在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法制造方法及图纸

一种在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，主要步骤为：1、现场考察并记录台变低压侧的光伏发电安装容量、负荷功率及对应的光伏逆变器设备地址码、所在相序，以及相对台区变压器的排列顺序关系；2、分析电网的两种供电方式特点；3、计算电网向负荷供电时电压超标对应的负荷用电功率；4、计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率；5、计算最佳的电网电压等级和电网治理装置的最大配置容量；6、确定电网治理装置的安装数量及位置。

【技术实现步骤摘要】
在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法
本专利技术涉及一种在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法。
技术介绍
随着应用电力电子器件设备的大量应用，电网谐波急剧增加。在工业电网环境中，不同属性设备功率快速变化。国家出台一系列推动精准扶贫发展的政策后，新能源发电在农村地区出现爆发性增长，给脆弱的电网-农网带来了严重的电能质量超标问题。由于农村配电网供电能力较弱，线路阻抗大，基本以单相负荷为主，用电负荷分布不均。尤其在只有电网供电时，用电高峰期呈现严重的三相不平衡状态，造成某个单相电压过低、谐波增大。由此，区域内分布式光伏发电面临高密度、多点接入光伏安装分布不均、潮流复杂的问题，这将造成区域配电网波动、电压抬高、三相不平衡，以及谐波电流增大，极易造成配电设施和用户设备损坏。为了满足电网末端指标及供电要求，一般采取调整变压器分接头使输出电压升高的措施。但现由于分布式光伏的接入，影响了原配电网中的潮流分布，甚至还可能改变配电网中的潮流方向，而且居民用户的负荷特性与光伏发电特性不一致，白天光照充足，但用户用电量少，负荷轻，分布式光伏发电无法就地消纳，在变压器的分接头被调高的情况下，光伏发电会使电网电压进一步升高，导致部分节点电压超出国家电网的电压标准上限，影响配电网中原有继电保护装置的正常运行，致使光伏逆变器自保护停机，造成大量的“弃光”现象，光伏逆变器发不出电。有些光伏逆变器商家以盈利为目的，不顾及电网质量问题，不依据电网功率平衡输出特性安装光伏，在电压超标的基础上强行发电，造成电网谐波、电压严重超标，单相电压已接近300V(国家标准为220V±10％)，给电网带来灾难性的损坏，同时伴随部分家电被烧坏，使得国家精准扶贫政策形同虚设，给国家、个人带来了极大的经济损失，而且给利国利民的光伏发电带来了负面的影响。国家针对此问题以农网末端治理和光伏发电最大化为控制目标，投入大量人力、财力进行专项课题研究，推出一种新型电网治理装置与电网电压调整相互配合的控制方法。但是由于前期对于电网性能、用电负荷、安装光伏发电容量、用电习性等没有有效的综合评估方法，为确定电网电压调整等级及新型电网治理装置的安装数量、位置、容量和功率等设计带来困难。而若采用安装同步测量装置对电网多点进行测量，成本较高，在农网中推广较为困难。因此，利用电网中现有安装的设备，对电网性能的综合评估方法是当前最有效的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服电网末端由于光伏单元接入带来的电网质量下降、发电电量不能达到预期等问题，提出一种在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法。本专利技术通过电网特性检测分析，对电网治理装置的安装提出建议。应用本专利技术的在线光伏发电系统的由测控系统和M台光伏逆变器组成，其中M为整数，M≥1。所述的M台光伏逆变器分安装在变压器低压侧三相线路的光伏发电单元中。光伏逆变器与测控系统可实现数据通讯。测控系统位于配电网变压器低压侧的输出端，通过有线或无线网络读取台区内三相线路的光伏逆变器数据。所述的光伏逆变器可通过有线或无线网络通讯等方式将电流、电压、功率、电量、功率因数等电气信息传输到所述的测控系统中。测控系统由多功能表、有线无线通讯接口、显示终端及数据分析控制器组成。其中多功能表为变压器低压侧三相电气测量仪表。数据分析控制器读取多功能表的数据和M台光伏逆变器的数据，并进行分析。显示终端可手动录入存储M台光伏逆变器安装点的地理坐标、光伏安装容量、基本负荷特性和电网每段线路长度及阻抗，实时显示采集的数据、分析结果。