CN103607035A - 集约式光储热冷控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集约式光储热冷控制系统，包括用于将光能转换成电能的光伏组件、储能部件、升压逆变器，所述光伏组件通过所述升压逆变器与用电设备相连，所述用电设备与所述光伏组件均与所述储能部件相连。首先，光伏组件将光能转换成电能，电能不仅通过储能蓄电池储存起来，还通过升压逆变器传输给用电设备，当光伏组件产生的电能不足时，可以采用储能蓄电池将存储的电能通过升压逆变器来给用电设备供电。该系统简单，集成度高，便于操作管理，成本低廉。

Description

集约式光储热冷控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统,尤其是涉及一种集约式光储热冷控制方法及控制系统。

背景技术

我国大面积国土光源充沛、分布均匀。与水电、风电、核电等相比，太阳能发电无污染、无噪音、应用技术成熟以及安全可靠。除大规模并网发电和离网应用外，太阳能还可以通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式储存，利用太阳能可以满足我国对能源的需求。

传统的光储系统的主要为分布式冷、热、电三联供组成的微网结构。传统的光储系统中各个子系统需要满足不同的工作环境，且各个子系统布置分散、配合困难、存在配合损耗、调试维护非常不便、投资成本高以及性价比低。传统的光储系统没有采取任何一体化的控制方法,光储系统的子系统独立运行,非常不稳定,当子系统之间无法通信,将给系统的升级拓展维护带来了诸多不便。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种易于操作管理、成本低廉、一体化的集约式光储热冷控制系统。

其技术方案如下：一种集约式光储热冷控制系统，包括用于将光能转换成电能的光伏组件、储能部件、升压逆变器，所述光伏组件通过所述升压逆变器与用电设备相连，所述用电设备与所述光伏组件均与所述储能部件相连,还包括控制器，所述控制器包括用于采集所述光伏组件的输出电压信号和输出电流信号的第一采集模块、用于获取升压逆变器的输出电压信号和输出电流信号的第二采集模块、用于根据所述第一采集模块采集的电流信号和电压信号以及第二采集模块采集的电流信号和电压信号作出控制升压逆变器升压逆变命令的数据处理模块、用于将所述升压逆变命令转换成PWM输出信号的第一输出模块。

下面对进一步技术方案进行说明：

优选的，在所述逆变器与所述用电设备相连的输电线路上设置有第一开关，所述第一开关的一端与所述升压逆变器的输出端相连，所述第一开关的另一端与所述用电设备相连，所述控制器还包括控制所述第一开关开合的第二输出模块。

优选的，所述第一开关的另一端还与第二开关相连，所述第二开关与工业变压器相连，所述工业变压器与高压输电线相连，所述控制器还包括控制第二开关开合的第三输出模块。工业变压器将升压逆变器输出的380V电压升至10KV，通过架空线路进行输配电。

优选的，所述储能部件为储能蓄电池，所述储能蓄电池连接有电池管理系统，所述控制器还包括控制所述电池管理系统工作的第四输出模块。通过电池管理系统能掌控储能蓄电池的工作状态，管理好储能蓄电池，能保证储能蓄电池安全使用。

优选的，还包括集装箱，所述光伏组件、储能部件、升压逆变器均设置在所述集装箱内。

优选的，所述集装箱内设置有冰蓄系统，所述冰蓄系统与所述升压逆变器的输出端相连，所述控制器还包括控制所述冰蓄系统工作的第五输出模块。

优选的，在所述集装箱内设有吸热装置，所述控制器还包括控制所述吸热装置工作的第六输出模块。

本发明还提供一种能有效提高系统输出电压和电流稳定性、延长系统使用寿命的集约式光储热冷的控制方法，所述控制器获取所述光伏组件的输出电压和输出电流信号；

根据获取到的所述光伏组件的输出电压信号和输出电流信号控制所述升压逆变器升压逆变至预定的电压和电流；

所述控制器还获取所述升压逆变器的输出电压和输出电流信号，将该输出电压和输出电流信号与所述预定的电压和电流进行比较；

根据所述比较结果来调整所述升压逆变器的升压逆变大小。

优选的，还包括步骤，当获取到所述光伏组件的输出电压和输出电流信号强度比第一内设值高时，控制所述第一开关与所述第二开关闭合，使得所述升压逆变器转换的电能经所述工业变压器输送至所述高压输电线，和/或者控制所述冰蓄系统工作；

