CN103633723A - 一种多母线户用光伏发电供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能发电供电技术领域，具体涉及一种多母线户用光伏发电供电系统。本发明为了有效控制蓄电池的充电和放电，将蓄电池分成两组及以上，并且每组蓄电池均受控连接充电母线或放电母线，使每个蓄电池组能够完整受控地执行充、放电流程，使蓄电池能够健康高效工作，大大延长了蓄电池的使用寿命；并且，本发明通过设立三条单方向供电的直流母线，还通过电管控模块的电控旁路开关建立光伏电力直供直流负载的电力路径，使充电(蓄电)、放电(供电)、用电三部分各行其道，每部分均可按设定的控制合运行方式正常且受控运行，使系统各部分均在合理、高效、安全的状态下工作，大大提高了系统效率和系统可靠性，延长了蓄电池的使用寿命。

Description

一种多母线户用光伏发电供电系统
技术领域
本发明属于太阳能发电供电技术领域，具体涉及一种多母线户用光伏发电供电系统。
背景技术
太阳能独立发电供电系统不仅是新能源应用的有效方式之一，而且也是目前解决偏远地区用电的有效方法之一。现在仅我国偏远地区就有数十万套户用型太阳能供电系统在使用和安装之中，并且在不断扩大和发展，为广大偏远地区人民解决无电问题，大大改善偏远地区人民的生活和工作条件。
但是，在使用过程中大量出现使用不足一年就发生故障或使用效能低及寿命短的缺陷，造成系统投入2-5年就因故障而废弃不用，浪费了大量资源。
经研究发现，现有技术与系统，采用发电-蓄电-供电或采用发电、蓄电、用电共接一条直流母线，而且所有蓄电池连接成一组使用的技术方案，造成发电组件和蓄电池不能正常按合理工作方式运行；前者如图1所示，在太阳能发电组件发电时段，充电时不能放电，放电(供电)时又不能充电(蓄电)造成发电利用率下降，而且随机性的用户用电，会造成蓄电池不能正常进行合理充放电(只能是防过充过放)，所有用电均为蓄电后供电，增加了蓄电池的负担，影响蓄电池寿命；而后者如图2所示，虽然无须先充电后蓄电，但是由于发电组件、蓄电池和用电负载共极连接在一条直流母线上，虽然系统设有控制器，因此，用电时，发电、蓄电均不受系统控制，此时，发电的充电和供电以及蓄电池的充电与放电，随负载用电变化而变化，严重影响了系统效率，降低了系统运行的可靠性，减少了蓄电池寿命，是造成现有技术与系统运行不稳定和使用寿命短的主要原因。
发明内容
为了克服现有技术与系统不能按系统设置有效的受控进行发电的充电和供电以及蓄电池的充电与放电的缺陷，提高光伏发电供电系统效率，延长系统寿命，本发明提出了一种多母线户用光伏发电供电系统，包括：太阳能发电组件、电力输入监测保护电路、DC/DC及MPPT模块、充电管控模块、充电母线防逆流电路、光伏直供母线防逆流电路、直流输出供电母线防逆流电路、直流调控电路、充电母线、光伏直供电力母线、直流输出供电母线系统控制器、系统总线、系统电源、蓄电池组A、蓄电池组B、门限电路、DC/AC逆变模块、交流输出监测保护电路、系统操控显示模块、直流负载端口及交流负载端口构成，其特征是：
太阳能发电组件经电力输入监测保护电路连接DC/DC及MPPT模块并经光伏直供电力母线及光伏直供母线防逆流电路顺次连接DC/AC逆变模块、交流输出监测保护电路和交流负载端口，构成光伏电力直供交流负载的电力路径；并通过蓄电供交流负载的电力路径与其相连，由蓄电池组进行补电，实现稳定供电；
太阳能发电组件经电力输入监测保护电路连接DC/DC及MPPT模块至充电管控模块并经充电母线及充电母线防逆流电路连接直流调控电路至蓄电池组A及蓄电池组B，构成光伏电力蓄电充电的电力路径，通过直流调控电路的调控可以对蓄电池组A及蓄电池组B同时充电，也可以只对其中一组蓄电池组A或蓄电池组B进行充电；
太阳能发电组件经电力输入监测保护电路连接DC/DC及MPPT模块至充电管控模块并经充电母线及充电母线防逆流电路连接直流调控电路再经直流输出供电母线及直流输出供电母线防逆流电路接直流负载端口，构成光伏电力供直流负载的电力路径；
蓄电池组A及蓄电池组B分别接入直流调控电路后经直流输出供电母线及直流输出供电母线防逆流电路接直流负载端口，构成蓄电供直流负载的电力路径，通过直流调控电路的调控，可以由蓄电池组A及蓄电池组B同时放电供电，也可以只对其中一组蓄电池组A或蓄电池组B进行放电供电；
蓄电池组A及蓄电池组B分别接入直流调控电路后经及直流输出供电母线防逆流电路再经直流输出供电母线、门限电路、DC/AC逆变模块、交流输出监测保护电路至交流负载端口，构成蓄电供交流负载的电力路径，通过直流调控电路的调控，可以由蓄电池组A及蓄电池组B同时放电供电，也可以只对其中一组蓄电池组A或蓄电池组B进行放电供电；
