CN103580269A - 一种光伏电力连网与离网的双路供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源电力领域，具体涉及一种光伏电力连网与离网的双路供电系统。通过独到的离网供电内部带载电力路径，以一种全新的离网光伏供电系统体系构造赋予光伏发电系统全新的工作模式和功效，在光伏不发电时段以及光伏电力不稳定性和间歇性，不再只靠蓄电池来维持稳定的供电，而是利用与市电网的电力互补弥补光伏不发电时段的电力供给的空缺与不足，节省了大量蓄电池投入与消耗。有效克服现有技术与产品的缺陷，不仅节省光伏发电供电系统的投资为光伏电力应用开创了可盈利模式与途径，还实现了有电地区具备高性价比的光伏供电系统，使光伏电力替代市电高峰用电期供电，而在市电谷电期，用户利用谷价市电，在为用户节省用电成本的同时，为市电的调峰做出贡献。
Description
技术领域
本发明属于新能源电力领域，具体涉及一种光伏电力连网与离网的双路供电系统。
背景技术
新能源发电供电装置已经得到越来越多人的认可与应用，特别是光电和风电得到各国政府的重视。由于早期光伏发电组件价格很贵，每W达几十元人民币，使发电供电成本每度电高达几元人民币(离网系统中每度电的蓄电池成本也要1-2元人民币)远远高于市电价格，只能用于偏远和无电地区的应急和最基本的供电。而如今，光伏组件每W只有几(目前5-7)元人民币，其发电寿命达25年，每度电的光伏组件成本只有几(目前2-3)角人民币，但是蓄电池成本变化不大，所以需要减少蓄电池和其他配件的投入，即如果改变离网光伏系统的构成方式或采用连网与离网的双路供电方式效果会更好，如此完全有可能使发电供电成本降至与市电相当市场价格。
不过，对于离网光伏系统现有技术与产品，由于上述的背景原因，其技术方案是局限于为无电地区与环境提供电力的单一用途，使得现有离网光伏系统的技术产品局限于独立发电供电使用，这样就使其在光伏不发电时段以及为解决光伏电力不稳定性和间歇性，不得不靠蓄电池来维持稳定的供电，由于蓄电池造价高寿命短，使得离网光伏电力系统与装置的供电成本依然昂贵，只能用于偏远和无电地区的应急和最基本的供电，大大限制了新能源电力，特别是限制了光伏电力(及风电)的推广与普及。
对于采用连网与离网的双路供电方式来说，为解决光伏电力不稳定性和间歇性，要做到在有电地区应用光伏电力并与市电互补为用户提供满足负载连续不间断用电需求，就要求离网光伏电力系统和市电供电系统实现不间断的相互切换。特别是离网逆变器是在负载接入时开始供电，而且离网逆变器供电时，从直流输入到逆变后交流输出，需要一个电力变换处理过程，输出的电力功率逐渐增加并爬升至额定功率，此过程需要一定的时间，对于大功率需求的切入离网供电系统，不能做到像在线UPS切入市电那样只需要不到5ms，而是要高出几倍的时间，在许多在线实时供电系统中，负载要求电力切换时间要与在线UPS的切换时间相当，小于5ms。这样就使得离网逆变器在市电供电切换到离网供电方式是不能满足切换时间的需求，导致离网光伏电力系统和市电供电系统不能实现双路径双方向不间断的相互切换，也就不能有效实现光伏发电系统连网与离网的双路供电。因此，在市电供电切换到离网供电方式，切换时必须要缩短功率爬升的时间，现有技术通过旁路电电力电子开关完成离网供电切换到市电供电，由于市电网随时能够满足负载用电功率的要求，没有功率从小到大的爬升过程，所以在离网光伏电力系统供电切换到市电时，不存在问题，现有UPS技术已实现类似切换，正是市电可供电功率随时可满足带载要求，切换时间只是开关执行的时间；但是，从市电切回到离网光伏电力系统供电时，逆变器要满足带载功率的需求就需要一定的时间，不能像在线UPS切入市电那样实现不间断的相互切换。
发明内容
为了解决这一缺陷与问题，做到光伏发电系统连网与离网的双路供电，使有电地区能够实现高性价比，且方便有效的应用新能源电力，特别是光伏电力，本发明提出一种光伏电力连网与离网的双路供电系统，其实施方案为：一种光伏电力连网与离网的双路供电系统，包括发电组件、DC/DC及MPPT、充电、放电及直流调配电路、蓄电池组A、蓄电池组B、DC/AC逆变器、电子电控开关电路A、电子电控开关电路B、电子电控开关电路C、电子电控开关电路D、AC/DC电路、系统控制器、交流负载端口、系统总线、系统电源以及市电网组成；其特征是：
发电组件、DC/DC及MPPT、充电、放电及直流调配电路至蓄电池组A及蓄电池组B顺次连接，构成光伏电力充电蓄电路径；
发电组件、DC/DC及MPPT、充电、放电及直流调配电路、DC/AC逆变器顺次连接并通过电子电控开关电路C连接交流负载端，构成光伏电力向负载供电的光伏供电路径；
