CN103579925A - 基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜 - Google Patents

基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜 Download PDF

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Abstract

一种基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜，能作为离网逆变器独立形成供电系统，也能作为并网逆变器进入市电网并网发电运行，当失去市电网电源时能自动识别和控制，系统仍可向用户供电，实现并网/离网供电一体化，优选和高利用率的硬体五金结构，能大幅地降低供电系统的铜损和内阻，提高光伏发电输出率，能动态监测并向蓄电池提供多个单元的充电输出端口，实现带电即插即用，能远程或网络操作及显示光伏发电状态、监测发电、供电各项数据、无线报告每天光伏发电效率、报告逆变电控柜故障代码，是大型或中型光伏发电厂、楼宇、企业工厂、安全便捷、高效、性能优异的新一代大功率逆变电控柜。

Description

基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜
技术领域
本发明专利涉及一种“基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜”领域，尤其是实现了光伏发电并网/离网一体化协同供电、自动识别并网/离网二选一的供电方式。能提高光伏逆变器在并网/离网供电中的便捷性及发电逆变效率，实现光伏直流电源并网/离网逆变一体化协同供电的优选方式，能节省有限的综合资源，提高利用率，有效的保证太阳能光伏发电厂、楼宇、企业工厂及家居供电的实用性、安全性和高效性。
背景技术
目前，公知的太阳能光伏发电厂、楼宇、企业工厂、家居供电的实质是分别采用光伏离网逆变器或并网逆变器的供电方式，一般是以单机或多台机并联供电，其缺点是不能并网/离网发电一体化，不能使太阳能光伏发电输出功率最大化，分别采用离网逆变器和并网逆变器的发电方式，还会导致光伏发电供电系统的铜损增加而降低供电系统的输出效率。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明专利提供了一种“基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜”，实现自动识别二选一协同供电的大型供电电控柜及供电操作系统新模式。在同一电控柜中，本发明专利不仅能作为离网逆变器独立供电系统，而且能作为并网逆变器进行并网发电运行，采用多个单元的总线式光伏逆变器，用总线汇流方式形成大功率逆变电控柜，大幅降低供电系统的铜损和内阻，产生优质的正弦波交流电，输出恒压、稳流的输出适应蓄电池的充电电源，实现单相3线、三相5线的数字化、大功率并网/离网一体化的逆变电控柜及供电操作系统显示窗。
一种“基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜”，其特征在于：可作为离网逆变器独立供电系统，也可作为并网逆变器与市电网并网发电运行，能自动识别离网/并网二选一的一体化总线供电方式，监测电控柜中的工作状态和故障报告，实现光伏发电供电的网络调度和管理，显示和操作供电系统的实时数据，向独立用户和市电网输出单相3线、三相5线的优质电源，形成具安全保护、维修便捷、使用高效的光伏逆变电控柜。
本发明专利可广泛实用于大型太阳能光伏发电厂、楼宇、家居、企业工厂、部队的用电场所，是便捷、安全、高效的新一代大功率供电电控柜。
本发明专利采用铁质钢板制作电控柜箱体，在箱体中嵌入一个可旋转的插装光伏逆变控制板的旋转架，在旋转架中的每一层的第一槽位插装光伏逆变控制板主板，其它槽位可任意插装或互换有跟踪识别特性的逆变控制板，在电控柜箱体的底部安装直流、交流汇流铜排，安装负载开关、过载开关、交流接触器或继电器、保险管和防雷击保护装置，在电控柜箱体的下部安装滤波器、无功功率补偿器、计量互感器、直流充电补偿线圈，在电控柜箱体的背面设置有蓄电池充电端口，在电控柜箱体的底部设有以太网、RS-485通讯输出端口，用航空插头与供电操作系统及显示窗相连接，形成网络或远程的太阳能光伏发电、供电、监测管理操作显示系统。
