CN106886201A - 一种面向互联网的家用光伏发电系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向互联网的家用光伏发电系统和控制方法，其中，该系统包括：光伏阵列、控制器、蓄电池组、双向逆变器和控制云终端；光伏阵列通过控制器分别与双向逆变器的直流端以及蓄电池组相连；双向逆变器的直流端还通过控制器与蓄电池组相连；双向逆变器的交流端与外部的电网相连；控制器用于控制蓄电池组的充放电；控制器通过控制云终端与云端服务器进行无线通信，控制器还用于向云端服务器发送控制指令、或接收云端服务器下发的数据信息。该系统不需要设置RS485或以太网等多种通信线路，从而保证家用光伏发电系统的结构简洁，简化通信线路，更适合家用系统，易于实现。

Description

一种面向互联网的家用光伏发电系统和控制方法

技术领域

本发明涉及家用光伏发电系统技术领域，具体地，涉及一种面向互联网的家用光伏发电系统和控制方法。

背景技术

分布式光伏发电具有分布范围广、储量丰富、清洁安全等特点，被认为是缓解能源危机、环境危机和提高能源综合利用率的一种有效途径。随着智能电网和太阳能光伏的快速发展，用户端大量接入了分布式光伏发电等设备。但是，由于光伏能源是一种间歇性能源，并网运行时不可避免的存在发电功率波动性大的缺点。并且传统的家用光伏发电系统缺乏与电网公司、用户之间的友好互动，无法满足分时电价制度的需要；也无法实现与电网公司之间电能的双向流动。因此，如何有效的控制光伏发电尤其是家用光伏系统接入电网，有助于削峰填谷，减小间歇性光伏能源对电网的扰动，减少弃光量，是目前光伏发电面临的新问题。

中国专利申请号为201310119984.0的发明专利公开了一种基于物联网技术的智能家用微网系统，由能源系统及其控制平台组成，结合峰谷电价制度实现了自发电与电网电力相结合的可靠供电、分布式光伏发电智能调度、储能装置在不同状态下智能充放电。该系统还实现了和电网之间的电力双向流动、电量信息的实时可视化、自动并网离网切换等功能。

现有技术方案中控制器需要RS485、以太网及移动通信等多个通信接口，既包括有线通信又包含无线通信，不便于具体实施；并且不能进行实时地远程控制各种用电设备。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中光伏发电系统不能实时监控的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种面向互联网的家用光伏发电系统。

本发明实施例提供的一种面向互联网的家用光伏发电系统，包括：光伏阵列、控制器、蓄电池组、双向逆变器和控制云终端；

光伏阵列用于将光能转换为电能，并通过控制器分别与双向逆变器的直流端以及蓄电池组相连；双向逆变器的直流端还通过控制器与蓄电池组相连；

双向逆变器的交流端与外部的电网相连；其中，双向逆变器的直流端用于输入/输出直流电，双向逆变器的交流端用于输入/输出交流电；

控制器用于控制蓄电池组的充放电；控制器通过控制云终端与云端服务器进行无线通信，控制器还用于向云端服务器发送控制指令、或接收云端服务器下发的数据信息。

在上述技术方案中，还包括直流负载云终端和/或交流负载云终端；

双向逆变器的直流端通过直流负载云终端与外部的直流负载设备相连；直流负载云终端用于采集直流负载设备的直流用电信息，并将直流用电信息发送至云端服务器；

双向逆变器的交流端通过交流负载云终端与外部的交流负载设备相连；交流负载云终端用于采集交流负载设备的交流用电信息，并将交流用电信息发送至云端服务器。

在上述技术方案中，控制器包括：中央处理器、存储器、通信模块和显示模块，存储器、通信模块和显示模块分别与中央处理器相连；

通信模块与控制云终端相连，存储器用于存储获取的数据信息，显示模块用于显示用电状态信息。

在上述技术方案中，还包括：道闸开关；

双向逆变器的交流端与外部的电网相连，具体包括：

道闸开关的一端与双向逆变器的交流端相连，另一端与外部的电网相连。

在上述技术方案中，还包括：开关云终端；

开关云终端与道闸开关相连，且开关云终端根据云端服务器下发的控制指令控制道闸开关的通断。

在上述技术方案中，还包括：用户终端，用户终端与云端服务器进行无线通信；

用户终端用于获取云端服务器中的数据信息，和/或向云端服务器发送控制指令。

在上述技术方案中，还包括：智能电表；

控制器通过微功率无线网络与智能电表相连，获取智能电表上的电能流量信息。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种光伏发电系统的控制方法，该光伏发电系统基于如上述的面向互联网的家用光伏发电系统，包括：

