一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，包括主電路模塊和控制電路模塊，主電路模塊包括光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器，控制電路模塊包括核心控制板，光伏電池、儲(chǔ)能電池分別通過(guò)光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ髋c并網(wǎng)逆變器連接，并網(wǎng)逆變器與負(fù)荷和/或電網(wǎng)連接，核心控制板分別與光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器相連，核心控制板監(jiān)測(cè)光伏微電網(wǎng)并控制光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案大大減小裝置的體積和成本，適于狹小空間安裝的接入裝置，實(shí)現(xiàn)電能變換、能量管理、檢測(cè)保護(hù)的功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]典型微電網(wǎng)的組成元素包括:微源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電能質(zhì)量控制裝置、監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)、負(fù)荷。微源指發(fā)電單元，這里指光伏電池，它的輸出經(jīng)過(guò)斬波和逆變后并入電網(wǎng)；儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電池和變換器，電池輸出經(jīng)斬波和逆變后并入電網(wǎng)；電能質(zhì)量控制裝置指有源電力濾波器，是能夠向電網(wǎng)注入諧波的三相變換器；監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)和微網(wǎng)設(shè)備的通訊，對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。通常微電網(wǎng)就是將這些設(shè)備和負(fù)荷組合在一起。
[0003]要發(fā)揮微電網(wǎng)的實(shí)際作用，它的各項(xiàng)元素缺一不可。每一元素都代表一種裝置，而各種裝置之間在結(jié)構(gòu)和功能上又有很多相似點(diǎn)。對(duì)于小型化的微網(wǎng)而言，裝置太多和功能重復(fù)就意味著成本浪費(fèi)和安裝困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了 一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，適用于光伏微電網(wǎng)與電網(wǎng)間的接入，所述光伏微電網(wǎng)包括光伏電池、儲(chǔ)能電池、接入裝置和負(fù)荷，集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置包括主電路模塊和控制電路模塊，所述主電路模塊包括光伏電池?cái)夭ㄆ鳌?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器，所述控制電路模塊包括核心控制板，所述光伏電池、儲(chǔ)能電池分別通過(guò)所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ髋c所述并網(wǎng)逆變器連接，所述并網(wǎng)逆變器與所述負(fù)荷和/或電網(wǎng)連接，所述核心控制板分別與光伏電池?cái)夭ㄆ鳌?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器相連，所述核心控制板監(jiān)測(cè)所述光伏微電網(wǎng)并控制所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器。
[0007]優(yōu)選的，還包括斷路器，所述并網(wǎng)逆變器通過(guò)所述斷路器與所述負(fù)荷、電網(wǎng)連接，所述核心控制板控制所述斷路器的通斷。
[0008]優(yōu)選的，所述核心控制板包括相連的微處理器ARM和若干處理芯片DSP。
[0009]優(yōu)選的，所述若干處理芯片DSP包括第一處理芯片DSP1，所述第一處理芯片DSPl計(jì)算所述電網(wǎng)和/或負(fù)荷的信息，并根據(jù)結(jié)果控制所述斷路器。
[0010]優(yōu)選的，所述若干處理芯片DSP包括第二處理芯片DSP2，所述第二處理芯片DSP2根據(jù)所述微處理器ARM的指令控制所述并網(wǎng)逆變器。
[0011]優(yōu)選的，所述若干處理芯片DSP包括第三處理芯片DSP3，所述第三處理芯片DSP3根據(jù)所述微處理器ARM的指令控制所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ鳌?br> [0012]優(yōu)選的，還包括并網(wǎng)控制板，所述第二處理芯片DSP2通過(guò)所述并網(wǎng)控制板與所述并網(wǎng)逆變器相連。
[0013]優(yōu)選的，還包括前端控制板，所述第三處理芯片DSP3通過(guò)所述前端控制板與所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ飨噙B。
[0014]優(yōu)選的，所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骶ㄈ郔GBT模塊。
[0015]優(yōu)選的，還包括監(jiān)控屏，所述監(jiān)控屏與所述核心控制板相連。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的技術(shù)方案在硬件上將相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合并，在控制上對(duì)多種功能進(jìn)行高度集成，在保留所有微網(wǎng)元素的前提下，大大減小裝置的體積和成本，適于狹小空間安裝的接入裝置，實(shí)現(xiàn)電能變換、能量管理、檢測(cè)保護(hù)的功能。對(duì)于50kW左右的光伏微電網(wǎng)，接入裝置(除光伏電池和儲(chǔ)能電池)的安裝空間可減少2/3，成本約減小1/2，重要的是可促進(jìn)光伏發(fā)電在城市中心樓宇的應(yīng)用，帶來(lái)的社會(huì)效益不可估量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0018]圖1為光伏微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的主電路結(jié)構(gòu)示意圖
