一种基于融合终端的光伏电站台区管理系统及其管理方法与流程

1.本发明属于电力管理设备领域，具体涉及一种基于融合终端的光伏电站台区管理方法及其管理方法。


背景技术：

2.能源是现代社会存在和发展的基石；随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着现有能源的不断消耗，各国的能源消费格局出现了一些新的变化，一方面，化石能源的稀缺性越来越明显。另一方面，人们对能源的环保性能提出越来越高的要求。因此寻找新能源成为当前人类面临的迫切的环保课题。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。
3.太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。地球接收来自太阳的辐射能，全球每年得到的太阳能相当于68万亿吨石油，其开发和利用有着极大的潜力。
4.太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏达原理把太阳能直接转化为电能的发电形式。太阳能光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、直流-交流逆变器和交流配电设备等组成。太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其利用半导体的光伏效应把光能直接转化为电能，送往蓄电池中存储起来。如果太阳能发电系统与交流电网并联运行(光伏并网发电)则太阳能光伏发电系统可以省去蓄电池的部分，太阳能控制器和直流-交流逆变器合二为一，发电系统的投资最省，成本下降，同时还可以减少蓄电池对环境造成的影响。所以太阳能并网发电系统分是今后光伏发电的主要形式。在这种趋势下，光伏开关应运而生。而对光伏开关的数据采集和控制在整个电力系统也是非常重要的。
5.然而在实际的应用场景中，光伏发电的功率及其不稳定，容易受到环境的影响，光伏电站发电能力的波动性较大，无法作为台区内主要能源供应。现有的含有分布式光伏电站的供电台区的电力管理系统需要解决电能质量监测、用能信息测量、电路的过载、短路保护，供电设备的防孤岛保护等各项工作任务。这需要管理人员对台区不同设备的运行状态进行实时管理，工作任务繁多，管理难度大。


技术实现要素：

6.为了解决现有分布式光伏电站管理系统中，多种监测和防护功能的设备之间独立运行，导致台区管理效率低，故障应对不及时等问题；本发明提供一种基于融合终端的光伏电站台区管理方法及其管理方法。
7.本发明采用以下技术方案实现：
8.一种基于融合终端的光伏电站台区管理系统，该管理系统用于管理安装有分布式光伏电站的供电台区的电能分配关系。其中，供电台区由发电侧、供电侧、用电侧和配电主
站构成。具体包括：供电侧的台区变压器、集中式储能装置和低压电网；发电侧的多个分布式的光伏发电单元，每个光伏发电单元由一套光伏发电板和逆变器构成。用电侧的用户使用的各种负载设备；用电侧与低压电网电连接。配电主站由远端管理中心的服务器构成。特别地，在本实发明的台区中，各个用户可能既是发电侧用户，也是用电侧的用户。
9.本发明提供的光伏电站台区管理系统包括：多个光伏开关，多个电能表，集中器，第一物联通信单元，第二物联通信单元，以及融合终端。
10.光伏开关采用具有智能漏电自动重合闸功能的断路器。光伏开关用于控制各个逆变器输出的电能传输到低压电网上的并网状态。
11.电能表安装在供电台区内各个电力用户的用电节点处，计量用户侧的用能信息。
12.集中器与供电台区内各个用电节点处的电能表通信连接，进而采集用电节点的用能信息。
13.第一物联通信单元用于在各个逆变器和融合终端之间实现通讯连接。第一物联通信单元将逆变器的状态参数发送给一个融合终端。
14.第二物联通信单元用于在各个光伏开关和融合终端之间实现通讯连接。第二物联通信单元将光伏开关的状态参数发送给融合终端，并向光伏开关下发由融合终端生成的一个切换指令。
