CN102638062A - 一种模块化组合式的风光柴联合供电系统 - Google Patents

一种模块化组合式的风光柴联合供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于包括：发电单元、储能单元、直流控制单元和交流控制单元，其中发电单元、直流控制单元以及交流控制单元串行连接，直流控制单元的输出端接有储能单元，交流控制单元的输入端接有储能单元，交流控制单元的输出端与用户负载相连；所述发电单元包括风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组。本发明可适应不同用电规模和不同风光资源条件的用户安装使用，适合工厂批量化生产和质量控制，便于产品编配、维护管理和人员的集中培训，具有配置灵活、扩容方便、可靠性和维修互换性好等特点。

Description

一种模块化组合式的风光柴联合供电系统
技术领域
本发明属于可再生能源利用技术领域中的供电系统，具体涉及一种模块化组合式的风光柴联合供电系统。
背景技术
目前离网型的风光互补发电系统主要由发电设备、储能设备、控制设备和逆变设备构成，各设备的选型和配置均根据用户量体裁衣设计。在发电侧，每一类发电设备对应配置一种控制设备，种类繁多，控制参数不一，各类控制器功能单一，无法互换；在用电侧，多采用容量固定的整体式逆变器，扩容时需废弃原有设备；逆变设备出现故障，整个系统即无法供电，运行可靠性差。
发明内容
针对现有技术中存在的由于控制设备种类繁多、逆变器容量固定带来的扩容不便、可靠性和维修互换性差的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种配置灵活、扩容方便以及可靠性和维修互换性好的模块化组合式的风光柴联合供电系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明模块化组合式的风光柴联合供电系统包括：发电单元、储能单元、直流控制单元和交流控制单元，其中发电单元、直流控制单元以及交流控制单元串行连接，直流控制单元的输出端接有储能单元，交流控制单元的输入端接有储能单元，交流控制单元的输出端与用户负载相连；所述发电单元包括风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组。
所述直流控制单元包括充电控制器以及直流监控模块，其中风光柴通用充电控制器为多个，分别设于风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组的输出端，风光柴通用充电控制器输出端与交流控制单元的输入端相连；风光柴通用充电控制器通过通讯总线接有直流监控模块。
所述直流监控模块的控制流程为：
检测按键控制电路变化情况；
判断用户是否重新设置了充电控制模块的控制参数；
如果用户重新设置了充电控制模块的控制参数，则通过通信接口向各充电控制模块传送重新设置的控制参数；
判断通信接口是否接收到各充电控制模块发出的运行状态信息；
如果通信接口接收到各充电控制模块发出的运行状态信息，则更新液晶显示屏上相关显示信息；
判断发电电流与供电电流的差值是否大于最大充电电流(I1)
如果发电电流与供电电流的差值大于最大充电电流，则通过通信接口向正在执行风机控制功能的充电控制模块发出卸荷指令；
判断发电电流与供电电流的差值是否小于充电恢复电流(I2)；
如果发电电流与供电电流的差值小于充电恢复电流，则通过通信接口向正在卸荷状态的充电控制器发出取消卸荷指令；
返回检测按键控制电路变化情况步骤。
如果发电电流与供电电流的差值不小于最大充电电流(I1)，则返回检测按键控制电路变化情况步骤。
如果发电电流与供电电流的差值不大于最大充电电流(I1)，则转至判断发电电流与供电电流的差值是否小于充电恢复电流(I2)步骤。
如果通信接口没接收到各充电控制模块发出的运行状态信息，或者用户没有重新设置充电控制模块的控制参数，则返回检测按键控制电路变化情况步骤。
所述直流控制单元还具有蓄电池组监测模块，蓄电池组监测模块包括数字信号控制器，其输入端接有电源电路、晶振电路、蓄电池组温度监测电路、蓄电池组电压监测电路，输出端接有指示电路，蓄电池组监测模块输出的监控信息通过通讯总线与直流监控模块进行通讯连接。
所述蓄电池组监测模块的控制流程为：
检测各组蓄电池电压；
通过通信接口向直流监控模块传送各组蓄电池电压数据；
检查蓄电池组监测模块自身工作状态；
如果存在故障，则点亮故障指示灯；
返回检测各组蓄电池电压步骤。
所述交流控制单元包括逆变功率模块以及逆变监控模块，逆变功率模块对直流控制单元输出的直流电进行逆变换，生成交流电，输出给用户；逆变监控模块包括控制电路，控制电路的输入端接收蓄电池组前后端的电流检测信号，控制电路接有显示屏和通信接口。
