CN103779952B - 太阳能供电及发电一体化的变频系统 - Google Patents

Abstract

发明名称：太阳能供电及发电一体化的变频系统本发明涉及太阳能供电及发电一体化的光伏应用技术，具体为一种可以利用太阳能发电为负载供电的系统，而且多余的电能可以通过整流/回馈单元向电网馈电，在太阳能发电量不能满足负载要求时，市电可以切入系统，为负载供电。该太阳能供电及发电一体化的变频系统主要由太阳能电池板、汇流箱、控制单元、蓄电池、整流/回馈单元、逆变单元组成。本发明能够充分利用太阳能发电为变频系统供电，还可以将多余的太阳能输入电网。通过市电的补充，也保证了变频负载的连续稳定运行。本发明尤其适用于耗电量较大的变频负载、电梯较多的高层建筑，是一种可再生新能源的新型应用，拓广了光伏发电的领域，提出了一种新型光伏发电的应用方案。

Description

太阳能供电及发电一体化的变频系统

技术领域

本发明涉及光伏应用技术，具体为一种利用太阳能供电及发电一体化的变频系统，涵盖了光伏技术、变频技术、自动化控制等方面的相关技术，尤其适用于变频器（具有能量回馈单元）控制的电机拖动类系统。

背景技术

现阶段光伏发电应用多为太阳能发电站、太阳能路灯等。另外太阳能与市电互补系统目前也有很多产品，供电负载为专门设计的交直流通用设备。本系统将太阳能发电技术与变频技术相结合，实现了供电与发电一体化，对负载无特殊要求，直接嵌入原系统，简化结构，降低系统的整体成本，因此，是一种新型的光伏发电应用方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种太阳能供电及发电一体化的变频系统，提出了一种新的太阳能供电及发电一体化的应用方案，将太阳能发电直接引入变频器的直流母线，既可为逆变单元供电，又可向电网输送多余的电能。

本发明的技术方案是：

一种太阳能供电及发电一体化的变频系统，该太阳能供电及发电一体化的变频系统由太阳能电池板、汇流箱、控制单元、蓄电池、整流/回馈单元、逆变单元组成。

所述的太阳能供电及发电一体化的变频系统，三相交流电源通过交流接触器后，连接到整流/回馈单元，接触器的线圈连接控制单元的输出控制端。

所述的太阳能供电及发电一体化的变频系统，整流/回馈单元动力输入为三相交流电源，输出为直流电。信号部分具有启停控制输入与故障报警常闭点输出。可以将三相交流电整流成直流电，也可以将直流电逆变成三相交流电。

所述的太阳能供电及发电一体化的变频系统，太阳能电池板将太阳能转换成直流电，采用串、并联太阳能电池板使光伏组件的整体输出电压和电流满足逆变单元的要求，最后通过汇流箱将直流电供给控制单元。

所述的太阳能供电及发电一体化的变频系统，控制单元具有MPPT控制功能，将来自太阳能电池板的直流电存储在蓄电池中，同时根据系统情况，将电能输送给逆变单元。同时控制单元还根据系统状态控制交流接触器、整流/回馈单元、逆变单元的工作状态，并且检测整流/回馈单元、逆变单元的运行状态，发现它们故障后立即做出响应。

所述的太阳能供电及发电一体化的变频系统，逆变单元的直流输入端为控制单元的直流输出端和整流/回馈单元的直流输出端两者的并联。逆变单元根据系统的实际应用要求，输出电压、频率、电流都可变的三相交流电，驱动电机在不同转速（频率）下旋转。逆变单元具有启停控制输入与故障报警常闭点输出。

本发明的有益效果是：

1.本发明是将太阳能供电、太阳能发电、市电供电、变频系统结合到一起。目前电能紧张，太阳能发电将成为解决电能紧张的有效手段之一。本发明提出了一种新型的太阳能发电应用方案，通过市电的补充，可以保证设备在太阳能发电不足的情况下，仍可以投入市电使负载继续运行；同时在太阳能发电过多时，将电能输送给电网。

2.本发明使太阳能发电与市电供电在逆变单元前，以直流方式并联，可以实现负载的不间断运行。

3.本发明可应用在电梯较多的建筑内，控制电梯的变频器若具有能量回馈功能，可省略太阳能发电系统的逆变单元，大大降低太阳能发电系统的成本。

4．本发明在现有的变频控制系统中融入了太阳能发电这一新的技术，既提升了原有变频控制系统的功能和价值，也扩大了光伏发电应用领域的范围。

附图说明

图1为本发明系统结构框图。

图2为本发明接线电路图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明将太阳能电池板铺设在建筑楼顶、楼体外侧、广场等日照时间较长的位置，倾角根据铺设位置的经纬度确定。

新建项目根据实际情况依照附图设计系统，改造项目增加部分设备，改造原电路即可。例如对于电梯控制系统（变频器具备能量回馈功能），仅增加太阳能电池板、汇流箱、控制单元、蓄电池，将控制单元输出的直流电连接到变频器的直流母线。使控制单元的输出信号，可以控制变频器交流输入端的接触器。

