一種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括太陽能電池板PV1、PV2、…、PVn，嵌入了窄帶電力線載波通信的微型并網(wǎng)逆變器INV1、INV2、…、INVn，電力線，窄帶電力線載波通信主站，電腦控制終端。微型并網(wǎng)逆變器（INV1、INV2、…、INVn）由輔助電源模塊、直流采樣電路、交流采樣電路、控制電路、最大功率點跟蹤直流升壓變換器、逆變?yōu)V波模塊、窄帶電力線載波通信模塊和電子開關(guān)組成。微型并網(wǎng)逆變器INV1、INV2、…、INVn的輸出端連接電網(wǎng)電力線，由窄帶電力線載波通信主站接收來自各窄帶電力線載波通信模塊的傳輸數(shù)據(jù)，采用電腦控制終端將窄帶電力線載波通信主站所接收數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并對故障并網(wǎng)單元進行遠程控制，從而實現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)基于電力線載波通信的智能控制。
【專利說明】—種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，特別是涉及一種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，屬于太陽能利用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展，化石能源的消耗急劇攀升，能源的過度開采及利用導致環(huán)境問題日益凸顯。因此，可再生能源的開發(fā)與利用成為世界各國共同關(guān)注的焦點。其中，太陽能以其可持續(xù)、無污染、安全可靠的特點，已成為新能源研究領(lǐng)域的熱點。而光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)更是世界太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主流應用方式。光伏發(fā)電通過逆變器實現(xiàn)交流輸出從而與市電網(wǎng)并網(wǎng)，不僅可以實現(xiàn)就地消納電力，節(jié)約輸變電投資運行成本；而且通過輔助市電網(wǎng)發(fā)電，可以有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)容量，削峰填谷。
[0003]目前光伏系統(tǒng)并網(wǎng)方式主要有兩種，一是采用大型并網(wǎng)逆變器實現(xiàn)并網(wǎng)，二是采用微型并網(wǎng)逆變器實現(xiàn)并網(wǎng)。在采用大型并網(wǎng)逆變器的光伏系統(tǒng)中，為避免故障系統(tǒng)并網(wǎng)，需實時對各電池板組串進 行監(jiān)控。針對此系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測主要以無線網(wǎng)或以太網(wǎng)等通信方式實現(xiàn)，存在建立發(fā)射基站、重新布線等高成本的繁雜工作。同時，所監(jiān)控的數(shù)據(jù)為匯流后的電池板組串的總電壓電流，難以準確反應遮擋或故障電池板的信息，也不便于控制終端對遮擋或故障電池板的定位從而及時采取應急措施以及離網(wǎng)策略。
[0004]在采用微型并網(wǎng)逆變器的光伏系統(tǒng)中，單塊電池板實現(xiàn)逆變并網(wǎng)輸出，遮擋及故障不會對所有電池板的效率和并網(wǎng)造成影響，并且由于并網(wǎng)功率小，因此對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響小。目前，在千瓦級的采用微型并網(wǎng)逆變器的光伏發(fā)電系統(tǒng)中多采用無線通信或RS485等通信方式實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的監(jiān)測功能，從而使控制終端實時監(jiān)測各個電池板以及微型逆變器的運行參數(shù)，及時精確地對故障電池板進行定位。然而，采用無線通信方式存在基站建設(shè)以及通信穩(wěn)定性受視線范圍的傳輸局限等問題；采用RS485通信則存在重新布線、通信距離短或必須配備專用通信電纜才能使最大通信距離達1200m的問題。