系统控制器连接系统操控显示模块并经系统总线连接电力输入监测保护电路、DC/DC及MPPT模块、充电管控模块、直流调控电路、DC/AC逆变模块、交流输出监测保护电路，构成系统控制信息链路；
系统电源连接直流输出供电母线和系统控制器，构成双电源系统供电电源及电力路径。
本发明的一种多母线户用光伏发电供电系统，所述双电源系统供电电源的特征是：系统电源具有蓄电单元，并在连接系统控制器为系统供电同时，与直流输出供电母线连接，可以通过直流输出供电母线、直流调控电路合理调用蓄电池组A及蓄电池组B提供的电力为系统供电，延长系统电源的供电能力和电源寿命，乃至省去系统电源中的蓄电单元。
本发明的一种多母线户用光伏发电供电系统，所述充电管控模块的特征是：由光伏电力输入端、电控旁路开关、充电管控及旁路控制电路、总线及接口、旁路电力线、直流电力输出端口组成，光伏电力输入端经电控旁路开关连接充电管控及旁路控制电路并接至直流电力输出端口，构成光伏电力充电的电力路径；光伏电力输入端经电控旁路开关连接旁路电力线并接直流电力输出端口，构成光伏电力直供直流负载的电力路径；充电管控及旁路控制电路与总线及接口相连。
本发明为了有效控制蓄电池的充电和放电，将蓄电池分成两组及以上，并且每组蓄电池均受控连接充电母线或放电母线，使每个蓄电池组能够完整受控地执行充、放电流程，使蓄电池能够健康高效工作，大大延长了蓄电池的使用寿命；并且，本发明通过设立三条单方向供电的直流母线，还通过电管控模块的电控旁路开关建立光伏电力直供直流负载的电力路径，使充电(蓄电)、放电(供电)、用电三部分各行其道，每部分均可按设定的控制合运行方式正常且受控运行，使系统各部分均在合理、高效、安全的状态下工作，大大提高了系统效率和系统可靠性，延长了蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1为传统独立太阳能供电系统构成与供电方式示意图；
图2为现有独立太阳能供电系统构成与供电方式示意图；
图3为一种多母线户用光伏发电供电系统原理示意框图；
图4为充电管控模块原理示意框图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种多母线户用光伏发电供电系统给予说明，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1给出了传统独立太阳能供电系统构成与供电方式示意图，如图所示，传统独立太阳能供电系统构成串接方式，其工作方式为发电-蓄电-供电。
附图2给出了现有独立太阳能供电系统构成与供电方式示意图，如图所示，现有独立太阳能供电系统构成发电组件、蓄电池和用电负载并接方式，共极连接在一条直流母线上。
附图3给出了一种多母线户用光伏发电供电系统的原理示意框图。如图所示，本发明提出的一种多母线户用光伏发电供电系统，包括：太阳能发电组件(1)、电力输入监测保护电路(2)、DC/DC及MPPT模块(3)、充电管控模块(4)、充电母线防逆流电路(5a)、光伏直供母线防逆流电路(5b)、直流输出供电母线防逆流电路(5c)、直流调控电路(6)、充电母线(7)、光伏直供电力母线(8)、直流输出供电母线(9)系统控制器(10)、系统总线(11)、系统电源(12)、蓄电池组A(13a)、蓄电池组B(13b)、门限电路(14)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)、系统操控显示模块(17)、直流负载端口(18)及交流负载端口(19)构成，其特征是：
太阳能发电组件(1)经电力输入监测保护电路(2)连接DC/DC及MPPT模块(3)并经光伏直供电力母线(8)及光伏直供母线防逆流电路(5b)顺次连接DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)和交流负载端口(19)，构成光伏电力直供交流负载的电力路径；并通过蓄电供交流负载的电力路径与其相连，由蓄电池组进行补电，实现稳定供电；
太阳能发电组件(1)经电力输入监测保护电路(2)连接DC/DC及MPPT模块(3)至充电管控模块(4)并经充电母线(7)及充电母线防逆流电路(5a)连接直流调控电路(6)至蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)，构成光伏电力蓄电充电的电力路径，通过直流调控电路(6)的调控可以对蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)同时充电，也可以只对其中一组蓄电池组A(13a)或蓄电池组B(13b)进行充电；
