/10[0.8468,0.4660,0.2565]=[0.0847,0.0466,0.0257][0112] β=[β1,β2,β3,β4,β5,β6]=[0.3557,0.2146,0.1343,0.8216,0.0888,0.3557];\n[0113] 取 n=1,\n[0114] 即该系统F值为;0.6210。\n[0115] 步骤6:显示及打印模块显示信号性能数据和柱状图,并打印数据表格及判断结果;\n[0116] 所述显示及打印模块包括液晶显示器和打印机,与DSP处理中心相连,显示器用于显示信号各种性能参数历史数据,打印机以表格的形式打印出分析结果和新能源并网申请书;\n[0117] 打印机打印新能源并网申请书,主要内容包括:\n[0118] 1)新能源发电类型、主管单位、机组性质;\n[0119] 2)单位电价、传输距离、环境影响值;\n[0120] 3)三相交流电压、三相交流电流、有功功率、功率因数;\n[0121] 4)电压偏差、电压波动、三相电压不平衡度、频率偏差、电压谐波畸变率;\n[0122] 5)综合参数、是否允许并网;\n[0123] 6)审批意见。\n[0124] 步骤7:通信模块与调度中心进行远程通信,汇报结果;\n[0125] 步骤8:若综合评定结果小于历史记录评定结果,则调度中心发出替换新能源发电机组进行的指令;\n[0126] 所述新能源发电系统的替换具体方法为密度类比法,用计算机编程实现,将F类比于物理中的密度,将电网所需总电量Q类比成固定容积的体积V,用以实现如下功能:符合并网条件的新能源发电系统至各系统发电量总和 并将各系统名称按F值排列,F值大的在下,F值小的在上,若出现新的发电系统,F值比原有最大F值小,则F值最大的系统从下方渗出,新系统从上方加入依旧按F值排列,直至 即V装满,可保证接入电网的始终是性能最好的新能源发电系统;\n[0127] 具体步骤为:如图15所示,\n[0128] 步骤8.1:输入新的发电系统名称及综合评定参数F;\n[0129] 步骤8.2:判断F是否小于现有系统F的最大值,若是则执行步骤8.3,否则,执行步骤8.5;\n[0130] 步骤8.3:用此发电系统代替F值最大的发电系统;\n[0131] 步骤8.4:判断此时总发电量是否满足电网需要,若是则执行步骤8.5,否则执行步骤8.1;\n[0132] 步骤8.5:结束。\n[0133] 步骤9:接其他新能源发电机组,重复步骤1~8。\n[0134] 该系统对多个新能源发电机组进行检测,根据每个发电机组的评分高低,选择更适合并网应用的发电机组。