光伏发电系统监控系统.doc

一, 光伏发电系统监控系统光伏监控系统是统筹光伏系统的太阳能光伏阵列和铅酸蓄电池模块（储能单元）的关键，也是整个光伏系统的智能核心。它不仅控制整个系统的工作状态，包括太阳能光伏阵列工作状态和蓄电池充放电的工作状态，还为系统的可靠运行提供保障，同时建立必要的人机通讯，也为多个光伏系统之间的通讯和管理提供接口，控制较为复杂。1.1太阳能发电系统控制所涉及的主要技术问题 蓄电池的充放电过程控制有非常明确的技术要求,一般地,充电过程包括主充电、均衡充电和浮充三个阶段,每个阶段中,对电压和电流的值都有严格的技术规定,在放电过程中,为防止出现过放电损坏电池,也有放电终止电压的要求,并且,这些技术要求的数值都要进行温度补偿,放电终止电压的值也随放电电流的大小而变化。 太阳能供电系统全部为浮充供电方式,其特点:一是相对负载来说电池容量很大,电池放电电流小、放电率低,在光照充足时容易发生过充而损害电池;二是太阳能发电在时间上随昼夜轮回和阴晴变化呈阶段性特点,并且光照强度和光照时间的变化无法掌握,难以每次都完成完整的三阶段充电过程;三是当遇长时间连续无光照的情况,由蓄电池连续独立放电为设备提供电源供应,此时容易发生过放电。 根据蓄电池的技术特性和太阳能供电系统的特点,实现系统的智能化控制主要应考虑以下几点: 一是充电控制。太阳能板的发电能力有限,发电时间随光照的变化也呈阶段性,要实现严格规范的充电控制十分困难,因此只能采取极限值限定的方法控制其充电过程。即根据电池当前电压确定充电过程应处的阶段,在主充电阶段限制充电电流,不得超过0.15C(C为电池容量),这样可以在确保不损害电池的前提下尽可能最高效率地储存电能;在均充和浮充两个阶段,则限定充电电压,使电池既得到充分的电能存储,又防止过充电。 二是放电控制。在光照不足设备单独依靠电池放电工作时,随时监测放电电流和电池电压,根据实际放电电流科学地设定放电终止电压。 三是负载管理。当电池深度放电至接近所设定的放电终止电压时,要自动切断大负载,及时对电池进行有效的保护,当天气恢复光照后,自动恢复所有设备的正常运行。 1.2 太阳能供电系统智能监控的实现方案 系统采用模块化结构,太阳能板通过充电器、供电开关、电流传感器为蓄电池组充电,蓄电池通过电流传感器和供电开关输出电能为负载供电。 电池巡检仪完成蓄电池组的检测,它检测每一节电池的电压、电池周围的环境温度和电池的充、放电电流,并将检测结果通过串行通信接口传输到智能控制单元。 智能控制单元是整个系统控制的中心,它通过数据通信线路从电池巡检仪读取电池的电压、电流以及环境温度,对这些数据进行技术分析,据此对充电和放电过程进行科学合理的控制,并在必要时关闭大负载,保护蓄电池,同时它还通过数据通信单元完成远程数据通信。 人机界面是操作人员进行系统设置与控制的界面,智能控制单元根据所进行的技术参数设置和相关技术规则对运行过程进行判断和控制。 对蓄电池的充电在太阳能板获得光照的条件下进行,受智能控制单元的严格控制。 供电开关完成蓄电池组电力输出的开关控制,当蓄电池放电接近放电终止电压时,根据智能控制单元的指令断开主要的负载,防止蓄电池因过放电造成损坏。 1.3 主要技术参数 由于不同公司蓄电池的充电特性、温度补偿系数值不同,因此,系统开始工作前或在更换新的蓄电池时,要通过人机界面输入系统蓄电池的所有与充、放有关的技术参数,其主要包括: 1)电池容量(C); 2)标称均充电压(VE):25时的均充电压; 3)标称浮充电压(VF):25时的浮充电压; 4)标称终止电压(VS):25时,针对0.1C10放电率放电的终止电压; 5)标称最大充电电流(ICM):25时的最大充电电流值; 6)温度补偿系数(TC)。 