一种光伏电网无功补偿管理方法及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏电网无功补偿管理方法及系统。

背景技术

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，且基础能源工程伴随的各种安全和污染隐患无处不在。故太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。光伏发电技术因具有能源分布广泛，安装方便容易控制，可增强电网运行稳定性，具有巨大的环保和经济吸引力而受到广泛关注和大力推广。

在光伏电站行业中，当逆变器输出有功功率大于其额定功率的50％时，功率因数应不小于0.98；输出有功功率在20％～50％之间时，功率因数应不小于0.95。在未安装光伏发电系统前，由于业主负载侧一般都装有无功补偿装置，且无功补偿装置一般为电容无功补偿柜，故功率因数均都达到0.9以上，但安装光伏发电系统后，功率因数往往低于0.9，甚至更低。

即安装光伏发电系统后，由于光伏有功功率与电网有功功率会抵消，使得业主从电网获取的有功功率下降，无功功率不变，导致业主侧功率因数的降低，对业主造成经济损失且降低公共电网的电能质量。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种光伏电网无功补偿管理方法及系统，旨在解决安装光伏发电系统后，业主侧功率因数的偏低，对业主造成经济损失且降低公共电网的电能质量的问题。

本发明提出的技术方案为：

一种光伏电网无功补偿管理方法，应用于光伏电网无功补偿管理系统，所述系统包括逆变器、无功功率检测装置和无功调节装置；所述逆变器通过所述无功功率检测装置电性连接于本地负载，外部电网电性连接于本地负载；所述无功调节装置分别通信连接于所述无功功率检测装置和所述逆变器；所述方法，包括：

所述无功调节装置每隔预设时间段获取所述无功功率检测装置采集的总无功功率、当前并网的所述逆变器的数量，以及各所述逆变器的功率等级，并将所有的所述逆变器的功率等级相加以得到功率等级和；

所述无功调节装置将当前并网的各所述逆变器的功率等级分别除以所述功率等级和，以得到各所述逆变器的无功功率比率；

所述无功调节装置将所述总无功功率分别与各所述无功功率比率相乘以得到各所述逆变器的无功功率变化值；

所述无功调节装置将各所述无功功率变化值分别与各所述逆变器的无功功率环的当前给定值相加以得到替换给定值，并将各所述替换给定值发送值对应的所述逆变器；

所述逆变器的电流控制环控制所述逆变器输出的无功功率数值为所述替换给定值。

优选的，所述预设时间段的计算公式为：

t＝A*T

其中，t为所述预设时间段；A为气象因数，且A为根据当天的天气情况确定的常数，取值大于0；T

优选的，所述系统还包括变压器、第一断路器和第二断路器；所述变压器电性连接于所述无功功率检测装置和外部电网之间；所述第一断路器电性连接于所述无功功率检测装置和所述逆变器之间；所述第二断路器电性连接于所述变压器和外部电网之间；所述第一断路器、所述第二断路器和所述变压器均通信连接于所述无功调节装置；所述方法，还包括：

所述无功调节装置获取所述第二断路器和所述逆变器的运行状态；

当所述第二断路器的运行状态为合闸，且所述逆变器的运行状态为运行时，所述无功调节装置获取所述变压器的空载损耗和负载损耗；

所述无功调节装置基于所述变压器的空载损耗和负载损耗计算所述变压器的总损耗；

所述无功调节装置获取所述逆变器的实际输出功率；

所述无功调节装置将所述变压器的总损耗与所述逆变器的实际输出功率进行比较，以控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态。

优选的，所述无功调节装置将所述变压器的总损耗与所述逆变器的实际输出功率进行比较，以控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态，包括：

所述无功调节装置获取第一预设时长；

所述无功调节装置判断第一预设条件是否满足，其中，所述第一预设条件为：P

若是，所述无功调节装置判断满足所述第一预设条件的持续时长是否大于所述第一预设时长；

若是，所述无功调节装置控制所述第一断路器和所述第二断路器均分闸。

优选的，所述无功调节装置获取第一预设时长的计算公式为：

t

其中，t

优选的，所述系统还包括与所述无功调节装置通信连接的辐照度传感器；所述无功调节装置获取所述第二断路器和所述逆变器的运行状态，之后还包括：

当所述第二断路器的运行状态为合闸，且所述逆变器的运行状态为停止运行时，所述无功调节装置计算所述变压器的空载损耗；

所述无功调节装置获取所述辐照度传感器采集的实时辐照度；

所述无功调节装置基于所述实时辐照度计算得到所述逆变器的预测输出功率；

所述无功调节装置将所述变压器的空载损耗与所述逆变器的预测输出功率进行比较，以控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态。

优选的，所述无功调节装置将所述变压器的空载损耗与所述逆变器的预测输出功率进行比较，以控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态，包括：