发电组件、DC/DC及MPPT、充电、放电及直流调配电路、DC/AC逆变器、电子电控开关电路B、AC/DC电路、充电、放电及直流调配电路、蓄电池组A及蓄电池组B顺次相连，构成DC/AC逆变器系统内部带载电力路径；
市电网通过电子电控开关电路D连接交流负载端构成市电向负载供电的市电供电路径；
市电网、电子电控开关电路A、AC/DC电路、充电、放电及直流调配电路至蓄电池组A或蓄电池组B顺次连接，构成市电为蓄电池补电充电的市电充电路径；
系统电源连接充电、放电及直流调配电路和系统控制器及通过系统总线与DC/DC及MPPT、充电、放电及直流调配电路、DC/AC逆变器、电子电控开关电路A、电子电控开关电路B、电子电控开关电路C、电子电控开关电路D、AC/DC电路相连接，构成系统电源供电路径；
系统控制器通过系统总线与DC/DC及MPPT、充电、放电及直流调配电路、DC/AC逆变器、电子电控开关电路A、电子电控开关电路B、电子电控开关电路C、电子电控开关电路D、AC/DC电路相连接，构成系统控制与检测的信号链路。
系统控制方法是：通过控制构成的电力路径实现满足相应供电需求；通过构造建立DC/AC逆变器系统内部带载电力路径，形成离网逆变器运行的必要条件，由系统控制器调节连通DC/AC逆变器系统内部带载电力路径并使其受控启动，DC/AC逆变器功率提升到设定值时，系统控制器调节切换开关使电子电控开关电路D关断，同时电子电控开关电路C闭合，实现市电实时不间断切换到系统离网供电方式。
通过本技术方案可以通过独到的离网供电内部带载电力路径，以一种全新的离网光伏供电系统体系构造赋予光伏发电系统全新的工作模式和功效，在光伏不发电时段以及光伏电力不稳定性和间歇性，不再只靠蓄电池来维持稳定的供电，而是利用与市电网的电力互补弥补光伏不发电时段的电力供给的空缺与不足，节省了大量蓄电池投入与消耗。本发明通过离网供电内部带载电力路径预启动DC/AC逆变器，使其功率爬升至负载需求的功率或额定功率时，进行市电到系统供电的瞬间实时在线不间断切换，方法新颖、简捷且有效克服现有技术与产品的缺陷，不仅节省光伏发电供电系统的投资为光伏电力应用开创了可盈利模式与途径，还实现了有电地区具备高性价比的光伏供电系统，使光伏电力替代市电高峰用电期供电，而在市电谷电期，用户利用谷价市电，在为用户节省用电成本的同时，为市电的调峰做出贡献。
附图说明
附图为一种光伏电力连网与离网的双路供电系统原理示意框图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对本发明的一种光伏电力连网与离网的双路供电系统给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
附图给出了一种光伏电力连网与离网的双路供电系统的原理框图。由附图所示，本发明提出的一种光伏电力连网与离网的双路供电系统，包括发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、蓄电池组A(4a)、蓄电池组B(4b)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路A(6a)、电子电控开关电路B(6b)、电子电控开关电路C(6c)、电子电控开关电路D(6d)、AC/DC电路(7)、系统控制器(8)、交流负载端口(9)、系统总线(10)、系统电源(11)以及市电网(12)组成；其特征是：
发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)至蓄电池组A(4a)及蓄电池组B(4b)顺次连接，构成光伏电力充电蓄电路径；
发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)顺次连接并通过电子电控开关电路C(6c)连接交流负载端
(9)，构成光伏电力向负载供电的光伏供电路径；
发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路B(6b)、AC/DC电路(7)、充电、放电及直流调配电路(3)、蓄电池组A(4a)及蓄电池组B(4b)顺次相连，构成离网供电带载内部电力路径；
市电网(12)通过电子电控开关电路D(6d)连接交流负载端(9)构成市电向负载供电的市电供电路径；
市电网(12)、电子电控开关电路A(6a)、AC/DC电路(7)、充电、放电及直流调配电路(3)至蓄电池组A(4a)或蓄电池组B(4b)顺次连接，构成市电为蓄电池补电充电的市电充电路径；
系统电源(11)连接充电、放电及直流调配电路(3)和系统控制器(8)及通过系统总线(10)与DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路A(6a)、电子电控开关电路B(6b)、电子电控开关电路C(6c)、电子电控开关电路D(6d)、AC/DC电路(7)相连接，构成系统电源供电路径；