針對以上兩種通信方式存在的問題，本發(fā)明專利通過在微型并網(wǎng)逆變器中嵌入窄帶電力線載波通信模塊，利用微型逆變器并網(wǎng)功能以及現(xiàn)有電力線架構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)向變壓器內(nèi)側(cè)的監(jiān)控終端的實時傳送，從而避免發(fā)射基站建立、以及重新布線等工作，降低成本。同時采用LM2596做電壓可調(diào)型輔助電源，共享電池板電壓為窄帶電力線載波通信模塊及其所需的外圍電路模塊供電，減少系統(tǒng)配件數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以避免微型并網(wǎng)逆變器中通信布線及配件繁雜、通信距離短、不可靠的問題，又可以實現(xiàn)控制終端對單個光伏并網(wǎng)單元進行實時定位監(jiān)控。
[0006]上述目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0007]該系統(tǒng)包括:η個太陽能電池板(PV1、PV2、…、PVn)，η個嵌入了窄帶電力線載波通信模塊的微型并網(wǎng)逆變器(INV1、INV2、…、INVn)，一個窄帶電力線載波通信主站，一個電腦控制終端。其特征在于:太陽能電池板PV1、PV2、…、PVn的輸出端分別與微型并網(wǎng)逆變器INV1、INV2、…、INVn的輸入端連接，微型并網(wǎng)逆變器INVl、INV2、…、INVn的輸出端連接電網(wǎng)電力線，由窄帶電力線載波通信主站接收來自各窄帶電力線載波通信模塊的傳輸數(shù)據(jù)，采用電腦控制終端將窄帶電力線載波通信主站所接收數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并對故障并網(wǎng)單元進行遠程控制；所述的微型并網(wǎng)逆變器(INV1、INV2、…、INVn)由輔助電源模塊、直流采樣電路、交流采樣電路、控制電路、最大功率點跟蹤直流升壓變換器、逆變?yōu)V波模塊、窄帶電力線載波通信模塊和電子開關(guān)組成。
[0008]微型并網(wǎng)逆變器中的輔助電源模塊為LM2596可調(diào)電源模塊，其直流輸入端接太陽能電池板的輸出端，為直流采樣電路和交流采樣電路提供24V直流電壓，為窄帶電力線載波通信模塊提供9V直流電壓，為控制電路提供5V直流電壓。
[0009]微型并網(wǎng)逆變器中的直流采樣電路的輸入端與最大功率點跟蹤直流升壓變換器的輸入端連 接，對電池板輸出的直流電壓、直流電流進行采樣，并通過RS485通信將采樣信號送入控制電路；所述的交流采樣電路的輸入端與逆變?yōu)V波模塊的輸出端連接，對濾波輸出的并網(wǎng)交流電壓和交流電流進行采樣，并通過RS485通信將采樣信號送至控制電路。
[0010]微型并網(wǎng)逆變器中的電子開關(guān)串接在太陽能電池板與最大功率點跟蹤直流升壓變換器的一連接端中，電子開關(guān)的控制端接控制電路的一輸出端。
[0011]微型并網(wǎng)逆變器中的控制電路設(shè)置有單片機和MAX485芯片?？刂齐娐返囊惠敵龆诉B接最大功率點跟蹤直流升壓變換器的最大功率點跟蹤控制端；另一輸出端與窄帶電力線載波通信模塊連接，該輸出端通過控制電路中采用的MAX485芯片實現(xiàn)RS485信號與3.3VTTL UART信號的相互轉(zhuǎn)換，一方面將采樣信號送入窄帶電力線載波通信模塊，另一方面將窄帶電力線載波通信模塊接收到的終端控制指令送入控制電路中進行處理和響應，使控制電路輸出脈沖信號至電子開關(guān)，控制逆變器的啟停。
