一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，主要包括：光伏陣列、橋式整流器、充電控制器、穩(wěn)壓模塊、蓄電池、雙向變流器、選擇開關(guān)模塊、交流電網(wǎng)。本實用新型通過輔助充電模塊實現(xiàn)對蓄電池的智能充電控制；并通過選擇開關(guān)模塊實現(xiàn)光伏系統(tǒng)與交流電網(wǎng)的串并聯(lián)模式的控制。能夠有效延長蓄電池的使用壽命，提高了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電能使用效率，同時能夠減小光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的故障率。
【專利說明】
一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池是一種通過光電效應(yīng)對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。光伏發(fā)電作為所有可再生能源中最具發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電技術(shù)之一，近年來得到廣泛發(fā)展。
[0003]光伏并網(wǎng)發(fā)電/供電是目前應(yīng)用最廣泛、也是最為成熟的光伏發(fā)電應(yīng)用。光伏并網(wǎng)發(fā)電最基本的構(gòu)成部件主要包括光伏陣列、半導(dǎo)體整流器、蓄電池、并網(wǎng)設(shè)備或裝置。其中，大容量蓄電池是調(diào)節(jié)光伏發(fā)電和交流電網(wǎng)電量分配和負載分配的必要手段，而并網(wǎng)設(shè)備則是光伏發(fā)電和交流電網(wǎng)綜合利用效率最大化的調(diào)整手段之一。
[0004]目前，由于光伏陣列發(fā)電量受不確定因素影響大，并且并網(wǎng)運行負載容量變動大，光伏并網(wǎng)發(fā)電中的大容量蓄電池主要存在過度充電和欠充超載運行的問題，并且自由充放電狀態(tài)下的蓄電池充放電頻繁。因此光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池活性將受到嚴重影響，從而大大縮短了使用壽命和使用效率，進一步影響光伏發(fā)電并網(wǎng)運行的安全。因此，需要尋求一種智能的解決方案，以避免光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中蓄電池的過充和欠充問題。
[0005]另外，目前光伏發(fā)電一般通過半導(dǎo)體變流設(shè)備采用并聯(lián)的方式接入交流電網(wǎng)，即光伏發(fā)電作為主電網(wǎng)的輔助功率提供手段。但是，當(dāng)主電網(wǎng)或光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障時，前述的并聯(lián)方式必將解體，光伏發(fā)電和交流電網(wǎng)又各自獨立工作。雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了光伏發(fā)電以串并聯(lián)方式并網(wǎng)運行的替代方案。但是，目前提供的串聯(lián)工作接口只在交流主電網(wǎng)故障的情況下才投入使用，利用效率低，并且光伏發(fā)電與交流電網(wǎng)并聯(lián)或串聯(lián)的模式是固定的，不能根據(jù)負載容量進行智能機動調(diào)節(jié)。因此，也需要提供一種能夠靈活轉(zhuǎn)變光伏發(fā)電與交流電網(wǎng)之間的串、并聯(lián)關(guān)系的接口裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，以有效解決其蓄電池及并網(wǎng)接入方式的問題。
[0007]本實用新型提出了下技術(shù)方案:
[0008]—種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，主要包括光伏陣列、橋式整流器、充電控制器、穩(wěn)壓模塊、蓄電池、雙向變流器、選擇開關(guān)模塊、交流電網(wǎng)；
[0009]所述光伏陣列通過所述橋式整流器與所述充電控制器相連接;所述充電控制器與所述蓄電池相連接;所述充電控制器和所述蓄電池分別通過所述穩(wěn)壓模塊與用電設(shè)備中的直流負載相連接；
[0010]所述充電控制器主要包括微控制器、輔助充電模塊、蓄電池電量檢測模塊;其中，所述微控制器分別連接所述輔助充電模塊、所述蓄電池、所述穩(wěn)壓模塊;所述輔助充電模塊通過所述蓄電池電量檢測模塊與所述蓄電池相連接;所述輔助充電模塊與用電設(shè)備功率檢測模塊連接，所述用電設(shè)備功率檢測模塊用于檢測用電設(shè)備的負載功率；