所述无功调节装置获取第二预设时长；

所述无功调节装置判断第二预设条件是否满足，其中，所述第二预设条件为：P

若是，所述无功调节装置判断满足所述第二预设条件的持续时长是否大于所述第二预设时长：

若是，所述无功调节装置控制所述第一断路器和所述第二断路器均合闸。

优选的，所述无功调节装置获取第二预设时长的计算公式为：

t

其中，t

优选的，所述系统还包括与所述无功功率调节装置的显示模块；所述显示模块用于实时显示所述总无功功率，以及所述逆变器对应的所述功率等级、所述无功功率变化值、无功功率比率和替换给定值；所述逆变器的数量为至少2个；所述无功功率检测装置为具有无功功率检测功能的智能电能表。

本发明还提出一种光伏电网无功补偿管理系统，应用于如上述中任一项所述的光伏电网无功补偿管理系统；所述系统包括逆变器、无功功率检测装置和无功调节装置；所述逆变器通过所述无功功率检测装置电性连接于本地负载，外部电网电性连接于本地负载；所述无功调节装置分别通信连接于所述无功功率检测装置和所述逆变器。

通过上述技术方案，能实现以下有益效果：

本发明提出的光伏电网无功补偿管理方法控制光伏逆变器输出特定的无功功率数值(即替换给定值)，从而实现实时控制光伏逆变器提供用户侧本地负载所需要的无功功率，从而利用光伏逆变器实现高精度动态无功功率补偿，保证用户侧本地负载的功率因数不会偏低，从而解决安装光伏发电系统后，业主侧功率因数的偏低，对业主造成经济损失且降低公共电网的电能质量的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法一实施例的流程图；

图2为本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理系统一实施例的结构图。

具体实施方式

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。

本发明提出一种光伏电网无功补偿管理方法及系统。

如附图1和附图2所示，在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第一实施例中，本光伏电网无功补偿管理方法应用于光伏电网无功补偿管理系统，所述系统包括逆变器、无功功率检测装置和无功调节装置；所述逆变器通过所述无功功率检测装置电性连接于本地负载，逆变器用于电性连接光伏组件(即光伏发电板)的输出端；外部电网电性连接于本地负载；所述无功调节装置分别通信连接于所述无功功率检测装置和所述逆变器；本实施例包括如下步骤：

步骤S110：所述无功调节装置每隔预设时间段获取所述无功功率检测装置采集的总无功功率、当前并网的所述逆变器的数量，以及各所述逆变器的功率等级，并将所有的所述逆变器的功率等级相加以得到功率等级和。

具体的，这里的预设时间段优选为1分钟；这里的总无功功率即是当前用户侧本地负载的总无功功率，逆变器的功率等级是当前逆变器的输出功率的等级。

步骤S120：所述无功调节装置将当前并网的各所述逆变器的功率等级分别除以所述功率等级和，以得到各所述逆变器的无功功率比率。

步骤S130：所述无功调节装置将所述总无功功率分别与各所述无功功率比率相乘以得到各所述逆变器的无功功率变化值。

具体的，这里的无功功率变化值即是当前逆变器所输出的功率而导致的无功功率的变化值。

步骤S140：所述无功调节装置将各所述无功功率变化值分别与各所述逆变器的无功功率环的当前给定值相加以得到替换给定值，并将各所述替换给定值发送值对应的所述逆变器。

步骤S150：所述逆变器的电流控制环控制所述逆变器输出的无功功率数值为所述替换给定值。

具体的，通过控制逆变器的电流控制环从而控制逆变器的输出的无功功率。这个控制步骤也是每隔预设时间段进行一次。

本发明提出的光伏电网无功补偿管理方法控制光伏逆变器输出特定的无功功率数值(即替换给定值)，从而实现实时控制光伏逆变器提供用户侧本地负载所需要的无功功率，从而利用光伏逆变器实现高精度动态无功功率补偿，保证用户侧本地负载的功率因数不会偏低，从而解决安装光伏发电系统后，业主侧功率因数的偏低，对业主造成经济损失且降低公共电网的电能质量的问题。

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第二实施例中，基于第一实施例，所述预设时间段的计算公式为：

t＝A*T

其中，t为所述预设时间段；A为气象因数，且A为根据当天的天气情况确定的常数，取值大于0，具体的，当天气为晴朗时，因光伏输出功率比较稳定，所引起的业主侧的无功功率的波动会比较小，故这样的预设时间段可以相应的变长，即A取值变大，例如取1；相反，当天气为阴天时，光伏输出功率变化较大，所引起的业主侧的无功功率的波动会比较大，故这样的预设时间段相应的变短，即A取值变小，例如取0.8；T

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第三实施例中，基于第一实施例，所述系统还包括变压器、第一断路器和第二断路器；所述变压器电性连接于所述无功功率检测装置和外部电网之间；所述第一断路器电性连接于所述无功功率检测装置和所述逆变器之间；所述第二断路器电性连接于所述变压器和外部电网之间；所述第一断路器、所述第二断路器和所述变压器均通信连接于所述无功调节装置；本实施例还包括如下步骤：

