CN102195525A - 一种光伏建筑供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光伏建筑供电系统，包括交流电网、光伏电池阵列和UPS，还包括直流母线、二极管和双向并网变流器，所述双向并网变流器的交流侧连接交流电网，而直流侧连接直流母线；所述光伏电池阵列的正极连接二极管的阳极，二极管的阴极连接直流母线的正母线，而光伏电池阵列的负极连接直流母线的负母线；UPS的输入端连接直流母线。此种供电系统可实现光伏电池阵列的最大功率点跟踪。

Description

一种光伏建筑供电系统
技术领域
本发明属于建筑电力供应领域，特别涉及一种安装有光伏电池阵列的建筑的供电系统。
背景技术
太阳能光伏建筑一体化（Building integrated photovoltaic, BIPV）系统是光伏应用的重要领域，它充分利用建筑物的外表面，通过在建筑物的外表面安装光伏电池阵列，自发自用减少电网的电力传输费用和能耗，还可以向电网供电，从而缓解高峰时的电力需求。光伏建筑系统的发电源和用电负荷靠近，其系统集成方案是一个新的研究课题和核心竞争力。
迄今为止，BIPV的电气系统中建筑供电系统和光伏并网系统相互孤立，一般在电压等级较高的交流电网侧结合，如图4所示。建筑物屋顶光伏产生的电能需要经过多次变换才能供建筑内的普通负载和关键负载使用，高成本获得的绿色能源使用效率较低。
因此，本发明人对现有的光伏建筑供电系统进行深入研究，并经多次试验改进，本案由此产生。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种光伏建筑供电系统，其可实现光伏电池阵列的最大功率点跟踪。
本发明的次要目的，在于提供一种光伏建筑供电系统，其可实现关键设备的不间断供电和绿色能源高效储存。
本发明为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：
一种光伏建筑供电系统，包括交流电网、光伏电池阵列和UPS，还包括直流母线、二极管和双向并网变流器，所述双向并网变流器的交流侧连接交流电网，而直流侧连接直流母线；所述光伏电池阵列的正极连接二极管的阳极，二极管的阴极连接直流母线的正母线，而光伏电池阵列的负极连接直流母线的负母线；UPS的输入端连接直流母线。
上述光伏建筑供电系统还包括与直流母线连接的储能单元。
上述储能单元包括电池组。
上述储能单元包括电池组和双向直流变换器，所述的电池组经由双向直流变换器连接直流母线。
上述交流电网为三相或单相交流电。
采用上述方案后，本发明通过改变现有的连接方式，将光伏建筑的建筑电气部分和光伏电气部分并接于直流母线，在低压侧形成专用的直流供电母线，形成交、直流供电；另外，光伏电池阵列通过防反二极管直接连接直流母线，其最大功率点跟踪（MPPT）由双向并网变流器调整直流母线电压实现。经测算，在光伏建筑的光伏功率与用电负荷功率相当时，采用本发明所提供的方案可以将光伏电能使用效率提高5个百分点、10kV/400V变压器容量降低50%、节省16%的电力电子装备容量。
另外，本发明还在直流母线上集成储能单元，从而实现关键设备不间断供电和绿色能源高效储存。
附图说明
图1是本发明所提供的供电系统的整体架构图；
图2是本发明所提供的供电系统应用于大型光伏建筑的示意图；
图3是本发明所提供的供电系统应用于商住类光伏建筑的示意图；
图4是现有光伏建筑供电系统的整体架构图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种光伏建筑供电系统，包括交流电网1、光伏供电装置2、UPS 5、储能单元3和双向并网变流器4，下面将就其连接关系分别进行介绍。
交流电网1提供三相或单相交流电，其输出端连接双向并网变流器4的交流侧，而双向并网变流器4的直流侧则连接直流母线。
光伏供电装置2包括光伏电池阵列和二极管，所述光伏电池阵列的正极连接二极管的阳极，二极管的阴极则连接直流母线的正母线，直流母线的负母线连接至光伏电池阵列的负极。
UPS 5为直流输入型系列，的输入端连接直流母线，为关键交流负载提供不间断供电，确保设备的正常运行，而一般交流负载则可直接连接至交流电网1，当然，一般交流负载也可通过一个开关连接UPS 5的输出端。
储能单元3与直流母线直接连接，此处的储能单元3既可以是单独的电池组，也可以是电池组与双向直流变换器的串接结构，所述的电池组经由双向直流变换器连接直流母线。
本发明中的电力电子装备包括双向并网变流器4、双向直流变换器和UPS 5，它们的容量配置关系为：双向并网变流器4容量只为光伏电池峰值功率的一部分，UPS 5的容量也仅为关键交流负载容量，通过系统的能量管理方案和系统配置可实现各变换器、储能设备的优化运行。
本发明的工作模式包括：光伏电池阵列工作在MPPT状态，双向并网变流器4调整直流母线电压至光伏电池阵列的最大功率点输出电压值，当直流母线能量富裕时，双向并网变流器4工作在并网模式，将多余的直流能量馈入电网和（或）存储在储能单元3中；当直流母线能量不足时，双向并网变流器4工作在整流模式，将交流电网1的交流能量输入直流母线和（或）储能单元3释放电能至直流母线，共同为直流负载提供电能；当光伏电池阵列不产生电能时，其最大功率点电压降低超过母线电压范围的下限，由防反二极管将光伏电池阵列脱离直流母线，此时直流母线由双向并网变流器4工作在整流状态来支撑。
如图2所示，是本发明的MW级大型光伏建筑供电系统构成实例，10kV交流电经主变压器降为3相400V交流引入建筑内供一般负载使用，配置双向并网变流器的交流输入电压为三相400V交流，直流侧为±380V±10%直流电压，光伏阵列串标称开路电压约1000V，并联串数取决于光伏整列规模；电池组可以选配锂电池或铅酸蓄电池等，容量根据关键负载容量和备份时间选定。
图3所示是本发明的商住类光伏建筑供电系统构成实例，10kV交流电经主变压器降为3相400V交流引入建筑内为单相220V交流供一般负载使用，配置双向并网变流器的交流输入电压为单相220V交流，直流侧为380V±6%直流电压，光伏阵列串标称开路电压为490V，并联串数取决于光伏整列规模；电池组可以选配锂电池或其它蓄电池，容量根据关键负载容量和备份时间选定。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光伏建筑供电系统，包括交流电网、光伏电池阵列和UPS；其特征在于：还包括直流母线、二极管和双向并网变流器，所述双向并网变流器的交流侧连接交流电网，而直流侧连接直流母线；所述光伏电池阵列的正极连接二极管的阳极，二极管的阴极连接直流母线的正母线，而光伏电池阵列的负极连接直流母线的负母线；UPS的输入端连接直流母线。
2.如权利要求1所述的一种光伏建筑供电系统，其特征在于：所述光伏建筑供电系统还包括与直流母线连接的储能单元。
3.如权利要求1所述的一种光伏建筑供电系统，其特征在于：所述储能单元包括电池组。
4.如权利要求3所述的一种光伏建筑供电系统，其特征在于：所述储能单元包括电池组和双向直流变换器，所述的电池组经由双向直流变换器连接直流母线。
5.如权利要求3所述的一种光伏建筑供电系统，其特征在于：所述交流电网为三相或单相交流电。
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