[0011]所述光伏陣列通過所述橋式整流器與所述雙向變流器相連接;所述雙向變流器與用電設(shè)備中的交流負載相連接，并且所述雙向變流器通過穩(wěn)壓模塊與用電設(shè)備中的直流負載相連接；
[0012]所述交流電網(wǎng)通過交流接觸器與所述選擇開關(guān)模塊相連接，所述選擇開關(guān)模塊與所述雙向變流器相連接;所述選擇開關(guān)模塊用于控制所述交流電網(wǎng)與所述雙向變流器的串聯(lián)或并聯(lián)。
[0013]進一步地，所述充電控制器還包括光伏功率檢測模塊，所述光伏功率檢測模塊與所述微控制器相連接；
[0014]進一步地，所述選擇開關(guān)模塊包含第一雙向可控硅開關(guān)、第二雙向可控硅開關(guān)、第三雙向可控硅開關(guān)，在單相電路中，第一雙向可控硅開關(guān)包括兩個并聯(lián)的雙向可控硅，第二雙向可控硅開關(guān)包括兩個并聯(lián)的雙向可控硅，第三雙向可控硅開關(guān)為一個雙向可控硅。
[0015]進一步地，所述選擇開關(guān)模塊還包含一個電容器，所述電容器與所述第三雙向可控硅開關(guān)并聯(lián)。
[0016]與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0017]本實用新型的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，通過在充電控制器中設(shè)置輔助充電模塊，通過對蓄電池電量的檢測實現(xiàn)對蓄電池的自動充電。避免了對蓄電池的過充電和欠充電，并且有效減少了對蓄電池的充放電次數(shù)，進而可延長蓄電池的使用壽命。
[0018]在太陽能充電的過程中，先檢查是否有用電設(shè)備在用電和用電功率，再根據(jù)太陽能充電功率進行分配。如果太陽能提供的電能多于用電設(shè)備使用的電能，則多余的電能為蓄電池充電。如果太陽能提供的電能不夠用電設(shè)備使用，則不足部分由蓄電池提供。
[0019]在外接市電為蓄電池充電時，如果此時太陽能也輸出電能，優(yōu)先使用太陽能充電；在太陽能充電不足的情況下，再使用市電充電功能。
[0020]本實用新型的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，還通過選擇開關(guān)模塊控制交流電網(wǎng)與光伏系統(tǒng)的并聯(lián)或串聯(lián)，能夠根據(jù)負載容量、或者光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的故障情況，自動控制光伏系統(tǒng)與交流電網(wǎng)之間的并聯(lián)、串聯(lián)等狀態(tài)。
[0021]本實用新型的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，通過輔助充電模塊實現(xiàn)對蓄電池的智能充電控制，以及通過選擇開關(guān)模塊實現(xiàn)對光伏系統(tǒng)與交流電網(wǎng)的智能聯(lián)網(wǎng)模式控制，能夠有效延長蓄電池的使用壽命，提高了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電能使用效率，同時也能夠減小光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的故障率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)原理圖。
[0023]圖2是本實用新型實施例中充電控制器的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0024]圖3是本實用新型實施例中選擇開關(guān)模塊的電路原理圖。
[0025]以下通過【具體實施方式】，并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
【具體實施方式】
[0026]參見圖1，其示出了一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理性框圖。
[0027]本實用新型的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，主要包括光伏陣列、橋式整流器、充電控制器、穩(wěn)壓模塊、蓄電池、雙向變流器、選擇開關(guān)模塊、交流電網(wǎng)。光伏陣列通過橋式整流器與充電控制器相連接。其中，光伏陣列可采用分布式光伏單元組成，橋式整流器可采用不可控的全橋電力二極管組成。蓄電池可采用12V單體鉛酸電池組成的電池組，或采用超級電容器。
