一种灵活可靠的太阳能光伏发电防逆流实现方法

肖铁航

摘 要:本文是基于POWERSA防逆流装置,详细介绍防逆流的实现方法,并结合典型的太阳能光伏发电系统实例讲述防逆流逻辑。

关键词:太阳能发电系统电网防逆流

中图分类号:TM6 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0001-02

为了实现能源和环境的可持续发展,世界各国均将太阳能光伏发电做为新能源与可再生能源的发展重点。太阳能发光伏电系统主要分为独立发电系统和并网发电系统两大类。在并网发电系统中为了防止光伏发电系统把剩余电能送入电网,对电网造成影响,一般都需要在并网发电系统中设置防逆流装置。常用的防逆流装置是由PLC设备,根据现场的工作情况,编辑逻辑来实现。对于每种不同的太阳能发电系统,都需要重新编辑逻辑,工作量大且不够灵活。本文介绍的是一种灵活可靠,能够适应各种太阳能发电系统的防逆流方法。

1防逆流原理

在防逆流系统中,主要分为光伏发电和低压侧母线供电两大部分,用户负载由这两个发电系统共同供电。防逆流系统不停检测低压侧母线功率以及各个光伏发电系统的发电功率,当低压侧母线功率大于投入阀值,运用一定的逻辑判断,投入光伏发电系统的部分开关;当低压侧母线功率小于分断阀值时,断开光伏发电系统的部分开关,防止电流流向电网。

2防逆流模型

在POWERSA防逆流装置中把并网发电太阳能系统抽象为一个配变低压供电回路和至少一个光伏发电供电回路,光伏发电供电回路通过一个控制开关来选择是否要接入电网中。一个配变低压供电回路和一组光伏发电回路的组合称为一种运行模式。运行模式由低压并网断路器开关状态和母联开关状态决定。每种运行模式下,防逆流逻辑判断的处理方法都是一样的。这样简化了整个并网发电太阳能系统的防逆流逻辑,同时也提高系统的可靠性。无论何种并网发电太阳能系统,按上面的原则,都可把系统分为N个独立的运行模式,即把复杂的大系统,分成多个简单的小系统。

在一种运行模式中,有且仅有一个低压并网回路和至少一个光伏发电子回路。

3 命名规则

为了实现防逆流逻辑判断,必须采集配变低压侧的功率、配变低压侧的接入开关状态、光伏发电子系统的功率、光伏发电子系统的接入开关状态等。POWERSA防逆流装置通过RS485总线与逆流监测仪表通讯,读取以上实时量,保存在数据库里。为了方便配置、描述说明和逻辑统一处理,我们规定了各种采集量点的描述,对于配变低压侧的所有量,我们命名为Q#n;对于光伏系统,我们命名为F#n。命名规则如以下几点。

(1)功率点。

太阳能发电系统实测有功功率:P,数据库点描述F#n_P。

太阳能发电系统额定有功功率:Prate,数据库点描述F#n_Prate。

太阳能发电系统预测发电功率:Prad,数据库点描述F#n_Prad,通过辐照度、板面积、转化效率算出来的发电功率。

配变低压侧实测有功功率:P,数据库点描述Q#n_P,即当前电网实际消耗的有功功率。

配变低压侧并网投入阈值:Pth,数据库点描述Q#n_Pth,即达到投入光伏发电系统时配变低压侧所需的最小功率,电网消耗的功率要大于此值才能投入光伏回路。

配变低压侧并网分断阈值:Ptf,数据库点描述Q#n_Ptf,即达到断开光伏发电系统时配变低压侧所需的功率,电网消耗的功率小于此值要断开光伏回路。

(2)状态点。

太阳能功率点断路器开关状态:K,数据库点描述F#n_K。

配变低压侧并网店断路器开关状态:K,数据库点描述Q#n_K。

配变低压侧并网店母连断路器开光状态:Km,,数据库点描述Q#n_Km。

(3)控制点。

太阳能功率点断路器分:Df,数据库点描述F#n_Df。

太阳能功率点断路器合:Dh,数据库点描述F#n_Dh。

4逻辑判断

逻辑判断分为分断逻辑和投入逻辑,根据低压并网点实际功率和光伏子系统实际功率,结合投入和分断的阀值来进行判断。下面分别说明这两种逻辑的实现方法。

4.1 分断逻辑

当低压进线的功率小于分断阀值时,启动分断逻辑。分断时按低压母线进线功率与光伏回路功率之和大于分断阀值原则。

当低压进线投入,光伏回路中有一回路投入时,切断当前唯一回路。

当低压进线投入,光伏回路中有多回路投入时,先找满足条件而功率最小的光伏回路切断,保证太阳能的最大利用效率。如果切断最大功率回路都不能满足,就可能要切断两个以上的回路。这时先切断次大功率回路,保证太阳能的最大利用效率。

4.2 投入逻辑

当低压进线的功率大于投入阀值时,启动投入逻辑。投入时按低压母线进线功率减预测功率的差值大于分断阀值原则,否则会导致系统频繁投入和分断。预测功率分为使用辐照仪和不使用辐照仪,所以投入逻辑分为两种。

(1)不使用辐照仪逻辑。

当低压进线投入,所有光伏回路断开时,低压进线的功率(Q#n_P)大于投入阀值时,根据的低压进线当前功率Q#n_P*0.4来选择投入光伏回路中功率相近的回路。

当低压进线投入,光伏回路中有一路投入时,光伏回路的当前功率(F#n_P)除以额定功率,得出系数。然后根据低压进线当前功率(Q#n_P)*系数来选择投入光伏回路中功率相近的回路。

(2)使用辐照仪逻辑。

使用辐照仪系统的投退根据辐照仪的辐照强度而形成的预测功率来选择子系统的投退。

如投入的定值设为1200W,断开的定值设为1000W。

第一光伏回路:光伏强度为10,转化效率为0.6,太阳能板面积为50m2,预测功率(F#n_Prad)为10×0.6×50=300。

第二光伏回路:光伏强度为10,转化效率为0.6,太阳能板面积为60m2,预测功率(F#n_Prad)为10×0.6×60=360。

第三光伏回路:光伏强度为10,转化效率为0.6,太阳能板面积为70m2,预测功率(F#n_Prad)为10×0.6×70=420。

第四光伏回路:光伏强度为10,转化效率为0.6,太阳能板面积为80m2,预测功率(F#n_Prad)为10×0.6×80=480。

当低压母线进线段的功率为1301W时,投入第一回路。线段的功率为1361W时,投入第二回路。

当低压母线进线段的功率为1421W时,投入第三回路。

当低压母线进线段的功率为1481W时,投入第四回路。

5结语

把一个太阳能发电系统分解成多个运行模式处理的防逆流方法,也就是把一个复杂系统的分解为多个简单子系统,简化了系统。并且每种运行模式的差别就在于光伏回路数的不同,逻辑判断方法完全一样,大大的简化了逻辑的处理,提高了系统可靠性。各种太阳能发电系统都可按照上面的防逆流模型,分解成多个运行模式,体现了它的灵活性。综上所述,POWERSA防逆流系统是一种灵活的防逆流系统。

参考文献

[1] 王长贵,王斯成．太阳能光伏发电实用技术[M]．北京:化学工业出版社,2005,6.

[2] 崔容强,赵春江,吴达成．并网型太阳能光伏发电系统[M]．北京:化学工业出版社,2007,7.

[3] 沈辉,曾祖勤．太阳能光伏发电技术[M]．北京:化学工业出版社,2005,8.