[0012]微型并網(wǎng)逆變器中的窄帶電力線載波通信模塊的輸入端與控制電路的一輸出端連接，輸出端與逆變?yōu)V波模塊的輸出端連接。該通信模塊對控制電路中的直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流進行編碼、調(diào)制，然后進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換、放大、濾波，并將調(diào)制好的高頻模擬信號送入電力線進行傳輸；所述的窄帶電力線載波通信主站提取各窄帶電力線載波通信模塊所傳輸?shù)母哳l模擬信號，并在濾波、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換后進行解調(diào)、解碼，然后根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包地址，通過RS485通信將數(shù)據(jù)送入電腦控制終端的SCADA集控系統(tǒng)并在相應太陽能并網(wǎng)單元窗口進行數(shù)據(jù)顯示，從而達到對各太陽能電池并網(wǎng)單元工作狀況監(jiān)測的目的。若SCADA集控系統(tǒng)接收到的直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流不在閾值范圍內(nèi)，則判定當前太陽能電池并網(wǎng)單元故障，SCADA發(fā)送包含地址的控制指令數(shù)據(jù)包至窄帶電力線載波通信主站，由窄帶電力線載波通信主站發(fā)送至故障單元的微型并網(wǎng)逆變器中的控制電路，控制電路輸出脈沖信號使電子開關(guān)關(guān)斷，使微型逆變器停止工作和并網(wǎng)。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要優(yōu)點:
(I)通過在各微型并網(wǎng)逆變器中嵌入窄帶電力線載波通信模塊，實時將各并網(wǎng)單元的運行參數(shù)發(fā)送至終端SCADA集控系統(tǒng)，根據(jù)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)的性質(zhì)，利用現(xiàn)有低壓電力線進行通信，避免無線通信基站成本浪費以及RS485通信誤差大、不可靠的缺陷。
[0014](2)通過采用LM2596可調(diào)電源模塊作為輔助電源模塊，避免窄帶電力線載波通信模塊、采樣電路以及控制電路使用電源適配器供電的配件需求，共享太陽能電池板直流電壓，減少集成的微型并網(wǎng)逆變器的配件數(shù)目。
[0015](3)通過微型并網(wǎng)逆變器中的控制電路一方面將采集的交流電壓和電流信號以及直流電壓和電流信號直接送入窄帶電力線載波通信模塊進行處理、傳輸；另一方面接收并處理來自控制終端的信號指令，控制電子開關(guān)從而控制微型并網(wǎng)逆變器的啟停。
[0016](4)通過采用SCADA集控軟件，實時監(jiān)控各太陽能電池并網(wǎng)單元的運行狀況并記錄、保存歷史運行數(shù)據(jù)。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)整體控制連接示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明嵌入了窄帶電力線載波通信模塊的微型并網(wǎng)逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1.電力線，2.窄帶電力線載波通信主站，3.電腦控制終端，4.變壓器，5.輔助電源模塊，6.直流采樣電路，7.交流采樣電路，8.控制電路，9.最大功率點跟蹤直流升壓變換器，10.逆變?yōu)V波模塊，11.窄帶電力線載波通信模塊，12.電子開關(guān)。
[0020]【具體實施方式】:
在圖1所示的實施例中，太陽能電池板PV1、PV2、…、PVn的輸出端分別與微型并網(wǎng)逆變器INVU INV2、…、INVn的輸入端連接，微型并網(wǎng)逆變器INVU INV2、…、INVn的輸出端連接電網(wǎng)電力線，由窄帶電力線載波通信主站(2)接收來自各窄帶電力線載波通信模塊
(11)的傳輸數(shù)據(jù)，采用電腦控制終端將窄帶電力線載波通信主站所接收數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并對故障并網(wǎng)單元進行遠程控制。如圖2所示的嵌入了窄帶電力線載波通信模塊的微型并網(wǎng)逆變器由輔助電源模塊(5)，直流采樣電路(6)，交流采樣電路(7)，控制電路(8)，最大功率點跟蹤直流升壓變換器(9)，逆變?yōu)V波模塊(10)，窄帶電力線載波通信模塊(11)，電子開關(guān)
(12)組成。
