CN108847687B - 带电网稳压器的智能光伏并网箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电网稳压器的智能光伏并网箱，涉及光伏电力设备技术领域，旨在解决现有低压配电系统中存在多个导致电压不稳定的因素，进而会加大逆变器等器件的损耗，其技术要点在于：包括直流汇流装置、逆变装置及交流并网装置，交流并网装置包括逆变交流输入单元、并网负载输出单元、稳压单元,稳压单元两端分别与逆变交流输入单元、并网负载输出单元通过切换开关相连接，并设置两路结构相同的采样电路和电压过零检测电路分别采集市电交流电压参数和光伏逆变器逆变电压参数，再对两路电压过零点进行检测，然后根据采样所得数据，进行比较、反馈、放大，从而改动调压器碳刷位置，调整线圈匝数比反馈改变电压，保持输出电压稳定。

Description

带电网稳压器的智能光伏并网箱

技术领域

本发明涉及光伏电力设备技术领域，尤其涉及一种带电网稳压器的智能光伏并网箱。

背景技术

在国家大力提倡节能减排，发展可再生能源的今天，光伏发电技术被广泛地应用，它是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的新型发电技术，有独立运行和并网运行两种方式，其中并网运行是指光伏阵列产生的交流电经过并网逆变器转换成符合公共电网要求交流电后直接接入公共电网。

光伏系统中并网逆变器的运作需要电网电压与之匹配，而传统的三相四线制低压配电系统中，会存在多个导致电压不稳定的因素，比如断零、配电线路末端电压过低、空载线路电压末端太高等，这些均会加大逆变器等器件的损耗，并且当电压波动较大时会导致保护器件关断从而降低发电量，甚至会使得电压持续波动，从而致使保护器件失效，损坏光伏发电器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种带电网稳压器的智能光伏并网箱，避免断零、配电线路末端电压过低、空载线路电压末端太高等电压不稳定因素导致并网箱中元器件的损耗，实用性强。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种带电网稳压器的智能光伏并网箱，包括安装在箱体内且通过线路连接的直流汇流装置、逆变装置及交流并网装置，所述交流并网装置包括逆变交流输入单元、并网负载输出单元、稳压单元,所述稳压单元两端分别与逆变交流输入单元、并网负载输出单元通过切换开关相连接；

所示稳压单元连接有稳压器控制电路、触点开关电路，所述稳压器控制电路通过触点开关电路来控制稳压单元动作。

通过采用上述技术方案，光伏系统发出的直流电，首先经过直流汇流装置进入逆变装置，逆变装置再将直流电转换成交流电进入交流并网装置，在此并网过程中，容易出现断零、配电线路末端电压过低、空载线路电压末端太高等加大逆变装置等器件损耗的现象，因此，可在本并网箱中增加一个保证半期宽电压工作的可逆流稳压器，使得稳压单元两端分别与逆变交流输入单元、并网负载输出单元通过切换开关相连接，以保持输出电压的稳定性，即时稳压单元出现故障或是检修，亦能保证并网箱的正常运行；同时，稳压单元连接有稳压器控制电路、触点开关电路，其中稳压器控制电路通过触点开关电路来控制稳压单元动作，从而稳压单元以持续输出稳定电压的方式来提高各元器件的使用寿命。

进一步地，所述稳压器控制电路包括通信接口电路、点动控制电路、启动控制电路、停机控制电路以及第三继电器的常闭点二，所述点动控制电路和启动控制电路并接后与第三继电器的常闭点二组成串接电路，所述停机控制电路与该串接电路并联。

通过采用上述技术方案，初始电流由通信接口电路从逆变交流输入单元引入后，稳压器控制电路可调整输出电压，从而使得稳压单元能匀速点动、启动、停止以保证输入输出电压稳定，进而根据串接的点动控制电路与启动控制电路，再并接上停机控制电路，可控制与稳压单元连接的并网负载输出单元的输出频率。

