CN106602604A - 一种太阳能与市政电力协同供电的站用ups电源控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，包括UPS系统主控模块、逆变模块、输入模块、输出模块、采样模块、升压模块、整流模块、充放电模块，所述UPS系统主控模块分别与输入模块、输出模块、逆变模块连接，所述太阳能电池板、升压模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接；市政电网、整流模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接；储能系统端、充放电模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接。本发明不仅大大提高了整个系统的供电效率，同时能减少能量损耗，节能环保，宜推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源发电应用领域，尤其涉及一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统。
背景技术
目前，随着全球范围内能源危机的爆发，世界能源都面临着巨大的压力与挑战。因此，新型可再生能源成为一支新秀，逐步得到人们的亲睐，而太阳能又是其中关注程度最高的新型能源之一。随着变电站综合自动化技术的发展和广泛应用，自动化水平的不断提高，综合自动化系统实现了微机后台监控、保护故障信息上传、电能计量、调度数据网通信、远动终端服务等。而要保证这些设备能可靠地发挥其作用，为这类设备配置可靠、稳定、不间断电源成了头等大事，即在任何站外电源中断而导致全站停电的条件下，上述设备都不因电源问题而中断工作，在这样的背景下UPS系统应运而生。我国变电站应用UPS系统，主要是使用在线式UPS系统来对电力系统的运行进行保障，连接变电站的监控系统、电力闭锁系统、警报系统以及变电站所有电力工作的电度表。所以，其稳定性最为重要，不间断电源系统可以在变电站的交流电压失去控制的情况下，提供不间断的工作电源，确保了变电站运行的稳定性。正是由于采用了在线系统，导致市政电网会源源不断向UPS系统输送电能，以确保整个电站的稳定用电。但与此同时，这种在线UPS系统又有一个较大弊端，为了长期稳定保证负载端的能量消耗，市政电网会必须源源不断向UPS系统输送交流电能，而在具体使用过程中又需要将其转变为直流电能进而再逆变才能被使用，这便使得UPS电源系统在发展上遇到巨大的障碍，随即也导致UPS电源系统在缓解能源危机和提升转换效率上的功效大打折扣。在这种情况下，本发明提出了一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，针对站用UPS电源系统，不仅充分保证可再生能源太阳能的利用，同时也将储能系统和市政电力作为备用能源，在太阳能功率不足时给予协同工作，以确保站用负载持续、稳定、高效地工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，包括UPS系统主控模块、逆变模块、输入模块、输出模块、采样模块、升压模块、整流模块、充放电模块，其特征在于，所述UPS系统主控模块分别与采样模块、输入模块、输出模块、逆变模块连接，所述升压模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接，且升压模块与太阳能电池板连接；市政电网、整流模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接；储能系统端、充放电模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接，且储能系统与充放电模块双向连接。
优选的，所述UPS系统主控模块可以实时接收采样模块收集来的3路信号，根据负载的不同及耗电功率来选择合适的供电模式，且优先使用太阳能微电网端的电能，其次使用储能系统电网端的电能，最后使用市政电网端的电能。
优选的，所述站用负载共有五种供电方式；1为太阳能电网端单独给站用负载供电；2为储能系统电网端单独给站用负载供电；3为市政电网端单独给站用负载供电；4为太阳能电网端和储能系统电网端联合给站用负载供电；5为储能系统电网端和市政电网端联合给站用负载供电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明设计合理；由太阳能板、储能系统和市政电力协同向站用负载供电，通过合理调整控制策略来调节三者输出功率的分配，以平衡负载的能量消耗；同时保证优先使用太阳能板发电向站用负载以最大功率提供能量，差额部分再由储能系统来予以补充，仍然不足的情况下，剩下的功率再由市政电力来协调；而且太阳能板发电不会向市政电力发生逆向功率流动，同时由于站用太阳能微电网占地面积和空间都相对较小，安装维护方便，在寸土尺金的现代社会具有极大推广潜能；在优先使用清洁能源的过程中，太阳能板发电就地使用，而不是先充进电池再进行利用，大大提高了清洁能源的利用率，太阳能电池板经过升压后的电能为直流电，无需将市政交流电整流，大大提高了系统的能量转换效率。