所述逆变监控模块的控制流程为：检测按键控制电路变化情况；
判断用户是否重新设置了逆变功率模块的控制参数？
如果用户重新设置了逆变功率模块的控制参数，则通过通信接口向各逆变功率模块传送重新设置的控制参数；
判断通信接口是否接收到各逆变功率模块发出的运行状态信息；
判断负载自适应功能是否被禁止；如果没有被禁止，则向第1逆变功率模块发出允许并机输出信号；
判断总负载电流是否增大；
如果总负载电流增大，执行以下步骤：
如果总负载电流大于第2逆变功率模块切入电流(I20)，则向逆变功率模块2逆变功率模块发出允许并机输出信号；
针对所有逆变功率模块进行上述判断，向相应逆变功率模块发出允许并机输出信号；
读取各模块工作状态，计算正常工作的逆变功率模块数量m；
测量总负载电流I，向各逆变功率模块发出均流指令I/m；
转至检测按键控制电路变化情况步骤。
如果总负载电流不大于第2逆变功率号模块切出电流(I21)，则直接转至读取各模块工作状态，计算正常工作的第n逆变功率模块数量步骤。
如果总负载电流减小，执行以下步骤：
判断总负载电流是否小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)；
如果总负载电流小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)，则向逆变功率模块n发出禁止并机输出信号；
针对所有逆变功率模块进行上述判断，向相应功率模块发出禁止并机输出信号；
转至读取各模块工作状态，计算正常工作的逆变功率模块数量m步骤；
测量总负载电流I，向各逆变功率模块发出均流指令I/m；
转至检测按键控制电路变化情况步骤。
如果总负载电流不小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)，则直接转至读取各模块工作状态，计算正常工作的第n逆变功率模块数量步骤。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.配置灵活。系统发电侧和用电侧均由功能独立的电气模块构成，通过对这些电气模块优化组合，即可适应不同用电规模和不同风光资源条件的用户安装使用，适合工厂批量化生产和质量控制。便于产品编配、维护管理和人员的集中培训。
2.扩容方便。在已有系统的基础上适当增加相应的电气模块即可实现扩容，避免因废弃原有设备而造成的浪费现象，符合用户增添用电设备的发展需要。
3.可靠性和维修互换性好。系统各电气模块具有功能独立性，同类模块可互换。个别模块出现故障，其他模块仍可继续正常工作，系统可降容输出，基本不影响主要用户用电，增强了系统的供电保障效能。
附图说明
图1为本发明的系统总体构成示意图；
图2为本发明的系统电路原理图；
图3为本发明中直流监控模块电路原理图；
图4为直流监控模块控制流程图；
图5为本发明中逆变监控模块电路原理图；
图6A为本发明中逆变监控模块控制流程图之一；
图6B为本发明中逆变监控模块控制流程图之二；
图7为本发明蓄电池组监测模块电路原理图；
图8为蓄电池组监测模块控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明模块化组合式的风光柴联合供电系统包括：发电单元、储能单元、直流控制单元和交流控制单元，其中发电单元、直流控制单元以及交流控制单元串行连接，直流控制单元的输出端接有储能单元，交流控制单元的输入端接有储能单元，交流控制单元的输出端与用户负载相连；所述发电单元包括风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组。
如图2所示，系统采用模块化的发供电系统结构和直流母线的技术形式。系统发电侧的所有发电设备输出的电能都经过充电控制器(本实施例采用FGC220型光伏充电控制器、VCS-10型风机充电控制器和IBCE2235型柴油发电机组充电控制器)在直流母线侧并联叠加，蓄电池组则耦合到直流配电模块中的直流母线上，起能量调节和稳压作用，其运行状态由蓄电池组监测模块监测。系统供电侧由多个5kVA逆变功率模块并联运行，将直流母线输出的电能逆变为230V、50Hz的交流电供负载使用。逆变监控模块根据总负载的大小控制各逆变功率模块的投入/切出状态，保证整个逆变系统运行在高效工况下。
系统配置手动切换开关，如果系统内设备(如逆变器)出现故障或蓄电池亏电时，用户也可切换至柴油机组独立供电，保证系统在待修期间不断电。
系统的各电气设备运行数据通过RS485通信总线将数据传送到直流监控模块和逆变监控模块，并在这两个模块内完成系统运行状态和重要参数监测、统计、传输和人机交互功能。所有数据可存储在内置于这两模块内的U盘存储器内，方便操作管理人员使用计算机观察系统的历史运行数据。
