CN107959305A - 一种屋顶光伏发电及监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屋顶光伏发电及监控系统，包括多串光伏组件、MPPT组串逆变电路、配电柜、低压电网、温度仪、辐照仪、监控数据采集器、数据处理装置、两个防雷器、接地汇流排和接地地网，所述光伏组件、MPPT组串逆变电路、配电柜和低压电网依次串接；两个所述防雷器通过所述接地汇流排接入所述接地地网；所述温度仪采集环境温度信息；所述辐照仪采集辐照信息；所述监控数据采集器还从所述MPPT组串逆变电路中采集各类运行信息；所述数据处理装置对接收的信息进行分类，以及与预存的安全数据阈值对比，查找和判定故障类型，根据故障类型发出相应的警报。本发明自发自用并且实时监控，自行判定故障类型并警报。

Description

一种屋顶光伏发电及监控系统
技术领域
本发明涉及光伏发电领域。
背景技术
太阳能发电一般采用多串光伏组件，一般安装在屋顶，然后通过逆变电路实现转换。并入电网，然后传输至用户侧进行使用，需要配备专用的输配电系统，而且传输过程中会有输电损失。另外，缺少有效的监测手段，无法保证整体系统一直安全稳定地运行。当运行发生故障时，无法及时获知，需要通过检查才能得知故障的类型，费时费力，维护起来很不方便。由于安装于屋顶，需要采取必要的避雷措施，以防止发生严重雷击事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屋顶光伏发电及监控系统，自发自用并且实时监控，自行判定故障类型并警报。
实现上述目的的技术方案是：
一种屋顶光伏发电及监控系统，包括多串光伏组件、MPPT(Maximum PowerPointTracking，最大功率点跟踪)组串逆变电路、配电柜、低压电网、温度仪、辐照仪、监控数据采集器、数据处理装置、两个防雷器、接地汇流排和接地地网，其中，
所述光伏组件、MPPT组串逆变电路、配电柜和低压电网依次串接；
一个所述防雷器连接各所述光伏组件和所述MPPT组串逆变电路的相接端，另一个所述防雷器连接所述配电柜和所述低压电网的相接端；
两个所述防雷器通过所述接地汇流排接入所述接地地网；
所述温度仪采集环境温度信息并传输给所述监控数据采集器；
所述辐照仪采集辐照信息并传输给所述监控数据采集器；
所述监控数据采集器还从所述MPPT组串逆变电路中采集各类运行信息，连同环境温度信息和辐照信息一齐发送给所述数据处理装置；
所述数据处理装置对接收的信息进行分类，以及与预存的安全数据阈值对比，查找和判定故障类型，根据故障类型发出相应的警报。
优选的，所述监控数据采集器从所述MPPT组串逆变电路中采集的各类运行信息包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变电路内温度、时钟、频率、功率因数、当前发电功率、发电量和累计二氧化碳减排量；
所述数据处理装置查找和判定的故障类型包括：电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、逆变电路过载、逆变电路过热、逆变电路短路、散热器过热和逆变电路孤岛。
优选的，所述MPPT组串逆变电路包括与各所述光伏组件一一对应的直流开关、直流浪涌保护器、第一EMI(电磁干扰度)滤波器、与各所述直流开关一一对应的MPPT电路、DC/AC(直流/交流)转换电路、LC滤波器(无源滤波器)、第二EMI滤波器和交流浪涌保护器，其中，
每串所述光伏组件连接对应的所述直流开关；
每个所述直流开关通过所述第一EMI滤波器连接对应的所述MPPT电路；
所述直流浪涌保护器连接每个所述直流开关和所述第一EMI滤波器的相接端；
各所述MPPT电路连接所述DC/AC转换电路的输入端；
所述DC/AC转换电路的输出端通过所述LC滤波器连接所述第二EMI滤波器；
所述第二EMI滤波器的输出端连接所述交流浪涌保护器；
所述第二EMI滤波器的输出端通过所述配电柜连接所述低压电网。
优选的，所述DC/AC转换电路包括依次串接的多谐振荡电路、积分电路、倒相放大电路和变压器，其中，所述多谐振荡电路连接各所述MPPT电路，所述变压器连接所述LC滤波器。
优选的，所述配电柜包括低压避雷器、电量计量装置、低压开关刀和低压断路器，其中，
所述电量计量装置的一端连接所述第二EMI滤波器的输出端，另一端通过所述低压开关刀连接所述低压断路器；
所述低压断路器连接所述低压电网；
所述低压避雷器的一端连接所述电量计量装置和所述第二EMI滤波器的相接端，另一端通过所述接地汇流排接入所述接地地网。
优选的，还包括通过网络连接所述数据处理装置的远程终端，所述数据处理装置将接收的各类信息以及判定的故障类型和报警信息发送给所述远程终端；