当获取到所述光伏组件的输出电压和输出电流信号强度比第二内设值低时，控制所述第二开关断开。

优选的，还包括步骤，获取所述集装箱内的温度信号，当判断到所获取的温度大于内设温度值时，则控制所述吸热装置工作将集装箱内的温度降低，或者控制所述冰蓄系统工作将集装箱内的温度降低。

下面对前述技术方案的原理、效果等进行说明：

本发明的所述集约式光储热冷控制系统，光伏组件将光能转换成电能，电能不仅通过储能蓄电池储存起来，还通过升压逆变器传输给用电设备。当光伏组件产生的电能不足时，可以采用储能蓄电池将存储的电能通过升压逆变器来给用电设备供电。该系统简单，集成度高，便于操作管理，系统输出电压稳定,成本低廉。本发明的所述集约式光储热冷控制方法，通过获取所述光伏组件的输出端电流电压信号，然后控制升压逆变器工作，将光伏组件的输出电压和电流升压逆变至预定的电压和电流，并通过获取升压逆变器输出的电压和电流，将获取的升压逆变器输出的电压和电流与预定的电压和电流比较，再次调节升压逆变器的升压逆变大小，闭环控制思路，反馈调节方法,使得升压逆变器的输出结果更加精确。

附图说明

图1是本发明实施例所述集约式储热冷系统结构示意图；

图2是本发明实施例所述集约式储热冷系统工作状态图一；

图3是本发明实施例所述集约式储热冷系统工作状态图二；

图4是本发明实施例所述集约式储热冷系统工作状态图三；

图5是本发明实施例所述控制器结构示意图。

附图标记说明：

10、光伏组件,20、升压逆变器，30、储能蓄电池，31、电池管理系统，40、用电设备，50、第一开关，60、吸热装置，70、冰蓄系统，80、第二开关，90、工业变压器，100、集装箱，200、控制器，210、第一采集模块，220、第二采集模块，230、第三采集模块，240、第四采集模块，250、数据处理模块，260、第一输出模块，270、第二输出模块，280、第三输出模块，290、第四输出模块，300、第五输出模块，310、第六输出模块。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种集约式光储热冷控制系统，包括用于将光能转换成电能的光伏组件10、储能部件、升压逆变器20，所述光伏组件10通过所述升压逆变器20与用电设备40相连，所述用电设备40与所述光伏组件10均与所述储能部件相连。本发明所述集约式光储热冷控制系统还包括控制器200，如图5所示，所述控制器200包括用于采集所述光伏组件10的输出电压信号和输出电流信号的第一采集模块210、用于获取升压逆变器20的输出电压信号和输出电流信号的第二采集模块220、用于根据所述第一采集模块210采集的电流信号和电压信号以及第二采集模块220采集的电流信号和电压信号作出控制升压逆变器20升压逆变命令的数据处理模块250、用于将所述升压逆变命令转换成PWM输出信号的第一输出模块260，所述第一采集模块210与所述光伏组件10的输出端相连，所述第二采集模块220与所述升压逆变器20的输出端相连，所述第一采集模块210、第二采集模块220还与所述数据处理模块250相连，所述第一输出模块260分别与所述升压逆变器20、所述数据处理模块250相连。

光伏组件10将光能转换成电能，电能不仅通过储能蓄电池30储存起来，还通过升压逆变器20传输给用电设备40，当光伏组件10产生的电能不足时，可以采用储能蓄电池30将存储的电能通过升压逆变器20来给用电设备40供电。该系统结构简单，集成度高，便于操作管理，成本低廉。

其中,在所述逆变器与所述用电设备40相连的输电线路上设置有第一开关50，所述第一开关50的一端与所述升压逆变器20的输出端相连，所述第一开关50的另一端与所述用电设备40相连，所述控制器200还包括控制所述第一开关50开合的第二输出模块270，所述第二输出模块270分别与所述数据处理模块250、所述第一开关50相连，当所述第二输出模块270接收数据处理模块250作出的控制所述第一开关50开合命令，所述第一开关50根据所述第二输出模块270发送的所述第一开关50开合命令来作出开合动作。设置第一开关50，根据光源强度状况和电网功率潮流，可以按时段将系统并入380V微网对用电设备40进行供电。所述第一开关50的另一端还通过第二开关80与工业变压器90相连，所述工业变压器90与高压输电线相连，所述控制器200还包括控制第二开关80开合的第三输出模块280，所述第三输出模块280分别与所述数据处理模块250、所述第二开关80相连，当所述第三输出模块280接收数据处理模块250作出的控制所述第二开关80开合命令，所述第二开关80根据所述第三输出模块280发送的所述第二开关80开合命令来作出开合动作。工业变压器90将升压逆变器20输出的380V电压升至10KV，通过架空线路进行输配电。

所述储能部件为储能蓄电池30，所述储能蓄电池30连接有电池管理系统31，所述控制器200还包括控制所述电池管理系统31工作的第四输出模块290，同时还包括采集电池管理系统31所获取到的储能蓄电池30的状态信号的第三采集模块230。通过电池管理系统31能掌控储能蓄电池30的工作状态，随时将储能蓄电池30的不良状态信号发送给所述控制器200，控制器200报警警示管理者注意，以此管理好储能蓄电池30，能保证储能蓄电池30安全使用。

该集约式光储热冷控制系统还包括集装箱100，所述光伏组件10、储能部件、升压逆变器20均设置在所述集装箱100内。所述集装箱100内还设置有冰蓄系统70，所述冰蓄系统70与所述升压逆变器20的输出端相连，所述控制器200还包括控制所述冰蓄系统70工作的第五输出模块300，所述第五输出模块300分别与所述数据处理模块250、所述冰蓄系统70相连，其中所述控制器200还包括采集所述集装箱内的温度信号的第四采集模块240，所述第四采集模块240与所述数据处理模块250相连，当数据处理模块250判断到所述第四采集模块240所采集的温度值大于内设温度值时，可以控制所述冰蓄系统70工作，将所述集装箱内重要设备降温，避免温度过高影响设备的寿命。另外，当日照条件较好时，光伏组件10对储能蓄电池30组充电完毕之后，为提高电能利用率，经过直交流变换输出电能，对冰蓄系统70供电，制冰蓄能。需要时，冰蓄系统70可以对系统内重要的电力电子设备和主控设备等重要设备进行冷却保护。在所述集装箱100内还设有吸热装置60，所述控制器200还包括控制所述吸热装置60工作的第六输出模块310，所述第六输出模块310分别与所述数据处理模块250、所述冰蓄系统70相连，当当数据处理模块250判断到所述第四采集模块240所采集的温度值大于内设温度值时，可以控制所述吸热装置60工作，将所述集装箱内重要设备降温。该吸热装置60为废热再利用热水器，废热再利用热水器的循环管设置在集装箱100内部，循环管内装冷水，对集装箱100产生的废热进行利用，能延长集装箱100的使用寿命。

集装箱100内安装有吸热装置60，该吸热装置60具有冷水管道，冷水管道中流动着冷水，流动着的冷水将集装箱100内所设置的电气设备及储能蓄电池30所产生的热量带走，并将该热量输出到外部热水器实现废热再利用。

本实施例中，本发明的集约式光储热冷控制系统的输出电压稳定，系统内部设备工作安全稳定，空间利用率高。集装箱兼做光伏支架，占地面积小，不需另占空间即可实现光伏发电及储能。本发明所述集约式光储热冷控制系统将电气连接减至最少，功率损耗低，对光原利用率高。本发明的集约式光储热冷控制系统能相互并联入网，提高功率输出。