步骤S310：所述无功调节装置获取所述第二断路器和所述逆变器的运行状态。

步骤S320：当所述第二断路器的运行状态为合闸，且所述逆变器的运行状态为运行时，所述无功调节装置获取所述变压器的空载损耗和负载损耗。

具体的，当第二断路器的运行状态为合闸，且逆变器的运行状态为运行时，说明此时逆变器和变压器均正在运行，故无功调节装置获取变压器的空载损耗和负载损耗。

步骤S330：所述无功调节装置基于所述变压器的空载损耗和负载损耗计算所述变压器的总损耗。

步骤S340：所述无功调节装置获取所述逆变器的实际输出功率。

步骤S350：所述无功调节装置将所述变压器的总损耗与所述逆变器的实际输出功率进行比较，以控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态。

具体的，虽然变压器和逆变器均正在运行，但需要根据光伏组件的发电情况来对变压器的运行状态进行控制(即控制第一断路器和第二断路器的分合闸状态)，即防止变压器出现空载运行，以降低变压器的损耗，提升变压器的使用寿命。

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第四实施例中，基于第三实施例，步骤S350，包括如下步骤：

步骤S410：所述无功调节装置获取第一预设时长。

步骤S420：所述无功调节装置判断第一预设条件是否满足，其中，所述第一预设条件为：P

若是，执行步骤S430：所述无功调节装置判断满足所述第一预设条件的持续时长是否大于所述第一预设时长。

具体的，这里的第一预设时长优选为10分钟。

若是，执行步骤S440：所述无功调节装置控制所述第一断路器和所述第二断路器均分闸。

当逆变器的实际输出功率小于变压器的总损耗的0.9倍时，说明逆变器输出功率较小，即光伏组件的输出功率接近0，即光伏组件未发电，可能是处于夜间，故直接通过无功调节装置控制第一断路器和第二断路器均分闸，从而使变压器停止工作，减少变压器的损耗。

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第五实施例中，基于第四实施例，所述无功调节装置获取第一预设时长的计算公式为：

t

其中，t

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第六实施例中，基于第三实施例，所述系统还包括与所述无功调节装置通信连接的辐照度传感器；步骤S310，之后还包括如下步骤：

步骤S610：当所述第二断路器的运行状态为合闸，且所述逆变器的运行状态为停止运行时，所述无功调节装置计算所述变压器的空载损耗。

步骤S620：所述无功调节装置获取所述辐照度传感器采集的实时辐照度。

步骤S630：所述无功调节装置基于所述实时辐照度计算得到所述逆变器的预测输出功率。

步骤S640：所述无功调节装置将所述变压器的空载损耗与所述逆变器的预测输出功率进行比较，以控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态。

具体的，通过预测输出功率来判断光伏组件的是否达到正常发电状态，从而基于光伏组件的发电状态进一步控制变压器的启停，以控制是否向外部电网并网供电；即通过控制所述第一断路器和所述第二断路器的分合闸状态来实现对变压器进行启停控制。

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第七实施例中，基于第六实施例，步骤S640，包括如下步骤：

步骤S710：所述无功调节装置获取第二预设时长。

具体的，这里的第二预设时长优选为10分钟。

步骤S720：所述无功调节装置判断第二预设条件是否满足，其中，所述第二预设条件为：P

若是，执行步骤S730：所述无功调节装置判断满足所述第二预设条件的持续时长是否大于所述第二预设时长。

若是，执行步骤S740：所述无功调节装置控制所述第一断路器和所述第二断路器均合闸。

具体的，当逆变器的预测输出功率大于变压器的空载损耗的1.2倍时，则说明光伏组件已开始发电，则可以向外部电网进行供电，故直接控第一断路器和第二断路器均合闸，即启动变压器，以使得光伏组件向业主侧供电。

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第八实施例中，基于第六实施例，所述无功调节装置获取第二预设时长的计算公式为：

t

其中，t

在本发明提出的一种光伏电网无功补偿管理方法的第九实施例中，基于第一实施例，所述系统还包括与所述无功功率调节装置的显示模块；所述显示模块用于实时显示所述总无功功率，以及所述逆变器对应的所述功率等级、所述无功功率变化值、无功功率比率和替换给定值；所述逆变器的数量为至少2个；所述无功功率检测装置为具有无功功率检测功能的智能电能表。

本发明还提出一种光伏电网无功补偿管理系统，本系统应用于如上述中任一项所述的光伏电网无功补偿管理系统；所述系统包括逆变器、无功功率检测装置和无功调节装置；所述逆变器通过所述无功功率检测装置电性连接于本地负载，外部电网电性连接于本地负载；所述无功调节装置分别通信连接于所述无功功率检测装置和所述逆变器。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘) 中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。