所述远程终端输出控制指令给所述数据处理装置，所述数据处理装置根据控制指令控制所述监控数据采集器选择相应的信息进行采集。
本发明的有益效果是：本发明通过用户侧并网，所发电力全部自发自用，减少了输电损失，无需加装专用的输配电系统，不必重复投资建设相应的电力电网系统，可大幅节省系统建设成本。同时，采用MPPT技术，尽可能地提高阵列的发电功率，有效减少了由于屋顶的设备过多使得不同时间段出现阴影而造成的直流功率失配问题。通过配置有效的数据采集及处理装置，及时查找和判定故障的类型，并根据故障发出相应的警报。同时，通过配置合适的避雷装置，起到有效的保护。另外，通过设计DC/AC转换电路，具有低成本、易维护和高效率的特点。
附图说明
图1是本发明的屋顶光伏发电及监控系统的结构图；
图2是本发明中MPPT组串逆变电路的结构图；
图3是本发明中配电柜的结构图；
图4是本发明中DC/AC转换电路的结构图；
图5是图4所示DC/AC转换电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的屋顶光伏发电及监控系统，包括多串光伏组件1、MPPT组串逆变电路2、配电柜3、低压电网4、温度仪5、辐照仪6、监控数据采集器7、数据处理装置8、两个防雷器9、接地汇流排10、接地地网11和远程终端12。
光伏组件1、MPPT组串逆变电路2、配电柜3和低压电网4依次串接。一个防雷器9连接各光伏组件1和MPPT组串逆变电路2的相接端，另一个防雷器9连接配电柜3和低压电网4的相接端。两个防雷器9通过接地汇流排10接入接地地网11。
温度仪5采集环境温度信息并传输给监控数据采集器7。辐照仪6采集辐照信息并传输给监控数据采集器7。监控数据采集器7还从MPPT组串逆变电路2中采集各类运行信息，连同环境温度信息和辐照信息一齐发送给数据处理装置8。数据处理装置8对接收的信息进行分类，以及与预存的安全数据阈值对比，查找和判定故障类型，根据故障类型发出相应的警报。其中，各类运行信息包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变电路内温度、时钟、频率、功率因数、当前发电功率、发电量和累计二氧化碳减排量。故障类型包括：电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、逆变电路过载、逆变电路过热、逆变电路短路、散热器过热和逆变电路孤岛。
数据处理装置8将接收的各类信息以及判定的故障类型和报警信息发送给远程终端12。经过一段时间的监测，可以预估一些信息不会故障时，或者有工作人员指示，远程终端12输出控制指令给数据处理装置8，数据处理装置8根据控制指令控制监控数据采集器7选择相应的信息进行采集，从而省略掉一些之前采集的信息，有效提高了采集速度和分类速度，最终提高了运行效率。
MPPT组串逆变电路2包括与各光伏组件1一一对应的直流开关21、直流浪涌保护器22、第一EMI滤波器23、与各所述直流开关21一一对应的MPPT电路24、DC/AC转换电路25、LC滤波器26、第二EMI滤波器27和交流浪涌保护器28。
每串光伏组件1连接对应的直流开关21；每个直流开关21通过第一EMI滤波器23连接对应的MPPT电路24；直流浪涌保护器22连接每个直流开关21和第一EMI滤波器23的相接端。
各MPPT电路24连接DC/AC转换电路25的输入端，DC/AC转换电路25的输出端通过LC滤波器26连接第二EMI滤波器27；第二EMI滤波器27的输出端连接交流浪涌保护器28。第二EMI滤波器27的输出端通过配电柜3连接低压电网4。
请参阅图3，配电柜3包括低压避雷器31、电量计量装置32、低压开关刀33和低压断路器34，电量计量装置32的一端连接第二EMI滤波器27的输出端，另一端通过低压开关刀33连接低压断路器34；低压断路器34连接低压电网4。低压避雷器31的一端连接电量计量装置32和第二EMI滤波器27的相接端，另一端通过接地汇流排10接入接地地网11。起到很好的保护和计量作用。
各光伏组件1的直流电经第一EMI滤波器23滤波后，进入对应MPPT电路24，MPPT电路24实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出。然后通过DC/AC转换电路25转为交流电，经过LC滤波器26和第二EMI滤波器27滤波后输出。本实施例中，MPPT电路24选用型号为I-P-MSC-DC12V/24V/48V-系列。直流浪涌保护器22、第一EMI滤波器23、DC/AC转换电路25、LC滤波器26、第二EMI滤波器27和交流浪涌保护器28均选用市面常见且易于采购的产品实现。
