多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的不斷增加，以石油、天然氣和煤炭等為主的化石能源正逐步消耗，能源危機(jī)成為世界各國共同面臨的課題。與此同時(shí)，化石能源造成的環(huán)境污染和生態(tài)平衡等一系列問題也成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展甚至威脅人類生存的嚴(yán)重障礙。新能源應(yīng)用正成為全球的熱點(diǎn)。
[0003]太陽能資源是最豐富的可再生能源之一，它分布廣泛、可再生、不污染環(huán)境，是國際上公認(rèn)的理想替代能源。光伏發(fā)電是太陽能直接應(yīng)用的一種形式。作為一種環(huán)境友好并能有效提高生活標(biāo)準(zhǔn)的新型發(fā)電方式，光伏發(fā)電技術(shù)正在全球范圍內(nèi)逐步得到應(yīng)用。我國大型地面電站和分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而起，由于地面電站需要占用大量土地，在西部地區(qū)可以充分利用沙漠、荒灘、戈壁等非耕地進(jìn)行建設(shè)，而在人口密集區(qū)和耕地緊張的地區(qū)如東部等地區(qū)，國家大力提倡的是光伏分布式發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]分布式發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件及支架、逆變器、電能計(jì)量及負(fù)荷開關(guān)等組成，若要求能實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)運(yùn)行，還需要配置儲能設(shè)備和儲能電池。逆變器是將光伏組件發(fā)出的直流電能變成符合電網(wǎng)要求的交流電，供電網(wǎng)或用戶消納，系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和核心設(shè)備就是逆變器。
[0005]目前能夠應(yīng)用到分布式儲能發(fā)電系統(tǒng)的光伏儲能逆變器已經(jīng)具備的功能有:
1、能對光伏輸入實(shí)現(xiàn)MPPT對蓄電池充電或并/離網(wǎng)運(yùn)行；
2、根據(jù)手動(dòng)設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對蓄電池變流充電儲能；
3、在蓄電池管理方面對單體的電壓、電流、溫度和絕緣強(qiáng)度的檢測和熱管理、均衡管理、充放電管理、故障報(bào)警。
[0006]從上述描述可以看出，現(xiàn)有設(shè)備普遍存在如下不足的共性問題:
1、現(xiàn)有設(shè)備各部分實(shí)現(xiàn)的功能獨(dú)立并無互補(bǔ)聯(lián)系；也不能根據(jù)電網(wǎng)電壓、蓄電池電量和光伏輸入功率參數(shù)對蓄電池充放電動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；
2、現(xiàn)有設(shè)備在多臺并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)沒有一套監(jiān)控系統(tǒng)來對電網(wǎng)和各并網(wǎng)逆變器統(tǒng)一監(jiān)控協(xié)調(diào)管理，使同一變壓器低壓側(cè)并網(wǎng)逆變器接入較多時(shí)，電網(wǎng)的電能參數(shù)質(zhì)量下降，整個(gè)區(qū)域供電系統(tǒng)可靠性會(huì)降低；
3、現(xiàn)有設(shè)備在并/離網(wǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)過渡不平滑，不能對離網(wǎng)供電區(qū)域負(fù)荷、光伏輸入功率、蓄電池儲電量幾個(gè)因素來控制和調(diào)節(jié)非關(guān)鍵負(fù)荷的運(yùn)行。
[0007]同時(shí)經(jīng)過用戶試用運(yùn)營還發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)及控制策略方面存在急需優(yōu)化的前瞻性技術(shù)問題:
4、戶用系統(tǒng)維護(hù)需求
分布式小型屋頂光伏系統(tǒng)主要安裝在業(yè)主屋頂，單相或三相低壓并網(wǎng)接入，安裝組件容量普遍低于6KWp。由于這部分業(yè)主對光伏電站知識的缺乏和組件安裝在屋頂?shù)脑?，業(yè)主維護(hù)難度增大，而委托專業(yè)公司運(yùn)維使成本增加又影響收益，因此嚴(yán)重影響投資積極性。業(yè)主希望的戶用小系統(tǒng)是免維護(hù)的智能光伏發(fā)電系統(tǒng)；
5、儲能系統(tǒng)的集中控制及如何提高整體效率的問題
當(dāng)前，電力儲能主要為鉛酸電池，包括免維護(hù)電池和膠體電池在內(nèi)的鉛酸蓄電池由于受其體積大、重量重、維護(hù)成本高、有污染、不環(huán)保等因素的影響，不能大規(guī)模應(yīng)用；另外由于鉛酸電池不能大倍率充放電，不能與光伏輸入控制接口做到協(xié)調(diào)和消納或出力，且鉛酸電池的充放電效率低，經(jīng)過蓄電池儲能后再逆變的電能效率低下，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的效率降低；
6、電網(wǎng)運(yùn)行安全和業(yè)主供電可靠性要求的矛盾問題
為保證電網(wǎng)的安全，不允許分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島運(yùn)行，因此當(dāng)電網(wǎng)停電后，光伏發(fā)電系統(tǒng)需要在極短時(shí)間內(nèi)與脫離電網(wǎng)，否則電網(wǎng)帶電帶來安全隱患，這是電網(wǎng)接入規(guī)范不允許的；但當(dāng)很多小型分布式發(fā)電系統(tǒng)接入后，孤島運(yùn)行的概率增加很多，使供電可靠性降低，因此系統(tǒng)必須在這時(shí)與電網(wǎng)解列并形成具有可視斷開點(diǎn)，而單臺小型逆變器的辨識能力很難滿足要求；同時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)停電系統(tǒng)轉(zhuǎn)入后，容易出現(xiàn)并-離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)切換時(shí)供電參數(shù)過渡不平滑，對業(yè)主電器形成沖擊，當(dāng)業(yè)主用電負(fù)荷較大時(shí)，可能沖擊導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)，使關(guān)鍵設(shè)備停電。
