CN106786769A - 家庭分布式光伏能量转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了家庭分布式光伏能量转换装置，包括光伏电池组、光伏汇流箱、逆变器单元、信号采集主板、充电机、电动汽车、不间断负载、一般性负载、储能系统、智能电源分配系统、双向电能计量表、电网，所述光伏电池组的输出端与所述光伏汇流箱的输入端相连接，所述光伏汇流箱的输出端与所述逆变器单元的输入端相连接，所述充电机的输入端与所述逆变器单元的输出端相连接，所述双向电能计量表、所述储能系统、所述信号采集主板均与所述逆变器单元采用双向级联；本发明解决了分布式光伏系统因为铺线线路难以到达而无法实现的问题，且具有可靠性高、扩展性强、组网灵活、运行费用低、维护简单、性价比高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种家庭分布式光伏能量转换装置，属于分布式光伏发电技术领域。
背景技术
太阳能光伏发电系统分为离网光伏发电系统与并网光伏发电系统。离网光伏发电系统，主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若为交流负载供电，还需配置离网逆变器。并网光伏发电系统，即太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电要求的交流电以后直接接入公共电网，主要有集中式大型并网光伏电站和分布式小型并网光伏发电系统两种形式，前者主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电，但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，发展难度相对较大；而后者由于具有投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是未来并网光伏发电系统发展的主流方向。
目前，太阳能光伏发电系统总体发展迅速，但仍存在诸多制约分布式光伏发电系统在我国推广应用的不利因素，其中之一即是光伏发电系统的成本，因此合理设计光伏储能系统拓扑结构成为关键所在。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种家庭分布式光伏能量转换装置，该转换装置可以集直流转交流逆变、并网，电能储能、电动汽车充电、装置监控及数据采集于一体。转换装置信号采集主板将单相逆变器，储能系统，车载充电机以及计量表的数据采集汇总，通过HMI可以实时查询相关设备运行数据。同时也可以通过预留的RS485、以太网、GPRS端口将信号采集板采集的逆变器侧数据，BMS储能系统数据，充电机状态信息以及双向电能计量表数据传输到后台服务器，有利于分布式光伏系统的运行维护。
本发明的家庭分布式光伏能量转换装置(以下简称转换装置)是一种集分布式光伏系统、储能管理、远程服务器端数据采集以及智能家电用电管理的新型装置，通过逆变部分将光伏组件构成的直流电变成交流电给家庭负载使用，自发自用，多余电量先对储能系统的电池进行充电，最后再并入电网。转换装置提供的交流、直流两个充电接口为家庭充电汽车提供了多元化选择。转换装置对外的以太网，GPRS接口，借助通用分组无线服务技术GPRS应用于不便铺设通讯线路的控制系统中，通过移动基站，能够随时随地的通过网络连接对转换装置进行监控。
本发明采用如下技术方案：家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，包括光伏电池组、光伏汇流箱、逆变器单元、信号采集主板、充电机、电动汽车、不间断负载、一般性负载、储能系统、智能电源分配系统、双向电能计量表、电网，所述光伏电池组的输出端与所述光伏汇流箱的输入端相连接，所述光伏汇流箱的输出端与所述逆变器单元的输入端相连接，所述充电机的输入端与所述逆变器单元的输出端相连接，所述双向电能计量表、所述储能系统、所述信号采集主板均与所述逆变器单元采用双向级联，所述充电机的输出端与所述电动汽车的输入端相连接，所述双向电能计量表与所述电网采用双向级联，所述逆变器单元的输出端分别与所述不间断负载的输入端、所述一般性负载的输入端、所述智能电源分配系统的输入端相连接；