[0021]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的核心控制板結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0023]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0024]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例做具體闡釋。
[0025]本實(shí)用新型的實(shí)施例的一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，適用于光伏微電網(wǎng)與電網(wǎng)間的接入。如圖1中所示,光伏微電網(wǎng)包括光伏電池、儲(chǔ)能電池和負(fù)荷。
[0026]如圖2中所示，集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置包括主電路模塊和控制電路模塊。主電路模塊包括光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器?？刂齐娐纺K包括核心控制板。
[0027]光伏電池、儲(chǔ)能電池分別通過(guò)光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ髋c并網(wǎng)逆變器連接。并網(wǎng)逆變器與負(fù)荷和/或電網(wǎng)連接。核心控制板分別與光伏電池?cái)夭ㄆ鳌?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器相連。核心控制板監(jiān)測(cè)光伏微電網(wǎng)并控制光伏電池?cái)夭ㄆ鳌?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器。
[0028]此外，還包括斷路器kml、km2，并網(wǎng)逆變器通過(guò)斷路器與負(fù)荷、電網(wǎng)連接，核心控制板控制斷路器的通斷。
[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例的接入裝置涵蓋光伏變換器、儲(chǔ)能變換器、有源電力濾波器、能量管理、檢測(cè)、監(jiān)控、保護(hù)等所有微網(wǎng)功能。主電路模塊可實(shí)現(xiàn)所有變換器的功能，采用模塊化結(jié)構(gòu)，占據(jù)的空間較小。核心控制板實(shí)現(xiàn)控制、檢測(cè)、通訊、保護(hù)的功能，可在一塊電路板上實(shí)現(xiàn)。
[0030]如圖2和3中所示，在主電路模塊方面，輸入端的光伏電池?cái)夭ㄆ?DC/DC)為兩路交錯(cuò)并聯(lián)，同時(shí)和儲(chǔ)能電池?cái)夭ㄆ鞯妮敵龆瞬⒙?lián)，三路斬波器通過(guò)一個(gè)三相IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)模塊和濾波器組成；輸出端的并網(wǎng)逆變器(DC/AC)由一個(gè)三相IGBT模塊實(shí)現(xiàn)，集成了有功功率、無(wú)功功率、諧波電流輸出功能。
[0031]整個(gè)主電路由兩個(gè)三相功率模塊和對(duì)應(yīng)的電感、電容組成，如果功率不大，完全可以組裝在一個(gè)機(jī)柜內(nèi)，并滿(mǎn)足微網(wǎng)的電能質(zhì)量要求。
[0032]如圖2和4中所示，在控制電路模塊方面，核心控制板實(shí)現(xiàn)了全部控制功能，核心控制板的主要硬件包括三塊數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP (digital signal processor)和一塊微處理器 ARM (Acorn RISC Machine)。
[0033]1)ARM接收通訊過(guò)來(lái)的信息，對(duì)可發(fā)電量和負(fù)荷變化進(jìn)行短期預(yù)測(cè)，并作適當(dāng)調(diào)度，調(diào)度結(jié)果發(fā)送給DSP2作為功率指令。
[0034]2)DSPl對(duì)交流端的反饋信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生輸出功率、孤島檢測(cè)、故障分析、檢同期的結(jié)果，發(fā)出斷/合斷路器的信號(hào)。
[0035]3)DSP2根據(jù)功率指令對(duì)并網(wǎng)端進(jìn)行輸出功率的控制，同時(shí)計(jì)算負(fù)荷端的諧波狀況，并進(jìn)行抑制諧波的控制。
[0036]4)DSP3對(duì)光伏輸出功率進(jìn)行最佳功率跟蹤控制，并對(duì)儲(chǔ)能斬波器進(jìn)行恒定直流電壓控制。
[0037]在并網(wǎng)狀態(tài)下，ARM僅接收光伏電池、儲(chǔ)能電池和電網(wǎng)信息，經(jīng)過(guò)能量管理程序后，將功率指令值和電網(wǎng)相位通知DSP2ASP1計(jì)算電網(wǎng)和負(fù)荷的信息，根據(jù)結(jié)果及時(shí)斷/合閘，并將狀態(tài)量反饋給ARM。
[0038]DSP2按照功率指令進(jìn)行控制，同時(shí)采樣和計(jì)算負(fù)荷端諧波電流，進(jìn)入諧波抑制程序，諧波電流控制量和功率控制量相加得到電壓指令，該指令通過(guò)并行數(shù)據(jù)線傳遞給并網(wǎng)控制，并網(wǎng)控制根據(jù)指令產(chǎn)生觸發(fā)脈沖給功率模塊。
[0039]光伏和儲(chǔ)能斬波器由DSP3控制，光伏進(jìn)行最佳功率跟蹤控制，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行恒定直流電壓控制，得到電壓指令通過(guò)并行數(shù)據(jù)線傳遞給前端控制，前端控制板根據(jù)指令產(chǎn)生觸發(fā)脈沖給功率模塊。