本发明专利的有益效果是：能作为离网逆变器独立形成供电系统，也能作为并网逆变器进入市电网并网发电运行，当失去市电网电源时，系统仍可向用户供电，实现并网/离网供电一体化，降低供电系统铜损和内阻，动态监测向蓄电池提供多个单元的充电输出端口，能远程或网络操作及显示光伏发电状态、监测发电、供电各项数据、无线报告每天光伏发电效率、报告逆变电控柜故障代码，是大型或中型光伏发电厂、楼宇、企业工厂、家居安全、便捷、高效、性能优异的新一代大功率逆变电控柜供电系统装置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1是本发明专利电控柜的外形结构图。
图2是嵌入图1电控柜中的旋转架结构图。
图3是电控柜的后底部安装执行器件的结构图。
图4是供电操作系统及显示窗的结构图。
图5是电控柜的背面示意图。
图6是本发明专利的逆变控制电路板组合示意图。
附图中1.基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜，2.电控柜门锁，3.电控柜门，4.电控柜散热进风孔，5.电控柜箱体，6.电控柜散热出风孔，7.嵌入式电控柜旋转架，8.第1层插槽逆变控制板主板位，9.第2层插槽逆变控制板主板位，10.第3层插槽逆变控制板主板位，11.第4层插槽逆变控制板主板位，12.旋转架下轴，13.逆变交流电源输出铜排，14.总线式汇流电路板，15.电缆输入/输出孔，16.单元逆变控制板插槽位，17.旋转架上轴，18.直流输入总线，19.市电网电源输入铜排，20.逆变交流电源1次回路输出总线，21.负载总开关，22.逆变交流电源滤波组件，23.无功功率补偿组件及逆变交流电源输出端口，24.光伏直流电源稳压、稳流、滤波组件，25.市电网中性线连接点，26.逆变交流电源中性线连接点，27.逆变交流电源电缆输出孔，28.光伏直流电源滤波及安全保护组件板，29.逆变电控柜箱后底部，30.交流安全保护、计量组件及执行部件区，31.市电网电源电缆输入孔，32.供电操作系统及显示窗箱体，33.通讯电缆连接座，34.右操作键组件，35.LCD显示屏，36.左操作键组件，37，供电操作系统及显示窗箱体面板，38.供电操作系统及显示窗箱体脚，39.逆变电控柜背面，40.第6组蓄电池充电输出端口，41.第5组蓄电池充电输出端口，42.第4组蓄电池充电输出端口，43.第3组蓄电池充电输出端口，44.第2组蓄电池充电输出端口，45.第1组蓄电池充电输出端口，46.旋转架下紧固点，47.旋转架上紧固点，48.逆变控制板主板，49.单元逆变控制板，50.本地负载及故障指示灯组件，51.通讯及测试信号输入/输出口，52.交流电源输入/输出口，53.稳态直流电源及蓄电池充电输入/输出口，54.通讯及监测信号输入/输出口，55.交流电源及同步信号输入/输出口，56.稳态直流电源及蓄电池充电输入/输出口，57.本地负载及故障指示灯组件，58.输入/输出总线电路插座组件，59.逆变电控柜接地点，60.供电操作系统及显示窗接地点。
具体实施方式
图1中基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，电控柜门锁(2)设置在电控柜门(3)的左侧，电控柜散热进风孔(4)设置在电控柜箱体(5)的下部，在电控柜散热进风孔(4)处加装初效空气过滤板，电控柜散热出风孔(6)设置在电控柜箱体(5)的上部，当电控柜箱体(5)内的温度到达设定的温度时，系统能启动电控柜散热出风孔(6)处的横流风扇，使气流在电控柜的整体箱内回旋流动，从电控柜散热出风孔(6)处散出，为基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的外形及散热处理方式。
图2中嵌入式电控柜旋转架(7)嵌入在电控柜箱体(5)中，测试和检修时可将嵌入式电控柜旋转架(7)旋转拉出，第1层插槽逆变控制板主板位(8)，第2层插槽逆变控制板主板位(9)，第3层插槽逆变控制板主板位(10)，第4层插槽逆变控制板主板位(11)是基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的引导、逆变监测、信号转换核心处理主板位，可设置多层插槽，也可以同位互换进行比较，旋转架下轴(12)是旋转固定下导轴，逆变交流电源输出铜排(13)是多个单元逆变电源的汇流输出总线，均连接在总线式汇流电路板(14)上，这种连接方法能大幅降低传输电路中的铜损及电阻，电缆输入/输出孔(15)是备用连接电缆的连接点，单元逆变控制板插槽位(16)是每层插槽位的第2位，是插入通用型逆变控制板的槽位，可插入多个，也可进行同位比较互换，旋转架上轴(17)是旋转固定上导轴，直流输入总线(18)是太阳能光伏发电板的连接总线，安装、调试、测试完工后将旋转架下紧固点(46)，旋转架上紧固点(47)用螺栓固定在电控柜箱体(5)上。