[0021]在圖1中，太陽能電池板PV1、PV2、…、PVn的輸出端分別與微型并網(wǎng)逆變器INV1、INV2、…、INVn的輸入端連接，微型并網(wǎng)逆變器INVl、INV2、…、INVn的輸出端通過公共電網(wǎng)接口并網(wǎng)輸出，同時并網(wǎng)接口處的220V/380V、50Hz低壓電力線⑴作為通信信道將各微型并網(wǎng)逆變器中由太陽能電池板輸入的直流電壓、直流電流，以及逆變?yōu)V波后并網(wǎng)輸出的交流電壓、交流電流信號向窄帶電力線載波通信主站(2)傳輸。窄帶電力線載波通信主站
(2)自低壓電力線中提取、解調(diào)各太陽能電池并網(wǎng)單元所傳輸?shù)闹绷麟妷?、直流電流、交流電壓、交流電流信號，并根?jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包地址，通過RS485通信送往電腦控制終端(3)，由SCADA集控系統(tǒng)在相應太陽能電池并網(wǎng)單元窗口進行數(shù)據(jù)顯示。由于高頻載波通信信號不能通過電力變壓器(4)，因此電腦控制終端應設(shè)置于變壓器(4)的輸入端附近。SCADA集控系統(tǒng)記錄、顯示數(shù)據(jù)的同時，根據(jù)閾值判定各太陽能電池并網(wǎng)單元是否正常工作，對于故障或遮擋的太陽能電池并網(wǎng)單元，由電腦控制終端(3) SCADA集控系統(tǒng)發(fā)送包含地址的控制指令數(shù)據(jù)包至窄帶電力線載波通信主站(2)，窄帶電力線載波通信主站(2)發(fā)送控制指令至該地址的微型并網(wǎng)逆變器中的控制電路(8)，控制電路根據(jù)控制指令輸出脈沖信號使電子開關(guān)(12)關(guān)斷，使微型并網(wǎng)逆變器停止工作和并網(wǎng)，等待檢修。
[0022]在圖2中，太陽能電池板(PV)輸出的直流電壓、直流電流輸入至微型并網(wǎng)逆變器(INV)中的輔助電源模塊(5)和最大功率點跟蹤直流升壓變換器(9)，輔助電源模塊(5)采用LM2596可調(diào)電源模塊為直流采樣電路(6)、交流采樣電路(7)、控制電路(8)、窄帶電力線載波通信模塊(11)供電?？刂齐娐?8)對最大功率點跟蹤直流升壓變換器(9)執(zhí)行最大功率點跟蹤算法，產(chǎn)生PWM脈沖驅(qū)動信號，從而控制升壓變換器開關(guān)管的導通時間，實現(xiàn)對單塊太陽能電池板的最大功率點跟蹤，同時由升壓變換器將太陽能光伏電池低電壓升至比電網(wǎng)峰值高的電壓。逆變?yōu)V波模塊(10)將前級直流升壓變換器所汲取的電能逆變?yōu)榻涣麟妷?、交流電流，通過標準電網(wǎng)接口饋入電網(wǎng)，并維持直流母線電壓的穩(wěn)定。
[0023]在微型并網(wǎng)逆變器(INVl)實現(xiàn)升壓、逆變并網(wǎng)的同時，直流采樣電路(6)對微型并網(wǎng)逆變器(INVl)輸入端的直流電壓、直流電流進行采樣，交流采樣電路(7)對逆變?yōu)V波輸出后的交流電壓、交流電流進行采樣，兩采樣電路均通過RS485通信將采樣信號送入控制電路(8)。控制電路(8)采用MAX485芯片將接收到的RS485信號轉(zhuǎn)換為3.3V TTL UART送入窄帶電力線載波通信模塊(11)，窄帶電力線載波通信模塊(11)對直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流數(shù)據(jù)進行編碼和調(diào)制，隨后進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，并將所得的模擬信號進行放大、濾波得到高頻載波信號，通過公共電網(wǎng)接口耦合至市電220V/380V、50Hz低壓電力線(I)上進行傳輸。窄帶電力線載波通信主站(2)從市電220V/380V、50Hz低壓電力線(I)上提取高頻載波信號，信號經(jīng)窄帶電力線載波通信主站(2)濾波、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換后解調(diào)得到直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流的解碼數(shù)據(jù)。解碼所得數(shù)據(jù)通過與位于變壓器內(nèi)側(cè)的電腦控制終端(3)的RS485通信傳送至SCADA集控系統(tǒng)，并根據(jù)數(shù)據(jù)來源的地址顯示在對應的太陽能電池并網(wǎng)單元窗口，實現(xiàn)電腦控制終端(3)對各太陽能電池并網(wǎng)單元的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄。
