專利名稱：船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種船用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。具體為船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的世界能源結(jié)構(gòu)中，常規(guī)能源的儲(chǔ)量正隨著人類文明的高度發(fā)展而迅速枯竭。作為交通運(yùn)輸中載運(yùn)量比例最大的載運(yùn)工具，船舶是能源消耗大戶，也是污染和溫室氣體排放的大戶，其節(jié)能效果的好環(huán)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的影響很大。隨著光伏技術(shù)的不斷深入發(fā)展，其效率、可靠性和穩(wěn)定性均有了很大提高，因而從最初的單純技術(shù)研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域。太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用于船舶是目前綠色船舶發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前太陽能在船舶上的應(yīng)用主要集中在小型船舶上，并且作為船舶的主要?jiǎng)恿δ?源，這類應(yīng)用是太陽能在船舶上應(yīng)用的主要方式。此外，太陽能在大型船舶上一般作為輔助能源應(yīng)用在船舶的照明系統(tǒng)、駕駛系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等方面。而從光伏系統(tǒng)在船舶上應(yīng)用的類型來看，主要是獨(dú)立光伏系統(tǒng)，并且包含有儲(chǔ)能裝置，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)還沒有相關(guān)實(shí)船。如果采用并網(wǎng)式的運(yùn)行方式，則可以保證光伏電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，可以提高光伏陣列的發(fā)電效率。省去了蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)成本與維護(hù)費(fèi)用，并避免了處理廢舊蓄電池帶來的二次污染。在現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用主要集中在陸地上，隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，新能源在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用將得到不斷推廣?，F(xiàn)今市場上雖然有一些太陽能發(fā)電的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，但一般都是離網(wǎng)，并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)狀也僅存在于與現(xiàn)有市電相并，像與船舶發(fā)電系統(tǒng)這樣小系統(tǒng)的電網(wǎng)并網(wǎng)的平臺(tái)還沒有。如光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置(申請(qǐng)?zhí)?01110337049. 2)證實(shí)了光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的可行性，能夠完成光伏并網(wǎng)發(fā)電、同步并網(wǎng)等試驗(yàn)及演示，可幫助同行業(yè)工作人員和學(xué)生理解太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理，熟悉光電轉(zhuǎn)化及光伏并網(wǎng)系統(tǒng)整個(gè)流程。申請(qǐng)?zhí)枮?01110163110.6的發(fā)明專利雖然提出了一種光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)訓(xùn)裝置，可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、同步并網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)及教學(xué)演示。上述專利均不涉及到船舶電網(wǎng)的模擬與并網(wǎng)，本發(fā)明專利的創(chuàng)新點(diǎn)在于其一，能夠模擬船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同工況下的并網(wǎng)運(yùn)行性能；其二，可以測(cè)量電壓、電流、頻率、功率、功率因素等數(shù)據(jù)，通過還原船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際使用中因外界環(huán)境和船舶負(fù)載變化而對(duì)其運(yùn)行性能產(chǎn)生的影響，從而為船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)；其三，通過示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀所獲數(shù)據(jù)可對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行分析和研究，以提高光伏發(fā)電在船舶電網(wǎng)運(yùn)行中的可靠性和高效性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)船用電網(wǎng)，提供一種供太陽能光伏并網(wǎng)的運(yùn)行模式的船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。，模擬船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同外界輻照度時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行性能，測(cè)量電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，通過還原船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際使用中因外界環(huán)境變化而對(duì)其運(yùn)行性能產(chǎn)生的影響，從而為船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，一種船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流防雷配電箱、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、模擬船用負(fù)載、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀；所述的太陽能光伏陣列中的電池板先局部串聯(lián)組成太陽能電池串，再整體并聯(lián)連接后接入光伏防雷匯流箱，經(jīng)直流防雷配電柜與并網(wǎng)逆變器相連；并網(wǎng)逆變器輸出端接交流防雷配電箱輸入端，交流配電箱輸出端并入船用電網(wǎng)；所述的船用電網(wǎng)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)并串入模擬船用負(fù)載形成，示波器和電能品質(zhì)測(cè)試儀一端連接并網(wǎng)逆變器，另一端連接數(shù)據(jù)采集器，光伏防雷匯流箱、直流防雷配電柜、交流防雷配電箱和環(huán)境監(jiān)測(cè)儀與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與中央控制中心互連。