图3中市电网电源输入铜排(19)是三相四线或五线的市电网电源连接点，是逆变器并网/离网发电自动识别的信号源和并网发电功率输出铜排，当失去市电网电源信号时，基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)自动进入离网发电状态，市电网电源输入铜排(19)上无功率输出和消耗，逆变交流电源1次回路输出总线(20)是离网逆变电源的输出铜排，负载总开关(21)是离网逆变电源功率输出回路的总开关，逆变交流电源滤波组件(22)是离网逆变电源滤波及输出检测的组件，无功功率补偿组件及逆变交流电源输出端口(23)是离网逆变电源运行时的检测及功率补偿执行部件和功率输出连接点，光伏直流电源稳压、稳流、滤波组件(24)是太阳能光伏电池电源汇流输入/输出连接点，市电网中性线连接点(25)是连接市电网的零线专用点，逆变交流电源中性线连接点(26)是连接离网逆变电源的零线专用点，逆变交流电源电缆输出孔(27)是备用的离网逆变电源电缆线连接输出孔，光伏直流电源滤波及安全保护组件板(28)是直流电源系统安全保护、输出检测信号和执行部件的核心处理组件，逆变电控柜箱后底部(29)是安装输入/输出铜排、PCB总线、安全保护部件、滤波处理、信号处理组件、手动/自动执行部件的区间，将嵌入式电控柜旋转架(7)旋转拉出后才能进行各种操作，给安装、调试、维修带来极大的方便，交流安全保护、计量组件及执行部件区(30)是并网/离网计量、交流安全保护、自动识别后执行的各种部件组装区，市电网电源电缆输入孔(31)是市电网电源输入连接点，逆变电控柜接地点(59)与建筑地线或专用地线相连。
图4中供电操作系统及显示窗箱体(32)是操作和显示太阳能光伏发电、供电系统总体数据的终端设备，显示光伏发电状态及数据报表，显示供电状态和数据报表，报告发电厂周边的环境状况，报告光伏发电、供电系统的安全信息，报告基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的系统故障代码，可将相关代码转发至管理员的手机上，通讯电缆连接座(33)是与基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的连接点，作为以太网、RS-485通讯连接电缆的输入/输出端点，右操作键组件(34)是数据设置的操作键，LCD显示屏(35)是显示系统全部数据，显示系统连接图、显示统计图系列，显示报告的故障代码，左操作键组件(36)是系统功能观测操作键，供电操作系统及显示窗箱体面板(37)为铝合金面板，供电操作系统及显示窗箱体脚(38)是平衡调节脚，供电操作系统及显示窗接地点(60)与与建筑地线或专用地线相连。
图5中逆变电控柜背面(39)中主要安装蓄电池充电连接端口，充电连接端口的数量与单元逆变控制板同步，数量的定量标准是以基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的总功率为准，这种充电方式大幅提高蓄电池充电效率，降低蓄电池损坏率，是离网独立发电、供电效率最高的方法，第6组蓄电池充电输出端口(40)，第5组蓄电池充电输出端口(41)，第4组蓄电池充电输出端口(42)，第3组蓄电池充电输出端口(43)，第2组蓄电池充电输出端口(44)，第1组蓄电池充电输出端口(45)是分别接入蓄电池的连接点，每组设有10个蓄电池连接点，每个连接点最大可连接48V/200Ah的蓄电池，充电电压输入自DC/6V至60V宽电压范围，均能给蓄电池正常充电。
图6中是每层插槽中的第1位逆变控制板主板(48)，逆变控制板主板(48)是引导本层多位插槽中的单元逆变控制板(49)的启动主板，每层插槽1位逆变控制板主板(48)，与层之间的同位可以互换，作为离网逆变时输入蓄电池或光伏电压，具独立供电系统功能，作为并网逆变供电时逆变控制板主板(48)停止工作，其中主要工作模块分为直流升压模块，过压、过流、欠压、直流电源正负接反、并网/离网逆变一体化方式的识别、充电控制模块，逆变转换驱动、相位、频率、输出交流电压检测模块，以太网、RS-485通讯输入/输出模块，通讯及监测信号输入/输出口(54)，交流电源及同步信号输入/输出口(55)，稳态直流电源及蓄电池充电输入/输出口(56)，本地负载及故障指示灯组件(57)，均集成安装在逆变控制板主板(48)中，其输出功率为2000W以下。