15.融合终端用于对供电台区内的设备进行自主管理，并响应由配电主站下达的数据采集指令和设备管理指令。融合终端分别用于实现如下功能：获取集中器采集到的供电台区内所有电力用户的用能信息，生成台区内的负荷响应数据，并发送到配电主站。采集供电台区内所有逆变器的发电信息，生成台区内电力供应数据，并发送到配电主站。对低压电网上的并网电压和电流谐波进行评估，分析供电台区的电能质量信息，并发送到配电主站。根据台区的电能供求关系生成一个控制指令，切换集中式储能装置的充放电状态。根据主站对台区内孤岛效应的判定结果生成切换指令，驱动光伏开关切断供电台区内所有逆变器与低压电网之间的电连接状态。分析采集到的负荷响应数据和电力供应数据，进而在发电侧或供电侧出现过载或短路故障时，生成相应的切换指令，切断故障节点处的光伏发电单元与低压电网之间的电连接状态。
16.作为本发明进一步地改进，融合终端通过4g、5g移动通信或以太网的通讯方式与配电主站通信连接。融合终端通过rs485串行总线接口与集中式储能装置通信连接。融合终端与集中器之间采用以太网的通讯方式通信连接。
17.作为本发明进一步地改进，集中器采用电力载波通信的通讯方式与电能表通信连接。第一物联通信单元和第二物联通信单元均采用电力载波通信的通讯方式与融合终端通信连接。
18.作为本发明进一步地改进，第一物联通信单元通过rs485串行总线接口与逆变器通信连接。第二物联通信单元通过rs485串行总线接口与光伏开关通信连接。
19.作为本发明进一步地改进，在供电台区内，任意光伏开关对应的节点发生断闸事件时，融合终端会自动生成一个相应的告警状态，并将告警状态上报至配电主站。光伏开关在触发断闸的故障状态消除或接收到由智能融合终端下发的合闸切换指令时，自动恢复当前节点的合闸状态。
20.作为本发明进一步地改进，触发光伏开关发生断闸事件的故障状态包括：缺零、过
载、短路短延时、缺相、欠压、过压、接地、远程试验、按键试验、手动、短路瞬时、软遥控、硬遥控、谐波异常、三相不平衡、触头过温，以及反孤岛保护。
21.作为本发明进一步地改进，每个光伏发电单元中的逆变器均具有防孤岛保护功能，当逆变器根据并网母线频率和工频之间的关系判断当前节点存在孤岛效应时，则会在一个预设的时间周期内脱离电网，并生成一个孤岛保护告警状态通过第一物联通信单元发送到融合终端。融合终端将孤岛保护告警状态上报至配电主站。在一个预设周期内，当配电主站收到的某个供电台区的产生孤岛保护告警状态的节点数大于一个预设的安全阈值时，则判定当前供电台区出现停电事件，进而生成一个主动防孤岛指令发送给融合终端。融合终端接收到主动防孤岛指令时，驱动光伏开关切断供电台区内光伏发电单元的并网状态。
22.作为本发明进一步地改进，当运维管理人员需要对台区的进行全域检修或对某一分支线路进行故障排除时，则向配电主站上报相应的作业请求。配电主站在响应作业请求时，向融合终端下达使得作业范围内的线路上并网的所有光伏发电单元脱离电网的切换指令。融合终端接到指令后驱动相应节点的光伏开关执行指令，对相应光伏发电单元的节点进行隔离。
23.作为本发明进一步地改进，供电台区上的电能来源包括由变压器配送地点区外电能，以及由分布式光伏发电单元产生的区内电能表。配电主站根据上传的实时的负荷响应数据、电力供应数据和电能质量信息，分析出当前台区上的电能供求关系。然后根据供求关系动态调整台区变压器的输配能力，并向融合终端下达指令，切换集中式储能装置的充放电状态。
24.本发明还包括一种基于融合终端的光伏电站台区管理方法，该管理方法应用于如前述的基于融合终端的光伏电站台区管理系统中，用于根据台区内各设备的运行状态，对供电台区进行管理。该光伏电站台区管理方法包括如下内容：
25.(1)获取集中器采集到的供电台区内所有电力用户的用能信息，生成台区内的负荷响应数据，并发送到配电主站。
26.(2)采集供电台区内所有逆变器的发电信息，生成台区内电力供应数据，并发送到配电主站。
27.(3)对低压电网上的并网电压和电流谐波进行评估，分析供电台区的电能质量信息，并发送到配电主站。
28.(4)分析采集到的负荷响应数据和电力供应数据，进而在发电侧或供电侧出现过载或短路故障时，生成相应的切换指令，切断故障节点处的光伏发电单元与低压电网之间的电连接状态。
29.(5)根据主站对台区内孤岛效应的判定结果生成切换指令，进而在整个台区的低压供电网络出现故障时，驱动光伏开关切断供电台区内所有逆变器与低压电网之间的电连接状态。
30.(6)在台区内产生检修作业请求时；分析作业范围内的线路上包含的所有并网的光伏发电单元，然后驱动相应节点的光伏开关执行指令，对相应光伏发电单元的节点进行隔离。
31.(7)根据获取到的台区内实时的负荷响应数据、电力供应数据和电能质量信息，分析出当前台区上的电能供求关系；根据供求关系动态调整台区变压器的输配能力，并向融
合终端下达指令，切换集中式储能装置的充放电状态。
32.本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
33.本发明提供的一种基于融合终端的光伏电站台区管理系统，可以通过融合终端、光伏开关、集中器和物联网通信装置，将供电台区内的用电侧、发电侧、供电侧和管理主站的设备和信息融合起来。实时对整体系统内的不同设备进行动态管理的目的。在系统中，融合终端作为系统的中枢，对供电台区进行实时监测，快速发现和处置供电台区内发电侧或用电侧出现的故障状态。进而提高台区的管理效率，降低台区的管理工作难度。本发明还可以对供电台区光伏发电单元产生的电能进行并网，实现区内能源的就地消纳，降低能源的传输损耗。
附图说明
34.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
35.图1为本发明实施例1中提供的一种基于融合终端的光伏电站台区管理系统与供电台区内设备间的结构拓扑图。
36.图2为本发明实施例2中提供的一种基于融合终端的光伏电站台区管理方法实施过程的任务流程图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.实施例1
39.本实施例提供一种基于融合终端的光伏电站台区管理系统，该管理系统用于管理安装有分布式光伏电站的供电台区的电能分配关系。其中，如图1所示，供电台区由发电侧、供电侧、用电侧和配电主站构成。具体包括：供电侧的台区变压器、集中式储能装置和低压电网。发电侧的多个分布式的光伏发电单元，每个光伏发电单元由一套光伏发电板和逆变器构成。用电侧的用户使用的各种负载设备；用电侧与低压电网电连接。配电主站由远端管理中心的服务器构成。特别地，在本实施例的台区中，各个用户可能既是发电侧用户，也是用电侧的用户。
40.本实施例提供的光伏电站台区管理系统包括：多个光伏开关，多个电能表，集中器，第一物联通信单元，第二物联通信单元，以及融合终端。
41.光伏开关采用具有智能漏电自动重合闸功能的断路器。光伏开关用于控制各个逆变器输出的电能传输到低压电网上的并网状态。光伏开关选择市场上现有的各类电子式高分断剩余电流动作断路器。这类产品通常都具有剩余电流显示，实时负载电流显示，各相电压显示，等功能，可以便于用户及时了解光伏发电单元额工作状态。
42.同时，光伏开关通常还具有剩余电流欠电压、过电压、缺相故障引起的剩余电流动作断路器断开后自动重合闸功能。以及提供间接接触保护功能；防止因设备绝缘损坏产生接地故障电流而引起的火灾危险。并可用来分配电能和保护线路的过载和短路；对线路的
过压欠压、缺相、电源侧断零具有保护功能。
43.电能表安装在供电台区内各个电力用户的用电节点处，计量用户侧的用能信息。电能表采用现有的具有数据存储和通信功能的智能电能表。
44.集中器与供电台区内各个用电节点处的电能表通信连接，进而采集用电节点的用能信息；是远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备。集中器负责定时读取终端数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理、事件记录、数据的横向传输等功能。在本实施例中，集中器采用电力载波通信的通讯方式与电能表通信连接。