所述逆变器单元用来把直流电变成交流电，实现电压，频率，相位与电网高度一致；所述储能系统能够消峰填谷，用来在用电低谷时将电储存起来，用电高峰时将电送出去给所述不间断负载使用，达到平衡电力负荷的目的；所述充电机用来对电动汽车进行充电；所述信号采集主板用来对所述逆变器单元、所述储能系统、所述充电机以及所述双向电能计量表的数据采集，并能通过HMI显示及查询；所述光伏电池组用来将太阳能直接转换为电能然后传输给所述光伏汇流箱汇集，运行方式以用户侧自发自用，多余电量则通过所述逆变器单元并入电网；所述充电机提供对电动汽车的交流、直流两种充电接口，根据需要选择充电接口对电动汽车进行充电；所述智能电源分配系统用来对带遥控的家用电器进行控制；所述双向电能计量表用来将来自所述逆变器单元的电能输送到所述电网中。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板设置有CAN接口、若干RS485接口、WIFI接口、GPRS或以太网接口。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的GPRS或以太网接口通过GPRS网络或以太网络外接服务器端，所述服务器端通过互联网外接电网公司用户侧管理系统，所述服务器端用来对所述家庭分布式光伏能量转换装置进行集中运行维护以及故障定位分析，所述电网公司用户侧管理系统用来通过互联网直接访问所述服务器端，监控所述家庭分布式光伏能量转换装置的发电及运行情况。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的CAN接口通过CAN总线与所述充电机双向连接，用来与充电机进行通讯，实时采集充电机里面的充电数据。
作为一种较佳的实施例，所述RS485接口包括第一RS485接口、第二RS485接口、第三RS485接口。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述第一RS485接口通过RS485总线与所述逆变器单元双向通讯连接，所述逆变器单元通过CAN总线与所述储能系统双向通讯连接，实时采集逆变器单元里面运行数据，以及逆变器单元通过CAN总线通讯采集的储能系统数据。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述第二RS485接口通过RS485总线与所述双向电能计量表双向通讯连接，用来实时采集双向电能计量表的数据。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述第三RS485接口通过RS485总线外接HMI，所述HMI用来通过RS485总线将信号采集主板的数据进行实时读取并显示。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述WIFI接口通过WIFI网络与所述智能电源分配系统双向通讯连接，所述智能电源分配系统包括空调设备、地暖设备、厨房设备、照明设备，所述信号采集主板用来对空调设备、地暖设备、厨房设备、照明设备进行控制。
作为一种较佳的实施例，所述逆变器单元为单相逆变器。
本发明所达到的有益效果：(1)本发明解决了分布式光伏系统因为铺线线路难以到达而无法实现的问题，且具有可靠性高、扩展性强、组网灵活、运行费用低、维护简单、性价比高等优点；(2)本发明的光伏电池组产生的电能首先用于家庭一般负载和不间断负载，剩余电能储藏于储能系统，最后再输送到电网；(3)本发明的转换装置提供交流、直流充电接口，给家庭式电动汽车充电，其中交流电压230V，直流电压240V-390V；(4)本发明的储能系统根据用户需求可以选择200AH电池组容量，可以储藏10度电，当光伏电池组中没有电时，储能系统储藏的电能优先给本地负载使用；(5)本发明的信号采集主板RS485通讯口分别与单相逆变器、双向电能计量表通讯，信号采集主板CAN通讯口与充电机通讯，人机显示界面通过RS485将信号采集主板中单相逆变器数据，储能系统BMS数据，双向电能计量表数据，充电系统数据实时显示；(6)本发明通过信号采集主板预留的RS485、以太网、GPRS端口将信号采集板采集的单相逆变器侧数据，BMS储能系统数据，充电机状态信息以及电度计量表数据传输到后台服务器，有利于分布式光伏系统的集中运行维护、故障定位分析；(7)本发明的信号采集主板提供的WIFI接口，可以通过手机APP软件查询家庭分布式光伏能量转换装置的运行数据，同时有针对性的根据负载用电情况对智能家用电器进行控制。
附图说明
图1是本发明的框架组件示意图。
图2是本发明的通讯拓扑结构示意图。
图3是本发明的GPRS数据采集至服务器端的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的框架组件示意图。本发明提出家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，包括光伏电池组、光伏汇流箱、逆变器单元、信号采集主板、充电机、电动汽车、不间断负载、一般性负载、储能系统、智能电源分配系统、双向电能计量表、电网，所述光伏电池组的输出端与所述光伏汇流箱的输入端相连接，所述光伏汇流箱的输出端与所述逆变器单元的输入端相连接，所述充电机的输入端与所述逆变器单元的输出端相连接，所述双向电能计量表、所述储能系统、所述信号采集主板均与所述逆变器单元采用双向级联，所述充电机的输出端与所述电动汽车的输入端相连接，所述双向电能计量表与所述电网采用双向级联，所述逆变器单元的输出端分别与所述不间断负载的输入端、所述一般性负载的输入端、所述智能电源分配系统的输入端相连接；