进一步地，所述点动控制电路包括串接的点动按钮和第一继电器，所述启动控制电路包括串接的启动按钮和第二继电器，所述启动按钮两端并接有第二继电器的常开点二，所述停机控制电路由停止按钮和第三继电器串接而成。

通过采用上述技术方案，当需要点动时控制点动按钮，第一继电器的常开点一吸合，从而触点开关电路闭合,稳压单元点动，当需要启动时控制启动按钮，第二继电器的常开点一吸合，从而触点开关电路闭合，稳压单元启动，当需要停止时按下停止按钮，第三继电器的常闭点一断开，第二继电器失电断开，第二继电器的常开点一断开，可保持输出电压的稳定，并且在上述控制电路中均增加了继电器，以增强其控制电路的输出功率，进而通过按钮以控制稳压单元。

进一步地，所述触点开关电路包括第一继电器的常开点一和第二继电器的常开点一，所述第一继电器的常开点一和第二继电器的常开点一并接后与第三继电器的常闭点一串接。

通过采用上述技术方案，因为继电器的常开点不通电时是断开的，通电后，两个触点就闭合；其常闭点不通电时是闭合的，通电后，两触点就断开，所以稳压器控制电路通过触点开关电路可控制稳压单元的启停，从而改变调压器碳刷位置，通过调整线圈匝数比来改变电压，以保持输出电压稳定。

进一步地，所述切换开关包括常闭键、转换键和常开键，常闭键与稳压单元的输出端连接，转换键与并网负载输出单元连接，常开键与逆变交流输入单元连接。

通过采用上述技术方案，转换键可在常闭键与常开键之间任意切换，使稳压单元能随时保证并网箱的正常运行，始终保持最佳、最稳定的输出电压。

进一步地，在稳压单元正常工作时，电流通过常闭键、转换键与并网负载输出单元接通；当出现故障或检修时，常闭键与转换键断开，转换键与常开键连接，电流通过常开键、转换键与并网负载输出单元接通。

通过采用上述技术方案，转换键通过与常闭键或常开键接通，选择不同的模式，在稳压单元故障或检修时，也能维持并网箱的正常工作，其操作简单、方便、快捷、有效。

进一步地，所述逆变交流输入单元与并网负载输出单元的连接端设有时间继电器。

通过采用上述技术方案，在逆变交流输入单元与并网负载输出单元的连接端安装时间继电器，利用时间继电器能够在发生故障瞬间断电时依然能正常发电用电，以延时跳闸，在短时间停电不会对电器元件造成损坏，避免了财产损失，更加安全可靠。

进一步地，所述稳压单元与远程控制端通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

通过采用上述技术方案，在远程控制端每次启动时给稳压单元一个信号，稳压单元再反馈一个信号给控制端，控制端对反馈的信号进行比对判断，并发出拒绝使用、警告或正常启用的指示信息，实现了对稳压单元中各部件工作状态的预判功能，提前提醒工作人员更换或维修，防止故障发生，提高工作效率。

进一步地，所述稳压单元的输入端连接有第一A/D采样电路，所述第一A/D采样电路输出端连接有第一电压过零检测电路。

通过采用上述技术方案，通过第一A/D采样电路采集调理光伏逆变电压参数，将第一A/D采样电路采集的数据一路送入稳压单元，另一路送入第一电压过零检测电路检测电压过零点捕获电压参数并将电压调理为稳压单元可处理的电压范围。

进一步地，所述稳压单元的输入端连接有第二A/D采样电路，所述第二A/D采样电路输出端连接有第二电压过零检测电路。

通过采用上述技术方案，通过第二A/D采样电路采集调理市电交流电压参数，将第二A/D采样电路采集的数据一路送入稳压单元，另一路送入第二电压过零检测电路检测电压过零点捕获电压参数并将电压调理为稳压单元可处理的电压范围。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过设置稳压单元，来避免断零、配电线路末端电压过低、空载线路电压末端太高等电压不稳定因素导致并网箱中元器件的损耗，实用性强；