本专利技术电网治理装置配置方法的步骤如下：步骤一，记录光伏发电机组台区的光伏发电机组信息，包括光伏发电机组安装地点、装机容量、负荷功率及对应的光伏逆变器设备地址码、所在相序及相对台区变压器的排列顺序关系；步骤二，分析电网两种供电方式的特点；步骤三，计算电网向负荷供电时电压超标对应的负荷用电功率；步骤四，计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率；步骤五，计算最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置容量；步骤六，确定电网治理装置的安装数量及位置。各步骤具体如下：步骤一，依据M台光伏逆变器地点记录当前位置的GPS定位坐标、光伏发电安装地点，装机容量、负荷容量和属性。并确定所安装的M台光伏逆变器的设备地址码、所在相序及相对台区变压器的排列顺序关系，手工录入测控系统中。测控系统在线实时读取光伏逆变器所有数据、误差修正，并将实时采集到的数据与历史同时刻的数据比对，依据数据分析需要分别进行求和、求平均、最大值和最小值计算。所述的数据和计算结果保存在测控系统中，用于电网治理装置的配置分析。步骤二，分析电网供电特点：测控系统读取每台光伏逆变器的电压，若读取到的电压呈递减分布，U1≥U2≥…≥Um，则确定为电网向负荷供电，若读取到的电压呈递增分布U1≤U2≤…≤Um，则确定为光伏向电网馈电。其中，U1为第一台光伏逆变器采集的电压，U2为第二台光伏逆变器的采集电压，…，Um为第M台光伏逆变器的采集电压。步骤三，电网向负荷供电时，读取电网末端第M台光伏逆变器采集的最低电压数据，并推算出当电网电压下调5％、10％时的电压值。再将国标电压下限值Ugb_min与所有光伏逆变器采集的电压数据进行比较，确定当前引起电压超标的第S光伏逆变器的位置，并推算得到当电网电压下调5％、10％时的第S5％、S10％光伏逆变器的位置，依据此位置计算出引起电压超标对应的负荷用电功率Ps_m、Ps_m5％、Ps_m10％。其中，Ugb_min为国家电压标准范围的下限值198V；S、S5％、S10％分别为M台光伏逆变器中的一台；Us、Us_5％、Us_10％分别为第S、S5％、S10％台光伏逆变器采集的电压。Ps_m、Ps_m5％、Ps_m10％分别为从第S、S5％、S10％台光伏逆变器处用户负荷功率至最末端第M台光伏逆变器处用户负荷功率之和。具体为：1、计算电网向负荷供电时超标电压对应的负荷用电功率；当读取到的光伏逆变器电压呈递减分布：U1≥U2≥…≥Um时，为电网向负荷供电，在此情况下，(1)读取线路末端的最低电压，计算当电网电压下调5％、10％时的电网末端电压值。测控系统通过计算得到线路最末端第M台光伏逆变器采集的最低电压Um在电网电压下调5％和10％后的值，即：Um_5％＝Um(1-5％)Um_10％＝Um(1-10％)其中，Um为线路最末端第M台光伏逆变采集的最低电压，Um_5％为将电网电压下调5％时的线路最末端的电压值，Um_10％为将电网电压下调10％时的线路最末端的电压值。(2)确定当前引起电压超标和电网电压下调5％、10％后引起电压超标的光伏逆变器S、S5％、S10％的位置；测控系统将读取到的所有光伏逆变器的电压分别与国标下限电压Ugb_min进行比较，当判断到第S台光伏逆变器采集的电压近似或等于国标下限电压Ugb_min，即Us≈Ugb_min时，测控系统将从第S台光伏逆变器处至线路末端间的所有负荷功率求和，得到引起电压超标的负荷功率Ps_m，即：其中，i为光伏逆变器，为1～M的整数，S为M台光伏逆变器中的一台。由于电网电压下调5％，电网末端电压Um同步下调到Um_5％后该线路超标电压点同步改变为：当判断到第S5％台光伏逆变器采集的电压近似或等于Us_5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，所述的在线光伏发电系统的由测控装置和M台光伏逆变器组成，其中M为整数，M≥1；所述的M台光伏逆变器安装在台区内三相线路的光伏发电单元中；光伏逆变器与测控系统实现数据通讯；测控系统位于配电网变压器低压侧的输出端，读取台区内三相线路的光伏逆变器的数据，其特征在于，所述的控制方法步骤如下：步骤一，现场记录台区下的光伏发电安装容量、负荷功率以及对应的光伏逆变器设备地址码、所在相序及相对台区变压器的排列顺序关系；步骤二，分析电网供电方式的特点；步骤三，计算电网向负荷供电时电压超标对应的负荷用电功率；步骤四，计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率；步骤五，计算最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置容量；步骤六，确定电网治理装置的安装数量及位置。

【技术特征摘要】
