CN106505629A - 一种光伏发电系统及管理方法 - Google Patents

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楼颖焱
花潇
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李连更
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Abstract

本发明涉及一种光伏发电系统及其管理方法，利用光伏电池板发电向配电箱供电，进而向负载供电，同时，配电箱与电网连接，协同向负载供电。在白天光照情况良好时，优先利用光伏发电系统为用电负载供电，配电网则提供辅助电能；当光伏发电系统在光照不强或夜晚无光照情况下不能满足负载用电需求时，由配电网为用电系统提供电能，以此实现整个电路的用电费用最低，光伏系统利用率最高的目标。

Description

一种光伏发电系统及管理方法
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种光伏发电系统及其管理方法。
背景技术
光伏发电是在一定条件下使太阳能直接转化为电能的过程，在转化过程中，没污染和噪声，因此作为一种清洁环保和可再生的分布式发电方式被各国大力的推广应用。
但是，光伏发电所需要获得的太阳能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关，所以，由于经常受到气候因素的影响，促使光伏发电电量无法正常控制，也不方便对用所需求电量进行统一规划利用，导致光伏发电在很大程度上还是无法很好地普及推广。
发明内容
本发明的目的在于提供的一种光伏发电系统及其管理方法，通过实时监测太阳能电池板的发电量以及配电箱的耗电量，统一统筹规划整个电路的用电，进而达到光伏发电与电网协同配合，以实现整个电路的用电费用最低，光伏系统利用率最高的目的。
本发明提供的一种光伏发电系统，包括：由多个太阳能电池板并联构成的PV阵列、光伏逆变器、配电箱和负载；
所述PV阵列与所述光伏逆变器连接，所述光伏逆变器与所述配电箱连接，所述配电箱上连接有耗电负载，同时所述配电箱通过电路控制开关与电网连接。
进一步地，还包括PC后台控制系统、以云计算环境的集群服务器为后台服务器的“云端”，所述PC后台控制系统与所述“云端”无线通信连接；所述PC后台控制系统与所述光伏逆变器通信连接；
所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流信息以及所述配电箱内电路的耗电量信息，并均传送给所述“云端”，所述“云端”调取相应计算模块进行计算，得到所述PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及所述配电箱在单位时间内的耗电量的变化趋势，并均传送给所述PC后台控制系统，所述PC后台控制系统对所述PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并根据需要控制所述控制开关对所述电网进行接入准备。
进一步地，所述光伏逆变器为无变压器逆变器。
进一步地，所述PV阵列设在由低铁玻璃制成的保护壳内，所述保护壳的底部设有供所述PV阵列根据太阳光照射角度转动的支撑架，所述保护壳的内壁上设有大功率光源。
进一步地，所述电路控制开关为时间继电器开关。
本发明还提供了一种光伏发电系统的管理方法，所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与所述配电箱内总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给所述配电箱内总线，所述配电箱向所述负载供电。
进一步地，还包括PC后台控制系统、以云计算环境的集群服务器为后台服务器的“云端”，所述PC后台控制系统与所述“云端”无线通信连接；所述PC后台控制系统与所述光伏逆变器通信连接；所述管理方法还包括以下步骤：
步骤1)所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流值以及所述配电箱内总线的耗电量，并均传送给所述“云端”；
步骤2)所述“云端”根据接收到的所述电流值以及所述配电箱内总线的耗电量，调取相应计算模块进行计算，得到所述PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及所述总线单位时间内的耗电量的变化趋势，并将得到的计算结果传送给所述PC后台控制系统；