所述逆变器单元用来把直流电变成交流电，实现电压，频率，相位与电网高度一致；所述储能系统能够消峰填谷，用来在用电低谷时将电储存起来，用电高峰时将电送出去给所述不间断负载使用，达到平衡电力负荷的目的；所述充电机用来对电动汽车进行充电；所述信号采集主板用来对所述逆变器单元、所述储能系统、所述充电机以及所述双向电能计量表的数据采集，并能通过HMI显示及查询；所述光伏电池组用来将太阳能直接转换为电能然后传输给所述光伏汇流箱汇集，运行方式以用户侧自发自用，多余电量则通过所述逆变器单元并入电网；所述充电机提供对电动汽车的交流、直流两种充电接口，其中交流电压230V，直流电压240V-390V，根据需要选择充电接口对电动汽车进行充电；所述智能电源分配系统用来对带遥控的家用电器进行控制；所述双向电能计量表用来将来自所述逆变器单元的电能输送到所述电网中。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板设置有CAN接口、若干RS485接口、WIFI接口、GPRS或以太网接口。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的GPRS或以太网接口通过GPRS网络或以太网络外接服务器端，所述服务器端通过互联网外接电网公司用户侧管理系统，所述服务器端用来对所述家庭分布式光伏能量转换装置进行集中运行维护以及故障定位分析，所述电网公司用户侧管理系统用来通过互联网直接访问所述服务器端，监控所述家庭分布式光伏能量转换装置的发电及运行情况。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的CAN接口通过CAN总线与所述充电机双向连接，用来与充电机进行通讯，实时采集充电机里面的充电数据。
作为一种较佳的实施例，所述RS485接口包括第一RS485接口、第二RS485接口、第三RS485接口。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述第一RS485接口通过RS485总线与所述逆变器单元双向通讯连接，所述逆变器单元通过CAN总线与所述储能系统双向通讯连接，实时采集逆变器单元里面运行数据，以及逆变器单元通过CAN总线通讯采集的储能系统数据。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述第二RS485接口通过RS485总线与所述双向电能计量表双向通讯连接，用来实时采集双向电能计量表的数据。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述第三RS485接口通过RS485总线外接HMI，所述HMI用来通过RS485总线将信号采集主板的数据进行实时读取并显示。
作为一种较佳的实施例，所述信号采集主板上的所述WIFI接口通过WIFI网络与所述智能电源分配系统双向通讯连接，所述智能电源分配系统包括空调设备、地暖设备、厨房设备、照明设备等智能家电，所述信号采集主板用来对空调设备、地暖设备、厨房设备、照明设备进行控制。
作为一种较佳的实施例，所述逆变器单元为单相逆变器。
图2是本发明的通讯拓扑结构示意图。1)信号采集主板通过RS485与单相逆变器通讯，实时采集单相逆变器里面运行数据，包括单相逆变器通过CAN通讯采集的储能系统数据；2)信号采集主板通过CAN通讯实时采集充电机里面充电数据；3)信号采集主板通过RS485通讯实时采集双向电能计量表的数据；4)人机界面(即HMI)通过RS485将信号采集主板数据进行实时读取并显示；5)通过信号采集主板带有的WIFI功能可以对智能家电进行控制，如空调、地暖、照明、厨房等一些设备的智能控制；6)通过信号采集主板带有的GPRS和以太网接口将采集到采集主板的数据上传到服务器端，有利于家庭分布式光伏能量转换装置的集中运行维护、故障定位分析，电网公司用户侧管理系统可以通过互联网端直接访问服务器端，了解分布式光伏具体的发电及运行情况。
图3是本发明的GPRS数据采集至服务器端的示意图。1)本发明的转换装置(即图中的Power Conversion)通过RS485与DTU(即无线数据终端设备)进行连接，并对DTU进行常规参数配置；2)DTU对后台服务器需要采集的数据进行命令解码、协议封装后发送到GSM/GPRS网络，数据包经过移动网络(即ADSL)传输到Internet；3)远程服务器通过侦听DTU映射到服务器端某一固定的端口，并将采集的数据实时存入后台数据库；4)后台数据库通过Internet将采集的数据传输到电网公司用户侧管理系统进行监控。
