一种逆流检测方法、防逆流控制方法、装置及防逆流系统

摘要

本发明具体涉及一种逆流检测方法、防逆流控制装置及防逆流系统。本发明通过计算电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间差，检测逆流是否发生，检测速度快，在1～5个周期内即可检测出逆流，从而加快调节速度，避免电网保护装置断电保护，也为柔性调节争取了时间，减少了对并网电源的硬关断概率。

说明书

技术领域

本发明属于分布式发电领域中的防逆流技术，具体涉及一种逆流 检测方法、防逆流控制方法、装置及防逆流系统。

背景技术

目前针对光伏并网发电系统，电网公司通常要求光伏并网系统为 不可逆流发电系统，即光伏并网系统所发的电由本地负载消耗，不要 流入电网造成电网不稳定和产生谐波。随着国家对光伏电站的支持， 光伏并网电站越来越多，需要一种可靠的防逆流控制器。

现有的防逆流控制器，一般包含逆功率检测电路、逆功率控制电 路、逆功率调节电路；逆功率检测一般采用智能测控仪表，这种仪表 采集电压、电流参量后计算功率，逆功率控制电路根据功率判断是否 发生逆功率，然后，逆功率控制电路控制逆功率调节电路进行相应调 节。这种方法检测速度比较慢，功率数据更新一次一般需要330ms以 上，因此逆功率调节具有滞后性，无法用于对逆流保护时间要求高的 场合。而且如果电网逆潮流超过设置的保护时间会触发保护装置动作， 导致电网保护性断电的事故。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种逆流检测速度快的逆流检测方 法、防逆流控制方法、装置及防逆流系统，

本发明提供的逆流检测方法，包括：

检测电网接入点的电压和电流；

检测电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间差；

如果所述时间差大于四分之一且小于四分之三电网周期，则发生 逆流，否则没有发生逆流。

其中，所述电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间差是通 过计时器检测的，具体为：

检测到电压过零点信号时，计时器开始计时，检测到电流过零点 信号时，计时器停止计时，计时器检测到的时间值即为电压过零点和 电流过零点的时间差；

或者，

检测到电流过零点信号时，计时器开始计时，检测到电压过零点 信号时，计时器停止计时，计时器检测到的时间值即为电压过零点和 电流过零点的时间差。

本发明通过计算电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间 差，检测逆流是否发生，检测速度快，在1～5个周期内即可检测出逆 流。

本发明提供的防逆流控制方法，包括第一逆流检测方法，即：

检测电网接入点电参量；

计算电网接入点功率P₁；比较电网接入点功率P₁和预先设定的逆 流阀值P₀的大小，如果P₁＞P₀，则未发生逆流，如果P₁＜P₀，则发生 逆流；

还包括，第二逆功率检测方法，即：

权利要求1～2的任意一项所述的逆流检测方法；

所述第一逆功率检测方法和第二逆功率检测方法同时检测，如果 发生逆流，则调低并网电源的输出功率，如果未发生逆流，则调高并 网电源的输出功率。

进一步的，设电网周期为T，所述电压过零点和电流过零点的时间 差为t，当1/4T-T₀＜t＜1/4T或者3/4T＜t＜3/4T+T₀或者P₁＜P₀+P₀′时，对并网电源的输出功率进行预调，即调低并网电源的输出功率， 其中T₀和P₀′为正值。

当电网接入点功率突然下降时，由于第一逆功率检测方法不能迅 速的检测出逆流，容易导致电网保护性断电事故。而第二逆功率检测 方法检测速度快能快速的检测出逆流，防止电网保护性断电事故。但 是第二逆功率检测方法更适用于逆流设定阀值为零的场合，对于逆流 设定阀值不为零的场合，第二逆功率检测方法检测的精度低，所以采 用二者相结合的方法，既能满足精度高的要求，又能满足检测速度快 的要求。

本发明提供的防逆流控制装置，包括：

第一逆功率检测电路，用于采集电网接入点的电压和电流，并检 测电压过零点和电流过零点信号发送给逆功率控制电路；

逆功率控制电路，用于测定电网接入点的电压过零点和电流过零 点的时间差，并判定如果所述时间差大于四分之一且小于四分之三电 网周期，则发生逆流，否则没有发生逆流；

逆功率调节电路，根据上述判定结果控制并网电源工作。

进一步的，所述防逆流控制装置还包括：

第二逆功率检测电路，所述第二逆功率检测电路根据第一逆功率 检测电路采集的电网接入点的电压和电流，计算电网接入点的功率P₁， 比较电网接入点功率P₁和预先设定的逆流阀值P₀的大小，如果P₁＞P₀， 则未发生逆流，如果P₁＜P₀，则发生逆流；

所述第一逆功率检测电路和第二逆功率检测电路同时工作，如果 发生逆流，逆功率调节电路调低并网电源的输出功率，如果未发生逆 流，逆功率调节电路调高并网电源的输出功率。

进一步的，设电网周期为T，所述电压过零点和电流过零点的时间 差为t，当1/4T-T₀＜t＜1/4T或者3/4T＜t＜3/4T+T₀或者P₁＜P₀+P₀′时，对并网电源的输出功率进行预调，即调低并网电源的输出功率， 其中T₀和P₀′为正值。

进一步的，所述的第一逆功率检测电路包括：

电压采样电路，用于采集电网接入点的电压波形信号；

电压过零点检测电路，用于接收上述电网接入点的电压波形信号， 检测电压过零点，并输出电压过零信号给逆功率控制电路；

电流采样电路，用于采集电网接入点的电流波形信号；

电流过零点检测电路，用于接收上述电网接入点的电流波形信号， 检测电流过零点，并输出电流过零信号给逆功率控制电路。

其中，所述的测定电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间 差的方法为：

电压采样电路和电流采样电路采集电网接入点的电压波形信号和 电流波形信号；

当电压信号过零点时，电压过零点检测电路输出过零点信号给逆 功率控制电路，逆功率控制电路的计时器开始计时；

当电流信号过零点时，电流过零点检测电路输出过零点信号给逆 功率控制电路，逆功率控制电路的计时器停止计时；

计时器检测到的时间值即为电压过零点和电流过零点的时间差；

或者，

当电流信号过零点时，电流过零点检测电路输出过零点信号给逆 功率控制电路，逆功率控制电路的计时器开始计时；

当电压信号过零点时，电压过零点检测电路输出过零点信号给逆 功率控制电路，逆功率控制电路的计时器停止计时；

计时器检测到的时间值即为电压过零点和电流过零点的时间差。

进一步的，所述的第一逆功率检测电路为多个。

本发明提供的防逆流系统，包括并网电源、电网、本地负载和信 号转换装置，所述并网电源和电网分别与本地负载连接，本系统还包 括：

上述的防逆流控制装置，所述防逆流控制装置的一端与并网电源 相连，另一端通过信号转换装置与电网相连。

本发明的防逆流控制装置和防逆流系统，由于采用了本发明提供 的检测速度快的逆功率检测方法，在1～5个周期内即可检测出逆流， 从而加快调节速度，避免电网保护装置断电保护，也为柔性调节争取 了时间，减少了对并网电源的硬关断概率。

附图说明

图1是本发明防逆流控制装置的一个实施例的连接示意图；

图2是本发明防逆流控制装置的第二个实施例的连接示意图；

图3是本发明防逆流控制装置的第三个实施例的连接示意图；

图4是本发明防逆流控制装置的第四个实施例的连接示意图；

图5是本发明防逆流系统的一个实施例的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

本发明的逆功率检测方法基于以下原理：设电网接入点功率为P， 逆流设定阀值为0，当P＞0时，未发生逆流，当P＜0时，发生逆流。 电网接入点功率P＝U·I·cosθ，其中U、I为电网接入点的电压和电流， θ为U、I之间的相位差。当θ小于90度时，P大于零，当θ大于90度 时，P小于零。为了实现检测θ，本发明采用检测电压过零点和电流过 零点的时间差方法，具体的是根据电压、电流过零点时间差如果小于 四分之一周期时间(50Hz电网：5000μs)，则θ小于90度，P大于 零，未逆流，如果时间差大于四分之一周期时间(50Hz电网：5000μ s)，则θ大于90度，P小于零，发生逆流。

依据上述原理，本发明提供了一种逆流检测方法，包括：

检测电网接入点的电压和电流；

检测电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间差；

如果所述时间差大于四分之一周期，则发生逆流，否则没有发生 逆流。

具体的，所述电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间差是 通过计时器检测的，具体为：

检测到电压过零点信号时，计时器开始计时，检测到电流过零点 信号时，计时器停止计时，计时器检测到的时间值即为电压过零点和 电流过零点的时间差；

或者，

检测到电流过零点信号时，计时器开始计时，检测到电压过零点 信号时，计时器停止计时，计时器检测到的时间值即为电压过零点和 电流过零点的时间差。

由于上述检测方法更适用于逆流设定阀值为零的场合，对逆流设 定阀值不为零的场合，该检测方法的检测精度低，如果仅仅依据此方 法调节，可能不能准确的控制逆流，为此本发明提供了一种采用两种 逆功率检测方法的逆流控制方法，包括：