1.4 软件流程 通过硬件的连接构成系统后,智能控制单元根据有关技术规则和对蓄电池电压以及电流和温度的监测结果通过软件控制系统运行。 控制软件从总体上包括三个大部分,一是监测,主要是与电池巡检仪之间通过数据通信读取检测数据,并进行判断,给出判断结果,必要时发出告警;二是充放电控制部分,在充电过程中,判断电池当前所处的充电阶段,并根据有关规则调整充电器的输出电压和电流,及时实现各阶段的转换,既最大效率地存储电能,同时又防止因为过充电损伤电池;三是远程通信部分,通信方式采取短消息和GPRS均可,通过远程数据通信实现系统的远程监测和控制。2 充电控制部分的程序流程。 1)充电的阶段转换程序 蓄电池独立放电供设备工作后。当光照再次出现时,太阳能板重新供出电能,于是便开始了新一轮充电过程,开始时系统首先判断电池电压,如果电压低于均衡充电电压,则进入主充电阶段,此时灯器不发光,工作电流不大,充电器以大电流为电池充电;一旦电池电压达到均衡充电电压,则转入均衡充电阶段,智能控制单元控制充电器以均衡充电电压VE对蓄电池进行均衡充电;当均衡充电时间到了以后,则转入浮充充电阶段,充电器将充电电压调整到浮充电压VF。 2)主充电过程控制流程 主充电的原则是在充电电流不超过蓄电池最大充电电流的前提下,控制充电器以尽可能大的电流向蓄电池充电,因此,在充电过程中,随时判断充电电流,只要充电电流不大于最大充电电流,则使充电电流尽可能增大;同时判断电池电压,当充电使电池电压达到均衡充电电压后,则转入均衡充电。 3)均衡充电和浮充过程的控制 系统进入均衡充电后,要保持均衡充电到预定的时间后,才转入浮充充电,因此,在均衡充电过程中,主要是对均衡充电进行计时,计时时间到了以后,要转入浮充阶段。 在浮充过程中,只要太阳能有电能输出,系统就一直保持浮充,直至太阳能供电结束。 二, 太阳能光伏电站并网逆变电源系统 主要功能是将太阳能电池发出的直流电逆变成三相交流电送入电网.并解决并网逆变中的最大转换效率、谐波干扰、保护等问题. 控制部分主要是控制功率部分产生与电网同相位的电压,并跟踪实际输出功率,使电源的输出功率与太阳能电池的最大输出功率相等. 控制部分核心主要是通过DSP多通道高速ADC采样分别监测电网电压、太阳能电池端电压、太阳能电池输出电流、直流调压输出电压.同时,DSP产生用于调压和换向的开关管动作,产生正弦波输出. 可通过本地控制面板控制,同时提供基于RS232接口的远程控制. 1.系统保护描述 a)并网保护 光伏并网系统作为电力系统的一部分需要接入保护装置,一方面对光伏发电系统保护,防止孤岛效应等发生;另一方面需要安装继电保护装置,防止线路事故或是功率失稳. 这些保护功能包括低电压保护、过电压保护、低频率保护、过频率保护、过电流保护和孤岛保护. b)孤岛问题 逆变器失去了并网赖以参考的电网系统电压,这种情况称之为孤岛效应.孤岛效应的产生可能会使电网的重新连接变得复杂,且会对电网中的元件产生危害. 该系统采用了被动式和主动式两种孤岛检测技术,保证可靠地检出孤岛现象,确保设备安全. 三 相关保护设备及附件1)旁路元件 当太阳能电池组件中某部分电池单元因遮光物形成阴影的时候，会使得该部分的电池不能发电，且这部分电池电阻升高。那么就会使得串联连接回路的电压全部加在这个单元上，当电流流过这个高电阻的单元上，会产生高温，引起里面的保护膜膨胀，甚至会损坏此单元的组件乃至整个电池组件。为了防止这种情况，要在构成太阳能阵列的每一个太阳能电池组件上都安装旁路元件，是高电抗的太阳能电池单元或者太阳能电池组件中流过的电流分流。2)防止逆流元件 首先，为了防止其他太阳能电池回路和蓄电池产生的电流逆流进该组件，在接线箱中安装防止逆流元件。其次，当夜间太阳能电池不发电的时间，它就会成为蓄电池的负载，蓄电池对其放