CN102313237B - 一种利用太阳能光伏系统供电的城市照明和应急系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用太阳能光伏系统供电的城市照明和应急系统，由太阳能光伏电池阵列(1)、城市照明系统(3)、控制调度中心(6)、蓄电池组(2)、应急负载(4)和后备电源(5)组成。控制调度中心具备光伏发电系统配电管理、交直流控制、并网控制、蓄电池管理、照明控制、应急系统控制和计量等多种功能。这种光伏供电系统和大电网互补的城市照明系统，其中的光伏发电系统既能为城市照明系统独立供电、又可实现并网输出，提高了光伏发电系统的利用率；城市照明系统可从光伏发电系统和大电网取电；集中式的充放电管理可增加蓄电池的使用寿命。同时，太阳能光伏系统、蓄电池组和后备电源还能够在特殊时期作为城市重要负载的应急供电系统。

Description

一种利用太阳能光伏系统供电的城市照明和应急系统
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能光伏供电的照明和应急系统。
背景技术
以化石能源为主的能源体系是不可持续的，化石能源资源已开始枯竭，并且大规模利用已造成严重的环境问题。随着我国城镇化和工业化进程的加快，电力消费和需求也会快速增加，必须加快可再生能源在城市的规模化发展和本地消纳。
太阳能光伏路灯已在多个城市的照明系统中得以应用。但是，目前应用的太阳能路灯均为独立的供电系统，即每盏路灯均配备太阳能光伏电池组件和储能用蓄电池。为了保证光伏路灯在连续阴雨天也能提供照明，太阳能光伏电池组件和蓄电池都设计了2-3倍的冗余量，从而增加了成本；并且，当蓄电池满充后，光伏组件发出的电力就不再充电，造成了设备利用率低和可再生能源电力的浪费；此外，存储于蓄电池中的多余电力也无其他用途，仅用于提高夜间照明。
本发明是一种集中发电、集中储能、统一配电的城市照明和应急系统，即将分散的光伏组件集中在一起构成小型光伏电站，通过控制调度中心的智能化管理将电能存储于集中的蓄电池组中，夜间为城市提供照明用电。同时，该系统还可实现与大电网的双向调节功能，即当太阳能光伏电力为蓄电池组充电至饱和满充时，其余的光伏电力可以进行并网输出，这样不仅提高了光伏发电的利用率，而且集中式的充放电管理能够大大增加蓄电池组的使用寿命；当太阳能光伏系统和储能蓄电池无法提供电能时，可从电网取电。其次，集中管理的蓄电池组还能够作为可靠的应急电源，在特殊时期保障线路沿线重要负载的应急电力需求。
专利CN 201496869U提出了一种光伏和市电互补的路灯，由太阳能电池组件、光伏市电控制器、储能蓄电池和照明灯具构成。专利CN 201028361Y提出一种高效非逆变的太阳能光伏供电的路灯系统，由市电供电体系、太阳能光伏电池板、蓄电池和路灯构成。专利CN 201518421U提出了一种太阳能光伏供电系统，由太阳能光伏阵列产生的电力经过蓄电池管理系统与蓄电池组相连接，通过微网控制器和并网控制装置后接入市电网，构成光伏发电系统独立运行供电与并网发电的微型电网系统，为负载提供电能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既能独立供电，又能并网输出，光伏供电系统和大电网互补的城市照明系统，在满足城市照明用电需求的同时，还可满足城市应急体系的用电需求。
所述利用太阳能光伏系统供电的城市照明和应急系统，由太阳能光伏电池阵列、城市照明系统、控制调度中心、蓄电池组、应急负载和后备电源组成，控制调度中心可实现多种功能，具有光伏配电、交直流控制、并网控制、蓄电池管理、路灯控制、应急系统控制、计量管理等功能。
太阳能光伏电池阵列由电缆连接到控制调度中心的光伏配电系统，一路经过交直流控制系统和蓄电池管理系统连接；一路经过并网控制系统和计量系统与大电网相连接。蓄电池组与蓄电池管理系统相连接，实现电能的充放电控制和电池状态监测的功能。城市照明系统和照明控制系统相连接，当蓄电池组能提供电能时，照明控制系统与蓄电池管理系统连接；当蓄电池组无法提供电能时，照明控制系统通过交直流控制系统从大电网取得电能。应急负载和后备电源与应急控制系统相连接，当蓄电池组能为应急负载提供电能时，应急控制系统通过蓄电池管理系统取得电能；当蓄电池组无法提供电能时，后备电源启动通过应急控制系统为应急负载供电。
白天，太阳能光伏电池阵列产生的绿色电力由电缆连接到控制调度中心的光伏配电系统，经过交直流控制系统和蓄电池管理系统与蓄电池组连接，为蓄电池充电；当太阳能光伏电池阵列发电有富余时，通过交直流控制系统和并网控制系统，将直流电转化为电压、频率转换成符合要求的交流电，经由计量系统送入大电网。
夜晚，蓄电池组释放电能为城市照明系统供电；当连续遭遇多日阴雨或其他特殊情况，蓄电池所储电力不足以提供夜间照明时，大电网可通过计量系统、并网控制系统和交直流转换系统，为蓄电池组和城市照明系统供电，实现负载的不间断供电。
当遭遇特殊情况如需要启动应急供电系统时，大电网已不能提供电能，太阳能光伏电池阵列可在白天向应急负载和蓄电池组供电；夜晚，蓄电池组可通过蓄电池管理系统和应急控制系统向重要的应急负载提供电能；本发明中还设计有后备电源，可在太阳能光伏供电系统和蓄电池组无法提供电能的时候满足应急负载的用电需求。
与传统太阳能路灯相比，本发明可实现绿色电力在城市照明系统中的最大化应用，不仅节约了化石能源的消耗，保护了环境，同时提高了光伏发电系统的利用效率，并兼具应急保障功能。与现有技术比较，本发明利用太阳能光伏供电的城市照明和应急系统将照明系统和应急系统与可再生能源有效的结合起来，可实现绿色电力的最大化和经济化应用。并且，本发明将分散的光伏组件集中在一起构成小型光伏电站，实现光伏组件的集中化管理。再次，控制调度中心的智能化管理可具备太阳能光伏发电系统管理、并网控制、蓄电池管理、路灯和应急系统管理、孤岛运行和管理等多种功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1太阳能光伏电池阵列，2蓄电池组，3城市照明系统，4应急负载，5后备电源，6控制调度中心，7大电网，8光伏配电系统，9交直流控制系统，10蓄电池管理系统，11照明控制系统，12应急控制系统，13并网控制系统，14计量系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如图1所示，太阳能光伏电池阵列1产生的电力由电缆连接到控制调度中心6的光伏配电系统8，一路经过交直流控制系统9和蓄电池管理系统10与蓄电池组2相连接，为蓄电池组2进行充电，蓄电池管理系统10具有控制过充过放和电池状态监测的功能。当蓄电池组2达到满充状态时，光伏电池阵列1产生的电力将经由光伏配电系统8、交直流控制系统9、并网控制系统13和计量系统14，将直流电转化为电压、频率转换成符合并网要求的绿色电力送至大电网7。另一路经并网控制系统13和计量系统14与大电网7连接；照明控制系统11与蓄电池管理系统10和交直流控制系统9连接为城市照明系统3供电；后备电源5和蓄电池管理系统10与应急控制系统12连接，为应急负载4提供电能。
由于太阳能光伏电池阵列1的特性，无光照时不能产生电能。而城市照明系统则需要在晚间提供照明，则蓄电池组2释放电能为城市照明系统3供电；当蓄电池组2所储电力不足以提供城市照明系统3的夜间照明时，大电网7可通过计量系统14、并网控制系统13和交直流转换系统9，为城市照明系统3和蓄电池组2供电。
当遭遇特殊情况需要启动应急供电系统时，太阳能光伏电池阵列1和蓄电池组2可通过蓄电池管理系统10和应急控制系统12向重要的应急负载4提供电能。当太阳能光伏电池阵列1和蓄电池组2无法为应急负载4提供电能时，后备电源5可经由应急控制系统12为应急负载4提供电能。