本发明的原理如下：光伏电池组产生的电能首先用于家庭一般负载和不间断负载，剩余电能储藏于储能系统，最后再输送到电网；转换装置提供交流、直流充电接口，给家庭式电动汽车充电，其中交流电压230V，直流电压240V-390V；储能系统根据用户需求可以选择200AH电池组容量，可以储藏10度电，当光伏电池组中没有电时，储能系统储藏的电能优先给本地负载使用；信号采集主板RS485通讯口分别与单相逆变器、双向电能计量表通讯，信号采集主板CAN通讯口与充电机通讯，人机显示界面通过RS485将信号采集主板中单相逆变器数据，储能系统BMS数据，双向电能计量表数据，充电系统数据实时显示；通过信号采集主板预留的RS485、以太网、GPRS端口将信号采集板采集的单相逆变器侧数据，BMS储能系统数据，充电机状态信息以及电度计量表数据传输到后台服务器，有利于分布式光伏系统的集中运行维护、故障定位分析；信号采集主板提供的WIFI接口，可以通过手机APP软件查询家庭分布式光伏能量转换装置的运行数据，同时有针对性的根据负载用电情况对智能家用电器进行控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，包括光伏电池组、光伏汇流箱、逆变器单元、信号采集主板、充电机、电动汽车、不间断负载、一般性负载、储能系统、智能电源分配系统、双向电能计量表、电网，所述光伏电池组的输出端与所述光伏汇流箱的输入端相连接，所述光伏汇流箱的输出端与所述逆变器单元的输入端相连接，所述充电机的输入端与所述逆变器单元的输出端相连接，所述双向电能计量表、所述储能系统、所述信号采集主板均与所述逆变器单元采用双向级联，所述充电机的输出端与所述电动汽车的输入端相连接，所述双向电能计量表与所述电网采用双向级联，所述逆变器单元的输出端分别与所述不间断负载的输入端、所述一般性负载的输入端、所述智能电源分配系统的输入端相连接；
所述逆变器单元用来把直流电变成交流电，实现电压，频率，相位与电网高度一致；所述储能系统能够消峰填谷，用来在用电低谷时将电储存起来，用电高峰时将电送出去给所述不间断负载使用，达到平衡电力负荷的目的；所述充电机用来对电动汽车进行充电；所述信号采集主板用来对所述逆变器单元、所述储能系统、所述充电机以及所述双向电能计量表的数据采集，并能通过HMI显示及查询；所述光伏电池组用来将太阳能直接转换为电能然后传输给所述光伏汇流箱汇集，运行方式以用户侧自发自用，多余电量则通过所述逆变器单元并入电网；所述充电机提供对电动汽车的交流、直流两种充电接口，根据需要选择充电接口对电动汽车进行充电；所述智能电源分配系统用来对带遥控的家用电器进行控制；所述双向电能计量表用来将来自所述逆变器单元的电能输送到所述电网中。
2.根据权利要求1所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板设置有CAN接口、若干RS485接口、WIFI接口、GPRS或以太网接口。
3.根据权利要求2所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板上的GPRS或以太网接口通过GPRS网络或以太网络外接服务器端，所述服务器端通过互联网外接电网公司用户侧管理系统，所述服务器端用来对所述家庭分布式光伏能量转换装置进行集中运行维护以及故障定位分析，所述电网公司用户侧管理系统用来通过互联网直接访问所述服务器端，监控所述家庭分布式光伏能量转换装置的发电及运行情况。
4.根据权利要求2所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板上的CAN接口通过CAN总线与所述充电机双向连接，用来与充电机进行通讯，实时采集充电机里面的充电数据。
5.根据权利要求2所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述RS485接口包括第一RS485接口、第二RS485接口、第三RS485接口。
6.根据权利要求5所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板上的所述第一RS485接口通过RS485总线与所述逆变器单元双向通讯连接，所述逆变器单元通过CAN总线与所述储能系统双向通讯连接，实时采集逆变器单元里面运行数据，以及逆变器单元通过CAN总线通讯采集的储能系统数据。
7.根据权利要求5所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板上的所述第二RS485接口通过RS485总线与所述双向电能计量表双向通讯连接，用来实时采集双向电能计量表的数据。
8.根据权利要求5所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板上的所述第三RS485接口通过RS485总线外接HMI，所述HMI用来通过RS485总线将信号采集主板的数据进行实时读取并显示。
9.根据权利要求2所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述信号采集主板上的所述WIFI接口通过WIFI网络与所述智能电源分配系统双向通讯连接，所述智能电源分配系统包括空调设备、地暖设备、厨房设备、照明设备，所述信号采集主板用来对空调设备、地暖设备、厨房设备、照明设备进行控制。
10.根据权利要求1所述的家庭分布式光伏能量转换装置，其特征在于，所述逆变器单元为单相逆变器。
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