2、通过设置稳压器控制电路，使其经由触电开关电路来控制稳压单元动作，进而改动调压器碳刷位置，调整线圈匝数比反馈改变电压，保持输出电压稳定；

3、通过设置第一A/D采样电路、第二A/D采样电路、第一电压过零检测电路及第二电压过零检测电路，以此分别采集市电交流侧电压参数和光伏逆变器逆变电压参数，并对两路电压过零点进行检测，控制精度高，且两路A/D采样电路采用多个电位器灵活调节放大倍数，稳定性好。

附图说明

图1是本实施例一种带电网稳压器的智能光伏并网箱的整体电路示意图；

图2是本实施例一种带电网稳压器的智能光伏并网箱中稳压器控制电路的示意图；

图3是本实施例一种带电网稳压器的智能光伏并网箱中触点开关电路的示意图；

图4是本实施例一种带电网稳压器的智能光伏并网箱中第一A/D采样电路的示意图；

图5是本实施例一种带电网稳压器的智能光伏并网箱中第一电压过零检测电路的示意图。

图中，1、逆变交流输入单元；11、第一A/D采样电路；12、第一电压过零检测电路；2、并网负载输出单元；21、第二A/D采样电路；22、第二电压过零检测电路；3、稳压单元；4、切换开关；41、常闭键；42、转换键；43、常开键；5、稳压器控制电路；51、通信接口电路；52、点动控制电路；53、启动控制电路；54、停机控制电路；55、时间继电器；6、触电开关电路；61、第一继电器；611、第一继电器的常开点一；62、第二继电器；621、第二继电器的常开点一；622、第二继电器的常开点二；63、第三继电器；631、第三继电器的常闭点一；632、第三继电器的常闭点二；71、点动按钮；72、启动按钮；73、停止按钮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种带电网稳压器的智能光伏并网箱，包括安装在箱体内且通过线路连接的直流汇流装置、逆变装置及交流并网装置，其中直流汇流装置出线端和逆变装置进线端相连，逆变装置出线端与交流并网装置进线端相连，因此，光伏系统发出的直流电，经过汇流进入逆变器，逆变器再将直流电转换成交流电进入交流并网装置。

但是在传统的三相四线制低压配电系统中，会存在多个导致电压不稳定的因素，比如断零、配电线路末端电压过低、空载线路电压末端太高等，这些均会加大逆变器等器件的损耗，并且当电压波动较大时会导致保护器件关断从而降低发电量，甚至会使得电压持续波动，从而致使保护器件失效，损坏光伏发电器件。为解决这一问题，如图1所示，交流并网装置包括逆变交流输入单元1、并网负载输出单元2、稳压单元3,稳压单元3两端分别与逆变交流输入单元1、并网负载输出单元2通过切换开关4相连接，即在本并网箱中增加一个保证半期宽电压工作的可逆流稳压器，可保持输出电压的稳定性。同时，在逆变交流输入单元1、并网负载输出单元2之间还设置了切换开关4，即使稳压单元3出现故障或检修，也能保证并网箱的正常运行。

如图1所示，稳压单元3连接有稳压器控制电路5、触点开关电路6，其中稳压器控制电路5通过触点开关电路6来控制稳压单元3动作，从而稳压单元3以持续输出稳定电压的方式来提高各元器件的使用寿命。

如图1和图2所示，稳压器控制电路5包括通信接口电路51、点动控制电路52、启动控制电路53、停机控制电路54以及第三继电器的常闭点二632，即点动控制电路52和启动控制电路53并接后与第三继电器的常闭点二632组成串接电路，并将停机控制电路54与该串接电路并联，使得稳压单元3能匀速点动、启动、停止以保证输入输出电压稳定，而且稳压器控制电路5还用于调整输出电压，进而控制与稳压单元3连接的并网负载输出单元2的输出频率。

如图2所示，点动控制电路52包括串接的点动按钮71和第一继电器61，启动控制电路53包括串接的启动按钮72和第二继电器62，启动按钮72两端并接有第二继电器的常开点二622，停机控制电路54由停止按钮73和第三继电器63串接而成，并且在上述控制电路中均增加了继电器，以增强其控制电路的输出功率，进而通过按钮控制稳压单元3。

如图1和图3所示，触点开关电路6包括第一继电器的常开点一611和第二继电器的常开点一621，第一继电器的常开点一611和第二继电器的常开点一621并接后与第三继电器的常闭点一631串接。因为继电器的常开点不通电时是断开的，通电后，两个触点就闭合；其常闭点不通电时是闭合的，通电后，两触点就断开，所以稳压器控制电路5通过触点开关电路6可控制稳压单元3的启停，从而改变调压器碳刷位置，通过调整线圈匝数比来改变电压，以保持输出电压稳定。

如图1所示，切换开关4包括常闭键41、转换键42和常开键43，常闭键41与稳压单元3的输出端连接，转换键42与并网负载输出单元2连接，常开键43与逆变交流输入单元1连接。在稳压单元3正常工作时，电流通过常闭键41、转换键42与并网负载输出单元2接通；当出现故障或检修时，常闭键41与转换键42断开，转换键42与常开键43连接，电流通过常开键43、转换键42与并网负载输出单元2接通，使并网箱能随时正常运行不受稳压单元3影响。

为了提高并网箱的整体可靠程度，稳压单元3与远程控制端通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查，在控制端每次启动时给稳压单元3一个信号，稳压单元3再反馈一个信号给控制端，该反馈信号包括稳压单元3中各元器件的ID信息，控制端对反馈的信号与数据库中的对应ID信息进行比对判断，在稳压单元3存在问题时，或出现某种症状需要处理但暂时不会影响正常运行时，以及传感器的变化在误差范围内时候，做出拒绝使用、警告或正常启用的警示信息。

如图1所示，在逆变交流输入单元1与并网负载输出单元2的连接端安装有时间继电器55，因此，利用时间继电器55能够在发生故障瞬间断电时依然能正常发电用电，以延时跳闸，在短时间停电不会对电器元件造成损坏，避免了财产损失，更加安全可靠。

如图1所示，稳压单元3的输入端连接有第一A/D采样电路11，第一A/D采样电路11输出端连接有第一电压过零检测电路12，并且在稳压单元3的输入端还连接有第二A/D采样电路21，第二A/D采样电路21输出端连接有第二电压过零检测电路22。通过设置两路结构相同的采样电路和电压过零检测电路分别采集市电交流侧电压参数和光伏逆变器逆变的电压参数，并对两路电压过零点进行检测，控制精度高，且两路A/D采样电路采用多个电位器灵活调节放大倍数，稳定性好。

如图4所示，在本发明此实施例中，第一A/D采样电路11包括电压互感器U10、三端稳压器DT2、运放U6、运放U7和运放U8，电压互感器U10的初级线圈+输入端与电阻R23的一端相接，电阻R23的另一端为第一A/D采样电路11第一信号输入端Port3，电压互感器 U10的初级线圈-输入端为第一A/D采样电路11第二信号输入端Port4， 电压互感器U10的次级线圈-输出端与-15V电源输出端相接，电压互感器 U10的次级线圈+输出端与+15V电源输出端相接，并且电压互感器U10的次级线圈M输出端输出分两路，一路与电阻R24的一端相接，另一路通过串联的电阻R25和电阻R26与运放U6同向输入端相接；电阻R24的另一端接地，电阻R26和运放U6同向输入端的连接端与电容C5一端相接，电容C5另一端接地，运放U6的输出端输出分三路，一路与运放U6的反向输入端相接，另一路通过电容C4与电阻R25和电阻R26的连接端相接，第三路与滑动电阻R27的一个固定端相接；滑动电阻R27的另一个固定端和滑动电阻R27的滑动端均通过电阻R28与运放U7的反向输入端相接，运放U7的同向输入端通过电阻R30接地，运放U7的输出端输出分四路，第一路通过电阻R31与运放U7的反向输入端相接，第二路与二极管D5的阳极相接，第三路与二极管D6的阴极相接，第四路为第一A/D采样电路11 的信号输出端AD1；第一A/D采样电路11的信号输出端AD1与稳压单元3相接，运放U8的反向输入端通过电阻R33与三端稳压器DT2的参考极相接，三端稳压器DT2的阴极通过电阻R32与+15V电源输出端相接，三端稳压器DT2的阳极接地，运放 U8的同向输入端通过电阻R36接地，运放U8的输出端输出分两路，一路通过电阻R29与运放U7的反向输入端相接，另一路与电阻R35的一端相接；电阻R35的另一端与滑动电阻R34的一个固定端和滑动电阻R34的滑动端均相接，滑动电阻R34的另一个固定端与运放U8的反向输入端相接。实际使用中，第一A/D采样电路11第一信号输入端Port3和第一A/D 采样电路11第二信号输入端Port4分别连接光伏逆变器逆变后的电压两端，采集光伏逆变电压的电压参数。