步骤3)所述PC后台控制系统根据接收到的所述发电量和耗电量的变化趋势，对所述PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并对所述电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配。
进一步地，步骤1)中，所述总线的耗电量通过以下方法获得：
根据与所述配电箱连接的所述负载的耗电量获得所述配电箱内总线的耗电量。
进一步地，步骤3)中，所述对电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配，具体包括：
当所述光伏逆变器在单位时间内输出的电流值小于预设阈值时，所述PC后台控制系统控制所述控制开关打开所述配电箱与所述电网之间的电路，使所述电网配合所述PV阵列一起对所述配电箱内总线供电，或者由所述电网单独对所述配电箱内总线供电。
进一步地，步骤3)中，所述对电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配，还包括：所述控制开关为时间继电器；
根据预报的气象信息，所述PC后台控制系统控制所述光伏逆变器在特定时间段内的电流输出量，当所述时间继电器计时到预设时间段后，所述电网与所述配电箱之间的电路自动接通，所述电网向所述配电箱供电。
本发明提供的一种光伏发电系统及其管理方法，利用光伏电池板发电向配电箱供电，进而向负载供电，同时，配电箱与电网连接，协同向负载供电。在白天光照情况良好时，优先利用光伏发电系统为用电负载供电，配电网则提供辅助电能；当光伏发电系统在光照不强或夜晚无光照情况下不能满足负载用电需求时，由配电网为用电系统提供电能，以此实现整个电路的用电费用最低，光伏系统利用率最高的目标。
附图说明
图1为本发明提供的一种光伏发电系统的构架示意图；
图2为本发明提供的另一种光伏发电系统的构架示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。
本发明的基于云计算的一种光伏发电系统，如图1所示，包括：由多个太阳能电池板并联构成的PV阵列、光伏逆变器、配电箱和负载；
所述PV阵列与所述光伏逆变器连接，所述光伏逆变器与所述配电箱连接，所述配电箱上连接有耗电负载，同时所述配电箱通过电路控制开关与电网连接。
其中，所述光伏逆变器为无变压器逆变器。所述无变压器逆变器为双极±600VDC数据配置，采用可分离的两极+600和-600VDC电池组实现直接转换这项新技术，无需在低压三相电网上配备变压器。这种配置不仅提高了发电效率，而且不需要传统上所要求使用的逆变器变压器，降低了相关的系统平衡(BoS)成本，还避免了与单极配置有关的不必要的线路衰减。
PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与配电箱内总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给总线，向总线供电。
如图2所示，为了更加便于对该供电系统进行精细化准确控制，该光伏发电系统优选还包括PC后台控制系统、以云计算环境的集群服务器为后台服务器的“云端”，所述PC后台控制系统与所述“云端”无线通信连接；所述PC后台控制系统与所述光伏逆变器通信连接；
PC后台控制系统实时接收光伏逆变器传送的电流信息以及配电箱内电路的耗电量信息，并均传送给“云端”，“云端”调取相应计算模块进行计算，得到PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及配电箱在单位时间内的耗电量的变化趋势，并均传送给PC后台控制系统，PC后台控制系统对PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并根据需要控制所述电路控制开关对电网进行接入准备。
图2中，实线为实际电路的连接线路，虚线为控制线路。
本发明中优选光伏逆变器为无变压器逆变器。
为了提高光伏电池板的发电效率，优选PV阵列设在由低铁玻璃制成的保护壳内，所述保护壳的底部设有供所述PV阵列根据太阳光照射角度转动的支撑架，所述保护壳的内壁上设有大功率光源。该支撑架由所述PC后台控制系统控制，能够根据既定程序设置，使PV阵列追随当地日照时间和角度进行转动，进而最大化保证PV阵列被太阳光照射的时间和被照射面积。
为了便于控制电网与配电箱的连通，优选电路控制开关为时间继电器开关。当总线中的电流量值小于预设的特定阈值或者阈值范围时，
当该系统设在换电站中，总线上的负载包括充电机以及其他的交流负载。当在用电高峰期，比如上下班时间或者节假日期间，耗电量较多，需要较大量地进行动力电池充换电，此时，有可能光伏发电的发电量不能完全供应总线的耗电量，需要电网向配电箱同时辅助供电，以满足总线的需求。此时可以通过PC后台控制系统对所述电路控制开关进行通断控制，以便于电网与配电箱内总线连通。