系统控制器(8)通过系统总线(10)与DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路A(6a)、电子电控开关电路B(6b)、电子电控开关电路C(6c)、电子电控开关电路D(6d)、AC/DC电路(7)相连接，构成系统控制与检测的信号链路。
系统控制方法是：通过构造建立离网供电内部带载电力路径，形成离网逆变器运行的必要条件，系统控制器(8)调节连通离网供电内部带载电力路径并使其受控启动，DC/AC逆变器(5)功率提升到设定值时，系统控制器(8)调节切换开关电子电控开关电路D(6d)关断，同时电子电控开关电路C(6c)闭合，实现市电实时不间断切换到系统供电方式。
对于有市电的用户，如居民、商户、办公、企业及公共场所，均可以利用本发明的一种光伏电力连网与离网的双路供电系统，连接负载和市电网或微电网，构成光伏电力连网与离网的双路供电系统，成为电网用户侧的用电系统，对电网没有馈电影响，不受并网的限制。而且本发明的系统只需要配置现有技术的光伏离网系统所配蓄电池的不足十分之一，仅需完成光伏发电时波动的平抑补电即可，使光伏电力直接为负载供电，光伏电力不能满足时，在线实时不间断切换到电网，由电网为负载供电，使新能源电力自发自用为主，蓄电备用为辅，双路供电既解决光伏电力不稳定性和间歇性，又为电网削峰填谷进行电力调峰。
Claims (1)
1.一种光伏电力连网与离网的双路供电系统，包括发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、蓄电池组A(4a)、蓄电池组B(4b)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路A(6a)、电子电控开关电路B(6b)、电子电控开关电路C(6c)、电子电控开关电路D(6d)、AC/DC电路(7)、系统控制器(8)、交流负载端口(9)、系统总线(10)、系统电源(11)以及市电网(12)组成；其特征是：
发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)至蓄电池组A(4a)及蓄电池组B(4b)顺次连接，构成光伏电力充电蓄电路径；
发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)顺次连接并通过电子电控开关电路C(6c)连接交流负载端(9)，构成光伏电力向负载供电的光伏供电路径；
发电组件(1)、DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路B(6b)、AC/DC电路(7)、充电、放电及直流调配电路(3)、蓄电池组A(4a)及蓄电池组B(4b)顺次相连，构成DC/AC逆变器(5)系统内部带载电力路径；
市电网(12)通过电子电控开关电路D(6d)连接交流负载端(9)构成市电向负载供电的市电供电路径；
市电网(12)、电子电控开关电路A(6a)、AC/DC电路(7)、充电、放电及直流调配电路(3)至蓄电池组A(4a)或蓄电池组B(4b)顺次连接，构成市电为蓄电池补电充电的市电充电路径；
系统电源(11)连接充电、放电及直流调配电路(3)和系统控制器(8)及通过系统总线(10)与DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路A(6a)、电子电控开关电路B(6b)、电子电控开关电路C(6c)、电子电控开关电路D(6d)、AC/DC(7)相连接，构成系统电源供电路径；
系统控制器(8)通过系统总线(10)与DC/DC及MPPT(2)、充电、放电及直流调配电路(3)、DC/AC逆变器(5)、电子电控开关电路A(6a)、电子电控开关电路B(6b)、电子电控开关电路C(6c)、电子电控开关电路D(6d)、AC/DC电路(7)相连接，构成系统控制与检测的信号链路。
系统控制方法是：通过控制构成的电力路径实现满足相应供电需求；通过构造建立DC/AC逆变器(5)系统内部带载电力路径，形成离网逆变器运行的必要条件，由系统控制器(8)调节连通DC/AC逆变器(5)系统内部带载电力路径并使其受控启动，DC/AC逆变器(5)功率提升到设定值时，系统控制器(8)调节切换开关使电子电控开关电路D(6d)关断，同时电子电控开关电路C(6c)闭合，实现市电实时不间断切换到系统离网供电方式。
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