每层插槽中的第2位到多位均为单元逆变控制板(49)，单元逆变控制板(49)在嵌入式电控柜旋转架(7)的每层同位中均可互换，每位单元逆变控制板(49)均编有代码，当有几块单元逆变控制板(49)有故障时不会影响供电系统的正常供电，故障发生后由系统报告故障代码同时转发至手机或平板电脑中通知系统管理员，系统管理员会十分便捷的更换单元逆变控制板(49)，这种方式大幅降低了管理及维修成本，提高了供电系统输出率，由于在单元逆变控制板(49)中的输出端采用了继电器接通负载，在拔出和插入时不需要关断供电系统，能带电即插即用，当在系统中插入单元逆变控制板(49)后其功能模块会检测系统中的电压、频率、相位，合成后由输出继电器接通负载总线并网发电，无论是离网或并网发电和供电，单元逆变控制板(49)均处于工作状态，与逆变控制板主板(48)有功能上的区别，在单元逆变控制板(49)中，本地负载及故障指示灯组件(50)是直观指示负载百分比和交流、直流、充电故障，通讯及测试信号输入/输出口(51)均与通讯网相连，实现网络传输光伏发电数据，交流电源输入/输出口(52)，稳态直流电源及蓄电池充电输入/输出口(53)均能自动识别后接通负载总线，具十分安全、高效的性能，输入/输出总线电路插座组件(58)是多位的总线插座，直接焊装在PCB上，这种方式大幅降低了供电系统铜损及接触电阻，使供电系统的运行温度大幅降低，提高供电系统安全和高效的输出率。

Claims (6)

1.一种基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，其特征在于：电控柜门锁(2)设置在电控柜门(3)的左侧，电控柜散热进风孔(4)设置在电控柜箱体(5)的下部，在电控柜散热进风孔(4)处加装初效空气过滤板，电控柜散热出风孔(6)设置在电控柜箱体(5)的上部，当电控柜箱体(5)内的温度到达设定的温度时，系统能启动电控柜散热出风孔(6)处的横流风扇，使气流在电控柜的整体箱内回旋流动，从电控柜散热出风孔(6)处散出，为基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的外形及散热处理方式。
2.依据权利要求书1所述的基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，其特征在于：嵌入式电控柜旋转架(7)嵌入在电控柜箱体(5)中，测试和检修时可将嵌入式电控柜旋转架(7)旋转拉出，第1层插槽逆变控制板主板位(8)，第2层插槽逆变控制板主板位(9)，第3层插槽逆变控制板主板位(10)，第4层插槽逆变控制板主板位(11)是基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的引导、逆变监测、信号转换核心处理主板位，可设置多层插槽，也可以同位互换进行比较，旋转架下轴(12)是旋转固定下导轴，逆变交流电源输出铜排(13)是多个单元逆变电源的汇流输出总线，均连接在总线式汇流电路板(14)上，这种连接方法能大幅降低传输电路中的铜损及电阻，电缆输入/输出孔(15)是备用连接电缆的连接点，单元逆变控制板插槽位(16)是每层插槽位的第2位，是插入通用型逆变控制板的槽位，可插入多个，也可进行同位比较互换，旋转架上轴(17)是旋转固定上导轴，直流输入总线(18)是太阳能光伏发电板的连接总线，安装、调试、测试完工后将旋转架下紧固点(46)，旋转架上紧固点(47)用螺栓固定在电控柜箱体(5)上。
3.依据权利要求书1所述的基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，其特征在于：市电网电源输入铜排(19)是三相四线或五线的市电网电源连接点，是逆变器并网/离网发电自动识别的信号源和并网发电功率输出铜排，当失去市电网电源信号时，基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)自动进入离网发电状态，市电网电源输入铜排(19)上无功率输出和消耗，逆变交流电源1次回路输出总线(20)是离网逆变电源的输出铜排，负载总开关(21)是离网逆变电源功率输出回路的总开关，逆变交流电源滤波组件(22)是离网逆变电源滤波及输出检测的组件，无功功率补偿组件及逆变交流电源输出端口(23)是离网逆变电源运行时的检测及功率补偿执行部件和功率输出连接点，光伏直流电源稳压、稳流、滤波组件(24)是太阳能光伏电池电源汇流输入/输出连接点，市电网中性线连接点(25)是连接市电网的零线专用点，逆变交流电源中性线连接点(26)是连接离网逆变电源的零线专用点，逆变交流电源电缆输出孔(27)是备用的离网逆变电源电缆线连接输出孔，光伏直流电源滤波及安全保护组件板(28)是直流电源系统安全保护、输出检测信号和执行部件的核心处理组件，逆变电控柜箱后底部(29)是安装输入/输出铜排、PCB总线、安全保护部件、滤波处理、信号处理组件、手动/自动执行部件的区间，将嵌入式电控柜旋转架(7)旋转拉出后才能进行各种操作，给安装、调试、维修带来极大的方便，交流安全保护、计量组件及执行部件区(30)是并网/离网计量、交流安全保护、自动识别后执行的各种部件组装区，市电网电源电缆输入孔(31)是市电网电源输入连接点，逆变电控柜接地点(59)与建筑地线或专用地线相连。
4.依据权利要求书1所述的基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，其特征在于：供电操作系统及显示窗箱体(32)是操作和显示太阳能光伏发电、供电系统总体数据的终端设备，显示光伏发电状态及数据报表，显示供电状态和数据报表，报告发电厂周边的环境状况，报告光伏发电、供电系统的安全信息，报告基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的系统故障代码，可将相关代码转发至管理员的手机上，通讯电缆连接座(33)是与基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的连接点，作为以太网、RS-485通讯连接电缆的输入/输出端点，右操作键组件(34)是数据设置的操作键，LCD显示屏(35)是显示系统全部数据，显示系统连接图、显示统计图系列，显示报告的故障代码，左操作键组件(36)是系统功能观测操作键，供电操作系统及显示窗箱体面板(37)为铝合金面板，供电操作系统及显示窗箱体脚(38)是平衡调节脚，供电操作系统及显示窗接地点(60)与与建筑地线或专用地线相连。
5.依据权利要求书1所述的基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，其特征在于：逆变电控柜背面(39)中主要安装蓄电池充电连接端口，充电连接端口的数量与单元逆变控制板同步，数量的定量标准是以基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)的总功率为准，这种充电方式大幅提高蓄电池充电效率，降低蓄电池损坏率，是离网独立发电、供电效率最高的方法，第6组蓄电池充电输出端口(40)，第5组蓄电池充电输出端口(41)，第4组蓄电池充电输出端口(42)，第3组蓄电池充电输出端口(43)，第2组蓄电池充电输出端口(44)，第1组蓄电池充电输出端口(45)是分别接入蓄电池的连接点，每组设有10个蓄电池连接点，每个连接点最大可连接48V/200Ah的蓄电池，充电电压输入自DC/6V至60V宽电压范围，均能给蓄电池正常充电。
6.依据权利要求书1所述的基于光伏发电并网/离网一体化总线式供电的大功率逆变电控柜(1)，其特征在于：每层插槽中的第1位逆变控制板主板(48)，逆变控制板主板(48)是引导本层多位插槽中的单元逆变控制板(49)的启动主板，每层插槽1位逆变控制板主板(48)，与层之间的同位可以互换，作为离网逆变时输入蓄电池或光伏电压，具独立供电系统功能，作为并网逆变供电时逆变控制板主板(48)停止工作，其中主要工作模块分为直流升压模块，过压、过流、欠压、直流电源正负接反、并网/离网逆变一体化方式的识别、充电控制模块，逆变转换驱动、相位、频率、输出交流电压检测模块，以太网、RS-485通讯输入/输出模块，通讯及监测信号输入/输出口(54)，交流电源及同步信号输入/输出口(55)，稳态直流电源及蓄电池充电输入/输出口(56)，本地负载及故障指示灯组件(57)，均集成安装在逆变控制板主板(48)中，其输出功率为2000W以下。
每层插槽中的第2位到多位均为单元逆变控制板(49)，单元逆变控制板(49)在嵌入式电控柜旋转架(7)的每层同位中均可互换，每位单元逆变控制板(49)均编有代码，当有几块单元逆变控制板(49)有故障时不会影响供电系统的正常供电，故障发生后由系统报告故障代码同时转发至手机或平板电脑中通知系统管理员，系统管理员会十分便捷的更换单元逆变控制板(49)，这种方式大幅降低了管理及维修成本，提高了供电系统输出率，由于在单元逆变控制板(49)中的输出端采用了继电器接通负载，在拔出和插入时不需要关断供电系统，能带电即插即用，当在系统中插入单元逆变控制板(49)后其功能模块会检测系统中的电压、频率、相位，合成后由输出继电器接通负载总线并网发电，无论是离网或并网发电和供电，单元逆变控制板(49)均处于工作状态，与逆变控制板主板(48)有功能上的区别，在单元逆变控制板(49)中，本地负载及故障指示灯组件(50)是直观指示负载百分比和交流、直流、充电故障，通讯及测试信号输入/输出口(51)均与通讯网相连，实现网络传输光伏发电数据，交流电源输入/输出口(52)，稳态直流电源及蓄电池充电输入/输出口(53)均能自动识别后接通负载总线，具十分安全、高效的性能，输入/输出总线电路插座组件(58)是多位的总线插座，直接焊装在PCB上，这种方式大幅降低了供电系统铜损及接触电阻，使供电系统的运行温度大幅降低，提高供电系统安全和高效的输出率。
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