[0024]在電腦控制終端(3)監(jiān)測過程中，將每一個接收到的數(shù)據(jù)與閾值相比較，從而判斷太陽能電池并網(wǎng)單元是否故障或遮擋，若接收的任一數(shù)據(jù)不在閾值范圍內(nèi)，則電腦控制終端(3)發(fā)送包含該太陽能電池并網(wǎng)單元地址的控制指令數(shù)據(jù)包至窄帶電力線載波通信主站(2)，由窄帶電力線載波通信主站通過低壓電力線(I)發(fā)送至此地址下的微型并網(wǎng)逆變器中的控制電路(8)，控制電路(8)輸出脈沖信號使電子開關(guān)(12)關(guān)斷，使微型并網(wǎng)逆變器停止工作和并網(wǎng)，等待維修人員進行檢測、維修處理。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括太陽能電池板(PV1、PV2、…、PVn)，嵌入了窄帶電力線載波通信的微型并網(wǎng)逆變器(INV1、INV2、…、INVn)，電力線，窄帶電力線載波通信主站，電腦控制終端，其特征在于:太陽能電池板PV1、PV2、…、PVn的輸出端分別與微型并網(wǎng)逆變器INV1、INV2、…、INVn的輸入端連接，微型并網(wǎng)逆變器INVl、INV2、…、INVn的輸出端連接電網(wǎng)電力線；由窄帶電力線載波通信主站接收來自各窄帶電力線載波通信模塊的傳輸數(shù)據(jù)，采用電腦控制終端將窄帶電力線載波通信主站所接收數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并對故障并網(wǎng)單元進行遠程控制；窄帶電力線載波通信主站和電腦控制終端設(shè)置于變壓器的輸入端附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電力線載波通信的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:所述的嵌入了窄帶電力線載波通信的微型并網(wǎng)逆變器(INV1、INV2、…、INVn)由輔助電源模塊、直流采樣電路、交流采樣電路、控制電路、最大功率點跟蹤直流升壓變換器、逆變?yōu)V波模塊、窄帶電力線載波通信模塊和電子開關(guān)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的嵌入了窄帶電力線載波通信的微型并網(wǎng)逆變器(INV1、INV2、…、INVn)，其特征在于:所述的輔助電源模塊為LM2596可調(diào)電源模塊，其直流輸入端接太陽能電池板的輸出端，為直流采樣電路和交流采樣電路提供24V直流電壓，為窄帶電力線載波通信模塊提供9V直流電壓，為控制電路提供5V直流電壓；所述的直流采樣電路的輸入端與最大功率點跟蹤直流升壓變換器的輸入端連接，對電池板輸出的直流電壓、直流電流進行采樣，并通過RS485通信將采樣信號送入控制電路；所述的交流采樣電路的輸入端與逆變?yōu)V波模塊的輸出端連接，對濾波輸出的并網(wǎng)交流電壓和交流電流進行采樣，并通過RS485通信將采樣信號送至控制電路；所述的電子開關(guān)串接在太陽能電池板與最大功率點跟蹤直流升壓變換器的一連接端中，電子開關(guān)的控制端接控制電路的一輸出端；所述的控制電路設(shè)置有單片機和MAX485芯片，控制電路的一輸出端連接最大功率點跟蹤直流升壓變換器的最大功率點跟蹤控制端；另一輸出端與窄帶電力線載波通信模塊的控制端連接，該輸出端通過控制電路中采用的MAX485芯片實現(xiàn)RS485信號與3.3V TTL UART信號的相互轉(zhuǎn)換，一方面將采樣信號送入窄帶電力線載波通信模塊，另一方面將窄帶電力線載波通信模塊接收到的終端控制指令送入控制電路中進行處理和響應，使控制電路輸出脈沖信號至電子開關(guān)，控制逆變器的啟停；所述的窄帶電力線載波通信模塊的輸入端與控制電路的一輸出端連接，輸出端與逆變?yōu)V波模塊的輸出端連接。
【文檔編號】H02J3/38GK103986182SQ201410025705
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】李明, 張瑩, 季旭 申請人:云南師范大學