45.第一物联通信单元用于在各个逆变器和融合终端之间实现通讯连接。第一物联通信单元将逆变器的状态参数发送给一个融合终端。第二物联通信单元用于在各个光伏开关和融合终端之间实现通讯连接。第二物联通信单元将光伏开关的状态参数发送给融合终端，并向光伏开关下发由融合终端生成的一个切换指令。
46.本实施例的系统中，在上行段，第一物联通信单元和第二物联通信单元均采用低压电力载波通信plc的通讯方式与融合终端通信连接。在下行段，第一物联通信单元通过rs485串行总线接口与逆变器通信连接。第二物联通信单元通过rs485串行总线接口与光伏开关通信连接。电力载波通信将数据信号以数位讯号的方法处理，并调制到一定的载波频率上(低压电力线载波通信专用频段为3-500khz)，利用既有的电力线进行传输。与传统的调制技术相比，电力载波技术具有如下优势：抗噪声及抗干扰能力强，通信可靠、稳定；对电力线信道的变化具有自适应能力，当个别子载波受到干扰时仍可能成功通信；数据速率高，通常在几十kbps以上。
47.融合终端用于对供电台区内的设备进行自主管理，并响应由配电主站下达的数据采集指令和设备管理指令。融合终端分别用于实现如下功能：获取集中器采集到的供电台区内所有电力用户的用能信息，生成台区内的负荷响应数据，并发送到配电主站。采集供电台区内所有逆变器的发电信息，生成台区内电力供应数据，并发送到配电主站。对低压电网上的并网电压和电流谐波进行评估，分析供电台区的电能质量信息，并发送到配电主站。根据台区的电能供求关系生成一个控制指令，切换集中式储能装置的充放电状态。根据主站对台区内孤岛效应的判定结果生成切换指令，驱动光伏开关切断供电台区内所有逆变器与低压电网之间的电连接状态。分析采集到的负荷响应数据和电力供应数据，进而在发电侧或供电侧出现过载或短路故障时，生成相应的切换指令，切断故障节点处的光伏发电单元与低压电网之间的电连接状态。
48.具体地，融合终端上传到配电主站的电力信息包括a、b、c三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电压谐波量、电流谐波量。其中，电压、电流谐波量包括3、5、7、9、11、13次谐波。
49.在本实施例的管理系统中，融合终端通过4g、5g移动通信或以太网的通讯方式与配电主站通信连接。融合终端通过rs485串行总线接口与集中式储能装置通信连接。融合终端与集中器之间采用以太网的通讯方式通信连接。
50.结合图1的系统结构拓扑图可以看出，融合终端是整个管理系统的数据采集中枢和管理中枢。融合终端可以获取供电台区内所有光伏开关和光伏逆变器的设备信息和内部电力参数。进而根据这些信息确定光伏发电系统日发电量的结果；并将日发电量和电压、电流及告警事件上传到供电台区的配电主站上。此外，通过台区智能融合终端还可以实时更
新用户侧的用电量及低压电网的电压、电流参数。同时在光伏开关发生断闸、告警事件时，立即将产生的事件信息发送到配电主站。融合终端对于需要及时响应的台区故障状态，可以进行快速反应和决策，避免故障状态的进一步发展。而对于系统运行状态的持续监测和能源供求关系的分析，则交由配电主站进行管理。这显著提高了系统的管理效率，提升了应对故障状态的各项动作的实时性。
51.本实施例中管理系统的供电台区内，任意光伏开关对应的节点发生断闸事件时，融合终端会自动生成一个相应的告警状态，并将告警状态上报至配电主站。光伏开关在触发断闸的故障状态消除或接收到由智能融合终端下发的合闸切换指令时，自动恢复当前节点的合闸状态。
52.此外，在本实施例的管理系统中，还通过各个终端设备实现对系统管理数据的可视化管理。通过管理系统，用户和管理人员可以选择查看本地的各类电力信息，并根据这些基本电力参数、日发电量、告警事件能够及时的了解到光伏发电单元的运行情况，以及各个节点的电力用户的用能情况此外，当发生告警事件时，本地值守的管理人员也可以及时发现问题并处理，避免了故障或损失的进一步扩大。例如当台区任意节点发生断闸事件时，用户也可以查看发送到融合终端事件产生的详细信息，得到发生断闸的原因。其中，触发光伏开关发生断闸事件的故障状态包括：缺零、过载、短路短延时、缺相、欠压、过压、接地、远程试验、按键试验、手动、短路瞬时、软遥控、硬遥控、谐波异常、三相不平衡、触头过温，以及反孤岛保护。例如出现过载问题时，用户通过查询相关的操作手册，也可以快速的解决问题。同样，如果发生其它告警事件，用户可以查看发送到融合终端事件产生的详细信息，得到发生告警的原因，明确分布式光伏电站的当前运行状态。