获取电能流量信息，电能流量信息用于指示电能流量的大小；

在电能流量为负时，判断蓄电池组的电量是否小于贮存SOC阈值；在蓄电池组的电量小于贮存SOC阈值时，为蓄电池组充电；

在电能流量为正时，判断蓄电池组的电量是否小于备用SOC阈值；在蓄电池组的电量小于备用SOC阈值时，为蓄电池组充电；在蓄电池组的电量不小于备用SOC阈值时，蓄电池组放电。

在上述技术方案中，还包括：

接收云端服务器下发的电网状态信息；

根据电网状态信息判断是否满足并网条件；

在满足并网条件时，保持并网运行状态或恢复并网运行；在不满足并网条件时，断开双向逆变器与外部电网之间的连接。

在上述技术方案中，获取电能流量信息，包括：获取智能电表上传的电能流量信息。

在本发明实施例提供的一种面向互联网的家用光伏发电系统和控制方法，通过控制云终端可以无线远程控制该控制器，进而控制整个家用光伏发电系统；不需要设置RS485或以太网等多种通信线路，从而保证家用光伏发电系统的结构简洁，简化通信线路，更适合家用系统。只采用无线通信方式完成控制器与智能电表、控制器与云端服务器、APP客户端与云端服务器的通信，不需要RS485等有线通信方式，易于实现；采用APP客户端软件完成用电设备、蓄电池、倒闸开关、控制器等的远程实时控制。用电设备、蓄电池、倒闸开关等的信息都在实时存储在云服务器，控制器可以通过云终端实时访问云服务器来获取。通过设置两个SOC阈值，从而可以保证蓄电池组具有充足的电能，可以有效应对各种突发故障，从而保证为负载正常供电。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中家用光伏发电系统的第一结构图；

图2为本发明实施例中家用光伏发电系统的第二结构图；

图3为本发明实施例中家用光伏发电系统并网运行的流程图；

图4为本发明实施例中家用光伏发电系统的第三结构图；

图5为本发明实施例中家用光伏发电系统的结构框架示意图；

图6为本发明实施例中家用光伏发电系统控制方法的流程图；

图7为本发明实施例中家用光伏发电系统控制方法的详细流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

根据本发明实施例，提供了一种面向互联网的家用光伏发电系统，图1为该家用光伏发电系统的结构图，具体包括：光伏阵列10、控制器20、蓄电池组30、双向逆变器40和控制云终端50。

光伏阵列10用于将光能转换为电能，并通过控制器20分别与双向逆变器40的直流端以及蓄电池组30相连；双向逆变器40的直流端还通过控制器20与蓄电池组30相连。

双向逆变器40的交流端与外部的公共电网相连；其中，双向逆变器的40直流端用于输入/输出直流电，为直流负载设备(如电动汽车)供电；双向逆变器的交流端40用于输入/输出交流电，为交流负载设备(如电热水器)供电。

控制器20用于控制蓄电池组30的充放电；该控制器20通过控制云终端50与云端服务器进行无线通信，控制器20还用于向云端服务器发送控制指令、或接收云端服务器下发的数据信息。

本发明实施例提供的一种面向互联网的家用光伏发电系统光伏阵列为太阳能光伏电池，当太阳光照强烈时，光伏阵列的光伏电池发出的电除了供给电动汽车进行直流充电、电热水器等交流负载使用外，还可以将多余的电量在蓄电池组中进行存储或卖给公共电网；当太阳光弱时，光伏阵列发出的电不够家庭使用，可以使用蓄电池存储的电量或从公共电网买电。同时，通过控制云终端可以无线远程控制该控制器，进而控制整个家用光伏发电系统；不需要设置RS485或以太网等多种通信线路，从而保证家用光伏发电系统的结构简洁，简化通信线路，更适合家用系统。

优选的，参见图2所示，该光伏发电系统还包括直流负载云终端60和/或交流负载云终端70。其中，双向逆变器40的直流端通过直流负载云终端60与外部的直流负载设备相连；直流负载云终端60用于采集直流负载设备的直流用电信息，并将直流用电信息发送至云端服务器；双向逆变器40的交流端通过交流负载云终端70与外部的交流负载设备相连；交流负载云终端70用于采集交流负载设备的交流用电信息，并将交流用电信息发送至云端服务器。本发明实施例中，直流负载云终端60或交流负载云终端70均可以接收云端服务器下发的控制指令，控制相应的直流负载设备或交流负载设备断电。例如，直流负载云终端60和交流负载云终端70具体可以设置在负载设备的插座处，在接收到云端服务器下发的控制指令后，直接断开插座的电源，从而不再为相应的负载设备供电。

优选的，参见图3所示，该家用光伏发电系统还包括：道闸开关80。其中，上述的双向逆变器40的交流端与外部的电网相连，具体为：双向逆变器40的交流端通过该道闸开关与外部的电网相连。即，道闸开关80的一端与双向逆变器40的交流端相连，另一端与外部的电网相连。

同时，还为该道闸开关设置：开关云终端90；开关云终端90与道闸开关80相连，且开关云终端90根据云端服务器下发的控制指令控制道闸开关80的通断。该道闸开关和开关云终端可以作为一个整体，具体可以为具有无线通信功能的断路器。

控制器通过控制倒闸开关公共连接(PCC，Point of Common Coupling)点的云终端来控制家用光伏系统与电网的连接。具体操作如图4所示。当家用光伏系统处于并网状态时，控制器获取智能电表接收的电力公司供电状态信息并接收云服务器下发的电网状态信息，如果电能质量合格且电网供电正常，就保持并网状态；如果电网供电出现异常，控制器通过云服务器发送断开PCC与主网的连接信息，家用光伏系统进入离网状态。当家用光伏系统处于离网状态时，控制器从云服务器获取实时检测的PCC两端电压、频率信息；并获取智能电表接收的电力公司供电状态信息，电能质量合格且电网恢复供电时，恢复并网运行状态，否则就保持离网状态。

优选的，参见图5所示，图5为该家用光伏发电系统的系统结构示意图，系统中的每个设备均通过云终端与云端服务器相连。云终端主要用于采集用电设备的用电量，并实现控制器、双向逆变器和蓄电池及电热水器、电动汽车等用电设备的远程开关控制。云端服务器是系统的核心控制单元，是体现面向互联网业务的具体处理机构。该系统采用分布式设计，云终端采用同一域名接入，由负载均衡服务器判断分配到不同前置采集服务器，以防止服务器压力过大造成不必要的停机。家用光伏系统通过WiFi路由器将控制器、双向逆变器、蓄电池及电热水器、电动汽车等用电设备的信息上传至云服务器。

其中，控制器20包括：中央处理器、存储器、通信模块和显示模块。其中，存储器、通信模块和显示模块分别与中央处理器相连。通信模块与控制云终端相连，存储器用于存储获取的数据信息，显示模块用于显示用电状态信息。该系统还包括：智能电表；控制器通过微功率无线网络与智能电表相连，获取智能电表上的电能流量信息。

参见图5所示，该系统还包括：用户终端，用户终端与云端服务器进行无线通信；用户终端用于获取云端服务器中的数据信息，和/或向云端服务器发送控制指令。具体的，该用户系统可以为用户的智能手机或平板电脑等，用户终端可以安装专用的APP客户端软件，是用户参与用电管理的接口，用户可以通过APP实时查询用电设备的状态及电价等信息，并实现用电设备的远程控制。APP客户端软件总体设计采用多层体系结构的C/S结构设计，以提供更好的灵活性和强大的扩展能力。多层体系对于客户端来说是三层结构，为视图层、业务逻辑层和业务实体层，并设计多个版本，分别支持操作系统为iOSV7.0.0及以上版本和AndroidV2.3.3及以上版本。