太阳能发电组件(1)经电力输入监测保护电路(2)连接DC/DC及MPPT模块(3)至充电管控模块(4)并经充电母线(7)及充电母线防逆流电路(5a)连接直流调控电路(6)再经直流输出供电母线(9)及直流输出供电母线防逆流电路(5c)接直流负载端口(18)，构成光伏电力供直流负载的电力路径；
蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)分别接入直流调控电路(6)后经直流输出供电母线(9)及直流输出供电母线防逆流电路(5c)接直流负载端口(18)，构成蓄电供直流负载的电力路径，通过直流调控电路(6)的调控，可以由蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)同时放电供电，也可以只对其中一组蓄电池组A(13a)或蓄电池组B(13b)进行放电供电；
蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)分别接入直流调控电路(6)后经(9)及直流输出供电母线防逆流电路(5c)再经直流输出供电母线(9)、门限电路(14)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)至交流负载端口(19)，构成蓄电供交流负载的电力路径通过直流调控电路(6)的调控，可以由蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)同时放电供电，也可以只对其中一组蓄电池组A(13a)或蓄电池组B(13b)进行放电供电；
系统控制器(10)连接系统操控显示模块(17)并经系统总线(11)连接电力输入监测保护电路(2)、DC/DC及MPPT模块(3)、充电管控模块(4)、直流调控电路(6)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)，构成系统控制信息链路；
系统电源(12)连接直流输出供电母线(9)和系统控制器(10)，构成双电源系统供电电源及电力路径。
本发明的一种多母线户用光伏发电供电系统，所述双电源系统供电电源的特征是：系统电源(12)具有蓄电单元，并在连接系统控制器(10)为系统供电同时，与直流输出供电母线(9)连接，可以通过直流输出供电母线(9)、直流调控电路(6)合理调用蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)提供的电力为系统供电，延长系统电源(12)的供电能力和电源寿命，乃至省去系统电源(12)中的蓄电单元。
如附图4所示，本发明的一种多母线户用光伏发电供电系统，所述充电管控模块的特征是：由光伏电力输入端(401)、电控旁路开关(402)、充电管控及旁路控制电路(403)、总线及接口(404)、旁路电力线(405)、直流电力输出端口(406)组成，光伏电力输入端(401)经电控旁路开关(402)连接充电管控及旁路控制电路(403)并接至直流电力输出端口(406)，构成光伏电力充电的电力路径；光伏电力输入端(401)经电控旁路开关(402)连接旁路电力线(405)并接直流电力输出端口(406)，构成光伏电力直供直流负载的电力路径；充电管控及旁路控制电路(403)与总线及接口(404)相连。
实施例子中电力输入监测保护电路(2)、DC/DC及MPPT模块(3)、充电管控模块(4)、直流调控电路(6)、系统控制器(10)、系统总线(11)、门限电路(14)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)、系统操控显示模块(17)各电路模块可以根据微处理器的性能和系统结构需求，将其合并成一个或多个其他形式的电路模块。
综上所述，本发明技术方案克服现有技术与系统不能按系统设置有效的受控进行发电的充电和供电以及蓄电池的充电与放电的缺陷，通过将蓄电池分成两组及以上，并且设立三条单方向供电的直流母线，还通过电管控模块的电控旁路开关建立光伏电力直供直流负载的电力路径，使充电(蓄电)、放电(供电)、用电三部分各行其道，每部分均可按设定的控制合运行方式正常且受控运行，使系统各部分均在合理、高效、安全的状态下工作，大大提高了系统效率和系统可靠性，延长了蓄电池的使用寿命。

Claims (3)

1.一种多母线户用光伏发电供电系统，包括：太阳能发电组件(1)、电力输入监测保护电路(2)、DC/DC及MPPT模块(3)、充电管控模块(4)、充电母线防逆流电路(5a)、光伏直供母线防逆流电路(5b)、直流输出供电母线防逆流电路(5c)、直流调控电路(6)、充电母线(7)、光伏直供电力母线(8)、直流输出供电母线(9)系统控制器(10)、系统总线(11)、系统电源(12)、蓄电池组A(13a)、蓄电池组B(13b)、门限电路(14)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)、系统操控显示模块(17)、直流负载端口(18)及交流负载端口(19)构成，其特征是：