Claims (1)

1.一种利用太阳能光伏系统供电的城市照明和应急系统，其特征是，由太阳能光伏电池阵列（1）、城市照明系统（3）、控制调度中心（6）、蓄电池组（2）、应急负载（4）和后备电源（5）组成；控制调度中心（6）由光伏配电系统（8）、交直流控制系统（9）、并网控制系统（13）、蓄电池管理系统(10)、照明控制系统(11)、应急控制系统(12)和计量系统(14)组成；太阳能光伏电池阵列（1）由电缆连接到控制调度中心（6）内的光伏配电系统（8），一路经交直流控制系统（9）和蓄电池管理系统（10）连接，为蓄电池组（2）充电；另一路经并网控制系统（13）和计量系统（14）与大电网（7）连接；照明控制系统(11)与蓄电池管理系统（10）和交直流控制系统（9）连接为城市照明系统（3）供电；后备电源（5）和蓄电池管理系统（10）与应急控制系统(12)连接为应急负载（4）提供电能；
优先利用太阳能光伏电池阵列（1）产生的绿色电力，为城市照明系统（3）和蓄电池组（2）充电，同时富余电力通过交直流控制系统（9）、并网控制系统（13）和计量系统（14）送入大电网（7）；当蓄电池组（2）所储电力不能满足城市照明系统（3）的要求时，大电网（7）可通过计量系统（14）、并网控制系统（13）和交直流转换系统（9）为城市照明系统（3）和蓄电池组(2)实现不间断供电。
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