CN101262134B - 大型太阳能发电系统电能传输和并网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型太阳能发电系统电能传输和并网系统。它解决了目前在太阳能发电技术中缺乏传输和并网方法，造成太阳能应用受到限制等问题，具有方法简单，能有效满足太阳能发电需要等优点。其结构为：它若干个太阳能电池板，每个太阳能电池板通过各自的智能电压转换模块与电能传输总线并联；电能传输总线与逆变电源和智能切换电路连接，逆变电源和智能切换与蓄电池组连接，同时其输出端与匹配系统连接，匹配系统与逆变电源和智能切换构成反馈系统；匹配系统输出端与切换系统连接，切换系统则分别与国家电网并网和/或与自用电系统连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型太阳能发电系统电能传输和并网系统。
背景技术
随着能源紧缺和太阳能技术的日益发展，太阳能将成为主要能源之一。大型太阳能发电厂将逐步建立，所有建筑物的表面将安装太阳能电池板，并在并网后接入国家电力系统。然而，大型甚至巨型太阳能发电系统还是新生事物，其电能传输和并网还没有成熟的方法，本发明提出一种太阳能电能传输和并网系统。
本发明的目的就是为了解决目前在太阳能发电技术中缺乏传输和并网方法，造成太阳能应用受到限制等问题，提供一种具有方法简单，能有效满足太阳能发电需要等优点的大型太阳能发电系统电能传输和并网系统。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大型太阳能发电系统电能传输和并网系统，它包括若干个太阳能电池板，每个太阳能电池板通过各自的智能电压转换模块与电能传输总线并联；电能传输总线与逆变电源和智能切换电路连接，逆变电源和智能切换电路与蓄电池组连接，同时逆变电源和智能切换电路的输出端与匹配系统连接，匹配系统与逆变电源和智能切换电路构成反馈系统；匹配系统输出端与切换系统连接，切换系统则分别与国家电网并网和/或与自用电系统连接；
所述智能电压转换模块由控制模块MCU、PWM电压变换模块、升压型DC-DC模块、输入电压调理和A/D转换电路、输入电流调理和A/D转换电路、输出电压调理和A/D转换电路、输出电流调理和A/D转换电路和输出隔离模块组成；控制模块MCU分别与输入电压调理和A/D转换电路、输入电流调理和A/D转换电路、输出电压调理和A/D转换电路、输出电流调理和A/D转换电路连接，采集各A/D转换电路的值；控制模块MCU的输出端与PWM电压变换模块连接，PWM电压变换模块则与升压型DC-DC模块连接；升压型DC-DC模块输入端通过两导线与太阳能电池板连接，输出端通过两导线与输出隔离模块连接，输出隔离模块输出端与电能传输总线连接；在升压型DC-DC模块与太阳能电池板的一根导线上设有输入电流取样电阻，输入电流取样电阻两端与输入电流调理和A/D转换电路连接；同时在升压型DC-DC模块与太阳能电池板间的两导线还与输入电压调理和A/D转换电路连接；升压型DC-DC模块与输出隔离模块间的一根导线上设有输出电流取样电阻，其两端与输出电流调理和A/D转换电路连接；同时升压型DC-DC模块与输出隔离模块间的两导线还与输出电压调理和A/D转换电路连接；控制模块MCU采集四个上述A/D转换电路的值，根据输出电压值，先控制PWM电压变换模块调整升压型DC-DC模块，使输出电压为33-36V之间，再扫描微调输出电压，找到输入电流和输入电压的最大积，其中输入电流和输入电压即太阳能电池板输出，并进行动态跟踪，使太阳能电池板输出最大功率；在太阳能电池板输出功率最大，但不能对外输出电能时，不保证足够的输出电压；而当匹配太阳能电池板输出功率，需要输出高过36V输出电压时，即使偏离最大功率点，也不高过36V。
所述电能传输总线为两线制总线方式传输，总线上采用直流36V电压。
所述逆变电源和智能切换电路由SPWM逆变电源和大功率IGBT模块组成的智能切换电路构成。