附图说明
图1为本发明太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统的工作示意图。
图2为本发明太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
如图1-2所示，一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，包括UPS系统主控模块、逆变模块、输入模块、输出模块、采样模块、升压模块、整流模块、充放电模块，其特征在于，所述UPS系统主控模块分别与采样模块、输入模块、输出模块、逆变模块连接，用于处理和判断所述的采样模块送来的采样信号，实时比较所述的太阳能微电网端、市政电网端以及储能系统端的电压和电流的幅值以及功率，合理控制太阳能微电网、储能系统和市政电力联合向所述的站用交流负载端供电；所述升压模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接，且升压模块与太阳能电池板连接；市政电网、整流模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接；储能系统端、充放电模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接，且储能系统与充放电模块双向连接，所述的采样模块一端与UPS系统主控模块连接，另一端分别与所述的升压模块、整流模块、充放电模块相连接，用于检测所述的太阳能微电网端发电的输出电压、电流以及功率，市政电网端供电的输出电压、电流以及功率，以及储能系统经充放电模块处理后输出电压、电流以及功率。
优选的，所述UPS系统主控模块可以实时接收采样模块收集来的3路信号，根据负载的不同耗电功率来选择合适的供电模式，且优先使用太阳能微电网端的电能，其次使用储能系统电网端的电能，最后使用市政电网端的电能。
优选的，所述站用负载共有五种供电方式；1为太阳能电网端单独给站用负载供电；2为储能系统电网端单独给站用负载供电；3为市政电网端单独给站用负载供电；4为太阳能电网端和储能系统电网端联合给站用负载供电；5为储能系统电网端和市政电网端联合给站用负载供电。
升压模块：由于太阳能电池板所发电压幅值较低，该模块的主要作用就是将太阳能电池板所发出的直流电进行升压处理，以便供给后续采样模块采样使用。
整流模块：该模块的主要作用是将市政电网端的交流电整流为合理幅值的直流电，以便供给后续采样模块采样使用。
充放电模块：充放电模块的核心部分是一个双向DC/AC变化器。当采样检测模块检测到太阳能微电网端的实际发电功率要高于负载端的消耗功率时，通过主控模块发出合理的工作指令，使得充放电模块工作在充电状态，将多余的电能转存到储能系统。当采样检测模块检测到太阳能微电网端的实际发电功率要低于负载端的消耗功率时，通过主控模块发出合理的工作指令，使得充放电模块工作在放电状态，将储能系统储存的能量释放出来供给负载使用。
采样模块：为了完善系统控制，优化系统算法，就应该对系统的各部分运行状态进行全面、实时的检测，并对各种检测采样信号进行及时的处理和分析。本系统中需要采样和检测的信号较多，其中包括：①太阳能微电网经过升压模块之后输出的电压电流的幅值以及功率检测；②市政电网经过整流模块后输出电压电流的幅值以及功率检测；③储能系统经充放电模块处理后的电压电流的幅值以及功率检测。这个采样检测模块的主要功能是收集相关的采样或检测信息，并及时地传递给UPS系统主控模块，以便于主控模块及时做出预处理判断。当本系统在正常运行的时候，为系统各部分提供正确参数或指标，给出正确的输入控制量，为系统的安全、高效、稳定运行提供可靠的参考前提。当整个系统发生一定故障的时候，也能及时反馈一些重要的参数指标送入主控模块，这样便可以帮助主控模块迅速进行故障定位，从而做出相应的处理和诊断，这样便大大降低了故障率和维修率，进一步提高了整个系统的安全稳定性。
UPS系统主控模块：UPS系统主控模块的设计也是整个设计任务的重点部分，在查阅相应资料后，经反复比较，决定在本设计中主控模块采用TI公司的DSP(TMS320F28335)芯片。UPS系统主控模块主要负责完成的任务是：①检测多路相应的采样信号，在经过一定算法处理后，给出相应的输出控制信号；②比较升压模块后端和整流模块后端的电压电流的幅值和功率，合理控制供电模式，以确保站变交流负载安全、稳定的运行状态；③对各路采样信号进行了预处理之后，要及时判断各供电支路的安全稳定性，若发现某一支路电压、电流或者功率存在异常时，要立刻进行分析判断原因，在必要的时候及时切断相应的部分电脑，以确保其他电路部分的正常、高效、稳定运行。