1.一种在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，所述的在线光伏发电系统的由测控装置和M台光伏逆变器组成，其中M为整数，M≥1；所述的M台光伏逆变器安装在台区内三相线路的光伏发电单元中；光伏逆变器与测控系统实现数据通讯；测控系统位于配电网变压器低压侧的输出端，读取台区内三相线路的光伏逆变器的数据，其特征在于，所述的控制方法步骤如下：步骤一，现场记录台区下的光伏发电安装容量、负荷功率以及对应的光伏逆变器设备地址码、所在相序及相对台区变压器的排列顺序关系；步骤二，分析电网供电方式的特点；步骤三，计算电网向负荷供电时电压超标对应的负荷用电功率；步骤四，计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率；步骤五，计算最佳的电网电压等级和电网治理装置最大配置容量；步骤六，确定电网治理装置的安装数量及位置。2.按照权利要求1所述的在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，其特征在于，所述的步骤一中，依据M台光伏逆变器的安装地点记录下当前位置的GPS定位坐标、光伏发电安装容量、负荷功率和属性，并确定所安装的M台光伏逆变器的设备地址码、所在相序及相对台区变压器的排列顺序关系，手工录入到测控系统中；测控系统在线实时读取光伏逆变器的所有数据，将实时采集到的光伏逆变器的数据与历史同时刻的数据比对，分别进行求和、求平均、最大值和最小值计算，并保存在测控系统中，用于电网治理装置的配置分析。3.按照权利要求1所述的在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，其特征在于，所述的步骤二中，测控系统读取每台光伏逆变器的电压，若读取到的电压呈递减分布：U1≥U2≥…≥Um，则确定为电网向负荷供电，若读取到的电压呈递增分布：U1≤U2≤…≤Um，则确定为光伏向电网馈电；其中，U1为第一台光伏逆变器采集的电压，U2为第二台光伏逆变器采集的电压，…，Um为第M台光伏逆变器采集的电压。4.按照权利要求1所述的在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，其特征在于，所述的步骤三中，电网向负荷供电时，读取电网末端第M台光伏逆变器采集的最低电压数据，并推算出当电网电压下调5％、10％时的电压值。再将国标电压下限值Ugb_min与所有光伏逆变器采集的电压数据进行比较，确定当前引起电压超标的第S台光伏逆变器的位置，并推算得到当电网电压下调5％、10％时的第S5％、S10％台光伏逆变器的位置，依据此位置计算出引起电压超标对应的负荷用电功率Ps_m、Ps_m5％、Ps_m10％；其中，Ugb_min为国家电压标准范围的下限值198V；S、S5％、S10％分别为M台光伏逆变器中的一台；Us、Us_5％、Us_10％分别为第S、S5％、S10％台光伏逆变器采集的电压；Ps_m、Ps_m5％、Ps_m10％分别为从第S、S5％、S10％台光伏逆变器处用户负荷功率至最末端第M台光伏逆变器处用户负荷功率之和。5.按照权利要求4所述的在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，其特征在于，所述的电网向负荷供电时，计算电网向负荷供电时超标电压对应的负荷用电功率的方法如下：(1)读取线路末端最低电压，计算当电网电压下调5％、10％时的电网末端电压值；测控系统通过计算得到线路最末端第M台光伏逆变器采集的最低电压Um在电网电压下调5％和10％后的值，即：Um_5％＝Um(1-5％)Um_10％＝Um(1-10％)其中，Um为线路最末端第M台光伏逆变采集的最低电压，Um_5％为电网电压下调5％时的线路最末端的电压值，Um_10％为电网电压下调10％时的线路最末端的电压值；(2)确定当前引起电压超标和电网电压下调5％、10％后引起电压超标的光伏逆变器S、S5％、S10％的位置；测控系统将读取到的所有光伏逆变器的电压分别与国标下限电压Ugb_min进行比较，当判断到第S台光伏逆变器采集的电压近似或等于国标下限电压Ugb_min，即Us≈Ugb_min时，测控系统将从第S台光伏逆变器处至线路末端之间的所有负荷功率求和，得到引起电压超标的负荷功率Ps_m，即：其中，i为1～M的整数，S为M台光伏逆变器中的一台；由于电网电压下调5％，电网末端电压Um同步下调到Um_5％后该线路超标电压点同步改变为：当判断到第S5％台光伏逆变器采集的电压近似或等于Us_5％时，测控系统将从第S5％台光伏逆变器处至线路末端间的所有负荷功率求和，得到引起电压超标的负荷功率Ps_m5％，即：其