本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，太陽能光伏陣列每一組串在光照下發(fā)出的電能經(jīng)直流防雷匯流箱匯流后經(jīng)由直流配電柜送入并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)殡妷?80V，頻率50HZ的三相交流電。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，并網(wǎng)逆變器輸出端接交流防雷配電箱，且與AC 380V，頻率50Hz的船用電網(wǎng)相并。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，所述的船用電網(wǎng)由電動(dòng)機(jī)從市電網(wǎng)取電帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電組成電網(wǎng)回路。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中并網(wǎng)負(fù)載通過串入模擬船用負(fù)載的感性負(fù)載與阻性負(fù)載來獲得。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，其并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率追蹤、孤島保護(hù)及與船舶電網(wǎng)的鎖相功能。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，通過示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀所獲數(shù)據(jù)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行分析和研究。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，通過環(huán)境監(jiān)測(cè)儀對(duì)太陽能光伏陣列所處的風(fēng)速、夕卜界溫度和輻射強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究其各自的改變對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響及并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)所帶來的影響。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，通過調(diào)節(jié)模擬船用負(fù)載的大小來分析不同負(fù)載情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行情況，從而為船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本發(fā)明的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，通過本地和遠(yuǎn)程通訊監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理、報(bào)警、存儲(chǔ)、查詢及顯示，并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)整。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明通過將太陽能電池板先串聯(lián)再并聯(lián)的連接方式，便于安裝與維護(hù)，并且提高了整個(gè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性；光伏發(fā)電系統(tǒng)采用與船舶電網(wǎng)直接并網(wǎng)的方式，省去了蓄電池裝置，減少了設(shè)備，降低了成本；并網(wǎng)逆變器可實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列的最大功率追蹤與孤島保護(hù)等功能，提高光伏系統(tǒng)的輸出功率并保證電網(wǎng)的安全正常運(yùn)行。


圖I是本發(fā)明船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡單結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)理論與控制示意 圖3是本發(fā)明船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)光伏陣列電池組串連接示意 圖4是本發(fā)明船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本地監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖I所示。，它包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流防雷配電箱、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、模擬船用負(fù)載、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀。其太陽能光伏板按照?qǐng)D3所示示意圖先分組串聯(lián)，再整體并聯(lián)的方式進(jìn)行連接。太陽能光伏陣列每一組串在光照下發(fā)出的電能經(jīng)光伏防雷匯流箱匯流后經(jīng)由直流配電柜送入并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)殡妷簽?80V，頻率50Hz的三相交流電。。并網(wǎng)逆變器可實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率追蹤、孤島保護(hù)以及對(duì)船舶電網(wǎng)的鎖相功能。并網(wǎng)逆變器輸出的交流電經(jīng)交流配電箱與AC 380V，頻率50Hz的船用電網(wǎng)相并。該船用電網(wǎng)由電動(dòng)機(jī)從市電網(wǎng)取電帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電組成電網(wǎng)回路。并網(wǎng)負(fù)載通過串入可以模擬船用負(fù)載的感性負(fù)載與阻性負(fù)載來獲得。電網(wǎng)中串入模擬船用負(fù)載用來模擬船舶上所帶負(fù)載。通過改變串入負(fù)載的大小與性質(zhì)可模擬船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同外界環(huán)境和不同負(fù)載情況下的并網(wǎng)運(yùn)行性能。還原船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際使用中因外界環(huán)境和船用負(fù)載變化而對(duì)其運(yùn)行性能產(chǎn)生的影響。如圖2所示，并網(wǎng)逆變器中的中央控制器通過各種傳感器采集太陽能光伏陣列的表面溫度、日照強(qiáng)度、輸出直流電壓、輸出直流電流、逆變部分輸出的電壓、電流、發(fā)電機(jī)輸出的電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流。通過對(duì)采集的光伏電池板的表面溫度、日照強(qiáng)度、直流電壓、直流電流參數(shù)的分析計(jì)算，使光伏陣列輸出工作于最大功率點(diǎn)；采集逆變部分輸出的電壓、電流、發(fā)電機(jī)輸出的電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，然后送給并網(wǎng)逆變器中的鎖相模塊中分析處理，經(jīng)SVPMW算法產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖控制波，用SVPMW波控制功率器件構(gòu)成的逆變橋的通斷，使逆變器輸出的電流與發(fā)電機(jī)輸出的電網(wǎng)側(cè)的電壓同頻同相位，從而實(shí)現(xiàn)與船舶電網(wǎng)的鎖相功能，做到以單位功率因數(shù)并網(wǎng)；采集光伏陣列輸出的直流電壓、直流電流、逆變部分輸出的電壓、電流、發(fā)電機(jī)輸出側(cè)電網(wǎng)的電壓與電流，通過軟件保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的過或欠壓、過或欠流、過或欠頻及孤島保護(hù)等功能。如圖4所示，本地監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置主要用于數(shù)據(jù)的采集、處理、報(bào)警、存儲(chǔ)、查詢及顯示。采集光伏陣列輸出的電參數(shù)、饋入電網(wǎng)的累計(jì)電能、并網(wǎng)逆變器的輸入輸出參數(shù)、并網(wǎng)的電參數(shù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得出最佳的運(yùn)行信號(hào)。如果經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)異常，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。采集的數(shù)據(jù)可進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，并可以查詢歷史數(shù)據(jù)及故障報(bào)警信息。同時(shí)可實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)入各個(gè)監(jiān)測(cè)界面。示波器可實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)中的電壓及電流的波形，電能品質(zhì)測(cè)試儀可以實(shí)時(shí)顯示并網(wǎng)電流的畸變率。本地監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)也可以通過有線或無線傳輸?shù)姆绞絺鞯竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心， 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心也可以把處理得出的最佳運(yùn)行信息送給現(xiàn)場的控制模塊中心，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
權(quán)利要求
1.一種船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于它包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流防雷配電箱、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、模擬船用負(fù)載、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀；所述的太陽能光伏陣列中的電池板先局部串聯(lián)組成太陽能電池串，再整體并聯(lián)連接后接入光伏防雷匯流箱，經(jīng)直流防雷配電柜與并網(wǎng)逆變器相連；并網(wǎng)逆變器輸出端接交流防雷配電箱輸入端，交流配電箱輸出端并入船用電網(wǎng)；所述的船用電網(wǎng)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)并串入模擬船用負(fù)載形成，示波器和電能品質(zhì)測(cè)試儀一端連接并網(wǎng)逆變器，另一端連接數(shù)據(jù)采集器，光伏防雷匯流箱、直流防雷配電柜、交流防雷配電箱和環(huán)境監(jiān)測(cè)儀與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與中央控制中心互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于太陽能光伏陣列每一組串在光照下發(fā)出的電能經(jīng)光伏防雷匯流箱匯流后經(jīng)由直流配電柜送入并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)殡妷?80V，頻率50HZ的三相交流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于并網(wǎng)逆變器輸出端接交流防雷配電箱，且與AC 380V，頻率50Hz的船用電網(wǎng)相并。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的船用電網(wǎng)由電動(dòng)機(jī)從市電網(wǎng)取電帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電組成電網(wǎng)回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于并網(wǎng)負(fù)載通過串入模擬船用負(fù)載的感性負(fù)載與阻性負(fù)載來獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，其特征在于并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率追蹤、孤島保護(hù)及與船舶電網(wǎng)的鎖相功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，其特征在于通過示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀所獲數(shù)據(jù)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行分析和研究。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，其特征在于通過環(huán)境監(jiān)測(cè)儀對(duì)太陽能光伏陣列所處的風(fēng)速、外界溫度和輻射強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究其各自的改變對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響及并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)所帶來的影響。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，其特征在于通過調(diào)節(jié)模擬船用負(fù)載的大小來分析不同負(fù)載情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行情況，從而為船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，其特征在于通過本地和遠(yuǎn)程通訊監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理、報(bào)警、存儲(chǔ)、查詢及顯示，并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)整。
全文摘要
一種船用光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括太陽能光伏陣列、光伏防雷匯流箱、直流防雷配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流防雷配電箱、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、模擬船用負(fù)載、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、示波器及電能品質(zhì)測(cè)試儀。太陽能光伏陣列發(fā)出的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)?80V，50Hz三相交流電，并與船用電網(wǎng)相并。該船用電網(wǎng)由電動(dòng)機(jī)從市電網(wǎng)取電，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電并串入模擬船用負(fù)載構(gòu)成。本船用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可模擬船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同外界環(huán)境下的并網(wǎng)運(yùn)行性能，并可測(cè)量電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，通過還原船用光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際使用中因外界環(huán)境和船用負(fù)載變化而對(duì)其運(yùn)行性能產(chǎn)生的影響，從而為船用光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102684220SQ201210131419
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者嚴(yán)新平, 和樹海, 孫玉偉, 林杰, 湯旭晶, 白秀琴, 董從林, 袁成清, 趙江濱, 陳云瑤 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)