输入模块：键盘输入模块的主要作用在于给用户或者工程师提供一个编程平台。当外围的具体使用环境发生变化的时候，我们可以人为的修改控制器相应的设定参数，以求使控制系统一直工作在稳定高效的状态。
输出模块：液晶输出模块的主要作用在于给用户或者工程师提供一个参考平台。用户或者工程师可以从显示屏上面直观、实时地了解到整个系统的运行状态，便于人们进行控制器设备在运行中的各项参数收集和调整。
逆变控制模块：逆变控制模块中的DC/AC逆变主电路和驱动电路采用的是三菱公司的智能集成功率模块PM75CL1A120。因其开关频率可以高达20kHz，完全可以满足系统模块的需求。并且集成的控制电路也提供了相应的驱动电路，IGBT以及设有反向二极管的安全保护电路。DC/AC逆变电路的主要工作任务即为对主控模块输出的PWM信号进行相应的功率放大，用以驱动逆变桥电路的正常工作，以此来实现将太阳能微电网系统中经过DC/DC后的二级直流电经DC/AC逆变后转换成为站变负载需要的交流电，同时在异常情况下还能及时有效地进行相应的自我保护。
现在先以35kV变电站控制室用电系统为例进行本发明的实用分析。控制室内供电稳定可以保证微机后台监控、保护故障信息上传、电能计量、调度数据网通信、远动终端服务等。而在炎炎夏日，UPS系统在为这些设备提供电源的时候也消耗了很大一部分能量，而对太阳能没有进行进一步的开发和利用，这便使得夏季最优质的清洁能源——太阳能被大大浪费。但是如果变电站安装有本发明的基于太阳能微电网与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统之后，将本控制器接入控制室供电，那么所有站用负载都可以优先使用太阳能微电网发的电能。在白天的时候，太阳辐射强度较高，发电功率也比较大，因此白天的太阳能微电网的发电量往往会大于站用负载的能量消耗。这时由于本系统增设了相应的储能系统，可以将白天多余的电能转存至储能系统中，避免了光伏能量的浪费。夜晚时，太阳能微电网发的电不足以满足这些站用设备的全部功耗时，那么储能系统会将白天储存的能量释放出来，来满足站用负载的能量消耗。若由太阳能微电网和储能系统共同供电时仍无法满足负载的全部能量消耗，差额部分再由市政电网端来提供，并继续给储能系统充电。那么这样便可以最大程度地利用太阳能所发电能，并使得变电站控制室的电费开支减少很多。
当然，在本发明中，不仅仅局限于太阳能的利用。在其太阳能微电网的发电输入端，同样可以更换成相应的风力发电、水力发电、潮汐发电、生物质能源发电等其他形式的新型可再生能源。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，包括UPS系统主控模块、逆变模块、输入模块、输出模块、采样模块、升压模块、整流模块、充放电模块，其特征在于，所述UPS系统主控模块分别与采样模块、输入模块、输出模块、逆变模块连接，所述升压模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接，且升压模块与太阳能电池板连接；市政电网、整流模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接；储能系统端、充放电模块、采样模块、UPS系统主控模块、逆变模块和站用负载端顺序连接，且储能系统与充放电模块双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，其特征在于，所述UPS系统主控模块可以实时接收采样模块收集来的3路信号，根据负载的不同及耗电功率来选择合适的供电模式，且优先使用太阳能微电网端的电能，其次使用储能系统电网端的电能，最后使用市政电网端的电能。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能与市政电力协同供电的站用UPS电源控制系统，其特征在于，所述站用负载共有五种供电方式；
1为太阳能电网端单独给站用负载供电；2为储能系统电网端单独给站用负载供电；3为市政电网端单独给站用负载供电；4为太阳能电网端和储能系统电网端联合给站用负载供电；5为储能系统电网端和市政电网端联合给站用负载供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170426 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |