CN105811411A - 分布式太阳能中频电源设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式太阳能中频电源设备。该电源设备利用光伏发电作为主要能量来源，外接市电电网作为备用电源，由母线和多个控制装置、光伏阵列、外接市电电网和储能装置等构成，通过控制装置实现将光伏电源或电网电源分别转化为中频电源，相邻控制装置之间还可以协同配合输出。

Description

分布式太阳能中频电源设备
技术领域
本发明涉及光伏领域，提出了一种分布式太阳能中频电源设备，可以广泛地应用于航空航天、舰船、机车、感应加热以及雷达、通信交换机等设备。
背景技术
太阳能发电是利用光生伏特效应将长久、清洁、可再生的太阳能直接转化为电能的一种发电方法。因其具有无污染、不会造成环境破坏、可以节能减排等优点，在全世界获得了极大的重视和推广运用，是未来能源运用的大趋势。
中频电源设备作为一种静止变频装置，将三相工频电源变换成单相电源。对各种负载适应力强、适用范围广，广泛运用于航空航天、舰船、机车、感应加热以及雷达、通信交换机等设备中，目前主要使用现有电网系统供电
将光伏电能引入中频电源设备可以减少使用火力发电电网，清洁环保，有效实现节能减排，也符合能源系统的发展趋势。
发明内容
本发明提供了一种分布式太阳能中频电源设备。该设备主要采用光伏供电、外界电网作为备用电源，通过母线将多处接入的控制装置、光伏阵列、外接市电电网和储能装置等连接成一个分布式电源网络（如图1所示），由控制装置实现所处区域的中频电源的转化和对外输出以及储能装置的充放电控制。
控制装置在母线上的分布位置由对光伏阵列、外接市电电网和储能装置以及负载等的控制能力决定。控制装置的工作流程描述如下（如图2）：
a.初始状态时，各控制装置彼此独立无关，所有控制装置禁止光伏阵列、外接市电电网以及负载接入，允许储能装置接入；
b.控制装置1分别监测所处区域1母线上直流电压，如果直流电压低于设定值，打开区域1光伏输入端口，接入对应光伏电源，对区域1内储能装置进行充电，其余控制装置类推；
c.控制装置1监测所处区域1的母线上直流电压，如果直流电压值已经达到设定值，控制装置1检测相邻区域0和2的母线直流电压，如果相邻区域0或2母线直流电压低于设定值，控制装置1发出接入区域0或2的请求，待控制装置0或控制装置2响应后，由区域1的光伏电源通过母线对相邻区域0或2的储能装置进行充电，其余控制装置类推；
d.控制装置1检测区域0、1和2的母线直流电压都达到设定值后，停止对相邻区域0、2的控制，禁止区域0的光伏阵列接入；
e.控制装置1检测到有负载接入时，优先检测区域1母线电压（和储能装置的电压相同）是否达到设定值，如达到设定值，进行DC-AC转换输出中频电源；
f.如区域1的储能装置电压未达到设定值，控制装置1检测相邻区域0、2的母线工作状态，联合同处于储能供电的区域的储能装置通过控制装置1进行DC-AC转换输出中频电源；
g.若区域0、1和2的储能装置都不能达到设定值，控制装置1停止对区域0、2的控制，接入外接市电电网，通过AC-DC-AC转换输出中频电源，因为储能装置的电容特性有利于实现滤波，将由控制装置1根据负载决定是否断开或接入1个或数个储能装置；
h.负载断开，结束一个工作流程。下一个流程重复步骤b-h。
上述AC-DC转换中，是指控制装置将直流电压（DC）经过单相逆变器转换成交流电后输入升压电路；升压电路将交流电叠加后输入全桥整流电路再转换为直流电；直流电输入中频全桥逆变电源转为所需中频交流电源。
上述AC-DC-AC转换中，是指将输入的市电电网的交流电通过三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后成为直流电源，在经单相逆变桥变为所需中频交流电源。
上述储能装置是指一般为蓄电池、锂电池或超级电容等能够实现电能存贮的设备或装置。
本发明提出了一种分布式太阳能中频电源设备。该电源设备通过母线和多个控制装置的协调控制机制，尽可能将光伏能源转换为中频电源输出，改善了现有中频电源主要依靠不清洁、不环保、高损耗的火力电网供电的现状。受当前光伏发电和蓄电池价格昂贵和性能有限的限制，该中频电源设备引入了外接火力电网作为备用供电能源，以提高系统的可靠性和降低整体成本。
附图说明
图1为分布式太阳能中频电源设备的构成示意图；
图2为控制器的工作流程图；
图3为一个具体实施的示例。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将对本发明中技术方案作进一步详细的说明。
为简化说明，只使用了2个控制装置、2个外接电网、3个蓄电池、2个光伏输入来模拟本发明提出的分布式太阳能中频电源，如图3所示。其工作流程如下描述：
a.初始状态时，控制装置1、2之前独立无关，母线也随控制装置分为区域1和2。所有光伏阵列、外接市电电网以及负载禁止接入，只允许储能装置接入；
b.控制装置1、2分别监测所处区域母线的直流电压，而且直流电压皆低于设定值，分别打开区域1、2光伏输入端口，接入对应光伏电源，对区域1、2内储能装置进行充电；
c.因为区域2的电池储能小、光伏阵列储能大，区域2的电池很快就达到设定值，控制装置2监测区域2的母线上直流电压达到设定值后开始检测区域1的母线直流电压（未到设定值），区域2的光伏电源开始和区域1的光伏电源一起对区域1电池充电；
d.控制装置1、2检测到区域1和2的母线直流电压都达到设定值后，分别禁止各自区域内的光伏阵列接入，控制装置2停止对区域1的控制；
e.控制装置1对负载输出时，检测区域1的母线直流电压（和电池储能的电压相同）是否达到设定值，如达到设定值，将利用两块电池储能进行DC-AC转换输出中频电源；
f.如控制装置1利用区域1电池只能输出中频电源10KW，不足以驱动负载，控制装置1将检测区域2的母线工作状态：
f1.若区域2正工作于外接电网的状态，则控制装置1断开和区域2的控制，引入区域1外接电网，视滤波需求调整电池储能的接入或断开，利用外接电网进行AC-DC-AC转换输出中频电源20KW驱动负载；
f2.若区域2正处于电池储能供电状态，则控制装置1联通区域1和区域2的母线，区域1和区域2的电池储能串联在一起，同时在控制装置1和2中进行DC-AC转换；
f3.极端条件下，区域1需要通过外接电网供电时，若出现故障不能引入，控制装置1和控制装置2通信，在核实区域2正处于外接电网供电或无负载时，控制装置1将联通区域1和区域2的母线，由区域2的外接电网对区域1供电，进行AC-DC-AC转换。
其中DC-AC转化是通过将直流电压（DC）经过单相逆变器转换成交流电后输入升压电路；升压电路将交流电叠加后输入全桥整流电路再转换为直流电；直流电输入中频全桥逆变电源转为所需中频交流电源；AC-DC-AC转化是将输入的市电电网的交流电通过三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后成为直流电源，在经单相逆变桥变为所需中频交流电源。
本发明方法提供了一种分布式太阳能中频系统，主要使用太阳能作为中频电源的来源，外接电网作为备用电源以提高系统可靠性；采用分布式多点接入的方式可以扩大系统工作面积，降低单点故障导致不能正常输出的情况。
通过以上实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以借助硬件设备和必须的软件控制方式来实现。虽然通过实施例描述了本发明，本领域的技术人员知道，本发明有很多变形和变化而不能脱离本发明的精神，一样受本发明的权利要求保护。