中，i为光伏逆变器，为1～M的整数，S5％为M台光伏逆变器中的一台；由于电网电压下调10％，电网末端电压Um同步下调到Um_10％后该线路超标电压点同步改变为：当判断到第S10％台光伏逆变器采集的电压，近似或等于Us_10％时，测控系统将从第S10％台光伏逆变器处至线路末端间的所有负荷功率求和，得到引起电压超标的负荷功率Ps_m10％，即：其中，i为光伏逆变器，为1～M的整数，S10％为1～M台光伏逆变器中的一台；由于电网电压下调10％，电网末端电压Um同步下调到Um_10％后该线路超标电压点同步改变为：当判断到第S10％台光伏逆变器采集的电压，近似或等于Us_10％时，测控系统将从第S10％台光伏逆变器处至线路末端间的所有负荷功率求和，得到引起电压超标的负荷功率Ps_m10％，即：其中，i为光伏逆变器，为1～M的整数，S10％为M台光伏逆变器中的一台。6.按照权利要求1所述的在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，其特征在于，所述的步骤四中，光伏发电向电网馈电时，测控系统利用其多功能表采集的功率、第M台光伏逆变器采集的电压数据和该线路光伏发电单元总的装机额定功率Przm，计算出在总装机额定功率Przm下的第M台光伏逆变器的电压Urm，依据此电压与第M台光伏逆变器采集的电压做差值计算，得到总装机额定功率Przm下的某台光伏逆变器的电压与该台光伏逆变器采集的电压之差ΔUrm，通过国标上限电压Ugb_max与总装机额定功率Przm下的某台光伏逆变器的电压与该台光伏逆变器采集的电压之差ΔUrm做差值计算，得到在总装机额定功率输出时的超标电压值Urs；依据此超标电压值Urs，确定第S台光伏逆变器的位置，并检索从第S台光伏逆变器到电网末端的光伏装机额定功率Pm_s；同时依据此超标电压值Urs，计算出在总装机额定功率输出时，电网电压下调5％、10％时对应的超标电压值Us_5％、Us_10％，确定对应的第S5％、S10％台光伏逆变器的位置，并检索从第S5％、S10％台光伏逆变器到电网末端的光伏装机额定功率Pm5％_s、Pm10％_s；其中，r为该线路阻抗；Pz为当前测得该线路总输出功率；Przm为该线路的总光伏装机额定功率；Um为当前测得该线路最末端第M台光伏逆变器的电压；Urm为所有光伏单元均以额定功率发电时，第M台光伏逆变器的电压。7.按照权利要求6所述的在线光伏发电系统的电网治理装置的配置方法，其特征在于，计算光伏发电向电网馈电时电压超标对应的光伏发电功率的方法如下：当读取到的光伏逆变器电压呈递增分布U1≤U2≤…≤Um时，则是由光伏发电向电网馈电；测控系统将该线路上的所有光伏发电机组装机额定功率PPV求和，得到该线路总的光伏装机额定功率Przm：其中，i为1～M的整数。测控系统在负荷最小时刻读取第M台光伏逆变器电压Um，在不考虑线损、线路感抗和负荷的条件下，计算出在所有光伏单元均以额定功率发电时，第M台光伏逆变器的电压Urm：其中，r为该线路阻抗；Pz为当前测得该线路总输出功率；Przm为该线路的总光伏装机额定功率；Um为当前测得该线路最末端光伏逆变器M的电压；Urm为计算得到的所有光伏单元均以额定功率发电时，第M台光伏逆变器的电压；在此情况下，(1)分别计算当电网电压下调5％、10％，所有光伏单元均以额定功率发电时，线路最末端的第M台光伏逆变器的电压值；测控系统分别计算当电网电压下调5％和10％，且在该线路上所有光伏发电单元均以额定功率发电时，第M台光伏逆变器的电压计算值Urm：Um_5％＝Urm(1-5％)Um_10％＝Urm(1-10％)其中，Urm为在该线路所有光伏单元均以额定功率输出时第M台光伏逆变器的电压，Um_5％为当电网电压下调5％时的第M台光伏逆变器的电压，Um_10％为当电网电压下调10％时的第M台光伏逆变器的电压；(2)确定在该线路所有光伏单元均以额定功率输出时，引起电压超标和电网电压下调5％、10％后引起电压超标的光伏逆变器S、S5％、S10％的位置；将总装机额定功率输出时第M台光伏逆变器的电压Urm与第M台光伏逆变器采集的电压Um做差值计算，得到ΔUrm：ΔUrm＝Urm-Um通过国标上限电压Ugb_max与ΔUrm做差值计算，得到在总装机额定功率输出时的超标电压值Urs：Urs＝Ugb_max-ΔUrm将测控系统读到的所有光伏逆变器的电压值，分别与超标电压值Urs比较，当判断到第S台光伏逆变器采集的电压近似或等于超标电压值Urs时，测控系统检索从第S台光伏逆变器到电网末端的光伏装机额定功...

【专利技术属性】
技术研发人员：高娴，王哲，雷鸣宇，王一波，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11