如图2所示，本发明电路结构、原理和工作过程如下：

（一）电路结构

市电部分电路设有空开、交流接触器、整流/回馈单元，具体结构如下：

三相380V电源（L1、L2、L3、N）首先连接到一个三相空开（QF1），之后分成两个支路，L1、N通过一个单相2P空开（QF2），连接到控制单元的L、N端子，为控制单元供电；L1、L2、L3通过一个三相交流接触器（KM1），连接到整流/回馈单元的R、S、T端子上。整流/回馈单元的直流输出（DC+、DC-）连接到逆变单元的输入端（DC+、DC-）。

其中三相交流接触器的线圈（A1、A2）连接到控制单元的“市电控制”与“COM1”输出端；整流/回馈单元的“启停”与“COM1”输入信号连接到控制单元的“整流单元启停”与“COM2”控制端；整流/回馈单元的“故障输出”端与逆变单元的“故障输出”端串联后，连接到控制单元的“故障输入”信号端。

太阳能发电部分电路设有太阳能电池板、汇流箱、控制单元、蓄电池，具体结构如下：

太阳能电池板通过串并联后，连接到汇流箱。汇流箱输入侧为并联若干个太阳能电池板的组串(PVn1、PVn)，汇流箱的输出（DC+、DC-）为所有电池板串并联后汇流的直流电，连接到控制单元的（S+、S-）输入。

控制单元输入侧（S+、S-）连接汇流箱的直流输出（DC+、DC-），还有两个端口（C+、C-）连接蓄电池，两个端口DC+、DC-连接逆变单元的DC+、DC-输入端。市电供电的整流/回馈单元的直流输出DC+、DC-与控制单元的两个直流输出DC+、DC-并联，共同连接到逆变单元的DC+、DC-输入端。

其中控制单元的四组控制端：“市电控制”与“COM1”连接交流接触器（KM1）的控制线圈A1、A2端；“整流单元启停”与“COM2”控制端连接整流/回馈单元的“启停”与“COM1”输入端；“逆变单元启停”与“COM3”控制端连接逆变单元的“启停”与“COM1”控制端；“故障输入”与“COM4”连接整流/回馈单元故障输出与逆变单元故障输出两者串联后的信号。

逆变单元的DC+、DC-输入端并行连接市电整流/回馈单元的直流输出DC+、DC-与控制单元的直流输出DC+、DC-。输出端U、V、W连接拖动的电动机。

（二）工作原理

市电部分电路原理如下：

三相380V交流电通过整流/回馈单元内部IGBT的续流二极管整流，将交流电进行全桥整流，输出直流电压在537V左右。若太阳能发电较多，逆变单元无法完全消耗时，母线电压会升高，整流/回馈单元检测到直流电压达到一定值后，控制IGBT导通与关断，把多余的电能向电网输送。

太阳能发电部分电路原理如下：

太阳能电池板利用光生伏打效应，将太阳光的能量转换为直流电，太阳能电池板通过串联得到系统需要的电压，在汇流箱并联得到系统需要的电流。直流电通过控制单元可以向蓄电池充电，也可以向逆变单元供电。

逆变单元内部控制电路根据系统的要求，控制IGBT导通与关断，将直流电转换成变频变压的交流电驱动电动机，使电动机拖动负载旋转。

（三）工作过程

系统首先接入三相工频电，闭合QF1，QF2，使控制单元投入工作。如果太阳能电池板进入发电状态，则控制单元将对蓄电池进行充电。若此时逆变单元需要供电，则控制单元先对逆变单元供电。若太阳能发电量不足，不能满足逆变单元的用电量，则交流接触器吸合，三相工频电接入系统为逆变单元供电。

当蓄电池充满电后，逆变单元若需要供电，则仅为逆变单元供电。若逆变单元不需要供电或太阳能发电量过多，逆变单元不能完全消耗的情况下，交流接触器吸合，整流/回馈单元检测到系统当前状态，则将直流电回馈到电网。

若蓄电池电量被耗尽，太阳能发电量不能够满足逆变单元的需求。此时控制单元检测到系统的状态后，先控制交流接触器吸合，让三相工频电接入系统。之后控制单元切断蓄电池（即太阳能电池板）的供电。

若蓄电池充满后，先使蓄电池（即太阳能电池板）的直流电投入逆变单元的供电，然后再断开交流接触器，切断三相工频电的供电。

Claims (1)

1.一种太阳能供电及发电一体化的变频系统，包括：太阳能电池板、汇流箱、控制单元、整流/回馈单元、逆变单元和蓄电池，所述的太阳能电池板输出给汇流箱，汇流箱输出给控制单元，其特征在于：

所述的整流/回馈单元和逆变单元为原变频系统设备；

所述的控制单元对交流接触器、整流/回馈单元和逆变单元进行控制和供电；

所述的整流/回馈单元的交流市电输入端有交流接触器控制整流/回馈单元与市电的连接；

所述的逆变单元的直流母线输入采用整流/回馈单元与控制单元并联供电；

所述的控制单元根据系统运行情况，控制交流接触器在太阳能发电量不足时，由市电为逆变单元供电；

所述的控制单元根据系统运行情况，控制交流接触器在太阳能发电充足，但蓄电池没有充满时切断市电，使市电不会对蓄电池进行充电；

所述控制单元根据系统运行情况，控制交流接触器在蓄电池充满且太阳能发电无法被逆变单元消耗时接入市电，使多余的电能通过整流/回馈单元输送到市电电网。