[0028]如圖1所示，充電控制器與所述蓄電池相連接。充電控制器和蓄電池分別通過穩(wěn)壓模塊與用電設(shè)備中的直流負載相連接。穩(wěn)壓模塊可采用帶LC濾波器的BOOST電路，具有升壓功能，能夠為直流負載提供穩(wěn)定的功率輸出。
[0029]光伏陣列通過橋式整流器與雙向變流器相連接。本例中的雙向變流器不同于現(xiàn)有技術(shù)中已有的“雙向變流器”概念，該雙向變流器不具備能量雙向流通的功能，僅指直流或交流電能都可以從一端流向另一端，且可以轉(zhuǎn)變?yōu)樨撦d所需的直流或交流形式。該雙向變流器的電路雖然在本申請的附圖中沒有予以明示，但是基于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的基礎(chǔ)知識是可以實施的，例如:以三相為例，使用電力IGBT的全橋結(jié)構(gòu)作為本實用新型的雙向變流器，通過合適的PWM控制信號，能夠?qū)⒁欢说闹绷骰螂娏魇杖朕D(zhuǎn)變?yōu)榱硪欢说慕涣?直流)/直流(交流)輸出。
[0030]見圖1，將雙向變流器與用電設(shè)備中的交流負載相連接，并且該雙向變流器也通過前述的穩(wěn)壓模塊與用電設(shè)備中的直流負載相連接。
[0031]交流電網(wǎng)通過交流接觸器與選擇開關(guān)模塊相連接，選擇開關(guān)模塊與雙向變流器相連接。
[0032]在太陽能充電的過程中，用電設(shè)備功率檢測模塊會檢查是否有用電設(shè)備在用電和用電功率，同時太陽能輸出的功率也會由充電控制器檢測。充電控制器根據(jù)太陽能充電功率與用電設(shè)備的實時功率進行比較。如果太陽能提供的電能多于用電設(shè)備使用的電能，則多余的電能為蓄電池充電。如果太陽能提供的電能不夠用電設(shè)備使用，則不足部分由蓄電池提供給用電設(shè)備。
[0033]在外接市電為蓄電池充電時，如果此時太陽能也輸出電能，優(yōu)先使用太陽能充電；在太陽能充電不足的情況下，再使用市電充電功能。
[0034]參見附圖2，充電控制器主要包括微控制器U1、輔助充電模塊、蓄電池電量檢測模塊、光伏功率檢測模塊。其中，微控制器Ul分別連接輔助充電模塊、蓄電池、光伏功率檢測模塊、穩(wěn)壓模塊。輔助充電模塊通過蓄電池電量檢測模塊與蓄電池相連接。輔助充電模塊與用電設(shè)備功率檢測模塊連接，用電設(shè)備功率檢測模塊用于檢測用電設(shè)備的負載功率。
[0035]本實用新型中，微控制器Ul根據(jù)輔助充電模塊的反饋信號開啟或關(guān)閉對蓄電池的充電電路。具體是這樣實現(xiàn)的:輔助充電模塊由兩個分立積分電路組成，分別預(yù)先設(shè)定蓄電池電量上限和下限對應(yīng)的模擬信號值。蓄電池電量檢測模塊實時檢測蓄電池的電量，并生成對應(yīng)的模擬信號發(fā)送至輔助充電模塊，輔助充電模塊將設(shè)定的信號值與實時檢測信號值的比較結(jié)果發(fā)給微控制器Ul，由微控制器Ul控制充電電路的通、斷。上限閾值可設(shè)置成防止蓄電池過度充電，下限閾值設(shè)置成防止蓄電池欠充電。
[0036]又見附圖1，作為蓄電池保護的輔助之一，在本實用新型的一實施例中設(shè)置用電設(shè)備功率檢測模塊，該用電設(shè)備功率檢測模塊中包含對直流負載的功率檢測。當(dāng)蓄電池電量低于下限閾值時，微控制器Ul切斷蓄電池對直流負載的輸出，直接控制橋式整流器經(jīng)穩(wěn)壓電路向直流負載供電。
[0037]附圖3以單相電路為例示出了本實用新型中的選擇開關(guān)模塊的電路原理。以下僅描述單相電路涉及的電路結(jié)構(gòu)。選擇開關(guān)模塊包含三個雙向可控硅開關(guān)K1、K2、K3，和一個電容器C。在單相電路中，第一雙向可控硅開關(guān)Kl包括兩個并聯(lián)的雙向可控硅，第二雙向可控硅開關(guān)Κ2也包括兩個并聯(lián)的雙向可控硅，第三雙向可控硅開關(guān)Κ3為一個雙向可控硅。
[0038]圖3中開關(guān)K可以是交流接觸器也可以是機械開關(guān)，當(dāng)開關(guān)K斷開時，光伏系統(tǒng)脫離電網(wǎng)獨立運行。本實施例中，開關(guān)K設(shè)置為觸點常閉狀態(tài)。