为了使得本申请具有低成本、易维护和高效率的特点，设计DC/AC转换电路25。请参阅图4和图5，DC/AC转换电路25包括依次串接的多谐振荡电路251、积分电路252、倒相放大电路253和变压器254，其中，多谐振荡电路251连接各MPPT电路24，变压器254连接LC滤波器26。具体地，接入直流电后，由三极管V1-V2、电阻R1-R4、电容C1-C2构成的多谐振荡电路251得电起振，三极管V1-V2的集电极轮流输出正极性方波。经过电容C3和电阻R5、电容C4和电阻R6组成的积分电路252积分整形为准正弦波，再经三极管V3-V4倒相放大后分别激励三极管V5-V6，使三极管V7-V8轮流导通和截止，它们的集电极电流流经变压器254的初级绕组L1、L2在变压器的高压侧感应出约准正弦波高压输出。倒相放大电路253包括三极管V3-V8。另外，图3中，RP表示可调电阻，VD表示二极管，R7为电阻，L1-L5分别为变压器254的绕组。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种屋顶光伏发电及监控系统，其特征在于，包括多串光伏组件、MPPT组串逆变电路、配电柜、低压电网、温度仪、辐照仪、监控数据采集器、数据处理装置、两个防雷器、接地汇流排和接地地网，其中，
所述光伏组件、MPPT组串逆变电路、配电柜和低压电网依次串接；
一个所述防雷器连接各所述光伏组件和所述MPPT组串逆变电路的相接端，另一个所述防雷器连接所述配电柜和所述低压电网的相接端；
两个所述防雷器通过所述接地汇流排接入所述接地地网；
所述温度仪采集环境温度信息并传输给所述监控数据采集器；
所述辐照仪采集辐照信息并传输给所述监控数据采集器；
所述监控数据采集器还从所述MPPT组串逆变电路中采集各类运行信息，连同环境温度信息和辐照信息一齐发送给所述数据处理装置；
所述数据处理装置对接收的信息进行分类，以及与预存的安全数据阈值对比，查找和判定故障类型，根据故障类型发出相应的警报。
2.根据权利要求1所述的屋顶光伏发电及监控系统，其特征在于，所述监控数据采集器从所述MPPT组串逆变电路中采集的各类运行信息包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变电路内温度、时钟、频率、功率因数、当前发电功率、发电量和累计二氧化碳减排量；
所述数据处理装置查找和判定的故障类型包括：电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、逆变电路过载、逆变电路过热、逆变电路短路、散热器过热和逆变电路孤岛。
3.根据权利要求1所述的屋顶光伏发电及监控系统，其特征在于，所述MPPT组串逆变电路包括与各所述光伏组件一一对应的直流开关、直流浪涌保护器、第一EMI滤波器、与各所述直流开关一一对应的MPPT电路、DC/AC转换电路、LC滤波器、第二EMI滤波器和交流浪涌保护器，其中，
每串所述光伏组件连接对应的所述直流开关；
每个所述直流开关通过所述第一EMI滤波器连接对应的所述MPPT电路；
所述直流浪涌保护器连接每个所述直流开关和所述第一EMI滤波器的相接端；
各所述MPPT电路连接所述DC/AC转换电路的输入端；
所述DC/AC转换电路的输出端通过所述LC滤波器连接所述第二EMI滤波器；
所述第二EMI滤波器的输出端连接所述交流浪涌保护器；
所述第二EMI滤波器的输出端通过所述配电柜连接所述低压电网。
4.根据权利要求3所述的屋顶光伏发电及监控系统，其特征在于，所述DC/AC转换电路包括依次串接的多谐振荡电路、积分电路、倒相放大电路和变压器，其中，所述多谐振荡电路连接各所述MPPT电路，所述变压器连接所述LC滤波器。
5.根据权利要求1所述的屋顶光伏发电及监控系统，其特征在于，所述配电柜包括低压避雷器、电量计量装置、低压开关刀和低压断路器，其中，
所述电量计量装置的一端连接所述第二EMI滤波器的输出端，另一端通过所述低压开关刀连接所述低压断路器；
所述低压断路器连接所述低压电网；
所述低压避雷器的一端连接所述电量计量装置和所述第二EMI滤波器的相接端，另一端通过所述接地汇流排接入所述接地地网。
6.根据权利要求1所述的屋顶光伏发电及监控系统，其特征在于，还包括通过网络连接所述数据处理装置的远程终端，所述数据处理装置将接收的各类信息以及判定的故障类型和报警信息发送给所述远程终端；
所述远程终端输出控制指令给所述数据处理装置，所述数据处理装置根据控制指令控制所述监控数据采集器选择相应的信息进行采集。
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