太阳能发电组件(1)经电力输入监测保护电路(2)连接DC/DC及MPPT模块(3)并经光伏直供电力母线(8)及光伏直供母线防逆流电路(5b)顺次连接DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)和交流负载端口(19)，构成光伏电力直供交流负载的电力路径；并通过蓄电供交流负载的电力路径与其相连，由蓄电池组进行补电，实现稳定供电；
太阳能发电组件(1)经电力输入监测保护电路(2)连接DC/DC及MPPT模块(3)至充电管控模块(4)并经充电母线(7)及充电母线防逆流电路(5a)连接直流调控电路(6)至蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)，构成光伏电力蓄电充电的电力路径，通过直流调控电路(6)的调控可以对蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)同时充电，也可以只对其中一组蓄电池组A(13a)或蓄电池组B(13b)进行充电；
太阳能发电组件(1)经电力输入监测保护电路(2)连接DC/DC及MPPT模块(3)至充电管控模块(4)并经充电母线(7)及充电母线防逆流电路(5a)连接直流调控电路(6)再经直流输出供电母线(9)及直流输出供电母线防逆流电路(5c)接直流负载端口(18)，构成光伏电力供直流负载的电力路径；
蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)分别接入直流调控电路(6)后经直流输出供电母线(9)及直流输出供电母线防逆流电路(5c)接直流负载端口(18)，构成蓄电供直流负载的电力路径，通过直流调控电路(6)的调控，可以由蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)同时放电供电，也可以只对其中一组蓄电池组A(13a)或蓄电池组B(13b)进行放电供电；
蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)分别接入直流调控电路(6)后经(9)及直流输出供电母线防逆流电路(5c)再经直流输出供电母线(9)、门限电路(14)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)至交流负载端口(19)，构成蓄电供交流负载的电力路径，通过直流调控电路(6)的调控，可以由蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)同时放电供电，也可以只对其中一组蓄电池组A(13a)或蓄电池组B(13b)进行放电供电；
系统控制器(10)连接系统操控显示模块(17)并经系统总线(11)连接电力输入监测保护电路(2)、DC/DC及MPPT模块(3)、充电管控模块(4)、直流调控电路(6)、DC/AC逆变模块(15)、交流输出监测保护电路(16)，构成系统控制信息链路；
系统电源(12)连接直流输出供电母线(9)和系统控制器(10)，构成双电源系统供电电源及电力路径。
2.根据权利要求1一种多母线户用光伏发电供电系统，所述双电源系统供电电源的特征是：系统电源(12)具有蓄电单元，并在连接系统控制器(10)为系统供电同时，与直流输出供电母线(9)连接，可以通过直流输出供电母线(9)、直流调控电路(6)合理调用蓄电池组A(13a)及蓄电池组B(13b)提供的电力为系统供电，延长系统电源(12)的供电能力和电源寿命，乃至省去系统电源(12)中的蓄电单元。
3.根据权利要求1一种多母线户用光伏发电供电系统，所述充电管控模块的特征是：由光伏电力输入端(401)、电控旁路开关(402)、充电管控及旁路控制电路(403)、总线及接口(404)、旁路电力线(405)、直流电力输出端口(406)组成，光伏电力输入端(401)经电控旁路开关(402)连接充电管控及旁路控制电路(403)并接至直流电力输出端口(406)，构成光伏电力充电的电力路径；光伏电力输入端(401)经电控旁路开关(402)连接旁路电力线(405)并接直流电力输出端口(406)，构成光伏电力直供直流负载的电力路径；充电管控及旁路控制电路(403)与总线及接口(404)相连。
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