本发明实施例提供的一种面向互联网的家用光伏发电系统，光伏阵列为太阳能光伏电池，当太阳光照强烈时，光伏阵列的光伏电池发出的电除了供给电动汽车进行直流充电、电热水器等交流负载使用外，还可以将多余的电量在蓄电池组中进行存储或卖给公共电网；当太阳光弱时，光伏阵列发出的电不够家庭使用，可以使用蓄电池存储的电量或从公共电网买电。同时，通过控制云终端可以无线远程控制该控制器，进而控制整个家用光伏发电系统；不需要设置RS485或以太网等多种通信线路，从而保证家用光伏发电系统的结构简洁，简化通信线路，更适合家用系统。只采用无线通信方式完成控制器与智能电表、控制器与云端服务器、APP客户端与云端服务器的通信，不需要RS485等有线通信方式，易于实现；采用APP客户端软件完成用电设备、蓄电池、倒闸开关、控制器等的远程实时控制。用电设备、蓄电池、倒闸开关等的信息都在实时存储在云服务器，控制器可以通过云终端实时访问云服务器来获取。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种基于上述家用光伏发电系统的控制方法，参见图6所示，包括步骤601-603：

步骤601：获取电能流量信息，电能流量信息用于指示电能流量的大小。

其中，获取智能电表上传的电能流量信息。

步骤602：在电能流量为负时，判断蓄电池组的电量是否小于贮存SOC阈值；在蓄电池组的电量小于贮存SOC阈值时，为蓄电池组充电。

本发明实施例中，根据电能流量信息即可以确定电能流量的值，当电能流量为负时，说明光伏阵列发电量充裕，光伏阵列为负载供电的同时还可以为向电网发电；当电能流量为负时，说明光伏阵列发电量较少，需要借用电网或蓄电池中的电能为负载供电。

步骤603：在电能流量为正时，判断蓄电池组的电量是否小于备用SOC阈值；在蓄电池组的电量小于备用SOC阈值时，为蓄电池组充电；在蓄电池组的电量不小于备用SOC阈值时，蓄电池组放电。

本发明实施例中，贮存SOC阈值和备用SOC阈值为表示蓄电池组状态的两个阈值，SOC(荷电状态)用于表示蓄电池组的剩余电量。例如，设置贮存SOC阈值为60％，备用SOC阈值设置为30％；当蓄电池组的SOC小于60％时，则需要为蓄电池组充电，以在峰电价状态而光伏阵列发电不足时，蓄电池组有足够的电能为敷在供电；在蓄电池组的SOC小于30％时，即使此时为峰电价状态且光伏阵列发电不足时，也需要为蓄电池组充电，以防止电网故障且光伏阵列发电不足，蓄电池组没有足够的电能为负载供电。

具体的，本发明实施例中，根据分时电价制度可以分为三个状态：峰电价状态(并网)、谷电价状态(并)和离网状态。通过控制器控制蓄电池状态的工作流程示意图如图7所示。控制器从读取智能电表上传的电价信息，当是谷时电价时，控制器从云服务器获取蓄电池电量信息，如果蓄电池电量低于贮存SOC就对蓄电池充电，否则就保持待机。当不是谷电价时控制器获取智能电表上传的电能流量信息，如果流量为负，控制器从云服务器获取蓄电池电量信息，如果蓄电池电量低于贮存SOC就对蓄电池充电，否则就保持待机；如果流量为正且电能流量为零则控制器不下发命令保持此时的状态，如果流量为正且电能流量不为零，控制器从云服务器获取蓄电池电量信息，如果蓄电池电量低于备用SOC就对蓄电池充电，否则就让蓄电池放电至备用SOC值处。

优选的，该控制方法，还包括：

接收云端服务器下发的电网状态信息；

根据电网状态信息判断是否满足并网条件；

在满足并网条件时，保持并网运行状态或恢复并网运行；在不满足并网条件时，断开双向逆变器与外部电网之间的连接。

在本发明实施例提供的一种面向互联网的家用光伏发电系统和控制方法，通过控制云终端可以无线远程控制该控制器，进而控制整个家用光伏发电系统；不需要设置RS485或以太网等多种通信线路，从而保证家用光伏发电系统的结构简洁，简化通信线路，更适合家用系统。只采用无线通信方式完成控制器与智能电表、控制器与云端服务器、APP客户端与云端服务器的通信，不需要RS485等有线通信方式，易于实现；采用APP客户端软件完成用电设备、蓄电池、倒闸开关、控制器等的远程实时控制。用电设备、蓄电池、倒闸开关等的信息都在实时存储在云服务器，控制器可以通过云终端实时访问云服务器来获取。通过设置两个SOC阈值，从而可以保证蓄电池组具有充足的电能，可以有效应对各种突发故障，从而保证为负载正常供电。

本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图7为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向互联网的家用光伏发电系统，其特征在于，包括：光伏阵列、控制器、蓄电池组、双向逆变器和控制云终端；

所述光伏阵列用于将光能转换为电能，并通过所述控制器分别与所述双向逆变器的直流端以及所述蓄电池组相连；所述双向逆变器的直流端还通过所述控制器与所述蓄电池组相连；

所述双向逆变器的交流端与外部的电网相连；其中，所述双向逆变器的直流端用于输入/输出直流电，所述双向逆变器的交流端用于输入/输出交流电；

所述控制器用于控制所述蓄电池组的充放电；所述控制器通过所述控制云终端与云端服务器进行无线通信，所述控制器还用于向所述云端服务器发送控制指令、或接收云端服务器下发的数据信息。

2.根据权利要求1所述的家用光伏发电系统，其特征在于，还包括直流负载云终端和/或交流负载云终端；

所述双向逆变器的直流端通过所述直流负载云终端与外部的直流负载设备相连；所述直流负载云终端用于采集所述直流负载设备的直流用电信息，并将所述直流用电信息发送至云端服务器；

所述双向逆变器的交流端通过所述交流负载云终端与外部的交流负载设备相连；所述交流负载云终端用于采集所述交流负载设备的交流用电信息，并将所述交流用电信息发送至云端服务器。

3.根据权利要求1所述的家用光伏发电系统，其特征在于，所述控制器包括：中央处理器、存储器、通信模块和显示模块，所述存储器、通信模块和显示模块分别与所述中央处理器相连；

所述通信模块与所述控制云终端相连，所述存储器用于存储获取的数据信息，所述显示模块用于显示用电状态信息。

4.根据权利要求1-3任一所述的家用光伏发电系统，其特征在于，还包括：道闸开关；

所述双向逆变器的交流端与外部的电网相连，具体包括：

所述道闸开关的一端与所述双向逆变器的交流端相连，另一端与外部的电网相连。

5.根据权利要求4所述的家用光伏发电系统，其特征在于，还包括：开关云终端；

所述开关云终端与所述道闸开关相连，且所述开关云终端根据所述云端服务器下发的控制指令控制所述道闸开关的通断。

6.根据权利要求1-3任一所述的家用光伏发电系统，其特征在于，还包括：用户终端，所述用户终端与所述云端服务器进行无线通信；

所述用户终端用于获取云端服务器中的数据信息，和/或向所述云端服务器发送控制指令。

7.根据权利要求1-3任一所述的家用光伏发电系统，其特征在于，还包括：智能电表；

所述控制器通过微功率无线网络与所述智能电表相连，获取智能电表上的电能流量信息。

8.一种光伏发电系统的控制方法，所述光伏发电系统基于如权利要求1-7任一所述的面向互联网的家用光伏发电系统，其特征在于，包括：

获取电能流量信息，所述电能流量信息用于指示电能流量的大小；

在所述电能流量为负时，判断蓄电池组的电量是否小于贮存SOC阈值；在所述蓄电池组的电量小于贮存SOC阈值时，为所述蓄电池组充电；

在所述电能流量为正时，判断蓄电池组的电量是否小于备用SOC阈值；在所述蓄电池组的电量小于备用SOC阈值时，为所述蓄电池组充电；在所述蓄电池组的电量不小于备用SOC阈值时，所述蓄电池组放电。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：

接收云端服务器下发的电网状态信息；

根据所述电网状态信息判断是否满足并网条件；

在满足并网条件时，保持并网运行状态或恢复并网运行；在不满足并网条件时，断开双向逆变器与外部电网之间的连接。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述获取电能流量信息，包括：

获取智能电表上传的电能流量信息。