或者当在阴雨天气，光伏发电无法实现，此时，需要完全依靠电网向配电箱内总线供电，可以提前设置PC后台控制系统在阴雨天气时自动限制光伏逆变器的电流输出最大值，此时，设在配电箱与电网之间的时间继电器开关计时到预设时间后，直接进行电路连通，电网向配电箱内总线供电。
本系统中，PC后台控制系统可以实时接收所述光伏逆变器传送的电流信息以及所述配电箱内总线的耗电量信息，并均传送给所述“云端”，所述“云端”调取相应计算模块进行计算，得到所述PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及所述配电箱内总线在单位时间内的耗电量的变化趋势，并均传送给所述PC后台控制系统。
在计算模块进行计算时，根据多个电流信息进行统计分析，并得到PV阵列单位时间内的发电量变化趋势，或者可以直接得到PV阵列在一天24小时内的发电量变化曲线图，并将该曲线图信息发送给PC后台控制系统。配电箱内总线的耗电量同样也可以通过PC后台控制系统实时采集大量耗电量数值，经云端统计分析得到总线在一天24小时内的耗电量，并得到变化曲线，反馈给PC后台控制系统。
PC后台控制系统对PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并根据总线的耗电量对电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配，该分配通过控制光伏逆变器的电流输出量以及对时间电器设定的阈值，促使时间继电器计时至设定阈值时，电网与配电箱之间的线路自动连通。
比如，在一天当中，从下午5点到晚上9点为用电高峰期，通过PC后台控制系统控制光伏逆变器的电流输出，同时控制电路控制开关闭合，促使电网协同光伏发电一起向总线供电，以达到高峰期总线的用电量需求，进而实现整个换电站的用电费用最低，光伏系统利用率最高的目的。
其中，为了提高太阳能电池板阵列对于太阳光的接收利用率，同时能够保护太阳能电池板减少酸雨或者其它物质对其的侵蚀和破坏，优选可以将所述PV阵列设在由低铁玻璃制成的保护壳内，所述保护壳的底部设有供所述PV阵列根据太阳光照射角度转动的支撑架，所述保护壳的内壁上设有大功率光源。内壁上设置的大功率光源从一定程度上能够保证太阳能电池板即使在光照较弱的短时间内，也可以通过吸收这些光源所散发的热量进而保证一定的发电量，比如保证一个小型用户的用电需求。这些大功率光源可以是照明装置。
本发明还提供了一种光伏发电系统的管理方法，所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与所述配电箱内总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给所述配电箱内总线，所述配电箱向所述负载供电。
进一步地，还包括PC后台控制系统、以云计算环境的集群服务器为后台服务器的“云端”，所述PC后台控制系统与所述“云端”无线通信连接；所述PC后台控制系统与所述光伏逆变器通信连接；所述管理方法还包括以下步骤：
步骤1)所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流值以及所述配电箱内总线的耗电量，并均传送给所述“云端”。
其中，所述PC后台控制系统可以根据实时检测到的所述光伏逆变器所输送出的电流信息，调控所述光伏逆变器的精度。
所述配电箱内总线的耗电量通过以下方法获得：根据与所述配电箱连接的所述负载的耗电量获得所述配电箱内总线的耗电量。
步骤2)所述“云端”根据接收到的所述电流值以及所述配电箱内总线的耗电量，调取相应计算模块进行计算，得到所述PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及所述总线单位时间内的耗电量的变化趋势，并将得到的计算结果传送给所述PC后台控制系统；
步骤3)所述PC后台控制系统根据接收到的所述发电量和耗电量的变化趋势，对所述PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并对所述电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配。具体包括：
当所述光伏逆变器在单位时间内输出的电流值小于预设阈值时，所述PC后台控制系统控制所述控制开关打开所述配电箱与所述电网之间的电路，使所述电网配合所述PV阵列一起对所述配电箱内总线供电，或者由所述电网单独对所述配电箱内总线供电。
还包括所述控制开关为时间继电器；
根据预报的气象信息，所述PC后台控制系统控制所述光伏逆变器在特定时间段内的电流输出量，当所述时间继电器计时到预设时间段后，所述电网与所述配电箱之间的电路自动接通，所述电网向所述配电箱供电。