53.在本实施例中，每个光伏发电单元中的逆变器均具有防孤岛保护功能，当逆变器根据并网母线频率和工频之间的关系判断当前节点存在孤岛效应时，则会在一个预设的时间周期内脱离电网，并生成一个孤岛保护告警状态通过第一物联通信单元发送到融合终端。融合终端将孤岛保护告警状态上报至配电主站。在一个预设周期内，当配电主站收到的某个供电台区的产生孤岛保护告警状态的节点数大于一个预设的安全阈值时，则判定当前供电台区出现停电事件，进而生成一个主动防孤岛指令发送给融合终端。融合终端接收到主动防孤岛指令时，驱动光伏开关切断供电台区内光伏发电单元的并网状态。
54.特别地，为了实现快速的数据追溯和故障定位，本实施例融合终端采集并上报到配电主站的所有数据，均包括模型名称、端口、地址、描述、产商id、上报标志、节点id、产品id等基础信息。
55.在该管理系统内，当运维管理人员需要对台区的进行全域检修或对某一分支线路进行故障排除时，则向配电主站上报相应的作业请求。配电主站在响应作业请求时，向融合终端下达使得作业范围内的线路上并网的所有光伏发电单元脱离电网的切换指令。融合终端接到指令后驱动相应节点的光伏开关执行指令，对相应光伏发电单元的节点进行隔离。
56.在本实施例的供电台区中，由于配置了大量分布式的光伏发电单元，因此供电台区上的电能来源主要由两个，分别是由变压器配送地点区外电能，以及由分布式光伏发电单元产生的区内电能。为了实现对区内电能供求关系进行管理，提高光伏放电电源的并网率；合理分配能源。本实施例的配电主站根据上传的实时的负荷响应数据、电力供应数据和电能质量信息，分析出当前台区上的电能供求关系。然后根据供求关系，以最大化利用区内
电能为目标，动态调整台区变压器的输配能力，并向融合终端下达指令，切换集中式储能装置的充放电状态。
57.实施例2
58.本实施例提供了一种基于融合终端的光伏电站台区管理方法，该管理方法应用于如实施例1中的基于融合终端的光伏电站台区管理系统中.该管理方法用于根据台区内各设备的运行状态，对供电台区内设备进行管理。如图2所示，该光伏电站台区管理方法包括如下内容：
59.(1)获取集中器采集到的供电台区内所有电力用户的用能信息，生成台区内的负荷响应数据，并发送到配电主站。
60.(2)采集供电台区内所有逆变器的发电信息，生成台区内电力供应数据，并发送到配电主站。
61.(3)对低压电网上的并网电压和电流谐波进行评估，分析供电台区的电能质量信息，并发送到配电主站。
62.(4)分析采集到的负荷响应数据和电力供应数据，进而在发电侧或供电侧出现过载或短路故障时，生成相应的切换指令，切断故障节点处的光伏发电单元与低压电网之间的电连接状态。
63.(5)根据主站对台区内孤岛效应的判定结果生成切换指令，进而在整个台区的低压供电网络出现故障时，驱动光伏开关切断供电台区内所有逆变器与低压电网之间的电连接状态。
64.(6)在台区内产生检修作业请求时；分析作业范围内的线路上包含的所有并网的光伏发电单元，然后驱动相应节点的光伏开关执行指令，对相应光伏发电单元的节点进行隔离。
65.(7)根据获取到的台区内实时的负荷响应数据、电力供应数据和电能质量信息，分析出当前台区上的电能供求关系；根据供求关系动态调整台区变压器的输配能力，并向融合终端下达指令，切换集中式储能装置的充放电状态。
66.本实施例中的各个管理任务均由设备自动执行，进而实现对台区电网进行实时监测和动态管理。这大大提高系统的管理效率，降低了运维管理人员的工作负荷。
67.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。