下面对系统中各个组件进行工作说明：

光伏组件10：使用光伏阵列组件，输出的直流电压为30V，它在人体安全电压36V以下。对光伏组件10的输出端进行电压检测和电流检测，在后级直交流变换装置中，加入MPPT最大功率点跟踪功能，保证光伏组件10在发电工作时以最大效率工作。本发明的实施例中，光伏组件10使用型号为尚德STP250S-20/Wd组件，该型号的光伏组件10的最大额定输出功率为500W，输出额定电压为直流30V。本发明所述集约式光储热冷控制系统含两块型号为STP250S-20/Wd所述光伏组件10。

储能蓄电池30及电池管理系统31：蓄电池组充电回路上的电压在36V以下，与光伏阵列输入电压保持一致，以铅酸电池或者锂电池为主。与光伏组件10之间的进行直接的电气连接，使得蓄电池组充电过程中的电路损耗降到最低。当光伏组件10停止工作时，电池进行供电输出。本实施例中，储能蓄电池30采用锂电池，蓄电池组额定电压为30V，蓄电池储能容量为1kWh。安装电池管理系统31对单一的储能蓄电池30进行监控保护。

直交流升压逆变器20：直交流升压逆变器20对光伏组件10或储能蓄电池30输出的直流30V进行升压变换，先升至540V到600V之间的直流电压，之后通过并网控制进行三相桥式逆变，输出380V三相交流电。对三相桥式逆变电路进行并网控制，保证380V交流输出可以随时对用电设备40进行供电，或并网发电。

冰蓄系统70：当日照光源较充沛时，光伏组件10对储能蓄电池30组充电完毕之后，为提高电能利用率，经过直交流逆变器输出高压电，并对冰蓄系统70供电，制冰蓄能。本实施例中，冰蓄系统70及冷循环系统，仅对电力电子设备和主控设备进行冷却，使用蛇型钢盘管，电路发热器件采用铝散热片通过硅胶黏合，钢盘管传热散热。需要时，冰蓄系统70可以对本发明集约式光储热冷控制系统中重要的电力电子设备和主控设备等较为重要的设备进行冷却保护。

第一开关50：根据日照光源强度和电网功率的需求，可以按时段将系统并入380V微网对用电设备40进行供电，或者经工业变压器90将380V电压升压到10KV输送至架空线路进行输配电。

吸热装置60:本发明系统内采用吸热装置60，将集装箱100内电气设备、储能电池产生的热量和日照余热经水冷壁水冷管收集至热水器，实现废热再用。

本发明根据光照强度及电网功率需求，可以分为三种工作模态，以下对本发明的三种工作模态进行详细说明：

工作模态一：光伏组件10对储能蓄电池30组进行充电。

请参照图2，光伏组件10仅对储能蓄电池30组进行充电，电池管理保证蓄电池组的安全健康充电，并进行必要的过热过充保护。此时，直交流变换部件及后级的冰蓄系统70均不工作，减少能量损耗。

工作模态二：光伏组件10经直交升压逆变器20将30V电压转换输出380V三相电，并对冰蓄系统70供电，根据用户需要还可将该380V三相电连接至用电设备或者连接至高压输电线上。

请参照图3，当储能蓄电池30组充电完毕，日照条件较好时，光伏组件10输出电能，经过升压逆变器20直交流变换输出380V三相电，对冰蓄系统70供电。冰蓄系统70工作，对升压逆变器20的电力电子设备和主控设备进行冷却保护。同时根据需要，进行并网发电。

工作模态三：储能蓄电池30组经过升压逆变器20直交流变换输出380V三相电，对冰蓄系统70供电，并根据用户需要进行电能输出或者并网。

请参照图4，当日照条件不满足时，储能蓄电池30组输出电能，经后级的升压逆变器20变换为380V三相交流电，或对冰蓄系统70进行供电，并根据需要进行并网发电。

本发明还提供一种能有效提高系统输出电压和电流稳定性、延长系统使用寿命的集约式光储热冷的控制方法，所述控制器200获取所述光伏组件10的输出电压和输出电流信号；根据获取到的所述光伏组件10的输出电压信号和输出电流信号控制所述升压逆变器20升压逆变至预定的电压和电流；所述控制器200还获取所述升压逆变器20的输出电压和输出电流信号，将该输出电压和输出电流信号与所述预定的电压和电流进行比较；根据所述比较结果来调整所述升压逆变器20的升压逆变大小。