如图5所示，在本发明此实施例中，第一电压过零检测电路12包括运放U9，运放U9的反向输入端通过电阻R37与第一A/D采样电路11的信号输出端AD1相接，运放U9的输出端输出分两路，一路通过 电阻R39与运放U9的同向输入端相接，另一路与二极管D8的阳极相接； 电阻R39和运放U9的同向输入端的连接端与电阻R38的一端相接，电阻 R38的另一端接地，二极管D8的阴极通过电阻R40与稳压单元3相接，电阻R40和稳压单元3的连接端与电容C7的一端相接，电容C7的另一端接地。同时，第二A/D采样电路21和第二电压过零检测电路22同理设置。

本发明的工作原理：当输入电压或者负载变化时，通过第一A/D采样电路11采集调理光伏逆变电压参数，将第一A/D采样电路11采集的数据一路送入稳压单元3，另一路送入第一电压过零检测电路12检测电压过零点捕获电压参数并将电压调理为稳压单元3可处理的电压范围，通过第二A/D采样电路21采集调理市电交流电压参数，将第二A/D采样电路21采集的数据一路送入稳压单元3，另一路送入第二电压过零检测电路22检测电压过零点捕获电压参数并将电压调理为稳压单元3可处理的电压范围；

根据采样所得数据，进行比较、反馈、放大，从而改动调压器碳刷位置，通过调整线圈匝数比反馈改变电压，保持输出电压稳定，即当需要点动时控制点动按钮71，第一继电器的常开点一611吸合，从而触点开关电路6闭合,稳压单元3点动，当需要启动时控制启动按钮72，第二继电器的常开点一621吸合，从而触点开关电路6闭合，稳压单元3启动，当需要停止时按下停止按钮73，第三继电器的常闭点一631断开，第二继电器62失电断开，第二继电器的常开点一621断开。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种带电网稳压器的智能光伏并网箱，包括安装在箱体内且通过线路连接的直流汇流装置、逆变装置及交流并网装置，其特征在于：所述交流并网装置包括逆变交流输入单元（1）、并网负载输出单元（2）、稳压单元（3）,所述稳压单元（3）两端分别与逆变交流输入单元（1）、并网负载输出单元（2）通过切换开关（4）相连接；