光伏逆变器对于功率因数有较高要求，为了准确实现高功率因数逆变，需要对输出电流进行控制，通常的电流控制方式有两种：其一是间接电流控制，也称为相位幅值控制，控制原理简单，但精度较差，一般不采用；其二是直接电流控制，给出电流指令，直接采集输出电流反馈，这种控制方法控制精度高，准确率好，系统性好，得到广泛应用。本发明中优先采用直接电流控制，提高电网和太阳能发电协同使用的准确性和可靠性。
以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：由多个太阳能电池板并联构成的PV阵列、光伏逆变器、配电箱和负载；
所述PV阵列与所述光伏逆变器连接，所述光伏逆变器与所述配电箱连接，所述配电箱上连接有耗电负载，同时所述配电箱通过电路控制开关与电网连接。
2.如权利要求1所述的一种光伏发电系统，其特征在于，还包括PC后台控制系统、以云计算环境的集群服务器为后台服务器的“云端”，所述PC后台控制系统与所述“云端”无线通信连接；所述PC后台控制系统与所述光伏逆变器通信连接；
所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流信息以及所述配电箱内电路的耗电量信息，并均传送给所述“云端”，所述“云端”调取相应计算模块进行计算，得到所述PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及所述配电箱在单位时间内的耗电量的变化趋势，并均传送给所述PC后台控制系统，所述PC后台控制系统对所述PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并根据需要控制所述控制开关对所述电网进行接入准备。
3.如权利要求1所述的一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏逆变器为无变压器逆变器。
4.如权利要求1所述的一种光伏发电系统，其特征在于，所述PV阵列设在由低铁玻璃制成的保护壳内，所述保护壳的底部设有供所述PV阵列根据太阳光照射角度转动的支撑架，所述保护壳的内壁上设有大功率光源。
5.如权利要求1所述的一种光伏发电系统，其特征在于，所述电路控制开关为时间继电器开关。
6.根据权利要求1所述的光伏发电系统的管理方法，其特征在于，所述PV阵列通过所述光伏逆变器将产生的直流电转化为与所述配电箱内总线电压同幅值、同频、同相的交流电传送给所述配电箱内总线，所述配电箱向所述负载供电。
7.如权利要求6所述的光伏发电系统的管理方法，其特征在于，还包括PC后台控制系统、以云计算环境的集群服务器为后台服务器的“云端”，所述PC后台控制系统与所述“云端”无线通信连接；所述PC后台控制系统与所述光伏逆变器通信连接；所述管理方法还包括以下步骤：
步骤1)所述PC后台控制系统实时接收所述光伏逆变器传送的电流值以及所述配电箱内总线的耗电量，并均传送给所述“云端”；
步骤2)所述“云端”根据接收到的所述电流值以及所述配电箱内总线的耗电量，调取相应计算模块进行计算，得到所述PV阵列单位时间内的发电量变化趋势以及所述总线单位时间内的耗电量的变化趋势，并将得到的计算结果传送给所述PC后台控制系统；
步骤3)所述PC后台控制系统根据接收到的所述发电量和耗电量的变化趋势，对所述PV阵列在特定时间段内的发电量进行预估，并对所述电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配。
8.如权利要求7所述的光伏发电系统的管理方法，其特征在于，步骤1)中，所述总线的耗电量通过以下方法获得：
根据与所述配电箱连接的所述负载的耗电量获得所述配电箱内总线的耗电量。
9.如权利要求7所述的光伏发电系统的管理方法，其特征在于，步骤3)中，所述对电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配，具体包括：
当所述光伏逆变器在单位时间内输出的电流值小于预设阈值时，所述PC后台控制系统控制所述控制开关打开所述配电箱与所述电网之间的电路，使所述电网配合所述PV阵列一起对所述配电箱内总线供电，或者由所述电网单独对所述配电箱内总线供电。
10.如权利要求7所述的光伏发电系统的管理方法，其特征在于，步骤3)中，所述对电网在所述特定时间段内的送电量比例进行提前分配，还包括：所述电路控制开关为时间继电器；根据预报的气象信息，所述PC后台控制系统控制所述光伏逆变器在特定时间段内的电流输出量，当所述时间继电器计时到预设时间段后，所述电网与所述配电箱之间的电路自动接通，所述电网向所述配电箱供电。
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