在本发明所述控制方法中,当获取到所述光伏组件10的输出电压和输出电流信号强度比第一内设值高时，控制所述第一开关50与所述第二开关80闭合，使得所述升压逆变器20转换的电能经所述工业变压器输送至所述高压输电线，和/或者控制所述冰蓄系统70工作；当获取到所述光伏组件10的输出电压和输出电流信号强度比第二内设值低时，控制所述第二开关80断开。

其次,本发明方法还可以获取所述集装箱内的温度信号，当判断到所获取的温度大于内设温度值时，则控制所述吸热装置60工作将集装箱内的温度降低，或者控制所述冰蓄系统70工作将集装箱内的温度降低。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集约式光储热冷控制系统，其特征在于，包括用于将光能转换成电能的光伏组件、储能部件、升压逆变器，所述光伏组件通过所述升压逆变器与用电设备相连，所述用电设备与所述光伏组件均与所述储能部件相连；

还包括控制器，所述控制器包括用于采集所述光伏组件的输出电压信号和输出电流信号的第一采集模块、用于获取升压逆变器的输出电压信号和输出电流信号的第二采集模块、用于根据所述第一采集模块采集的电流信号和电压信号以及第二采集模块采集的电流信号和电压信号作出控制升压逆变器升压逆变命令的数据处理模块、用于将所述升压逆变命令转换成PWM输出信号的第一输出模块。

2.根据权利要求1所述的集约式光储热冷控制系统，其特征在于，在所述逆变器与所述用电设备相连的输电线路上设置有第一开关，所述第一开关的一端与所述升压逆变器的输出端相连，所述第一开关的另一端与所述用电设备相连，所述控制器还包括控制所述第一开关开合的第二输出模块。

3.根据权利要求2所述的集约式光储热冷控制系统，其特征在于，所述第一开关的另一端还与第二开关相连，所述第二开关与工业变压器相连，所述工业变压器与高压输电线相连，所述控制器还包括控制第二开关开合的第三输出模块。

4.根据权利要求1所述的集约式光储热冷控制系统，其特征在于，所述储能部件为储能蓄电池，所述储能蓄电池连接有电池管理系统，所述控制器还包括控制所述电池管理系统工作的第四输出模块。

5.根据权利要求1所述的集约式光储热冷控制系统，其特征在于，还包括集装箱，所述光伏组件、储能部件、升压逆变器均设置在所述集装箱内。

6.根据权利要求5所述的集约式光储热冷控制系统，其特征在于，所述集装箱内设置有冰蓄系统，所述冰蓄系统与所述升压逆变器的输出端相连，所述控制器还包括控制所述冰蓄系统工作的第五输出模块。

7.根据权利要求5或6所述的集约式光储热冷控制系统，其特征在于，在所述集装箱内设有吸热装置，所述控制器还包括控制所述吸热装置工作的第六输出模块。

8.一种采用权利要求1至7任一所述的集约式光储热冷控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤,

所述控制器获取所述光伏组件的输出电压和输出电流信号；

根据获取到的所述光伏组件的输出电压信号和输出电流信号控制所述升压逆变器升压逆变至预定的电压和电流；

所述控制器还获取所述升压逆变器的输出电压和输出电流信号，将该输出电压和输出电流信号与所述预定的电压和电流进行比较；

根据所述比较结果来调整所述升压逆变器的升压逆变大小。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤，当获取到所述光伏组件的输出电压和输出电流信号强度比第一内设值高时，控制所述第一开关与所述第二开关闭合，使得所述升压逆变器转换的电能经所述工业变压器输送至所述高压输电线，和/或者控制所述冰蓄系统工作；

当获取到所述光伏组件的输出电压和输出电流信号强度比第二内设值低时，控制所述第二开关断开。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤，获取所述集装箱内的温度信号，当判断到所获取的温度大于内设温度值时，则控制所述吸热装置工作将集装箱内的温度降低，或者控制所述冰蓄系统工作将集装箱内的温度降低。

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