所示稳压单元（3）连接有稳压器控制电路（5）、触点开关电路（6），所述稳压器控制电路（5）通过触点开关电路（6）来控制稳压单元（3）动作，

所述稳压单元（3）的输入端连接有第一A/D采样电路（11），所述第一A/D采样电路（11）输出端连接有第一电压过零检测电路（12），

第一A/D采样电路（11）包括电压互感器U10、三端稳压器DT2、运放U6、运放U7和运放U8，电压互感器U10的初级线圈+输入端与电阻R23的一端相接，电阻R23的另一端为第一A/D采样电路（11）第一信号输入端Port3，电压互感器 U10的初级线圈-输入端为第一A/D采样电路（11）第二信号输入端Port4，电压互感器U10的次级线圈-输出端与-15V电源输出端相接，电压互感器 U10的次级线圈+输出端与+15V电源输出端相接，并且电压互感器U10的次级线圈M输出端输出分两路，一路与电阻R24的一端相接，另一路通过串联的电阻R25和电阻R26与运放U6同向输入端相接；电阻R24的另一端接地，电阻R26和运放U6同向输入端的连接端与电容C5一端相接，电容C5另一端接地，运放U6的输出端输出分三路，一路与运放U6的反向输入端相接，另一路通过电容C4与电阻R25和电阻R26的连接端相接，第三路与滑动电阻R27的一个固定端相接；滑动电阻R27的另一个固定端和滑动电阻R27的滑动端均通过电阻R28与运放U7的反向输入端相接，运放U7的同向输入端通过电阻R30接地，运放U7的输出端输出分四路，第一路通过电阻R31与运放U7的反向输入端相接，第二路与二极管D5的阳极相接，第三路与二极管D6的阴极相接，第四路为第一A/D采样电路（11）的信号输出端AD1；第一A/D采样电路（11）的信号输出端AD1与稳压单元3相接，运放U8的反向输入端通过电阻R33与三端稳压器DT2的参考极相接，三端稳压器DT2的阴极通过电阻R32与+15V电源输出端相接，三端稳压器DT2的阳极接地，运放 U8的同向输入端通过电阻R36接地，运放U8的输出端输出分两路，一路通过电阻R29与运放U7的反向输入端相接，另一路与电阻R35的一端相接；电阻R35的另一端与滑动电阻R34的一个固定端和滑动电阻R34的滑动端均相接，滑动电阻R34的另一个固定端与运放U8的反向输入端相接。

2.根据权利要求1所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述稳压器控制电路（5）包括通信接口电路（51）、点动控制电路（52）、启动控制电路（53）、停机控制电路（54）以及第三继电器的常闭点二（632），所述点动控制电路（52）和启动控制电路（53）并接后与第三继电器的常闭点二（632）组成串接电路，所述停机控制电路（54）与该串接电路并联。

3.根据权利要求2所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述点动控制电路（52）包括串接的点动按钮（71）和第一继电器（61），所述启动控制电路（53）包括串接的启动按钮（72）和第二继电器（62），所述启动按钮（72）两端并接有第二继电器的常开点二（622），所述停机控制电路（54）由停止按钮（73）和第三继电器（63）串接而成。

4.根据权利要求3所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述触点开关电路（6）包括第一继电器的常开点一（611）和第二继电器的常开点一（621），所述第一继电器的常开点一（611）和第二继电器的常开点一（621）并接后与第三继电器的常闭点一（631）串接。

5.根据权利要求1所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述切换开关（4）包括常闭键（41）、转换键（42）和常开键（43），常闭键（41）与稳压单元（3）的输出端连接，转换键（42）与并网负载输出单元（2）连接，常开键（43）与逆变交流输入单元（1）连接。

6.根据权利要求 5所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：在稳压单元（3）正常工作时，电流通过常闭键（41）、转换键（42）与并网负载输出单元（2）接通；当出现故障或检修时，常闭键（41）与转换键（42）断开，转换键（42）与常开键（43）连接，电流通过常开键（43）、转换键（42）与并网负载输出单元（2）接通。

7.根据权利要求6所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述逆变交流输入单元（1）与并网负载输出单元（2）的连接端设有时间继电器（55）。

8.根据权利要求7所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述稳压单元（3）与远程控制端通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

9.根据权利要求1所述的带电网稳压器的智能光伏并网箱，其特征在于：所述稳压单元（3）的输入端连接有第二A/D采样电路（21），所述第二A/D采样电路（21）输出端连接有第二电压过零检测电路（22）。

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