所述直流控制单元包括充电控制器以及直流监控模块其中风光柴通用充电控制器为多个，分别设于风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组的输出端，风光柴通用充电控制器输出端与交流控制单元的输入端相连；风光柴通用充电控制器通过通讯总线接有直流监控模块；直流监控模块具有控制电路，其接收发电电流信号和供电电流信号，并连接有显示屏及按键控制电路，控制电路设有通信接口；发电电流信号和供电电流信号分别来自设于发电单元输出端的电流互感器和设于储能单元供电端的电流互感器。
如图3所示，本实施例中，直流监控模块为直流输入航插、第1电流表A1、蓄电池组航插、第2电流表A2和直流输出航插依次串联连接，电压表V与直流输入航插并联连接。直流母线与直流监控模块的直流输入航插连接，蓄电池组与直流监控模块的蓄电池组航插连接，逆变器的输入与直流输出航插连接。控制电路通过断路器与蓄电池组航插并联连接。第1电流互感器置于直流输入航插和蓄电池组航插之间，用于检测发电电流信号；第2电流互感器置于蓄电池组航插和直流输出航插之间，用于检测供电电流信号。检测到的发电电流信号和供电电流信号送入控制电路板中，控制电路板与液晶显示屏、按键控制电路和485通信接口连接。
如图4所示，直流监控模块控制流程为：
检测按键控制电路变化情况，调用相关中断处理程序，更新液晶显示屏上相关显示信息；
判断用户是否重新设置了充电控制模块的控制参数；
如果用户重新设置了充电控制模块的控制参数，则通过通信接口向各充电控制模块传送重新设置的控制参数；
判断通信接口是否接收到各充电控制模块发出的运行状态信息；
如果通信接口接收到各充电控制模块发出的运行状态信息，则更新液晶显示屏上相关显示信息；
判断发电电流与供电电流的差值是否大于最大充电电流(I1)
如果发电电流与供电电流的差值大于最大充电电流，则通过通信接口向正在执行风机控制功能的充电控制模块发出卸荷指令；
判断发电电流与供电电流的差值是否小于充电恢复电流(I2)；
如果发电电流与供电电流的差值小于充电恢复电流，则通过通信接口向正在卸荷状态的充电控制器发出取消卸荷指令；
返回检测按键控制电路变化情况步骤。
如果发电电流与供电电流的差值不小于最大充电电流(I1)，则返回检测按键控制电路变化情况步骤。
如果发电电流与供电电流的差值不大于最大充电电流(I1)，则转至判断发电电流与供电电流的差值是否小于充电恢复电流(I2)步骤。
如果通信接口没接收到各充电控制模块发出的运行状态信息，或者用户没有重新设置充电控制模块的控制参数，则返回检测按键控制电路变化情况步骤。
所述交流控制单元包括逆变功率模块以及逆变监控模块，逆变功率模块对直流控制单元输出的直流电进行逆变换，生成交流电，输出给用户；逆变监控模块包括控制电路，控制电路的输入端接收蓄电池组前后端(即第1电流互感器和第2电流互感器的电流检测信号，控制电路接有显示屏和通信接口。
如图5所示，本实施例中交流母线与逆变监控模块的交流输入航插连接，输入的交流电经电流互感器和第1断路器后，通过交流输出航插输出。直流电由逆变监控模块的电源航插输入，通过第2断路器，控制电路，液晶显示屏、串口与控制电路连接。
如图6A、6B所示，逆变监控模块的控制流程为：检测按键控制电路变化情况，调用相关中断处理程序，更新液晶显示屏上相关显示信息；
判断用户是否重新设置了逆变功率模块的控制参数？
如果用户重新设置了逆变功率模块的控制参数，则通过通信接口向各逆变功率模块传送重新设置的控制参数；
判断通信接口是否接收到各逆变功率模块发出的运行状态信息；
如果通信接口接收到各逆变功率模块块发出的运行状态信息，则更新液晶显示屏上相关显示信息；
判断负载自适应功能是否被禁止；如果没有被禁止，则向第1逆变功率模块发出允许并机输出信号；
判断总负载电流是否增大；
如果总负载电流增大，执行以下步骤：
如果总负载电流大于第2逆变功率模块切入电流(I20)，则向逆变功率模块2逆变功率模块发出允许并机输出信号；
针对所有逆变功率模块进行上述判断，向相应逆变功率模块发出允许并机输出信号＝
读取各模块工作状态，计算正常工作的逆变功率模块数量m；
测量总负载电流I，向各逆变功率模块发出均流指令I/m；
转至检测按键控制电路变化情况步骤。
如果总负载电流不大于第2逆变功率号模块切出电流(I21)，则直接转至读取各模块工作状态，计算正常工作的第n逆变功率模块数量步骤。
如果总负载电流减小，执行以下步骤：
判断总负载电流是否小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)；
如果总负载电流小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)，则向逆变功率模块n发出禁止并机输出信号；
针对所有逆变功率模块进行上述判断，向相应功率模块发出禁止并机输出信号；
转至读取各模块工作状态，计算正常工作的逆变功率模块数量m步骤；
测量总负载电流I，向各逆变功率模块发出均流指令I/m；
转至检测按键控制电路变化情况步骤。
如果总负载电流不小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)，则直接转至读取各模块工作状态，计算正常工作的第n逆变功率模块数量步骤。
本实施例中，本发明系统开机后，逆变监控模块检测按键控制电路变化情况，并调用相关中断处理程序，然后更新液晶屏上的相关显示信息。如果用户重新设置了逆变功率模块的控制参数，则通过485接口向各逆变功率模块传送重新设置的控制参数，并更新液晶显示屏上的相关显示信息；用户通过逆变监控模块的人机界面设定负载自适应功能是否被禁止，如果该功能被禁止，则开机后逆变监控模块向各逆变功率模块发出允许并机信号，并根据正常工作的逆变功率某块个数m发出均流指令，通知各逆变功率模块并机后调节输出电流至I/m(I为总负载电流)；如果负载自适应功能被允许，逆变监控模块读取用户由人机界面设定的各个逆变功率模块的切入电流Im0和切出电流Im1(Im0＞Im1，m＝1，2，---)，当总负载电流I发生变化时，分别判断I和In0与In1的大小关系，并以此判断应该投入工作的逆变功率模块的数量，并根据正常工作的逆变功率某块个数n发出均流指令，通知各逆变功率模块并机后调节输出电流至I/m(I为总负载电流)，不断循环重复上述过程。
如图4、7所示，所述直流控制单元还具有蓄电池组监测模块，蓄电池组监测模块包括数字信号控制器，其输入端接有电源电路、晶振电路、蓄电池组温度监测电路、蓄电池组电压监测电路，输出端接有指示电路，蓄电池组监测模块输出的监控信息通过通讯总线与直流监控模块进行通讯连接。
蓄电池组监测模块以DSPIC30F数字信号控制器为控制核心，电源电路、晶振电路、蓄电池温度检测电路和指示灯电路与数字信号控制器连接，485通信接口通过MAX芯片与数字信号控制器连接。本实施例采用10组蓄电池(每组包含不大于10块的额定电压为2V蓄电池单体)，分别与电压检测电路1至电压检测电路10共10路电压检测电路的输入端连接，依次经各电压测量电路的限流电阻和RN200型高精度线性光耦转换为电压测量信号后输入数字信号控制器。
如图8所示，所述蓄电池组监测模块的控制流程为：
检测各组蓄电池电压；
通过通信接口向直流监控模块传送各组蓄电池电压数据；
检查蓄电池组监测模块自身工作状态；
如果存在故障，则点亮故障指示灯；
返回检测各组蓄电池电压步骤。

Claims (13)

1.一种模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于包括：发电单元、储能单元、直流控制单元和交流控制单元，其中发电单元、直流控制单元以及交流控制单元串行连接，直流控制单元的输出端接有储能单元，交流控制单元的输入端接有储能单元，交流控制单元的输出端与用户负载相连；所述发电单元包括风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组。
2.按权利要求1所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：所述直流控制单元包括充电控制器以及直流监控模块，其中风光柴通用充电控制器为多个，分别设于风力发电机、光伏方阵和/或柴油发电机组的输出端，风光柴通用充电控制器输出端与交流控制单元的输入端相连；风光柴通用充电控制器通过通讯总线接有直流监控模块。
3.按权利要求1所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：所述直流监控模块的控制流程为：
检测按键控制电路变化情况；
判断用户是否重新设置了充电控制模块的控制参数？
如果用户重新设置了充电控制模块的控制参数，则通过通信接口向各充电控制模块传送重新设置的控制参数；
判断通信接口是否接收到各充电控制模块发出的运行状态信息；
如果通信接口接收到各充电控制模块发出的运行状态信息，则更新液晶显示屏上相关显示信息；
判断发电电流与供电电流的差值是否大于最大充电电流(I1)
如果发电电流与供电电流的差值大于最大充电电流，则通过通信接口向正在执行风机控制功能的充电控制模块发出卸荷指令；
判断发电电流与供电电流的差值是否小于充电恢复电流(I2)；