[0039]本實用新型中的選擇開關(guān)模塊能夠根據(jù)控制信號實現(xiàn)光伏系統(tǒng)(其輸出端為雙向變流器)與交流電網(wǎng)的串并聯(lián)切換:第一雙向可控硅開關(guān)Kl斷開，第二雙向可控硅開關(guān)Κ2和第三雙向可控硅開關(guān)Κ3導(dǎo)通時，光伏系統(tǒng)與交流電網(wǎng)實現(xiàn)串聯(lián)運行，此時，交流電網(wǎng)向交流負載供電，光伏系統(tǒng)向直流負載供電，或控制雙向變流器由光伏系統(tǒng)和交流電網(wǎng)同時向直流負載供電。第二雙向可控硅開關(guān)Κ2斷開，第一雙向可控硅開關(guān)Kl和第三雙向可控硅開關(guān)Κ3導(dǎo)通時，光伏系統(tǒng)與交流電網(wǎng)實現(xiàn)并聯(lián)運行，此時，光伏系統(tǒng)向直流負載供電，光伏系統(tǒng)和交流電網(wǎng)同時向交流負載供電。
[0040]當(dāng)然，本實用新型的選擇開關(guān)模塊與雙向變流器配合工作，還能夠?qū)崿F(xiàn)其他功能，如并聯(lián)運行模式下，控制雙向變流器可實現(xiàn)交流電網(wǎng)對蓄電池充電。
[0041]又參見附圖2，充電控制器還包括光伏功率檢測模塊，若光伏陣列的輸出功率大于用電設(shè)備所需功率(直流+交流)，即光伏陣列的輸出電量有余量，此時如果由蓄電池電量檢測模塊反饋來的蓄電池的電量不滿(未到設(shè)定的上限閾值)，則充電控制器中的微控制器Ul啟動充電電路向蓄電池充電；如果此時蓄電池電量已滿，則經(jīng)由微控制器UI控制選擇開關(guān)模塊選定并聯(lián)運行模式，控制雙向變流器向交流電網(wǎng)輸出電能。若光伏陣列的輸出功率小于用電設(shè)備所需功率，則由充電控制器中的微控制器Ul啟動蓄電池的輸出電路為用電設(shè)備中的直流負載供電。此時，若蓄電池電量不足(即低于設(shè)定閾值)，則由微控制器Ul控制選擇開關(guān)模塊啟動交流電網(wǎng)的串聯(lián)或并聯(lián)模式。
[0042]所述光伏功率檢測模塊包括電壓檢測電路和電流檢測電路;所述電壓檢測電路用于檢測所述橋式整流器的輸出電壓，用于電流檢測電路用于檢測橋式整流器的輸出電流。
[0043]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0044]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:主要包括光伏陣列、橋式整流器、充電控制器、穩(wěn)壓模塊、蓄電池、雙向變流器、選擇開關(guān)模塊、交流電網(wǎng)； 所述光伏陣列通過所述橋式整流器與所述充電控制器相連接;所述充電控制器與所述蓄電池相連接;所述充電控制器和所述蓄電池分別通過所述穩(wěn)壓模塊與用電設(shè)備中的直流負載相連接； 所述充電控制器主要包括微控制器、輔助充電模塊、蓄電池電量檢測模塊;其中，所述微控制器分別連接所述輔助充電模塊、所述蓄電池、所述穩(wěn)壓模塊;所述輔助充電模塊通過所述蓄電池電量檢測模塊與所述蓄電池相連接;所述輔助充電模塊與用電設(shè)備功率檢測模塊連接，所述用電設(shè)備功率檢測模塊用于檢測用電設(shè)備的負載功率； 所述光伏陣列通過所述橋式整流器與所述雙向變流器相連接;所述雙向變流器與用電設(shè)備中的交流負載相連接，并且所述雙向變流器通過所述穩(wěn)壓模塊與用電設(shè)備中的直流負載相連接； 所述交流電網(wǎng)通過交流接觸器與所述選擇開關(guān)模塊相連接，所述選擇開關(guān)模塊與所述雙向變流器相連接;所述選擇開關(guān)模塊用于控制所述交流電網(wǎng)與所述雙向變流器的串聯(lián)或并聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述充電控制器還包括光伏功率檢測模塊，所述光伏功率檢測模塊與所述微控制器相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述選擇開關(guān)模塊包含第一雙向可控硅開關(guān)、第二雙向可控硅開關(guān)、第三雙向可控硅開關(guān)，在單相電路中，第一雙向可控硅開關(guān)包括兩個并聯(lián)的雙向可控硅，第二雙向可控硅開關(guān)包括兩個并聯(lián)的雙向可控硅，第三雙向可控硅開關(guān)為一個雙向可控硅。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有智能化功率分配功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述選擇開關(guān)模塊還包含一個電容器，所述電容器與所述第三雙向可控硅開關(guān)并聯(lián)。
【文檔編號】H02J3/46GK205724935SQ201620699349
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】尚圣杰
【申請人】界首市菁華科技信息咨詢服務(wù)有限公司