本发明的基本方法是：在每个单元太阳能电池板上配置一个智能电压转换模块，使其输出效率最高的、并能多块太阳能电池板互相并接的直流36V安全电压，用总线方式将所有单元太阳能电池板连接起来，集中以单点或多点转换成与目前性能一致的单相或三相交流电，并采用传统的电力并网方式接入国家电网，若是家庭太阳能发电系统也可不并入国家电力网，直接接入原供电线路使用。
其中，智能电压转换模块，它必须具备以下功能和特点：一是高效率转换，使转换损耗最小；二是无论太阳光的强弱，模块均能自动输出该阳光下的最大功率；三是具有保护功能， 在输出短路、对地漏电等情况下停止对外供电；模块对外单向隔离，不会在损坏的情况下消耗总线上的电能；四是转换成36V直流电压，一方面保证安全，另一方面在不对人身构成危险的情况传输损耗最小；五是无论多少智能电压转换模块，均可直接并接。
总线方式输电，有以下好处：一是使每个单元太阳能电池板成为独立单元，使供电线路布线有序，便于建设、维修、管理；二是节省输电线材，降低成本。
集中单点或多点转换成单相或三相交流电，是指根据逆变器的功率和太阳能电池板的数量，选择单点或多点转换，对规模较小的太阳能发电系统采用单点转换；对规模很大，在一个逆变器功率不够时采用多点转换。
关于并网，由于通过单点或多点转换成标准的三相交流电，并网可沿用现在发电厂并网的方式进行，或研究更先进的并网方式。
关于电能存储，以直流240V方式存储。
本发明的有益效果是：结构简单，使用方便，可满足目前太阳能发电供电的要求。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为智能电压转换模块结构示意图。
其中，1.太阳能电池板，2.智能电压转换模块，3.逆变电源和智能切换电路，4.蓄电池组，5.匹配系统，6.切换系统，7.升压型DC-DC模块，8.输出隔离模块，9.输入电流调理和A/D转换电路，10.输入电压调理和A/D转换电路，11.PWM电压变换模块，12.输出电流调理和A/D转换电路，13.输出电压调理和A/D转换电路，14.输入电流取样电阻，15.输出电流取样电阻，16.控制模块MCU。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1中，大型太阳能发电系统电能传输和并网系统，它若干个太阳能电池板1，每个太阳能电池板1通过各自的智能电压转换模块2与电能传输总线并联；电能传输总线与逆变电源和智能切换电路3连接，逆变电源和智能切换电路3与蓄电池组4连接，同时其输出端与匹配系统5连接，匹配系统5与逆变电源和智能切换电路3构成反馈系统；匹配系统5输出端与切换系统系统6连接，切换系统6则分别与国家电网并网和/或与自用电系统连接。
智能电压转换模块2结构为它由控制模块MCU 16、PWM电压变换模块11、升压型DC-DC模块7、输入电压调理和A/D转换电路10、输入电流调理和A/D转换电路9、输出电压调理和A/D转换电路13、输出电流调理和A/D转换电路12、输出隔离模块8组成；控制模块MCU16分别与输入电压调理和A/D转换电路10、输入电流调理和A/D转换电路9、输出电压调理和A/D转换电路13、输出电流调理和A/D转换电路连接12，采集A/D的值；控制模块MCU16的输出端与PWM电压变换模块11连接，PWM电压变换模块11则与升压型DC-DC模块7连接；升压型DC-DC模块7输入端通过两导线与太阳能电池板1连接，输出端通过两导线与输出隔离模块8连接，输出隔离模块8输出端与输电总线连接；在升压型DC-DC模块7与太阳能电池板1的一根导线上设有输入电流取样电阻14，输入电流取样电阻14两端与输入电流调理和A/D转换电路9连接；同时在升压型DC-DC模块7与太阳能电池板1间的两导线还与输入电压调理和A/D转换电路10连接；升压型DC-DC模块7与输出隔离模块8间的一根导线上设有输出电流取样电阻15，其两端与输出电流调理和A/D转换电路12连接；同时升压型DC-DC模块7与输出隔离模块8间的两导线还与输出电压调理和A/D转换电路13连接。电能传输总线为两线制总线方式传输，总线上采用直流36V电压。