第一逆流检测方法，即：

检测电网接入点电参量；

计算电网接入点功率P₁；比较电网接入点功率P₁和预先设定的逆 流阀值P₀的大小，如果P₁＞P₀，则未发生逆流，如果P₁＜P₀，则发生 逆流；

还包括，第二逆功率检测方法，即：

权利要求1～2的任意一项所述的逆流检测方法；

所述第一逆功率检测方法和第二逆功率检测方法同时检测，不管 哪种方法，一旦检测出逆流发生，则调低并网电源的输出功率，如果 都没有检测出发生逆流，则调高并网电源的输出功率。

由于逆流设定阀值一般为零或者正值，逆流设定阀值为零的场合， 采用第二逆功率检测方法检测精度高，速度快。逆流设定阀值不为零 的场合，当电网接入点功率由正值缓慢减小时第二逆功率检测方法不 会检测到逆流，此时主要采用第一逆功率检测方法检测逆流，进行柔 性调节；当电网接入点功率突然下降到零时，由于第一逆功率检测方 法检测速度慢，可能不能迅速的检测出逆流，而此时第二逆功率检测 方法能快速的检测出逆流，弥补了第一逆功率检测方法的不足。采用 第一逆功率检测方法和第二逆功率检测方法相结合的方法，对逆流设 定阀值不为零的场合，既能满足精度高的要求，又能满足检测速度快 的要求。

进一步的，设电网周期为T，所述电压过零点和电流过零点的时间 差为t，当1/4T-T₀＜t＜1/4T或者3/4T＜t＜3/4T+T₀或者P₁＜P₀+P₀′时，对并网电源的输出功率进行预调，即调低并网电源的输出功率， 其中T₀和P₀′为正值。

当所述时间差接近1/4电网周期或3/4电网周期或者电网接入点 功率接近逆流设定阀值时，对并网逆变电源进行预调节，可以更好的 防止逆流。调节的幅度可以小于正式调节的幅度，T₀和P₀′的值也可 以根据需要设定。当然也可以对时间或者功率进行分段，采用分段调 节的方式。

例如1/8T＜t＜3/16T或者13/16T＜t＜7/8T时，调节幅度为A1； 3/16T＜t＜1/4T或者3/4T＜t＜13/16T时，调节幅度为A2；1/4T＜t ＜3/4T时，调节幅度为A3；所述A1＜A2＜A3。

所述的1/4电网周期和3/4电网周期不仅仅限于正好1/4电网周 期或3/4电网周期，由于电网公司的规定不同，稍小于或者稍大于所 述值都落入本发明的保护范围。

相应的，本发明还提供了一种防逆流控制装置，本发明的防逆流 控制装置和防逆流控制方法的原理基本相同，此处就不再做展开叙述。

如图1所示，本发明的防逆流控制装置包括：

第一逆功率检测电路10、逆功率控制电路20、逆功率调节电路 30；其中逆功率控制电路20的信号输入端与监测电网500的电压与电 流的第一逆功率检测电路10的信号输出端连接，逆功率控制电路20 的输出端与逆功率调节电路30的信号输入端连接。第一逆功率检测电 路10，用于采集电网接入点的电压和电流，并检测电压过零点和电流 过零点信号发送给逆功率控制电路20；逆功率控制电路20，用于测定 电网接入点的电压过零点和电流过零点的时间差，并判定如果所述时 间差大于四分之一且小于四分之三电网周期，则发生逆流，否则没有 发生逆流；逆功率调节电路30，根据上述判定结果控制并网电源200 工作。

进一步的，如图3所示，所述防逆流控制装置还包括：

第二逆功率检测电路40，所述第二逆功率检测电路40的输入端 和第一逆功率检测电路10的输出端相连，所述第二逆功率检测电路 40的输出端与逆功率控制电路20的输入端相连。所述第二逆功率检 测电路40根据第一逆功率检测电路10采集的电网接入点的电压和电 流，计算电网接入点的功率P₁，比较电网接入点功率P₁和预先设定的 逆流阀值P₀的大小，如果P₁＞P₀，则未发生逆流，如果P₁＜P₀，则发 生逆流；