[0008]上述問題是目前光伏行業(yè)存在的一個(gè)普遍問題，隨著分布式發(fā)電的推進(jìn)和國家電網(wǎng)對接入網(wǎng)的光伏設(shè)備的運(yùn)營指標(biāo)的考核，問題將會(huì)越來越突出，因此展開研發(fā)，符合產(chǎn)業(yè)前瞻性技術(shù)、共性關(guān)鍵技術(shù)的研宄要求，尋求一種新型的多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行并離主電網(wǎng)，完成局域電網(wǎng)內(nèi)用戶用電智能優(yōu)化調(diào)節(jié)的多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，它包括集中監(jiān)控系統(tǒng)以及多個(gè)新型逆變器，集中監(jiān)控系統(tǒng)包括人機(jī)交換模塊以及集中專家數(shù)據(jù)庫，新型逆變器包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、直流交流轉(zhuǎn)換模塊、電荷控制模塊、電池管理系統(tǒng)模塊以及本地專家?guī)炷K，新型逆變器的直流輸入端連接PV組件的輸出電纜，新型逆變器從直流輸入端輸入的直流電分為兩路，一路依次經(jīng)過最大功率點(diǎn)跟蹤模塊的調(diào)整以及直流交流轉(zhuǎn)換模塊的逆變后輸出交流電，其中最大功率點(diǎn)跟蹤模塊與直流交流轉(zhuǎn)換模塊之間形成一個(gè)直流輸出端，直流交流轉(zhuǎn)換模塊后方形成一個(gè)交流端，另一路依次經(jīng)過電荷控制模塊以及電池管理系統(tǒng)模塊后回至直流輸出端，其中電池管理系統(tǒng)模塊還與外置的蓄電池連接，交流端處向外分出一根局域電網(wǎng)連接線以及三根負(fù)載連接線，多個(gè)新型逆變器的局域電網(wǎng)連接線引出后連接形成局域電網(wǎng)，三根負(fù)載連接線上均設(shè)置有負(fù)荷控制開關(guān)，局域電網(wǎng)并入主電網(wǎng)，局域電網(wǎng)與主電網(wǎng)連接處設(shè)置主電網(wǎng)開關(guān)，主電網(wǎng)在局域電網(wǎng)的入戶端設(shè)置一個(gè)多功能電表，多功能電表上引出數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線上并聯(lián)分出多路數(shù)據(jù)支線，多路數(shù)據(jù)支線分別與集中監(jiān)控系統(tǒng)的集中專家數(shù)據(jù)庫以及多個(gè)新型逆變器的本地專家?guī)炷K的相應(yīng)的端口連接。
[0011]三根負(fù)載連接線分別連接外置的關(guān)鍵負(fù)載、一般負(fù)載和次要負(fù)載。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是: 本發(fā)明多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)具有能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行并離主電網(wǎng)，完成局域電網(wǎng)內(nèi)用戶用電智能優(yōu)化調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1中新型逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:
集中監(jiān)控系統(tǒng)1、人機(jī)交換模塊1.1、集中專家數(shù)據(jù)庫1.2
新型逆變器2、最大功率點(diǎn)跟蹤模塊2.1、直流交流轉(zhuǎn)換模塊2.2、電荷控制模塊2.3、電池管理系統(tǒng)模塊2.4、本地專家?guī)炷K2.5、負(fù)荷控制開關(guān)2.6 PV組件3 蓄電池4 局域電網(wǎng)5 主電網(wǎng)6 主電網(wǎng)開關(guān)7 多功能電表8 數(shù)據(jù)總線9。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見圖1~圖2，本發(fā)明涉及的一種多功能智能戶用光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，它包括集中監(jiān)控系統(tǒng)I以及多個(gè)新型逆變器2，集中監(jiān)控系統(tǒng)I包括人機(jī)交換模塊1.1以及集中專家數(shù)據(jù)庫1.2，新型逆變器2包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊(DC/DC MPPT) 2.1、直流交流轉(zhuǎn)換模塊(DC/DC)2.2、電荷控制模塊(DC/DC Charge)2.3、電池管理系統(tǒng)模塊(BATTER BMS)2.4以及本地專家?guī)炷K(LaCaleXpertS)2.5，新型逆變器2的直流輸入端連接PV組件3的輸出電纜，PV組件3分布式布置于屋頂上。
[0017]新型逆變器2從直流輸入端輸入的直流電分為兩路，一路依次經(jīng)過最大功率點(diǎn)跟蹤模塊2.1的調(diào)整以及直流交流轉(zhuǎn)換模塊2.2的逆變后輸出交流電，其中最大功率點(diǎn)跟蹤模塊2.1與直流交流轉(zhuǎn)換模塊2.2之間形成一個(gè)直流輸出端，直流交流轉(zhuǎn)換模塊2.2后方形成一個(gè)交流端，另一路依次經(jīng)過電荷控制模塊2.3以及電池管理系統(tǒng)模塊2.4后回至直流輸出端，其中電池管理系統(tǒng)模塊2.4還與外置的蓄電池4連接。交流端處向外分出一根局域電網(wǎng)連接線以及三根負(fù)載連接線，多個(gè)新型逆變器2的局域電網(wǎng)連接線引出后連接形成局域電網(wǎng)5，三根負(fù)載連接線上均設(shè)置有負(fù)荷控制開關(guān)2.6，三根負(fù)載連接線分別連接外置的關(guān)鍵負(fù)載(The