Claims (7)

1.分布式太阳能中频电源设备，其特征在于由控制装置、光伏阵列、外接市电电网、储能装置和母线等构成的，对外提供中频电源的分布式电源设备。
2.如权利要求2所述的光伏阵列和外接市电电网，其特征在于光伏阵列作为主要能量源；外接市电电网作为备用电源，当光伏能量不足时，由外接市电电网对该中频电源设备供电。
3.如权利要求1所述的分布式电源设备，其特征在于光伏是多路输入，外接市电电网是多点接入，储能装置也是多处分散接入，控制装置按照对光伏阵列、外接市电电网和储能装置以及负载等的控制能力在母线上多处分布。
4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，包括：
a)实现对所处区域的光伏阵列、外接市电电网、储能装置和负载的管理和控制；
b)控制所处区域的光伏阵列对所处区域或相邻区域的储能装置充电，并在充到设定值时停止充电；
c)驱动负载时，优先选择所处或相邻区域的储能设备作为供电来源，并且完成DC-AC转换，输出所需中频电源；
d)当所处及相邻区域的储能设备无法驱动负载时，供电来源切换为所处区域的外接市电电网，完成将AC-DC-AC转换，输出所需中频电源；
e)监视所处区域的母线电压波动，当发现母线局部电压过高或过低时，通过切换储能装置的工作状态（充电或放电）或接入或断开储能装置来保证母线电压稳定；
f)在负载超出额定范围时，相邻区域的控制装置可以互相配合实现输出。
5.如权利要求4中所述DC-AC转化，其特征为，先将直流电压（DC）经过单相逆变器转换成交流电后输入升压电路；升压电路将交流电叠加后输入全桥整流电路再转换为直流电；直流电输入中频全桥逆变电源转为所需中频交流电源。
6.如权利要求4中所述AC-DC-AC转化，其特征为，将输入的市电电网的交流电通过三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后成为直流电源，在经单相逆变桥变为所需中频交流电源。
7.如权利要求1中所述储能装置，其特征为，一般为蓄电池、锂电池或超级电容等能够实现电能存贮的设备或装置。
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