[0040]在離網(wǎng)狀態(tài)下，ARM僅接收光伏電池、儲(chǔ)能電池和電網(wǎng)信息。DSPl計(jì)算負(fù)荷信息，根據(jù)結(jié)果及時(shí)斷/合閘，將狀態(tài)量反饋給ARM。DSP2按照固定頻率/電壓控制，將電壓指令傳輸給并網(wǎng)端控制，并網(wǎng)控制根據(jù)指令產(chǎn)生觸發(fā)脈沖給功率模塊。DSP3的控制方式不變。
[0041]如圖4中所示，ARM和DSPl之間的通訊通過(guò)DSPlink方式，ARM和DSP2、DSP3之間的通訊通過(guò)SPI (Serial Peripheral Interface)方式。DSP2和DSP3分別通過(guò)并行數(shù)據(jù)線向前端控制板和并網(wǎng)控制板傳送控制電壓指令以及電網(wǎng)電壓相位角。模擬/數(shù)字的輸入/輸出量的控制和擴(kuò)展由FPGA(Field — Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)實(shí)現(xiàn)。
[0042]另如圖2中所示，前端控制板和并網(wǎng)控制板的作用是分別根據(jù)指令產(chǎn)生觸發(fā)脈沖給DC/DC和DC/AC的功率模塊，并接收功率模塊的故障反饋信號(hào)。[0043]監(jiān)控屏的作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面和遠(yuǎn)程通訊，一方面接收和顯示核心控制板的狀態(tài)信息；另一方面通過(guò)人機(jī)界面或遠(yuǎn)程通訊口接收指令信息，傳送給核心控制板。
[0044]以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只作為范例，本實(shí)用新型并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)該實(shí)用進(jìn)行的等同修改和替代也都在本實(shí)用新型的范疇之中。因此，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，適用于光伏微電網(wǎng)與電網(wǎng)間的接入，所述光伏微電網(wǎng)包括光伏電池、儲(chǔ)能電池、接入裝置和負(fù)荷，其特征在于，集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置包括主電路模塊和控制電路模塊，所述主電路模塊包括光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器，所述控制電路模塊包括核心控制板，所述光伏電池、儲(chǔ)能電池分別通過(guò)所述光伏電池?cái)夭ㄆ鳌?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ髋c所述并網(wǎng)逆變器連接，所述并網(wǎng)逆變器與所述負(fù)荷和/或電網(wǎng)連接，所述核心控制板分別與光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器相連，所述核心控制板監(jiān)測(cè)所述光伏微電網(wǎng)并控制所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骱筒⒕W(wǎng)逆變器。
2.如權(quán)利要求1所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，還包括斷路器，所述并網(wǎng)逆變器通過(guò)所述斷路器與所述負(fù)荷、電網(wǎng)連接，所述核心控制板控制所述斷路器的通斷。
3.如權(quán)利要求2所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，所述核心控制板包括相連的微處理器ARM和若干處理芯片DSP。
4.如權(quán)利要求3所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，所述若干處理芯片DSP包括第一處理芯片DSPl。
5.如權(quán)利要求4所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，所述若干處理芯片DSP包括第二處理芯片DSP2，所述第二處理芯片DSP2根據(jù)所述微處理器ARM的指令控制所述并網(wǎng)逆變器。
6.如權(quán)利要求5所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，所述若干處理芯片DSP包括第三處理芯片DSP3，所述第三處理芯片DSP3根據(jù)所述微處理器ARM的指令控制所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ鳌?br> 7.如權(quán)利要求6所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，還包括并網(wǎng)控制板，所述第二處理芯片DSP2通過(guò)所述并網(wǎng)控制板與所述并網(wǎng)逆變器相連。
8.如權(quán)利要求7所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，還包括前端控制板，所述第三處理芯片DSP3通過(guò)所述前端控制板與所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ飨噙B。
9.如權(quán)利要求8所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，所述光伏電池?cái)夭ㄆ?、?chǔ)能電池?cái)夭ㄆ骶ㄈ郔GBT模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的集成式光伏微電網(wǎng)的接入裝置，其特征在于，還包括監(jiān)控屏，所述監(jiān)控屏與所述核心控制板相連。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203826985SQ201420140975
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】何大清, 曾樂(lè)才, 歐陽(yáng)麗 申請(qǐng)人:上海電氣集團(tuán)股份有限公司