智能电压转换模块工作过程如下：MCU采集四路A/D的值，根据输出电压值，先控制PWM调整DC-DC电路，使输出电压为33-36V之间，再扫描微调输出电压，找到输入电流和输入电压(太阳能电池板输出)的最大积，并进行动态跟踪，使太阳能电池板输出最大功率。在太阳能电池板输出功率最大，但不能对外输出电能时，不保证足够的输出电压；而当匹配太阳能 电池板输出功率，需要输出高过36V输出电压时，即使偏离最大功率点，也不高过36V。框图中，MCU为中央处理单元；PWM是目前功耗最低的电压变换方式；输出电流的采集用于过流保护，即在输出电流过大(如有短路和漏电)时，MCU控制PWM调整DC-DC降低甚至关断输出电压；隔离模块保证对总线单向供电，在本模块损坏时，不会损耗总线上电能，为降低损耗，采用低阻场效应管和肖特基二极管等。上述综合措施的采用，能使多块太阳能电池板并接，从而实现总线输电。
集中单点或多点转换成单相或三相交流电，是指根据逆变器的功率和太阳能电池板的数量，选择单点或多点转换，对规模较小的太阳能发电系统采用单点转换；对规模很大，在一个逆变器功率不够时采用多点转换。
关于逆变电源和智能切换电路，逆变电源采用SPWM方式，智能切换电路采用大功率IGBT等模块。
关于并网，由于通过单点或多点转换成标准的三相交流电，并网可沿用现在发电厂并网的方式进行，或研究更先进的并网方式。
关于电能存储，以直流240V方式存储。
本发明中其余未详述内容均为公知技术不再赘述。
Claims (3)
1.一种大型太阳能发电系统电能传输和并网系统，其特征是：它包括若干个太阳能电池板，每个太阳能电池板通过各自的智能电压转换模块与电能传输总线并联；电能传输总线与逆变电源和智能切换电路连接，逆变电源和智能切换电路与蓄电池组连接，同时逆变电源和智能切换电路的输出端与匹配系统连接，匹配系统与逆变电源和智能切换电路构成反馈系统；匹配系统输出端与切换系统连接，切换系统则分别与国家电网并网和/或与自用电系统连接；
所述智能电压转换模块由控制模块MCU、PWM电压变换模块、升压型DC-DC模块、输入电压调理和A/D转换电路、输入电流调理和A/D转换电路、输出电压调理和A/D转换电路、输出电流调理和A/D转换电路和输出隔离模块组成；控制模块MCU分别与输入电压调理和A/D转换电路、输入电流调理和A/D转换电路、输出电压调理和A/D转换电路、输出电流调理和A/D转换电路连接，采集各A/D转换电路的值；控制模块MCU的输出端与PWM电压变换模块连接，PWM电压变换模块则与升压型DC-DC模块连接；升压型DC-DC模块输入端通过两导线与太阳能电池板连接，输出端通过两导线与输出隔离模块连接，输出隔离模块输出端与电能传输总线连接；在升压型DC-DC模块与太阳能电池板的一根导线上设有输入电流取样电阻，输入电流取样电阻两端与输入电流调理和A/D转换电路连接；同时在升压型DC-DC模块与太阳能电池板间的两导线还与输入电压调理和A/D转换电路连接；升压型DC-DC模块与输出隔离模块间的一根导线上设有输出电流取样电阻，其两端与输出电流调理和A/D转换电路连接；同时升压型DC-DC模块与输出隔离模块间的两导线还与输出电压调理和A/D转换电路连接；控制模块MCU采集四个上述A/D转换电路的值，根据输出电压值，先控制PWM电压变换模块调整升压型DC-DC模块，使输出电压为33-36V之间，再扫描微调输出电压，找到输入电流和输入电压的最大积，其中输入电流和输入电压即太阳能电池板输出，并进行动态跟踪，使太阳能电池板输出最大功率；在太阳能电池板输出功率最大，但不能对外输出电能时，不保证足够的输出电压；而当匹配太阳能电池板输出功率，需要输出高过36V输出电压时，即使偏离最大功率点，也不高过36V。
2.根据权利要求1所述的大型太阳能发电系统电能传输和并网系统，其特征是：所述电能传输总线为两线制总线方式传输，总线上采用直流36V电压。
3.根据权利要求1所述的大型太阳能发电系统电能传输和并网系统，其特征是：所述逆变电源和智能切换电路由SPWM逆变电源和大功率IGBT模块组成的智能切换电路构成。
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