所述第一逆功率检测电路10和第二逆功率检测电路40同时工作， 如果发生逆流，逆功率调节电路30调低并网电源200的输出功率，如 果未发生逆流，逆功率调节电路30调高并网电源200的输出功率。

进一步的，设电网周期为T，所述电压过零点和电流过零点的时间 差为t，当1/4T-T₀＜t＜1/4T或者3/4T＜t＜3/4T+T₀或者P₁＜P₀+P₀′时，对并网电源200的输出功率进行预调，即调低并网电源200的 输出功率，其中T₀和P₀′为正值。

具体的，如图2、3所示，第一逆功率检测电路10包括：电压采 样电路11、电压过零点检测电路12、电流采样电路13、电流过零点 检测电路14；电压采样电路11的信号输出端与电压过零点检测电路 12的信号输入端相连，电压过零点检测电路12的信号输出端与逆功 率控制电路20的信号输入端101相连，电流采样电路13的信号输出 端与电流过零点检测电路14的信号输入端相连，电流过零点检测电路 14的信号输出端与逆功率控制电路20的信号输入端I02相连。所述 第二逆功率检测电路40的输入端分别接电压采样电路11和电流采样 电路13的输出端，所述第二逆功率检测电路40的输出端接逆功率控 制电路20的输入端。

具体的，电压采样电路11和电流采样电路13采集电网接入点的 电压波形信号和电流波形信号；

当电压信号过零点时，电压过零点检测电路12输出过零点信号给 逆功率控制电路20的IO1，IO1触发逆功率控制电路20的计时器T 开始计时；

当电流信号过零点时，电流过零点检测电路14输出过零点信号给 逆功率控制电路20的IO2，IO2触发逆功率控制电路20的计时器T 停止计时；

计时值为t，即为电压过零点和电流过零点的时间差；

如果t＜四分之一周期时间(50Hz电网：5000μs)，则电网接入点 功率P为正，未逆流，如果t＞四分之一周期时间(50Hz电网：5000 μs)，则电网接入点功率P为负，发生逆流。

然后，依据上述逆流判断结果，逆功率调节电路30控制并网电源 200工作。

进一步的，如图4所示，所述的第一逆功率检测电路10为多个。 当防逆流控制装置对三相系统进行防逆流控制时，需要设置3个第一 逆功率检测电路10对每相都进行逆功率检测。当防逆流控制装置控制 多台并网逆变电源同时工作时，也需要设置多个第一逆功率检测电路 10分别对每台并网逆变电源进行检测。

如图5所示，本发明还提供了一种防逆流系统，包括并网电源200、 电网500、本地负载400和信号转换装置300，所述并网电源200与本 地负载相连，所述电网500通过信号转换装置300与本地负载连接， 本系统还包括：

上述的防逆流控制装置，所述防逆流控制装置的一端与并网电源 相连，另一端通过信号转换装置300与电网500相连。信号转换装置 300将电网接入点的电参量由强电信号转换成弱电信号输出给防逆流 控制装置，防逆流控制装置按上面所述方法进行控制。电网接入点的 具体位置参见图3。

进一步的，所述的并网电源200为多个。当本地负载400用电功 率较大时，可以采用多个并网电源200同时对负载进行供电，本发明 的防逆流控制装置可以控制多个并网电源200同时工作。防逆流控制 装置控制整个并网电源200的功率满足防逆流和正常供电的需要，各 个并网电源200之间的功率分配可根据需要采取不同的控制策略。

进一步的，所述的并网电源200为光伏并网逆变电源。并网电源 200并不局限于光伏并网逆变电源，其他如风电并网电源、储能并网 电源等均可以应用本发明并实现发明目的。所述的电网500也不局限 于市电电网，还包括由其他发电设备构成的电网。

进一步的，所述的逆功率控制电路20为电气元件逻辑控制电路， 所述的防逆流控制装置通过以太网、CAN口或光纤与后台监控系统及 调度系统连接。所述的通讯方式也不限于这几种方式，也可以采用 RS485或者无线通讯等通讯方式。

本发明通过检测电网接入点的电压过零点与电流过零点时间差，进 而实现检测电压与电流相位差实现逆流检测，速度快，可以在1～5 个周期(50Hz电网：20～100ms)内判断逆流，可以迅速避免光伏并 网电源向电网逆功率输出能量，减少了硬切断保护的概率，并减少对 电网的冲击和谐波污染。