如果发电电流与供电电流的差值小于充电恢复电流，则通过通信接口向正在卸荷状态的充电控制器发出取消卸荷指令；
返回检测按键控制电路变化情况步骤。
4.按权利要求3所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：如果发电电流与供电电流的差值不小于最大充电电流(I1)，则返回检测按键控制电路变化情况步骤。
5.按权利要求3所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：
如果发电电流与供电电流的差值不大于最大充电电流(I1)，则转至判断发电电流与供电电流的差值是否小于充电恢复电流(I2)步骤。
6.按权利要求3所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：如果通信接口没接收到各充电控制模块发出的运行状态信息，或者用户没有重新设置充电控制模块的控制参数，则返回检测按键控制电路变化情况步骤。
7.按权利要求2所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：所述直流控制单元还具有蓄电池组监测模块，蓄电池组监测模块包括数字信号控制器，其输入端接有电源电路、晶振电路、蓄电池组温度监测电路、蓄电池组电压监测电路，输出端接有指示电路，蓄电池组监测模块输出的监控信息通过通讯总线与直流监控模块进行通讯连接。
8.按权利要求7所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：所述蓄电池组监测模块的控制流程为：
检测各组蓄电池电压；
通过通信接口向直流监控模块传送各组蓄电池电压数据；
检查蓄电池组监测模块自身工作状态；
如果存在故障，则点亮故障指示灯；
返回检测各组蓄电池电压步骤。
9.按权利要求1所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：所述交流控制单元包括逆变功率模块以及逆变监控模块，逆变功率模块对直流控制单元输出的直流电进行逆变换，生成交流电，输出给用户；逆变监控模块包括控制电路，控制电路的输入端接收蓄电池组前后端的电流检测信号，控制电路接有显示屏和通信接口。
10.按权利要求9所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：所述逆变监控模块的控制流程为：检测按键控制电路变化情况；
判断用户是否重新设置了逆变功率模块的控制参数？
如果用户重新设置了逆变功率模块的控制参数，则通过通信接口向各逆变功率模块传送重新设置的控制参数；
判断通信接口是否接收到各逆变功率模块发出的运行状态信息；
判断负载自适应功能是否被禁止；如果没有被禁止，则向第1逆变功率模块发出允许并机输出信号；
判断总负载电流是否增大；
如果总负载电流增大，执行以下步骤：
如果总负载电流大于第2逆变功率模块切入电流(I20)，则向逆变功率模块2逆变功率模块发出允许并机输出信号；
针对所有逆变功率模块进行上述判断，向相应逆变功率模块发出允许并机输出信号；
读取各模块工作状态，计算正常工作的逆变功率模块数量m；
测量总负载电流I，向各逆变功率模块发出均流指令I/m；
转至检测按键控制电路变化情况步骤。
11.按权利要求10所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：如果总负载电流不大于第2逆变功率号模块切出电流(I21)，则直接转至读取各模块工作状态，计算正常工作的第n逆变功率模块数量步骤。
12.按权利要求9所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：
如果总负载电流减小，执行以下步骤：
判断总负载电流是否小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)；
如果总负载电流小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)，则向逆变功率模块n发出禁止并机输出信号；
针对所有逆变功率模块进行上述判断，向相应功率模块发出禁止并机输出信号；
转至读取各模块工作状态，计算正常工作的逆变功率模块数量m步骤；
测量总负载电流I，向各逆变功率模块发出均流指令I/m；
转至检测按键控制电路变化情况步骤。
13.按权利要求12所述的模块化组合式的风光柴联合供电系统，其特征在于：如果总负载电流不小于第n逆变功率号模块切出电流(In1)，则直接转至读取各模块工作状态，计算正常工作的第n逆变功率模块数量步骤。
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